Зарядные генераторы
Регулярная недозарядка вредит тяговым аккумуляторам. Их емкость постепенно уменьшается и аккумуляторы выходят из строя, если зарядное устройство полностью не возвращает им потраченную энергию. Поскольку генератор ходового мотора часто единственный источник зарядки на катере или яхте, то от правильного выбора его рабочих характеристик зависят продолжительность зарядки, срок службы аккумуляторов и затраты на обслуживание двигателя.
Если двигатель работает долго, а аккумуляторы разряжаются не сильно, то для зарядки достаточно небольшого генератора на 50-60 ампер. Режим его работы напоминает автомобильный – полная мощность в течении нескольких минут для подзарядки разряженных на 5-10% аккумуляторов, затем уменьшение выходного тока для питание бортового оборудования. Однако, если тяговые аккумуляторы разряжаются глубоко, а время работы двигателя ограничено, стандартный генератор не справится с их зарядкой. Потребуется специальный генератор повышенной мощности. Решающий фактор при выборе его характеристик — скорость приема заряда аккумуляторами.
Для разряженного на половину тягового аккумулятора безопасен ток в 25 и более процентов от емкости. Но по мере того, как аккумулятор заряжается, скорость приема заряда падает. При уровне зарядки 70% — 80%, она составляет уже 10 — 15% от емкости. Если в этот момент не уменьшить зарядный ток, температура аккумулятора повысится и электролит в нем закипит.
У каждого типа аккумуляторов глубокого разряда свой максимальный ток зарядки. Гелевые и AGM заряжаются быстрее, чем жидко-кислотные батареи с толстыми пластинами.
Считается, что при разряде в 50% для AGM аккумуляторов безопасен ток в 40 % от емкости. Однако последние эксперименты показали, что некоторые типы этих аккумуляторных батарей выдерживают зарядный ток равный емкости. Литий ионные аккумуляторы допускают ток заряда, превышающий 100% емкости.
Мощность генератора
Мощность зарядного генератора определяют, используя свойство аккумулятора принимать высокий ток в сильно разряженном состоянии. Поскольку для заряженного наполовину аккумулятора безопасен ток в 25-40% от емкости, минимальная мощность генератора должна быть равна этой величине. К полученному значению добавляют ток, потребляемый бортовым оборудованием во время работы двигателя. (Эта нагрузка может быть достаточно высокой, если установлен холодильник и через инвертор работает оборудование переменного тока.)
Реальная мощность генератора отличается от номинальной. Номинальная мощность характеризует максимальный ток, вырабатываемый генератором при температуре 25 ° C и заданной скорости вращения. Однако во время работы генератор нагревается и его мощность снижается примерно на 25%. Генераторы автомобильного типа работают на полной мощности лишь в течении нескольких минут после запуска двигателя, после чего уменьшают выдаваемый ток. Некоторые модели автомобильных генераторов не выдерживают длительной работы под высокой нагрузкой — они сгорают и выходят из строя.
Для быстрого восстановления емкости сильно разряженных аккумуляторов глубокого разряда требуется генератор повышенной мощности. Его задача — непрерывно работать с максимальной нагрузкой при температуре до 93 С. Однако даже лучшие морские генераторы служат дольше, если работают чуть ниже предела своих возможностей, поэтому при определении мощности для защиты генератора применяют дополнительный поправочный коэффициент равный 0,25.
Таким образом для зарядки аккумуляторной батареи емкостью 200 Ач потребуется зарядный генератор номиналом 50 А (200 х 0,25). Но чтобы не допустить его работу в предельном режиме, правильнее выбрать устройство на 25% мощнее (50 + 25% = 62,5 А) и к полученному значению добавить ток, потребляемый оборудованием во время работы двигателя. Если вместо аккумуляторов с жидким электролитом установлены стандартные AGM аккумуляторы, то мощность генератора можно повысить до 100 А, а для литиевых аккумуляторов до 250 А.
Количество оборотов
Для генераторов существуют графики или таблицы, связывающие выходной ток со скоростью вращения ротора. Некоторые модели достигают номинальной мощности на гораздо более низких оборотах, чем другие. Чем ниже обороты двигателя при полной мощности генератора, тем больше он подходит для зарядки аккумуляторов на холостом ходу.
Стандартные шкивы двигателей и шкивы высоконагруженных генераторов иногда не позволяют выдавать им полную мощность в желаемом диапазоне оборотов. Это связано с тем, что шкивы рассчитаны на автомобильные двигатели, работающие при 2500 — 3500 об / мин, а при зарядке аккумуляторов на холостом ходу обороты двигателя 700 — 1000 об / мин. Поскольку двигатели и их режимы эксплуатации на катерах и яхтах различаются, размер шкива генератора необходимо подбирать индивидуально по следующей процедуре:
- Определите каким оборотам двигателя должен соответствовать максимум мощности генератора
- Найдите максимально допустимое количество оборотов генератора (обычно 10 000 об / мин).
- Определите минимальную скорость работы двигателя при нормальном использовании (или скорость вращения двигателя для зарядки аккумуляторов и работы холодильника, если двигатель чаще всего используется для этих целей во время стоянки)
- Выберите шкив генератора для достижения максимальной требуемой мощности при выбранной минимальной частоте вращения двигателя. Проверьте, чтобы генератор не превышал допустимую скорость вращения при максимальных оборотах двигателя. Если ротор генератора превышает допустимую скорость вращения, измените передаточное отношение таким образом, чтобы максимальная скорость генератора достигалась при максимальных оборотах двигателя.
Пример:
На яхте установлен генератор с номинальным током 130 ампер. Максимальная требуемая мощность 100 ампер (77% от номинальной мощности). Генератор выдает 100 ампер при 3000 об / мин. Максимальная безопасная рабочая скорость вращения составляет 10000 об / мин. Лодка проводит большую часть своего времени на якоре. На стоянке двигатель работает на холостых оборотах при 1000 об / мин для зарядки аккумуляторов.
Чтобы на холостых оборотах двигателя ротор генератор вращался со скоростью 3 000 об / мин передаточное отношение шкивов должно быть 3: 1. Максимальная частота вращения двигателя также 3000 об / мин. При таких оборотах скорость генератора составит 9000 об / мин, что находится в безопасных рабочих пределах.
Установка дополнительного генератора
Высокопроизводительные генераторы создают значительные нагрузки, которые усиливаются гармонической вибрацией. В результате даже прочные монтажные кронштейны иногда разрушаются. Чтобы этого не произошло, мощный генератор лучше всего устанавливать с помощью проверенного комплекта для монтажа, выпущенного производителем генератора.
Во многих случаях наилучшее решение – это не замена имеющегося устройства, а установка второго зарядного генератора в дополнение к уже существующему.
Требования к мощности двигателя
Реальное напряжение на выходе 12-вольтового генератора — около 14 вольт. Выходная мощность такого генератора при токе 100 А — 14 вольт × 100 ампер = 1400 Вт. В одной лошадиной силе 746 Вт, поэтому для привода этого генератора теоретически потребуется 1,400 / 746 = 1,88 лошадиных сил. Однако КПД генераторов при преобразовании энергии составляет всего 50-60%, поэтому его потребляемая мощность вдвое больше — 3,76 л.с. Поскольку в ремне и шкиве также возникают потери, для привода генератора, выдающего ток 100 А требуется 4-5 лошадиных сил. При меньших нагрузках потребляемая мощность меньше.
Если генератор большой мощности устанавливают на маломощный двигатель, то дополнительные затраты энергии могут уменьшить мощность на винте. Чтобы этого не произошло, используют регулятор напряжения, ограничивающий выходной ток генератора и поддерживающий его ниже определенного уровня. У генераторов с внешним управлением цепью возбуждения, устанавливают переключатель, с помощью которого отключают генератор, когда для движения требуется полная мощность двигателя.
Охлаждение зарядного генератора
КПД генераторов — 50-60%. Это значит, что при токе 100 А, генератор потребляет (14 вольт × 100 ампер) /0,5 = 2800 Вт. Из них 1400 Вт идут на нагрев окружающего воздуха. Крыльчатка на роторе генератора разгоняет горячий воздух, но даже с ней генератор быстро нагревается. Если температура внутри генератора повышается до 120 С диоды или обмотка могут сгореть. Риск увеличивается, если генератор используется с разряженными AGM или литиевыми аккумуляторами, которые допускают высокий ток зарядки. Чтобы генератор раньше времени не вышел из строя, он должен быть рассчитан на работу при высокой температуре.
Датчик температуры, подключаемый к регулятору напряжения, помогает контролировать состояние высоконагруженного генератора. Независимо от уровня разряда аккумуляторов и тока зарядки, регулятор уменьшает выходной ток, если температура генератора превышает допустимый предел.
