Инверторный бензогенератор 3 квт схемы своими руками. Делаем бензогенератор своими руками. Основные элементы электростанции

Если рассматривать устройство бензогенератора, то можно увидеть, что в него входят всего два основных элемента: двигатель и генератор. Вся сложность изготовления устройства заключается в регулировке характеристик взаимодействия составляющих. Качество выдаваемой электроэнергии определяется двумя величинами – частотой и напряжением. И если стабилизацию величины напряжения выполнить достаточно просто, то регулировка частоты сопряжена со значительными трудностями.

Схема недорогого бензогенератора

Принцип работы

В недорогих промышленных бензогенераторах регулировка частоты и напряжения выполняется в два этапа. Первый этап механический. Принцип его работы основан на том, что при увеличении электрической нагрузки падают обороты двигателя. Датчик оборотов двигателя механически связан с дроссельной заслонкой карбюратора, поэтому любое изменение оборотов компенсируется регулировкой положения дроссельной заслонки автоматически. Второй этап регулировки осуществляется электронным способом. На рисунке выше показана схема типичного недорогого бензогенератора.

Принцип работы электронной стабилизации оборотов основан на зависимости сопротивления конденсатора от частоты тока. На схеме показана стабилизирующая обмотка (L3), нагруженная на конденсатор (С1). При работе на номинальную нагрузку выходное напряжение составляет 220 В с частотой 50 Гц. Поскольку частота выходного напряжения напрямую зависит от количества оборотов в секунду, то изменение скорости вращения ротора генератора вызывает однозначное изменение частоты напряжения на всех обмотках генератора.

Сопротивление конденсатора зависит от частоты приложенного напряжения. Чем больше частота, тем меньше сопротивление. В результате, ток через стабилизирующую обмотку изменяется в зависимости от нагрузки на генератор. При уменьшении нагрузки число оборотов возрастает, соответственно, растет частота и уменьшается сопротивление конденсатора. Растет ток через обмотку (L3) и растет ее тормозящее значение на ротор генератора. Таким образом, регулировка частоты вращения происходит непрерывно и мгновенно во время работы генератора.

Электрическая стабилизация работает в небольшом диапазоне изменений, поэтому основная функция регулировки возлагается на механический регулятор. Здесь диапазон регулировок гораздо шире, но в ущерб быстроты реакции. Двигатель внутреннего сгорания обладает инерционностью, и изменение количества его оборотов немного запаздывает при регулировке дроссельной заслонкой (такая характеристика работы двигателя называется приемистостью). Резкие скачки нагрузки могут вызвать колебательный процесс системы регулировки.

Подобную систему регулирования трудно сделать самостоятельно, а электронная требует переделки генератора. Достоинство подобной схемы управления – получение синусоидального напряжения с минимальными искажениями формы сигнала.

Более сложные генераторы выполнены по инверторной схеме с двойным преобразованием (рис. ниже).

Инверторный бензиновый генератор

Переменное напряжение генератора поступает на выпрямитель, а затем на транзисторный преобразователь, на выходе которого получается стабилизированное напряжение необходимой величины. Наличие выпрямителя снимает ограничения по стабильности частоты генератора, а транзисторный преобразователь формирует напряжения вне зависимости от величины нагрузки. Недостатком инверторных генераторов является их высокая стоимость и искажение формы выходного напряжения.

Выбор элементов для бензинового генератора

Как уже было сказано, механическую регулировку выполнить самостоятельно весьма затруднительно. Электронная потребует переделки генератора.

Поэтому бензогенератор своими руками имеет смысл делать по инверторной схеме, а в качестве преобразователя использовать преобразователь от источника бесперебойного питания.

На выбор оборудования влияют такие факторы:

• мощность двигателя;
• обороты двигателя;
• напряжение генератора;
• ток генератора;
• мощность преобразователя.

Максимальная мощность бензинового генератора в первую очередь зависит от мощности двигателя. Следующие устройства имеют такие значения мощности и количества оборотов:

• газонокосилка (триммер) – 0.5…2 кВт, 8000…9000 об/мин;
• бензопила – 1.5…3 кВт, 9000…12000 об/мин;
• мотоблок – 3…9 кВт, 2000…3000 об/мин.

Наиболее просто бензогенератор своими руками выполнить на генераторе от автомобиля (рис. ниже). Типичный генератор для легкового автомобиля способен выдать на выходе напряжение 13…14 В при токе нагрузки 80…100 А. Простой подсчет покажет, что мощность такого генератора составляет не более 1.4 кВт. Большие значения можно получить, используя генераторы от грузовых автомобилей.

Автомобильный генератор хорошо подходит для создания бензогенератора

Многие грузовые автомобили комплектуются генераторами на 24 В.

Указанные характеристики генератор имеет при количестве оборотов в среднем 5000 об/мин, что не соответствует нормальным оборотам перечисленных двигателей. Для выравнивания значений можно воспользоваться ременной передачей с разными диаметрами шкивов (рис. ниже). Количество оборотов на ведущем и ведомом шкиве обратно пропорционально их диаметрам. А вот передаваемая мощность изменяется наоборот.

Ременная передача с разными диаметрами шкивов

Бензиновый генератор, выполненный на двигателе от бензопилы или газонокосилки, нуждается в понижающей передаче, чтобы уменьшить количество оборотов на валу генератора примерно вдвое. Мощность, передаваемая двигателем на шкив генератора, также соответственно возрастет вдвое. В случае использования двигателя от мотоблока, передача необходима повышающая.

Использовать редукторные передачи в самодельной конструкции нецелесообразно, поскольку трудоемкость работы по изготовлению редуктора высока. Плохо выполненный редуктор сильно снижает КПД установки и служит источником дополнительного шума.

Следующее необходимое устройство – инверторный преобразователь напряжения (рис. ниже).

Инверторный преобразователь – источник бесперебойного питания

Говоря о мощностях двигателя и генератора, не была упомянута мощность преобразователя. Именно она может стать слабым местом самодельного бензинового генератора. Мощные преобразователи имеют достаточно высокую стоимость. Переделка маломощного преобразователя под силу только тем, кто очень хорошо разбирается в радиоэлектронике и знает принцип работы устройства. Минимальная переделка заключается в замене элементов выпрямителя (силовых диодов и конденсаторов фильтра), ключевых транзисторов и выходного трансформатора.

Аккумулятор источника бесперебойного питания отключать нежелательно. Он используется для нагрузки генератора и призван сглаживать скачки напряжения на его выходе. Большинство автомобильных генераторов при малой нагрузке выдают завышенное напряжение.

Конструкция самодельного бензогенератора

Все элементы конструкции необходимо закрепить на жестком основании. Для основания проще всего сделать раму из стальных уголков 50х50 мм. На раме нужно предусмотреть крепления для двигателя, генератора, преобразователя и бензобака.

Для уменьшения вибраций все элементы должны быть закреплены через амортизирующие прокладки из толстой резины.

Пример расчета бензинового генератора

Рассчитывать самодельный бензогенератор в каждом индивидуальном случае нужно, исходя из имеющихся деталей. В качестве примера можно привести расчет для двигателя от бензопилы и распространенного генератора от автомобиля ВАЗ 2110 5102.3771.

Двигатель имеет мощность 2 кВт при 10000 об/мин. Генератор 5102.3771 выдает напряжение 14 В током до 80 А при 5000 об/мин. Мощность генератора составляет 1120 Вт.

Для получения необходимого количества оборотов на валу генератора требуется понижающая передача с передаточным отношением 1:2. Если оставить на валу генератора его стандартный шкив с диаметром 51 мм, то на вал двигателя нужно будет устанавливать шкив с диаметром 25 мм. Это очень мало. Ремень передачи будет сильно изогнут и будет испытывать большие нагрузки. Лучше, если шкив генератора установить на двигатель, а на его место поставить шкив диаметром 100 мм. Шкив можно выточить на токарном станке из дюралюминия.

Во время работы двигателя на номинальных оборотах 10000 об/мин, ротор генератора будет вращаться с частотой 5000 об/мин, что является оптимальным значением. Для того чтобы полностью использовать запас мощности генератора, необходим преобразователь с мощностью не менее 1.5 кВт.

Видео. Бензогенератор своими руками.

Изготавливать бензогенератор своими руками имеет смысл только при наличии большей части необходимых комплектующих. Покупка всех составляющих не позволит сделать бензиновый генератор дешевле, чем готовый промышленный. Необходимо также учесть потраченное время и риск поломок в результате настройки и регулировки.

На фото изображен обыкновенный, однофазный, рамный генератор. Такие генераторы оснащены четырех тактными двигателями, в большинстве случаев аналоги Honda с верхнеклапанным расположением ГРМ. В зависимости от мощности кВт генератора, рассчитывается мощность двигателя. Другими словами для генераторов в 2.5-3.0 кВт идут двигатели до 210 куб. см. или до 7 л.с. На генераторы мощностью от 3.0-4.5 кВт устанавливаются двигатели объемом от 240 до 290 см. куб. или от 9 л.с до 11 л.с. Большие генераторы от 5.5 - 7кВт комплектуются двигателями от 13 до 15 л.с. с объемом от 390 до 420 куб. см. На совсем мощных электростанциях до 15 кВт обычно устанавливаются 2-х цилиндровые двигатели объемом от 600 куб.см.

Устройство альтернатора (генераторной части)

Принцип работы бензогенератора

На конусный коленвал двигателя установлен ротор, который при вращении внутри обмотки статора дает магнитное поле. После возбуждения генератора автоматическим регулятором напряжения, грубо говоря, магнитное поле превращается в электроэнергию. Такие генераторы работают на постоянных оборотах в 3000 об., что является 50 герцами и 220 вольтами. Такую частоту оборотов поддерживает механический регулятор оборотов. Нарушение количества оборотов ведет к изменению потенциала электрической величины, другими словами если обороты занижены вольтаж падает и прибор может не включиться, а если обороты завышены - подключенный прибор может и сгореть.

Устройство инверторного генератора

Устройство инверторного генератора отличается лишь тем, что вольтаж и обороты двигателя регулируются электрической заслонкой под управлением инверторной платы. Это сделано для более тихой работы устройства и для уменьшения расхода топлива. В большинстве случаев, инверторный генератор делают не на раме а в закрытом корпусе типа чемодана. Сделано это все также для того, что бы уменьшит шум работы двигателя. Инверторные генераторы рассчитаны на подключение приборов с маленьким пусковым током (типа лампочек, телевизора, холодильника, компьютера и др.). Такая техника идеальна для выезда на природу с минимальным количеством электроприборов, такой генератор можно спрятать за чем нибудь и он практически не будет доставать шумом работы. Если подключать приборы с высоким пусковым (типа насос, большие электромоторы, нагреватели, сварочники и др.), то легко можно спалить плату инвертора, которая стоит 2/3 стоимости нового генератора. Также губительны для инверторных установок длинные и тонкие удлинители, а также работа в влажных условиях, например под дождем.

Есть несколько причин для того, чтобы иметь в собственности миниатюрную электростанцию. Это и частые перебои в поставках электрической энергии в сельской местности, и новое строительство, когда электричество еще не подведено к строительной площадке. Лучший вариант – это приобретение готовой конструкции. На рынке большой выбор бензиновых и дизельных электростанций всевозможных диапазонов выходной мощности. Проблемой становится их высокая стоимость.

При наличии необходимых частей и материалов, а также опыта и желания вполне под силу собрать самодельный бензогенератор.

Устройство бензогенератора

Принцип работы бензинового генератора таков же, как и большинства любых электростанций, основанных на преобразовании механической энергии в электрическую. Внешняя сила вращает якорь генератора, и в обмотках статора наводится электрическое напряжение. В случае бензогенератора якорь вращает бензиновый двигатель. Впрочем, вместо бензинового с тем же успехом может использоваться и дизельный двигатель. Отличие заключается лишь в используемом топливе – бензина или дизельного.

Итак, что входит в устройство бензинового генератора? Основные части:

• Бензиновый двигатель (двух,- или четырехтактный);
• Генератор;
• Схема контроля, защиты и управления;
• Устройство стабилизации оборотов;
• Бак для топлива;
• Рама для крепления всех составляющих частей.

Выбор комплектующих

Как сделать бензогенератор своими руками? Основными частями являются двигатель и генератор. В качестве двигателя можно использовать любой подходящий бензиновый двигатель от бензопилы, мотокультиватора, мотоцикла или мопеда.

Мощность мотора должна несколько превышать требуемую на выходе электрического генератора. Определенную трудность составляет соотношение мощностей, выраженных в киловаттах (характеристика электрогенераторов) и в лошадиных силах, обычно применяемых для характеристик двигателей внутреннего сгорания. Различные величины соотносятся между собой следующей зависимостью:

1 кВт = 1.36 л.с.

Таким образом, двигатель бензопилы мощностью 2 л.с. в переводе на киловатты имеет 1.47 кВт.

При наличии выбора лучше остановиться на четырехтактном двигателе, поскольку двухтактный имеет такие недостатки:

• Необходимость использования в качестве топлива смеси бензина и специального масла;
• Невозможность использовать топливный бак большого объема, поскольку топливная смесь имеет обыкновение расслаиваться, и вязкое и более тяжелое масло окажется на дне емкости;
• Низкая экономичность.

Не менее сложная задача – выбор генератора. В качестве электрического генератора теоретически возможно использовать любой электродвигатель, поскольку эти устройства обладают обратимостью и могут выполнять функции друг друга. Заманчиво использовать двигатель переменного тока, чтобы на выходе сразу получалось переменное напряжение с необходимыми параметрами. Но на практике это неосуществимо по ряду причин:

• Невозможность точной стабилизации частоты вращения двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, с изменением количества оборотов двигателя будут изменяться выходные напряжение и частота;
• Высокая сложность схемы контроля.

В промышленных бензогенераторах используют специальные обмотки, нагруженные на конденсатор. При повышении оборотов растет частота напряжения, соответственно, сопротивление конденсатора падает, и растет нагрузка на управляющую обмотку. Та, создавая дополнительное намагничивание, притормаживает ротор генератора, снижая частоту вращения. При понижении частоты происходит обратный процесс. На практике это требует полного изменения конструкции двигателя, введения в него дополнительной обмотки и вряд ли осуществимо в домашних условиях.

Единственный выход из ситуации – использование генератора постоянного тока.

Наилучшим образом для самодельного бензогенератора подходят автомобильные генераторы, поскольку:

• Имеется возможность стабилизации выходного напряжения путем использования штатного регулятора напряжения автомобиля;
• Возможность подключения любого генератора взамен вышедшего из строя;
• Преобразование постоянного напряжения путем использования источника бесперебойного питания.

На последнем пункте нужно остановиться поподробнее. Понятно, что автомобильный генератор выдает постоянное напряжение. Его величина составляет 12-14 В. Но как преобразовать его в переменное напряжение 220 В? Выход прост – использование блока бесперебойного питания, у которого вместо аккумулятора подключен автомобильный генератор.

Вполне возможно, что именно блок бесперебойного питания будет являться самой дорогой частью самодельной домашней электростанции, поскольку у устройств с мощностью более 500 Вт резко растет их стоимость. Вариантов увеличения допустимой мощности несколько:

• Переделка существующего бесперебойника под более высокие значения мощности;
• Приобретение неисправного мощного с его последующим ремонтом;
• Сборка собственной конструкции.

Первый вариант требует большой квалификации по части ремонта радиоэлектронных устройств, поскольку требуются:

• Замена штатного трансформатора на более мощный;
• Замена выходных транзисторных ключей (возможно, вместе с их обвязкой);
• Переделка либо регулировка токовой защиты под новый диапазон выходного тока.

Изготовление полностью самодельной конструкции требует не меньших знаний, но нет необходимости воспроизводить множество ненужных функций промышленного устройства. Таким образом, себестоимость самодельного преобразователя может оказаться более низкой, чем остальных составляющих самодельной электростанции.

Наиболее просто иногда воспользоваться неисправным преобразователем. Зачастую их списывают по причине неработоспособности, хотя там неисправна всего лишь аккумуляторная батарея. Стоимость мощных аккумуляторов для блоков бесперебойного питания высока и составляет большую часть стоимости устройства, поэтому иногда выгоднее приобрести новый бесперебойник, чем менять батарею в старом.

Обратите внимание! Несмотря на то, что генератор подключается вместо аккумулятора, батарея, хоть и минимальной емкости, необходима для сглаживания пульсаций генератора. В противном случае бесперебойник не запустится или выйдет из строя.

Также можно использовать готовые инверторные преобразователи необходимой мощности.

Сопряжение двигателя и генератора

Вращение от двигателя к генератору передается путем ременной передачи или редуктора. Но редуктор имеет большую массу, высокую шумность, поэтому лучше воспользоваться ременной передачей.

Двигатели и генераторы характеризуются различными значениями номинальных оборотов, поэтому шкивы на валах этих устройств должны обеспечивать определенное передаточное число. Рассчитывается оно просто: во сколько раз обороты генератора должны быть меньше оборотов двигателя, во столько же раз диаметр шкива генератора должен превышать диаметр шкива двигателя. Например, генератор легкового автомобиля рассчитан на номинальные обороты 5000 в минуту, а двигатель бензопилы работает при 10000 оборотах в минуту. Таким образом, диаметр шкива генератора должен быть в два раза больше диаметра шкива двигателя.

Обратите внимание! Нельзя брать слишком маленький диаметр шкива, поскольку сильный изгиб приводного ремня сократит его срок службы, и уменьшится коэффициент полезного действия, поскольку часть мощности двигателя будет теряться на изгибание ремня. На практике можно использовать шкивы с минимальным диаметром не менее 100 мм.

Заманчиво использовать генераторы с родными шкивами. Но, если там используется плоский ремень, то найти подобный нужной длины довольно затруднительно, поэтому, чтобы облегчить поиски нужного ремня, шкивы нужно изготовить под клиновой ремень. Таких ремней всевозможной длины множество в любом автомагазине или авторынке, и стоимость их невысока.

Шкивы изготавливают из дюралюминия или текстолита. Это может сделать любой токарь за символическую плату. Главное – обеспечить плотную посадку на валу генератора и двигателя.

Бензобак

В качестве бензобака можно использовать металлическую герметичную емкость с заливной горловиной с крышкой и штуцером для подачи топлива в карбюратор. Лучше всего использовать топливный бак с любого автомобиля. Главное – его исправное состояние и подходящие габариты.

Нельзя использовать пластмассовые емкости:

• Пластик на холоде становится хрупким;
• Некоторые типы пластмассы постепенно разрушаются бензином;
• Пластики имеют свойство электризоваться и накапливать статическое электричество, что чревато воспламенением топлива.

Сборка конструкции и регулировка

Бензиновый генератор собирают на подходящей платформе. При сборке главное – обеспечить строгую параллельность и расположение в одной плоскости шкивов генератора и двигателя. В противном случае возможно соскакивание ремня и его повышенный износ. Расстояние между шкивами выбирают таким образом, чтобы ремень находился в натянутом состоянии и не проскальзывал во время работы.

Важно! Не переусердствуйте с натяжением. Это вызовет снижение КПД и износ ремня и шкивов, а главное – подшипников валов двигателя и генератора.

Имея еще один шкив, пусть даже и малого диаметра, можно сделать устройство натяжения ремня при помощи пружины нужной силы упругости.

Бензобак размещают в самой высокой части конструкции, чтобы бензин мог самотеком поступать в карбюратор. При этом важно не допустить нагрева бака теплом работающего двигателя. При необходимости выполните теплоизоляцию при помощи асбестовых прокладок.

Важно! Асбестовая пыль не ядовита, но может вредно воздействовать на легкие, поэтому работать с асбестом нужно в респираторе.

Не забудьте про топливный фильтр.

Собранная конструкция должна обеспечивать простоту запуска двигателя и доступ ко всем элементам: карбюратору, свечам зажигания, регулятору напряжения.

Регулировка заключается в установке необходимого напряжения при помощи штатного регулятора генератора. Некоторые генераторы, к примеру, от автомобилей «Самара» и более новых имеют встроенный регулятор, который не допускает регулировки.

При напряжении ниже допустимого уровня блок бесперебойного питания не запустится, выдавая сигнал сильного разряда аккумулятора. Высокое значение может вызвать повреждение элементов схемы.

Как видно, сборка домашнего бензогенератора – занятие вполне осуществимое. Своими руками собранный бензогенератор способен работать не хуже заводского, но следует знать, что этим заниматься можно только при наличии хотя бы части комплектующих. Изготовление электростанции с «нуля» при полном отсутствии деталей приведет к затратам, превышающим приобретение готовой конструкции.

Видео

Пользу от собственного бензогенератора искать нет надобности, она лежит на поверхности.

Владельцы гаражей, дачных участков, частных домов (при условии, что эти объекты имеют ненадежное энергообеспечение, или не электрифицированы вовсе) давно оценили преимущества резервного электропитания.

Даже если вы живете в коттеджном поселке с нормальным подводом электричества, возможны аварийные ситуации. Пропадание энергии на продолжительное время приведет к порче продуктов в холодильнике летом, и нарушениям в работе отопительного котла зимой.

Поэтому многие домовладельцы приобретают промышленные генераторы, стоимость которых не назовешь экономной.

Еще одно направление для мобильных электростанций – туризм, экспедиции и выполнение работ с помощью электроинструмента в автономном режиме.

Этот полезный прибор не относится к слишком сложным устройствам, поэтому бензогенератор вполне можно собрать своими руками, в том числе и на 220 в.

Разумеется, главная причина такого решения – стремление экономить. Если вы будете приобретать компоненты для мобильной электростанции в магазине – затраты на детали превысят экономию на сборке.

Поэтому, рентабельным самодельный бензогенератор станет, лишь при наличии условно бесплатных компонентов.

Самыми дорогими запчастями являются: привод (бензиновый двигатель) и электромотор, который выступит в роли генератора. Именно их необходимо подобрать из имеющегося в запасниках «хлама».

Какую силовую установку можно подобрать для генератора?

Прежде всего – мощность. В мобильных энергоустановках применяется следующее соотношение: на каждый киловатт вырабатываемой электроэнергии (не в пиковом, а в штатном режиме) подается 2-3 л/с двигателя.

Важно! Эта пропорция работает при грамотно подобранных компонентах и минимальными потерями. Следует помнить, что даже самый недорогой генератор из «Поднебесной» спроектирован инженерами.

Как правило, бензогенераторы разрабатываются в комплексе, то есть под определенный мотор разрабатывается генерирующий элемент. Для самодельной установки следует выбирать коэффициент 2-4 л/с на 1 киловатт энергии. В противном случае, при полной нагрузке двигатель быстро выйдет из строя.