Насколько вот эти генераторы эффективны?
Кто сталкивался с подобным? Насколько они эффективны, количество топлива- к цене? Без рейтинга.
Кто сталкивался с подобным? Насколько они эффективны, количество топлива- к цене? Без рейтинга.
Почему по сей день в энергетической отрасли для передачи и распределения электроэнергии всюду выбраны и остаются принятыми частоты 50 и 60 Гц? Вы когда-нибудь задумывались об этом? А ведь это совсем не случайно.
В странах Европы и СНГ принят стандарт 220-240 вольт 50 герц, в североамериканских странах и в США — 110-120 вольт 60 Гц, а в Бразилии 120, 127 и 220 вольт 60 Гц. Кстати, непосредственно в США в розетке порой может оказаться, скажем, 57 или 54 Гц. Откуда эти цифры?
Давайте обратимся к истории, чтобы разобраться в данной теме. Во второй половине 20 столетия ученые многих стран мира активно изучали электричество и искали ему практическое применение. Томас Эдисон изобрел свою первую лампочку, внедрив тем самым электрическое освещение. Возводились первые электростанции постоянного тока. Начало электрификации в США.
Первые лампы были дуговыми, они светились электрическим разрядом, горящим на открытом воздухе, зажигаемым между двумя угольными электродами.
Экспериментаторы того времени довольно быстро установили, что именно при 45 вольтах дуга становится более устойчивой, однако для безопасного зажигания, последовательно с лампой подключали резистивный балласт, на котором падало в процессе работы лампы около 20 вольт.
Так, долгое время применялось постоянное напряжение 65 вольт. Затем его повысили до 110 вольт, чтобы можно было последовательно включить в сеть сразу две дуговые лампы.
Томас Эдисон
Эдисон был фанатичным сторонником систем постоянного тока, и генераторы постоянного тока Эдисона поначалу так и работали, подавая в потребительские сети 110 вольт постоянного напряжения.
Но технология постоянного тока Эдисона была очень-очень затратной, экономически не выгодной: нужно было прокладывать много толстых проводов, да и передача от электростанции до потребителя не превышала расстояния в несколько сотен метров, поскольку потери при передаче были огромны.
Позже была введена трехпроводная система постоянного тока на 220 вольт (две параллельные линии по 110 вольт), однако существенно положение относительно экономичности такой передачи не улучшилось.
Никола Тесла
Позже Никола Тесла разработал свои, совершенно новаторские генераторы переменного тока, и внедрил экономически более эффективную систему передачи электроэнергии при высоком напряжении в несколько тысяч вольт, и электроэнергию можно стало передавать на тысячи метров, потери при передаче снизились в десятки раз. Постоянный ток Эдисона не выдержал конкуренции с переменным током Тесла.
Трансформаторы на железе понижали высокое напряжение до 127 вольт на каждой из трех фаз, подавая его потребителю в виде переменного тока. При работе генераторов переменного тока, приводимых в движение паром или падающей водой, роторы их вращались с частотой от 3000 оборотов в минуту и даже больше.
Это позволяло лампам не мерцать, асинхронным двигателям нормально работать, выдерживая номинальные обороты, а трансформаторам — преобразовывать электричество, повышать и понижать напряжение.
Генератор Доливо-Добровольского
Между тем, в СССР напряжение сетей до 60-х годов оставалось на уровне 127 вольт, затем с ростом производственных мощностей его подняли до привычных нам теперь 220 вольт.
Доливо-Добровольский, так же как и Тесла, исследовавший возможности переменного тока, предложил использовать для передачи электроэнергии именно синусоидальный ток, а частоту предложил установить в пределах от 30 до 40 герц. Позже сошлись на 50 герцах в СССР и на 60 герцах — в США. Эти частоты были оптимальными для оборудования переменного тока, во всю работавшего на многих заводах.
Современный генератор переменного тока
Частота вращения двухполюсного генератора переменного тока составляет 3000 либо максимум 3600 оборотов в минуту, и дает как раз частоты 50 и 60 Гц при генерации. Для нормальной работы генератора переменного тока, частота должна быть не менее 50-60 Гц. Промышленные трансформаторы без проблем преобразуют переменный ток данной частоты.
Сегодня принципиально можно повысить частоту передачи электроэнергии до многих килогерц, и сэкономить таким образом на материалах проводников в ЛЭП, однако инфраструктура остается приспособленной именно для тока частотой 50 Гц, она была так спроектирована изначально по всему миру, генераторы на атомных электростанциях вращаются с все той же частотой 3000 оборотов в минуту, имеют всё ту же пару полюсов. Поэтому модификация систем генерации, передачи и распределения электроэнергии - вопрос отдаленного будущего. Вот почему 220 вольт 50 герц остаются у нас пока стандартом.
Генератор автомобиля является неким магнитным усилителем, а по сути синхронный двигатель с обмоткой возбуждения.
Состоит он из следующих функциональных элементов:
- статора с обмоткой, с которого мы снимаем полезную мощность
- ротора с обмоткой возбуждения, важный элемент, позволяющий регулировать выходное напряжение генератора
- диодного моста, который выпрямляет переменное трехфазное напряжение, в пульсирующее постоянное
- щетки, контактная группа, которая передает ток на вращающийся ротор
- реле-регулятор, поддерживает определенное напряжение с генератора .
В чем суть?
При работе генератора на авто двигатель работает с разными оборотами, скажем, от холостого хода в 800 оборотов, до 7000 оборотов в минуту. Если бы это был синхронный двигатель с постоянными магнитами, то мы могли бы получить от 12 до 30 Вольт выходного напряжения, но потребители в бортовой сети на такое не рассчитаны и нужно что то с этим делать.
Вместо постоянных магнитов используем электромагнит, с выведенными проводами для управления. Принцип управления достаточно простой: если нужно понизить выходное напряжение на высоких оборотах - уменьшаем ток в обмотке возбуждения, если увеличить - увеличиваем ток в обмотке, этим занимается реле-регулятор с щетками.
В нём ничего лишнего нет, поэтому при выходе из строя любого компонента приведёт к неработоспособному состоянию генератора. А именно:
Умер реле регулятор или щетки - генератор перестает выдавать мощность
Умер выпрямительный мост - невозможность снять выходную мощность
Мост частично пробит (диод и накоротко) - переменный ток будет разряжать аккумулятор
Ротор в коротком замыкании с катушкой возбуждения - нет выходной мощности
Статор в пробое с катушками - нет выходной мощности.
что делать?
Компактная печь легко собирается. Конструкция устроена так, что для горения не нужно много дров или угля — достаточно шишек, веток и других мелких горючих материалов, которых достаточно в любом лесу. Печь обеспечивает стабильную мощность и при этом выполняет свое прямое предназначение: нагревает чайники, кастрюли и котелки — литр воды, например, закипает за 7 минут, гаджет к этому времени также начнет заряжаться.
«Сегодня есть очень много гаджетов, которые нуждаются в подзарядке. В походы мы ходим на 3-4 дня, за это время аккумуляторы садятся, и гаджеты становятся бесполезными. Обидно таскать на себе камеру или другое оборудование, которое в результате никакой пользы не несет», — объясняет свою мотивацию Айдар Хайруллин. Четыре года назад он придумал, как справиться с проблемой севшей батарейки в походе, однако к оригинальному решению этой задачи пришел не сразу. Сначала он пробовал использовать существующие технологии — купил дешевый китайский внешний аккумулятор с солнечной панелью, но быстро разочаровался в нем: устройство сильно зависело от погоды и за целый день заряжало телефон всего на 5%.
Более дорогие аккумуляторы с крупной солнечной панелью оказались эффективнее, но также работали только в ясную погоду, требовали постоянной корректировки угла наклона по отношению к солнцу, а процесс полной зарядки по-прежнему оставался очень длительным. Кроме того, эти панели были слишком громоздкими и хрупкими для того, чтобы брать их в поход.
В поисках способа эффективной зарядки гаджетов в полевых условиях Хайруллин перерыл интернет и наткнулся на информацию о радиоизотопном термоэлектрическом генераторе. Такой установлен на марсоходе Curiosity. Этот генератор использует тепловую энергию, которая выделяется в результате распада радиоактивных изотопов и преобразует ее в электрическую. Айдар решил, что преобразовывать тепло в электричество можно и на Земле и начал тесты.
В качестве источника энергии он решил использовать не радиоактивные изотопы, а более привычный огонь костра. Так пришла идея создать небольшую походную складную печку, оснащенную термоэлектрогенератором. Заказав необходимые детали, в августе 2014 года инженер собрал первый прототип. Самоделка выглядела не очень, но, тем не менее, была вполне пригодна для первых полевых тестов. «Никто не верил, что эта штука может заряжать телефон, да еще и от костра, — вспоминает реакцию товарищей Хайруллин. — Но все сработало. Печка всем понравилась и друзья просили сделать для них тоже».
Через пару месяцев разработкой инженера заинтересовались в одном из крупных туристических сообществ во «ВКонтакте», насчитывающем 400 тыс. подписчиков. К Хайруллину обратились с просьбой написать обзор на изобретение, он согласился. Статья возглавила ТОП-10 лучших материалов, которые были опубликованы в группе в течение года, и набрала 10 тыс. лайков, что окончательно подтолкнуло изобретателя делать коммерческую версию.
На практике все оказалось сложнее, чем ожидалось. Одно дело удивить друзей, другое — создать рабочую версию продукта для продажи. Первый прототип, например, выдавал всего лишь 0,5 Вт мощности, что позволяло за час зарядить телефон примерно на 10%. Путем экспериментов мощность удалось повысить, а для корпуса был найден лучший сплав материалов — титан и нержавеющая сталь — он оказался оптимальным с точки зрения соотношения прочности и веса. Кроме того, он не ржавеет, не прогорает, его трудно согнуть. На видео-презентации Хайруллин встает на печку ногами — она легко выдерживает его вес.
Наконец, в мае 2016 года была создана первая промышленная версия печки-генератора, которая получила название Tengu. Для ее выпуска Хайруллин решил собирать деньги краудфандингом. Разработка понравилась сообществу и на Бумстартере были собраны необходимые 700 000 рублей. Свои экземпляры необычной печки получили все, кто жертвовал, отзывы пришли положительные.
Массовое тестирование, тем не менее, выявило некоторые эксплуатационные проблемы гаджета: контроллер не всегда заряжал некоторые айфоны, а мощность гуляла, падая с пиковой до минимальной при долгом нагреве. Год был потрачен на поиск решений. Так был полностью переработан теплосъемник. Печь в итоге получила водяное охлаждение. Дело в том, что выработка электричества зависит от разности температур между разными поверхностями полупроводникового слоя в теплоэлектрогенераторе. Было два выхода, чтобы увеличивать эту разность. Но при повышении температуры, начинали гореть контроллеры, поэтому было решено охлаждать внешнюю часть. Вода делает охлаждение намного эффективнее воздуха, поэтому остановились на ней.
Изобретатель полностью переработал и конструкцию печки. Версия 2017 года сделана из сплава титана и нержавейки и весит 1,2 кг. Высота конструкции составляет 16 см, ширина — 12 см, толщина стенок — 1 мм. Длина вместе с радиатором — 18,5 см. Теперь с ней поставляется чехол для переноски. Мощность печки-зарядки составляет стабильные 5 Вт, выход USB — 5В/1А. Длина негорючего кабеля с металлической оплеткой, который, по словам Хайруллина, «не рвется и не плавится», составляет 30 см. На конце провода — USB-порт с индикатором — он загорится зеленым цветом, когда электричества в генераторе будет достаточно для того, чтобы начать зарядку телефона.
Комплектующие Tengu изготавливаются на восьми заводах в России и одном в США. Договориться о сотрудничестве было несложно, говорит инженер. На одном заводе создается сплав, на втором — с помощью лазера из готового сплава вырезаются детали. Третий завод поставляет канистры из алюминия, четвертый (ОАО «Уфимкабель») — делает провода. Лишь один завод в стране, название которого Хайруллин предпочел не называть, согласился делать термоэлектрические генераторы. «Технология очень сложная, изначально она применялась только в космических целях», — объясняет Хайруллин.
Единственный иностранный поставщик — компания из Кремниевой долины — делает для печи Хайруллина контроллеры. Российские и китайские аналоги имели низкий КПД и перегревались при больших токах. С новыми контроллерами мощность печки вышла на стабильные 5 Вт, и устройство теперь гарантированно поддерживает все модели гаджетов.
Айдар Хайруллин утверждает, что аналогичных Tengu устройств с таким же уровнем эффективности в мире просто нет. Есть похожие, но это всего лишь игрушки. Они, в отличии от нашего генератора, используют элемент Пельтье. В другом известном генераторе встроен повербанк, который собственно и заряжает гаджеты, а генерация электричества только немного добавляет мощности.
В месяц команда Айдара может собирать порядка 100 печек Tengu, поскольку именно такое число термоэлектрических генераторов может производить поставщик. Окончательная сборка Tengu производится в Уфе.
«Росатом» выбрал «Газпромбанк» в качестве источника финансирования проектов по строительству ветряных электростанций.
До 2020 года банк выделит на эти цели 64,6 миллиарда рублей. По словам Алексея Белоуса, первого вице-президента «Газпромбанка», банковское учреждение станет первым в России, решившим вложить средства в возобновляемую энергетику. Происходить это будет в рамках договоров ДПМ ВИЭ (о предоставлении мощностей). «Ростатом» запустил программу развития альтернативных источников энергии в России через свою «дочку» «ВетроОГК».
Компания планирует возвести ветряные электростанции на территории Краснодарского края и Адыгеи. Общая мощность объектов составит 610 МВт. Напомним, что в июне минувшего года «Росатом» стал победителем конкурса на реализацию инвестпроектов в сфере возобновляемой энергетики. Ранее сообщалось, что в Ростовской области впервые будет построена ветряная электростанция. Площадкой выбран Азовский район. Цена проекта — 10 миллиардов рублей.
Интересный способ использовать генератор в режиме двигателя:
1) к выводам обмотки подключаем соответствующие плечи выходного каскада контроллера
2) на обмотку возбуждения подаем нормированный ток
3) ???
4) ШИМим
Диодную сборку можно было не снимать, её всё равно необходимо будет поставить.
Оно работает т.к. генератор - синхронная электрическая машина, обратимая, т.е. можно привод использовать и генератором, и двигателем.
ПС: заказал в свои щупальца плату BLDC-контроллера (без всего)