Вопросы качества электроэнергии, вырабатываемой генераторами

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Теплопередача между газом и цилиндром увеличивается с ростом температуры имхо.

 

У бензина смесь горит медленно, а у дизеля - быстрее. Не успевает дизель принять тепло. Поэтому и КПД дизеля больше, а греется, соответственно он меньше.

 

Это так, но это не об'ясняет холодные печки дизелей...
Видимо здесь действительно так же влияет взрывной характер работы дизеля.
И кроме того соотношение топливо/воздух у дизелей в несколько раз выше - они в отличии от бензинок работают с избытком воздуха, что ведет к выносу части тепла с выхлопом (и эта часть соответственно в несколько раз выше чем у бензинок).

 

Газы в цилиндре охлаждаются за счет расширения и за счет теплообмена со стенками. Если теплообмен со стенками у цилиндров одинакового размера примерно одинаковый, то вот расширение у дизеля в 20 раз или около того, а у бензомотора в 10. Поэтому выхлоп у дизеля холоднее при прочих равных условиях, а кпд преобразования тепловой энергии в механическую - выше.

Без извращений расход меньше поллитра в час на доступных в продаже генераторах не получить. Исключением были например Kipor KGE980Tc с двигателем KG40,имевшим узкие фазы газораспределения. Вот там было реально получить "стакан в час". Но эти двигатели быстро перестали выпускать - видимо из-за плохих маркетинговых характеристик (масса/мощность в первую очередь). Все небольшие двигатели и электростанции на их основе оптимизируются с точки зрения снижения материалоемкости, а не повышения кпд. Потому что сэкономив на каждом моторе по 100г Цветного Металла производитель может озолотиться, а за КПД в три процента платит не он, а пользователь.
Поэтому единственный вариант дальнейшего повышения КПД - это изменение формы кулачков распределительного вала, что в гаражно-сарайных условиях сделать очень затруднительно. Еще можно сдвигать рабочий процесс в сторону цикла Аткинсона-Миллера,для этого кроме переделки распредвала надо еще камеру сгорания уменьшать. При этом мы сильно ухудшаем показатель масса/мощность,но очень заметно поднимем КПД. Ну и обороты 3000 абсолютно не нужны - надо использовать такой тип электромашины-генератора,который к оборотам не критичен (хотябы и постоянного тока например- все равно аккумы заряжаем). При снижении оборотов двигателя увеличивается время контакта горячих газов с стенками цилиндра и потери тепла через них, но механические потери снижаются быстрее, поэтому КПД все равно растет.
Кроме того, получение одной и той же мощности при низких оборотах и большем открытии дросселя - выгоднее так как улучшается продувка цилиндра (меньше остаточных газов от предидущего цикла),условия смесеобразования, и растет реальное эффективное давление в конце такта сжатия так как "всос" не заткнут закрытой дроссельной заслонкой. А повышение давления сжатия увеличивает термодинамическую эффективность на такте расширения. Кстати, отсутствие дроссельной заслонки - тоже одна из причин более высокого КПД дизелей. Вот тут кстати есть одна возможность, доступная в сарайных условиях. Можно несколько снизить расход, частично заткнув выхлоп, то есть создавая искусственное сопротивление выходу газов из цилиндра. При этом получится дросселирование на выхлопе, где оно не снижает давление на такте сжатия и сохраняет термодинамическую эффективность такта расширения достаточно высокой. Я такое пробовал - расход действительно слегка снижается ценой невозможности получить от этого двигателя полную паспортную мощность, которая мне и не нужна. По мере затыкания выхлопа - штатный регулятор всё больше открывает дроссельную заслонку на впуске и она всё меньше мешает наполнению цилиндра. Правда увеличивается обратный выброс смеси из-за опять же широких фаз, но если установлен коробчатый воздухофильтр без щелей в корпусе то всё выброшенное потом всасывается обратно. Также из-за затрудненного удаления горячих газов повышается температура свечи и она перестает забиваться маслом при работе двигателя на типичную дачную нагрузку вида "телик и пара лампочек".

 

Похоже нормальную электростанцию для оптимального расхода топлива можно только собрать из компонентов. В продаже таких почти нету. А потом целый бизнес открыть по сборке оптимальных электростанций для малоимущих.

 

Есть "подводный камень" при снижении оборотов в генераторе расчитанном под 3000
Будет падать КПД альтернатора, и существенно.
Я тут смотрел один генератор 30 квт. Так вот там по размеру альтернатор не сильно больше чем наши тарахтелки на 5 Квт. Прелесть в том что альтернатор тот расчитан на 96000 об и имеет КПД почти 98%.
Так что снижение оборотов не панадол.

 

Если сделать возбуждение от постоянных магнитов - то будет возрастать. Бо уменьшаются потери на перемагничивание и вихревые токи, а они примерно квадратично от частоты зависят. И величина возрастания сильно зависит от величины перегружености в состоянии розничной продажи покупателям. Если оставить возбуждение просто постоянным и перестать его учитывать в потерях - то будет тоже возрастать, но слабее из-за уменьшения потерь в железе на перемагничивание и потерь в проводах обмоток. В общем случае имхо снижение количества оборотов как минимум смещает максимум кпд из области номинальных нагрузок в область меньшей мощщи пропорциональной снижению оборотов.

Даже для дешевых генераторов с компаундным возбуждением кпд должен чуть увеличиваться после вываливания системы из режима стабилизации напряжения бо она основана на эффектах насыщения магнитопровода от которого очень плохеет кпд.

 

Для совсем маломощного гены ватт 150 300, иначе никак.
Тут лучше взять генератор инверторный на 700 вт (например Fubag TI 700) и с ним поиграться.

 

А реально мелкие генераторы выдают КПД не более 10%. Так что потенциал для совершенствования есть.

Да, это так.

Готовых нет, но есть то из чего их можно сделать.

Надо учитывать, что современные небольшие двс имеют слишком слабую конструкцию для того чтобы использовать тот крутящий момент который они способны развить при максимально возможном наполнении цилиндра (дроссель полностью открыт, фазы подобраны оптимально под обороты). Найдите где-нибудь хотябы изображение двигателей Л3,Л6,а лучше пощупайте их в разобранном видел. Даже более распространенный УД25 сойдет для иллюстрации. У первых двух мощность 3 и 6 лс соответственно, у УД25 - 8лс. А на размеры и вес деталей посмотрите? Вот потому-то эти "л" по сей день у рыбаков на баркасах встречаются, хотя их выпуск прекращен полвека назад! Современные же двигатели значительно меньше и легче, и указана для них _пиковая_ мощность при которой двигатель еще способен работать относительно долго не разрушаясь. Моторесурс при этом оказывается неприлично малым. Как чтение умных книг, так и многолетние наблюдения за электростанциями у нас в поселке показывает, что основным определяющим фактором долговечности являяется именно снимаемый с двигателя крутящий момент, а не обороты. Они тоже влияют, но заметно это на старых двигателях, страдавших низкой точностью изготовления деталей и крайне хреновой их балансировкой. У современных, даже китайских, с этим всё очень хорошо, поэтому даже крутясь на 3тыс оборотов они долго не помирают если используется крутящий момент не больше половины от максимально возможного. Проще говоря - если работают "в пол-газа".
Из этого следует, что такой двигатель - хороший кандидат на перевод на цикл Аткинсона-Миллера. При этом обеспечивается как раз примерно половинное наполнение цилиндра, но за счет уменьшения камеры сгорания
достигается правильное давление в конце такта сжатия, определяемое пределом детонационной стойкости топлива. А мои эксперименты на мопедных двигателях (я мопедист с многодесятилетним стажем) показали что современные топлива в этом смысле очень хороши, если конечно в "бензин" газового конденсата с присадками не перелили.
Но г-н Аткинсон требует переделки кулачков распредвала. Я даже готов заплатить денег тому, кто возьмется изготовить кулачки по моим чертежам (на хорошем станке, а не напильником). Но не могу найти того кто взялся бы.
Примерно в эту же сторону копал г-н Ибадуллаев. Но у него похоже тоже небыло возможности переделать распредвал, поэтому он уменьшил камеру сгорания, подняв тем самым степень сжатия, а непревышение давления обеспечивал прикрытием дросселя. Это я тоже пробовал (и "пробую" пару раз в неделю) - у меня на лодке стоит переделанный "по Ибадуллаеву" мотор Ветерок-8. Лодка не глиссирующая, больше пары "лошадей" ей не нужно - вот я и заставил мотор экономить топливо.
Так что сделать экономичный и долговечный двигатель из серийного - можно. Но нужен доступ к станкам.
Даже подскажу наиболее подходящего кандидата из тех что свободно доступны у нас - это 168FE
http://alinter.ru/benzinoviy%20dvigatel.htm
Он самый маленький, имеющий электростартер. Объем конечно несколько великоват, но меньше со стартером только скутерные "полтинники",а к ним довольно затруднительно генератор пристыковывать, хотя тоже можно попробовать.
У 168FE мощность 3.7квт при 3600 об. Снижаем момент вдвое - мощность будет 1.8квт,снижаем обороты до 1000 - получаем 0.5квт - что и требуется. Заодно получаем слонячий моторесурс и доступность всех запчастей - я узнавал, весь двигатель можно купить в виде мешка деталей Но распредвал придется переделывать чтобы избавиться от "перекрытия клапанов",то есть состояния когда открыты оба одновременно. Делается оно для более эффективной продувки на больших оборотах, а на малых мешает и снижает кпд. Также придется сильно уменьшить камеру сгорания, фрезеровкой "головы" тут не обойдешься - придется лишний объем заплавлять аргоновой сваркой.
Вобщем, переделка серийного двигателя в экономичный и долговечный вполне реальна и у меня есть необходимые расчеты (я тут не все тонкости расписал так как большинство присутствующих всё же не мотористы).
Но у меня нет доступа к станкам сложнее обычного токарного, а для изготовления кулачков нужен обрабатывающий центр с компьютерным управлением.

Мелкосерийное производство по определению будет очень дорогим, так что на _малоимущих_ бизнес не сделать.
А для многоимущих не актуально - они покупают японский дизель на пару десятков квт и нанимают слугу для его обслуживания (пример реальный).

Я уже поигрался и с этим Фубагом и с Кипорами трех видов. Двигатель там малопригоден для переделки так как во-первых головка отлита как одна деталь с цилиндром (и картером),во-вторых оба клапана управляются _одним_ кулачком.
Особо много КПД из него не выжать. Мой рекорд 0.2 литра пропана в час на двигателе KG40 при нагрузке около 250-300 ватт. Но ресурс так себе - порядка 2.5тыс моточасов, потом дохнет нижний подшипник шатуна (он роликовый, а не скольжения).

Вроде как после замены на YangKe дохнуть перестало, заодно и обороты снизились.

КПД генератора всё равно в разы выше КПД двигателя, так что с двигателя и надо начинать.
Все равно генераторы на постоянных магнитах - самое лучшее в смысле экономичности что можно придумать, не просто так они в ветряках применяются. Но к ним нужен преобразователь энергии. Есть некоторая вероятность что можно использовать готовые преобразователи от ветряков, но пока что поэкспериментировать с ними у меня возможности небыло.
Следующие на очереди - генераторы постоянного тока с обмоткой возбуждения на роторе. Водятся на всякой ездящей технике, только надо иметь в виду что с точки зрения оптимизации кпд написанную на них мощность надо делить на два если не на три. Тут появляется возможность прямой зарядки аккумуляторов (током рулим меняя ток возбуждения генератора),а 220в получаем через дешевый китайский инвертор. Заодно сама собой решается проблема всяких пусковых токов - аккумы на короткое время очень много могут выдать, лишь бы инвертор выдержал.

 

У мя в хозяйстве появилась какая-то версия 168 двигателя в сборе с честным синхронным генератором однопарополюсным с обмоткой возбуждения для тестов.

Первые краткие тесты показали очень большое увеличение расхода мощщи на возбуждение (с допустимых начальных десятков ваттов до малоинтересных начальных сотен ваттов) при переходе с 3000 где-то к 2000 об в мин. Это конечно при сохранении выходного напряжения 220в по действующему значению (питание обмотки возбуждения через родной авр). Если питать обмотку возбуждения от акб постоянным напряжением - мощща потерь на возбуждение задана и легко управляется - но теперь надо снимать характеристики зависимости выходного напряжения (и возможной мощности) от оборотов и от тока в обмотке возбуждения (или напряжения на ней) и смотреть есть ли там какие интересные максимумы кпд.

Кроме того надо учиться разбираться с системой механической автостабилизации оборотов двс - где-то до 35 гц (около 2000 об в мин) при уменьшении натяжения заводской пружины еще получается достаточно стабильно уменьшать. А когда пружина полностью освобождается и повисает - начинается существенное колебание оборотов даже без изменения нагрузки. Кроме того из глушителя начинает заметно дымить - похоже портится правильное смесеобразование. Так что просто одним винтом без проблем завалить обороты с 3000 в интересующий диапазон 1000..2000 пока плохо получается. Может там как-то заводской карбюратор настроен на около 3000 об в мин и в нем уже вроде нету особо крутилок.

 

Пока что есть существенные проблемы с получением хотя бы заявленого паспортного кпд на 168 двигатель.

По таблицам там 390 гр бензина на хозбыт киловатчас. Это около 0.5 л на хозбыт киловатчас или кпд около 20 процентов. Если кпд генератора целых 0.8 - то кпд электростанции должно быть около 16 процентов. А пока получается меньше 10. Т. е. или у генератора таки кпд 0.5 и меньше или что-то плохо в согласовании компонентов электростанции.

 

Если генератор постоянного тока - то там постоянное поле на статоре и коллектор для выпрямления переменного напряжения с ротора. Ротор же крутится и создает переменное поле в статоре - тогда со статора будет сниматься переменное напряжение и его выпрямлять надо уже где-то снаружи.

 

Карбюратор там вообще никуда толком не настроен и до ужаса примитивен. Это становится очевидно при переходе на пропан с грамотно сделанным дозатором. А так - при снижении оборотов скорость потока в диффузоре уменьшается, пульсация увеличивается, и смесь готовится кое-как. Чтобы хорошо работать на бензине - карб надо менять.
Хотябы от двигателя 2СД-М1,зовут его К45 если правильно помню, он же на каких-то отечественных мотоблоках вроде стоял. Карб поплавковый, настраивается двумя винтами - один выполняет роль главного жиклера с изменяемым сечением, второй - такого же жиклера холостого хода. Более доступны карбы от газонокосилок - там тоже два винта, но эти карбы безпоплавковые, у них встроенная мембрана и к ней надо подводить пульсацию давления, возникающую в картере, что требует изготовления хитрого переходника. Вообще чем меньше диаметр диффузора тем выше скорость потока и лучше распыление топлива, а значит меньше расход.

Так ведь сейчас не 50е годы с селеновыми выпрямителями Диоды с низким падением напряжения и большими допустимыми токами - совершенно не дефицит, легко добываются из утильного электронного оборудования.
У меня тут в 90е годы был случай когда телевизор из Финляндии по морю приплыл и только на берегу кинескоп об камни разбился и телик затонул Так вот я из него диоды и силовые транзисторы доставал и они работали!
А вот большой ток через коллектор и щетки - будет требовать частого техобслуживания. Так что все же лучше в ротор подавать возбуждение, а мощу снимать со статора толстыми проводами и выпрямлять.

Вообще, насчет небольших эффективных генераторов надо читать форумы любителей ветряков - они этим давно занимаются.

 

На мой взгляд имеет смысл сосредоточиться на экспериментах с двигателем, а когда удастся получить от него более-менее приличный кпд, тогда уже можно подбирать те крошки, которые можно выжать из собственно генератора.

 

Так сначала было типа на меньших оборотах лучше наполнение и вентиляция цилиндра. А тута получается при убавлении оборотов (и убавлении перекачиваемого цилиндром объема воздуха в единицу времени) надо дыру в карбюраторе уменьшать чтобы там скорость потока сохранялась ? Вообще как-то же в простых бензопилах устроено что холостые обороты в разы меньше номинала, но на холостых оно тоже тарахтит нормально. У меня мелкий 4 х тактный от косы с имхо еще более простым карбюратором во всем диапазоне оборотов от поддержания кручения до максимльных от одной крутилки регулировочной достаточно ровно тарахтит.

Вообще надо еще потестить с боле приличными условиями - у гг2700 огромный плоский бак и там было для начала залито 1 л бензина - через полчаса тестов похоже подача бензина из бака в карбюратор сильно поплохела и вообще глохнуть стало все. Долил еще литр - стало тарахтеть хоть на номинальных около 3000. Фотки механики управления оборотами между выпуском вала из двигателя и до крутилки карбюратора сделаю - теперь топливный бак легко снимается или можно прямо под ним смотреть. У гг2000 это все намного компактнее собрано. Там условно 2 тяги и 2 пружины. Натяжение одной из пружин и устанавливает номинальные поддерживаемые системой обороты.