Сейчас в продаже имеется большой выбор бензогенераторов, и многие покупают их в качестве резервного питания на случай отсутствия   напряжения в сети, или же для дачи. Однако если для освещения или телевизора большой мощности не требуется, то для того, чтобы работал, например,  холодильник, приходится покупать бензогенератор с большим запасом мощности. Предлагаемая схема позволяет запускать нагрузку с большими пусковыми токами, используя генератор меньшей мощности.

Перед  покупкой генератора необходимо определиться, что будет питаться от генератора. Если это будет освещение, телевизор или другие потребители небольшой мощности, здесь проблем не будет. Однако если в качестве потребителей будет холодильник или          асинхронные электродвигатели (у которых присутствуют большие пусковые токи), необходим генератор с большим запасом мощности. Происходит это потому что как сам генератор, так и любая реактивная нагрузка, имеют свой коэффициент мощности (cos φ), ухудшающий нагрузочные характеристики, а с учетом пусковых токов асинхронных двигателей, которые могут достигать 5 - кратных величин, чтобы запустить, например, холодильник, потребуется мощность генератора не менее 2 кВт. К тому же разные типы генераторов имеют разные нагрузочные характеристики. Так, синхронные генераторы легче переносят пусковые перегрузки и вырабатывают более чистый ток. Способность же асинхронных генераторов выдерживать пусковые перегрузки значительно ниже. Типовая схема асинхронного генератора  изображена на рис.1.

Чтобы улучшить пусковые характеристики асинхронных генераторов, используют схемы стартовых усилителей. Принцип работы стартового усилителя заключается в подключении дополнительных конденсаторов к обмоткам генератора для увеличения возбуждения при большом токе нагрузки. Устройством стартового усиления оборудованы, например, асинхронные генераторы фирмы Geko. Увеличение возбуждения  производится только на время запуска электродвигателя, но не более чем на 8 секунд, чтобы избежать перегрева генератора. Автором был приобретен асинхронный бензогенератор Viper WG1500 мощностью 900 ватт номинальной и 1000 ватт максимальной. Были проведены эксперименты с запуском асинхронного двигателя заточного станка (0,4 квт, 1500 об/мин., 3 фазы, соединение в треугольник, конденсаторный запуск). В момент запуска напряжение генератора падало до 160V, двигатель разгонялся долго и вяло. При подключении дополнительного конденсатора параллельно основному, напряжение без нагрузки увеличивалось до 300V, однако при включении нагрузки эффекта не было (очевидно из-за малой мощности обмотки возбуждения). При подключении же к основной (силовой) обмотке напряжение во время разгона падало лишь до 180V, двигатель быстро разгонялся. Подбором была определена оптимальная емкость - 12 мкф. (основной конденсатор возбуждения имеет такую же емкость). Было решено оснастить генератор стартовым усилителем, однако найти такую схему ни в известной литературе, ни в интернете не удалось. В результате была разработана несложная схема стартового усилителя (рис. 2).

 Основным элементом схемы является триггер Шмитта на микросхеме К561ЛА9 (DD1). Последовательно в цепь нагрузки включена первичная обмотка трансформатора TV1, который преобразует проходящий ток в напряжение. Напряжение со вторичной обмотки выпрямляется диодным мостом BD2, сглаживается конденсатором C3 и подается на вход триггера. При достижении некоторой величины, которая зависит от тока нагрузки, триггер переключится в единичное состояние, откроется транзистор VT1, включится реле K1 и своими контактами подключит дополнительный конденсатор C6 к обмотке генератора. Как только ток нагрузки уменьшится, триггер переключится в нулевое состояние, реле обесточится, и конденсатор отключится. С помощью резистора R6 устанавливают максимальный ток, при котором срабатывает триггер. Резистором R9 устанавливают минимальный ток, при котором триггер возвращается в исходное состояние. Стабилитрон VD1 ограничивает выпрямленное напряжение до 31V при больших токах или замыкании нагрузки. Стабилитрон VD4 дополнительно предохраняет вход микросхемы DD1.1 от превышения напряжения. Светодиоды VD7 – VD9 индицируют состояние устройства. В штатном режиме горит зеленый светодиод (VD7), при срабатывании устройства зажигается красный (VD9), индицируя подключение дополнительного конденсатора к обмоткам генератора. Питание схемы осуществляется от выходного напряжения генератора через гасящий конденсатор C1, резистор R3 и диодный мост BD1. Стабилитрон VD3 ограничивает выпрямленное напряжение на уровне 33V. Диод VD2 позволяет питать катушку реле K1 пульсирующим током, не ухудшая фильтрацию выходного напряжения. Резистор R7 совместно со стабилитроном VD5 образуют параметрический стабилизатор, который обеспечивает питание микросхемы DD1. Для выключения схемы тумблер SA1 закорачивает вход диодного моста BD1. Такой способ был выбран по двум причинам – коммутируемый ток и напряжение в таком случае небольшие, что позволило использовать микротумблер, а параллельное включение к выходу генератора C1, R3 совместно с C2, R4 улучшает форму синусоиды генератора, уменьшая присутствие высших гармоник. На фото1 (а) показана осцилограмма выходного напряжения генератора при малой нагрузке (осциллограмма улучшается лишь при больших нагрузках).

На ней видно наличие гармонических составляющих. При подключении трансформаторов или люминесцентных светильников с индуктивными балластами они издавали тон высокой частоты. Подключение параллельно выходу конденсатора емкостью 1 мкф. убирало высшие гармоники, однако синусоида была сильно искажена (фото1, б). При подключении устройства, благодаря наличию C1, R3 и C2, R4, осцилограмма имела приемлемый вид  (фото 1, в). При включенном устройстве цепочка C1, R3 остается подключенной через диодный мост BD1, что не ухудшает фильтрацию гармоник.

Детали. Схема собрана на печатной плате размером 70Х70 мм. Рисунок печатной платы и расположение деталей на плате показано на рис.3, вид собранной платы – на фото2.

В качестве трансформатора TV1 использован сетевой трансформатор от импортного малогабаритного приемника. У него удаляется вторичная обмотка, и проводом, идущим от генератора к нагрузке, делается один виток (фото 3).

Конденсатор C1 в авторском варианте составлен из двух конденсаторов К73-17в 0,33мкф. 630V. Конденсатор C2 – МБГП-3 0,5мкф. 600V. Конденсатор C6 составлен из трех включенных параллельно конденсаторов МБГП-2 4мкф. 600V. Реле K1 – РП-0 У3, сопротивление обмотки 920 Ом, ток срабатывания 20мА. Вместо него можно использовать другие реле с подобными характеристиками, необходимо только, чтобы контактная группа была достаточно мощной. Ввиду того, что обычно бензогенераторы выполнены очень компактно, расположить устройство внутри не удается, поэтому проще выполнить его в виде приставки-переходника, через который и включать нагрузку. Конструкция устройства в сборе показана на фото 4.

Автору удалось установить устройство на правой боковой стороне бензогенератора, закрепив его с помощью уголков на болты крепления бензобака. Подключение к бензогенератору осуществляется с помощью разъема РП10-7 ЛП. Трансформатор TV1 установлен на щитке бензогенератора возле выходной розетки (фото 5). Провод, идущий к розетке, продевается через трансформатор, образуя первичную обмотку.

Настройка. Прежде всего необходимо определить, при каком токе устройство должно включиться, при каком отключиться. Рекомендаций на эту тему у автора не было, поэтому решено было пойти логическим путем. Максимальный ток был выбран несколько больше максимальной мощности генератора (6А), минимальный – равен номинальной мощности генератора (4А). Эксплуатация подтвердила правильность выбора. Настроить устройство можно в лабораторных условиях. Для настройки схемы потребуется ЛАТР и силовой трансформатор от лампового телевизора или приемника с накальной обмоткой 6,3V, либо любой другой трансформатор с понижающей обмоткой, способной кратковременно выдать ток 6 – 10А. Собирается схема, изображенная на рис.4.

Установив движки резисторов R6 и R9 в среднее положение, подключают напряжение сети на клеммы “генератор”. Затем, выведя движок ЛАТРа на ноль, включают его в сеть. Плавно добавляя напряжение, устанавливают по прибору ток 6А, и, вращая резистор R6, добиваются срабатывания реле K1, при этом светодиод VD9 должен зажечься. Затем уменьшают ток до 4А, и, вращая резистор R9, добиваются отключения реле. Светодиод VD9 должен погаснуть. Данную операцию необходимо проделать несколько раз, так как имеется некоторое взаимное влияние положения резисторов R6 и R9. Добившись нужного результата, несколько раз проверяют верхний и нижний пороги срабатываний. При данных номиналах схемы была возможность устанавливать резистором R6 максимальный ток от 4,5А до 10А, резистором R9 устанавливать гистерезис (разность между включением и отключением) от 0,5А до 5А. Необходимо заметить, что эти диапазоны настройки также зависят от типа применяемого трансформатора TV1 (от напряжения, развиваемого на вторичной обмотке). После подключения устройства к генератору он стал легче выдерживать пусковые нагрузки, в штатном режиме (со сброшенным давлением в системе) запускались холодильники средней мощности (160 ватт). Следует иметь ввиду, что на проводах также будет падение напряжения, поэтому провода подключения не должны быть слишком длинными, и иметь достаточное сечение. Значительно облегчить запуск холодильников удается, улучшив их коэффициент мощности (cos φ), подключив параллельно двигателю компрессора неполярный конденсатор емкостью 10мкф 400V, как рекомендовано в [2]. Однако если холодильник имеет большую мощность, или же кроме холодильника одновременно будет подключена другая мощная нагрузка, необходимо приобретать генератор с большим запасом мощности. Данное устройство можно применять и для более мощных асинхронных генераторов. При подключении к ним сварочного оборудования стартовый усилитель должен быть обязательно выключен во избежание перегрева генератора. Несколько слов необходимо сказать по поводу приобретенного автором бензогенератора. Первый же запуск выявил неприятный сюрприз – авторегулятор оборотов двигателя имел явно агрессивную характеристику, при подключении нагрузки двигатель резко набирал обороты, напряжение поднималось до 280V, затем обороты резко падали, соответственно напряжение снижалось до 50V, после чего обороты вновь повышались. Возникал автоколебательный процесс, который удавалось прекратить, лишь удерживая рычаг авторегулятора рукой. Этот дефект удалось исправить установкой дополнительной не очень жесткой пружины на рычаг авторегулятора (фото 6).

Несколько снизившиеся после этого обороты двигателя, а соответственно и напряжение генератора, восстанавливают, вращая винт регулировки оборотов. После этого двигатель стал мягко воспринимать нагрузку, и так же мягко возвращаться в режим холостого хода. Многие бензогенераторы конструктивно одинаковы, поэтому, возможно, такой совет будет полезным и для других моделей. И еще один сюрприз, о котором нельзя не упомянуть. Генератор имеет выход 12V для зарядки аккумуляторов. Естественно, напряжение должно быть постоянным, об этом говорит и инструкция, однако реально на клеммах напряжение было переменным, выпрямительный мост банально отсутствовал, переменное напряжение подавалось непосредственно с обмотки генератора (китайцы до такого не додумались бы, здесь явно поработали наши ребята). А ведь это грозит выходом со строя аккумулятора и повреждением генератора. Так что прежде чем подключить аккумулятор, необходимо убедиться в том, действительно ли на клеммах напряжение постоянное. В противном случае необходимо установить диодный мост для получения постоянного напряжения.

Виктор Кандауров

Электрик №1-2,2012г.,с.52

Литература

1. Работа асинхронного электродвигателя в генераторном режиме // Сделай сам - 2005. -  № 3. -  С.78 – 82.

2. В. Кандауров. Повышение экономичности бытовых электроприборов // Электрик - 2011. - №3. – С.55

3. В. А. Балагуров. Проектирование специальных электрических машин переменного тока // Москва - Высшая школа – 1982. -  С.133