Обзор уровней степеней защиты на электрогенераторах

Сфера применения различных электрогенераторов черезвычайно широка и, соответственно этому, им приходится работать в весьма разнообразных, иногда агрессивных условиях окружающей среды. Каким-то из них (например, в походных обстоятельствах) приходится подвергаться безжалостным атмосферным воздействиям - морозу, туману, дождю. Каким-то (особенно в условиях производства) нужно работать в запыленных цехах, под слоями частиц из промышленных отходов. Ведущие производители  электростанций, безусловно, предвидят это и готовы обеспечить работу своих электрогенераторов даже в самых жестких испытаниях при их эксплуатации. Как же понять, какую степень защиты предлагает фирма-производитель на той или иной модели своих электростанций?

Всякая электростанция фактически является двигательно-генераторным агрегатом. В нем на долю двигателя выпадает задача преобразовать энергию от сжигаемого топлива в чисто механическую энергию вращения вала. Собственно генератор же (или как его еще называют альтернатор) связан с двигателем через ротор c целью перевода энергии вращения на валу в переменный электрический ток. Сейчас есть возможность выбрать у производителей синхронные щеточные или безщеточные генераторы, а можно остановить выбор и на самовозбуждаемых асинхронных безщеточных генераторах. Именно в особенностях их конструкций заключена сфера наиболее выгодного (для долговечности работы генератора) применения той или иной схемы, по которой  они созданы.

Чтобы иметь единый для всех подход к оценке класса защиты того или иного электрогенератора, был разработан особый европейский  стандарт для такой оценки. Он обозначается как "класс защиты по DIN40050". Собственно класс защиты состоит из кода: двух букв (это латинские литеры IP) и стольких же цифр.

В первой цифре кода зашифрована степень защиты от попадания в агрегат посторонних частиц ( например, пыли или песка ).

Если первой цифрой является ноль, это означает, что какая-либо защита отсутствует.
Наличие в первой позиции кода единицы означает гарантии от попадания внутрь генератора инородных предметов свыше 50 мм по диаметру (то есть, размером, как теннисный шарик).
Если на первом месте Вы видите двойку - в Ваш генератор не смогут попасть и частицы более 12мм в диаметре (величиной с вишенку).
Тройка будет означать в стандарте защиту от катышков более 2,5мм в поперечнике (то есть размером с рисовое зернышко)
Четверка обещает в первой позиции кода защиту от песчинок более 1мм.
Цифра пять означает,что попадание любых посторонних частиц и пыли в это генератор исключено полностью.

Во второй цифре кода обозначена степень защиты агрегата от попадания на него воды.

"0"  будет означать отсутствие всякой защиты.

"1" на второй позиции кода обозначает защиту от вертикального движения капель.

"2" сигнализирует, что защита есть только от брызг воды, попадающих под углом не более 15 градусов в сторону от вертикали.

"3" в конце кода обещает нам защиту от капель, угол падения которых к вертикали не свыше 60 градусов.

"4" в окончании кода будет означать защиту генератора от попадания водяных капель и брызг с любого направления.

Если код заканчивается цифрой "5",то такой генератор защищен даже от контакта с целыми струями с любых направлений.

Рассмотрим теперь, исходя из расшифровки класса защиты, различные типы существующих альтернаторов.

Мы уже говорили, что для перевода механической энергии от вращающегося вала в переменный электроток альтернатор связан с двигателем через ротор (или как его еще называют - якорь). Вращением намагниченного якоря достигается появление переменного магнитного поля на обмотках статора, чем достигается возбуждение в них электродвижущей силы. Для намагничивания ротора существуют разные схемы.

Например, синронный тип генератора (со степенью защиты IP23 ) использует для этого обмотки ротора, на которые подается электрический ток. Влияние на его магнитное поле производится за счет изменения величины электрического тока, а роль регулятора может выполнять несложная электрическая схема с обратной связью по току и напряжению. Благодаря такой схеме у синхронных альтернаторов создается устойчивая способность выносить кратковременные (1-2 секунды)перегрузки (в 3-4 раза выше номинала) при запуске потребителей типа насосов или холодильников. Однако, нужно учитывать и слабые места такой конструкции генератора. Ведь для подачи тока к вращающемуся ротору требуются электрощетки. Во время работы в моменты перегрузок на больших токах щетки эти неминуемо перегреваются и, за счет этого, постепенно "выгорают". "Выгоревшие" щетки все хуже прилегают к коллектору, что приводит к дальнейшему перегреву щеточного узла. Поэтому, для сохранения работоспособности щеточного узла сами щетки (по мере их износа) требуется заменять. Новому комплекту щеток, сразу после замены, требуется "притереться" к коллектору, и только после этого, cпустя некоторое время, возможно будет вновь "снимать" с электростанции ее полную мощность.

С необходимостью охлаждения в такой схеме конструкции генраторов и связана не самая высокая степень их защиты от попадания капель воды и пылевых частиц - всего IP23. Ведь ради этого охлаждения синхронному альтернатору приходится "прокачивать" охлаждающий его воздух через себя, занося вместе с ним внутрь и грязь, и пыль, и водяные брызги из окружающей среды.

Для преодоления этих недостатков в работе синхронного альтернатора сейчас изобретены его новые разновидности с безщеточными системами возбуждения тока в катушках ротора ( по-английски такая система работы называется "brash-less"). Отсутствие щеточного узла позволило создать конструкцию таких альтернаторов уже с более высокой степенью защиты - до значения IP54.

Та же высокая степень защиты от внешних воздействий IP54 присуща и асинхронным типам генераторов. Особенности их конструкции позволяют им вообще обходиться без обмотки на якоре - ведь для возбуждения электродвижущей силы они реализуют остаточную намагниченность ротора. Отсутствие обмоток ротора и необходимости их охлаждать воздухом извне позволили выпускать асинхронные генераторы в полностью закрытых корпусах, исключающих проникновение снаружи частиц грязи, пыли и влаги. Такая конструкция асинхронных альтернаторов безусловно выигрывает перед синхронными в долговечности и надежности  работы.  При всех этих положительных сторонах в работе асинхронным альтернаторам присущи и своеобразные недостатки. По сравнению с синхронными образцами асинхронным генераторам не доступна возможность обеспечивать работу потребителей с большими  пусковыми перегрузками по току, поэтому для преодоления этого асинхронные электростанции требуется оснащать системой стартового усиления.  Она подключает ( при критическом превышении тока ) к конденсаторам основного возбуждения дополнительные: это компенсирует падение напряжения из-за высокой нагрузки. Через несколько секунд, достаточных для запуска питаемого от станции электропотребителя, электроника отключает конденсаторы дополнительного возбуждения, поэтому их работа не успевает привести к перегреванию генератора. Подобная схема работы с подключением стартового усиления не подходит только для обеспечения энергией процесса сварки. Ведь при ней каждое зажигание дуги создает скачки тока, что постоянно провоцирует стартовое усиление увеличивать ток возбуждения на альтернаторе, что, с некоторым временем, приведет к выходу из строя обмотки на его статоре.

Так связаны между собой степени защиты электроальтернаторов  и особенности схем их конструкции - зная об этом, выберите для себя наилучшую, исходя из круга задач и условий, в которых придется их решать Вашему электрогенератору. Если ему предстоит работа в сильно запыленном цеху или на стройплощадке - Вам имеет смысл уделить внимание выбору асинхронной схемы для Вашей электростанции ради присущих этой схеме надежности в жестких условиях агрессивной среды, низких эксплуатационных затрат на сервисное обслуживание и ремонт, большому ресурсу рабочих часов. За применение асинхронных альтернаторов будет говорить и присутствующий у них низкий коэффициент нелинейных искажений выходного напряжения ( всего 2-3% вместо 10-25% у разных типов синхронных генераторов ), что очень важно для подключения к питанию электронной техники.

Если рещающими показателями для приобретения Вами электрогенератора будут невысокая цена, малый вес, возможность переносить высокие пусковые токи при запуске холодильников, компрессоров, насосов, дисковых пил и прочих электроинструментов - Вам потребуется выбирать себе синхронную схему в модельном ряду электростанций.

Такой вдумчивый ( обеспеченный объективными возможностями нужной Вам схемы) выбор оптимальной для Вас конструкции альтернатора обеспечит высокую эффективность и удобство работы на Вашей электростанции.