KursyPoradnikiInspirujące DIYForum

Jak działa agregat prądotwórczy (generator prądu)?

Jak działa agregat prądotwórczy (generator prądu)?

Agregat prądotwórczy (lub generator prądu) to urządzenie, które może być na wagę złota, gdy tradycyjna sieć elektryczna zostanie uszkodzona.

Zasada działania agregatu jest zawsze podobna – niezależnie od tego, czy interesuje nas niewielki agregat domowy, czy taki wielkości kontenera. Sprawdźmy więc, jak działa generator prądu.

Czego dowiesz się z tego artykułu?

Po lekturze tego artykułu będziesz wiedział, jak działa agregat prądotwórczy i jakie są jego podstawowe elementy składowe. Oprócz tego dostaniesz garść praktycznych informacji na temat jakości prądu, który powstaje w takim generatorze – bo warto sobie zdawać sprawę, że nie każdy generator będzie mógł zasilić komputer lub telewizor. Ponadto dowiesz się, jak działa generator prądu, bo jest to jeden z elementów agregatu.

Czym jest agregat prądotwórczy?

Agregat prądotwórczy (nazywany czasem potocznie generatorem prądu) to urządzenie, które tak właściwie (w uproszczeniu) zamienia benzynę, olej napędowy lub gaz na prąd elektryczny. A konkretnie – zamienia ruch obrotowy silnika spalinowego na energię elektryczną.

Agregaty prądotwórcze mają różne gabaryty – od sporych rozmiarów walizki, przez urządzenia do przewożenia na przyczepie, aż po samodzielne przyczepy ciągnięte za pojazdami. Często można też spotkać agregaty wielkości kontenerów, a niektóre są zabudowane na stałe w pomieszczeniach o niemałej kubaturze. Zasada ich działania jest jednak podobna.

Aktualnie produkowane urządzenia mają zwartą budowę i na stosunkowo niewielkiej przestrzeni mieszczą dosłownie wszystko, co jest niezbędne do generowania prądu. Nie są potrzebne dodatkowe zbiorniki na paliwo ani przetwornice – paliwo wlewamy do baku wewnątrz agregatu, a urządzenia elektryczne możemy podłączyć bezpośrednio do gniazdka na obudowie generatora.

Jak działa agregat prądotwórczy? Elementy składowe

W agregacie prądotwórczym znajdziemy dwa podstawowe elementy: silnik spalinowy oraz… generator prądu. Właśnie dlatego nazywanie agregatu prądotwórczego potocznie generatorem prądu jest mylące. Odstawmy jednak na bok nazewnictwo i zajmijmy się działaniem tego urządzenia.

Silnik generatora spala paliwo i hałasując, zamienia pozyskaną w ten sposób energię na ruch obrotowy. Ta energia mechaniczna z silnika jest wykorzystywana do napędzenia wejścia generatora prądu – to właśnie on zamienia ruch obrotowy na prąd.

Skąd ten „pośrednik” w postaci energii mechanicznej? Czy nie można byłoby spalać paliwa i wytwarzać z niego prąd… jakoś bezpośrednio? Co prawda istnieją tzw. ogniwa paliwowe, ale niestety obecnie nie da się tego zrobić na tak dużą skalę i za tak niską cenę bez wykorzystania energii mechanicznej.

Jak działa agregat prądotwórczy? Prąd powstaje w generatorze, który napędzany jest silnikiem spalinowym

Jak działa agregat prądotwórczy? Prąd powstaje w generatorze, który napędzany jest silnikiem spalinowym

Wytwarzanie energii elektrycznej przy użyciu silnika spalinowego ma kilka wad i nie jest zbyt efektywne, ale lepszej metody na budowę agregatu do tej pory nie opracowano. Dlatego też na razie praca agregatu jest mocno związana z pracą głośnego silnika spalinowego, który oczywiście generuje też spaliny, więc nawet mały, „domowy” agregat musi pracować na zewnątrz.

Poza silnikiem i generatorem w skład każdego agregatu muszą też wchodzić:

  1. gniazda do odbioru wyprodukowanej energii elektrycznej,
  2. układ rozruchu silnika spalinowego (ręczny lub elektryczny),
  3. zbiornik paliwa,
  4. układy do nadzorowania pracy agregatu i napięcia wyjściowego,
  5. rama i obudowa.

Jak działa agregat prądotwórczy? Ogólna zasada

Pierwszym krokiem niezbędnym do pracy agregatu jest wystartowanie silnika spalinowego. Musi on zostać uruchomiony ręcznie (poprzez szarpnięcie linki) lub elektrycznie (za pomocą rozrusznika, który jest zasilany z wbudowanego akumulatora – analogicznie jak w samochodzie).

To pierwsze, ręczne rozwiązanie z linką znajdziemy przeważnie tylko w małych agregatach – jest ono tanie, lekkie i stosunkowo proste, więc sprawdza się świetnie w takich konstrukcjach. Start dużych generatorów jest wspomagany rozrusznikiem z uwagi na wygodę obsługi oraz dużą siłę, jakiej trzeba użyć, by zakręcić wał większego silnika spalinowego.

Większość mniejszych agregatów nie posiada elektrycznego rozrusznika

Większość mniejszych agregatów nie posiada elektrycznego rozrusznika

Po starcie silnika wszystko dzieje się już „samo” – silnik spalinowy pracuje i napędza właściwy generator. Po krótkiej chwili możemy pobierać energię elektryczną ze znajdujących się na obudowie gniazd. Czemu generator wymaga napędzania? Wymusza to zasada zachowania energii, która „surowo zabrania” wytwarzania energii znikąd. Energię możemy tylko przekształcić z jednej na drugą – w tym wypadku z mechanicznej na elektryczną.

Jak działa generator prądu?

W największym skrócie: ruch obrotowy wału generatora jest wykorzystywany do tego, aby wprawić w ruch magnes stały (lub elektromagnes), czyli tzw. rotor. Wirowanie magnesu we wnętrzu odpowiednio ułożonego uzwojenia (tzw. uzwojenie statora) generuje w tym obwodzie prąd elektryczny. Wystarczy zadbać o odpowiednie łożyskowanie osi, na której znajduje się magnes, i gotowe!

Jak działa generator prądu? Wirowanie magnesu w uzwojeniu generuje prąd przemienny

Jak działa generator prądu? Wirowanie magnesu w uzwojeniu generuje prąd przemienny

Stabilizacja napięcia wyjściowego

Agregaty prądotwórcze mają wbudowane (mniej lub bardziej zaawansowane) układy stabilizujące parametry generowanej energii elektrycznej (np. sinus, częstotliwość i napięcie). Jest to bardzo ważne, ponieważ w momencie podłączenia obciążenia napięcie może gwałtownie spaść poniżej dopuszczalnej wartości. Zmniejszyć się może też częstotliwość generowanego prądu (wskutek zmniejszenia obrotów silnika). Co gorsze, przy odłączaniu części obciążenia analogicznie może dojść do nagłego wzrostu wartości obu tych parametrów, co uszkodzi pozostałe urządzenia zasilane z generatora.

Praktycznie każdy agregat jest wyposażony w woltomierz, nawet najprostszy wskaźnik analogowy ze wskazówką. Można z jego pomocą zgrubnie zdiagnozować, czy nasze urządzenie pracuje prawidłowo. Bardziej zaawansowane urządzenia mają cały panel sterujący, na którym są wyświetlane dokładne parametry pracy maszyny: wytwarzana moc, poziom paliwa, częstotliwość napięcia i nie tylko.

Potężny agregat, który jest na stałe podłączony do instalacji elektrycznej w budynku

Potężny agregat, który jest na stałe podłączony do instalacji elektrycznej w budynku

Generatory przeznaczone do pracy w trybie gotowości posiadają również układy monitorujące napięcie w tradycyjnej sieci elektrycznej. Jeżeli prąd z elektroniki zaniknie, to agregat sam dokonuje rozruchu i po krótkiej chwili zasilanie budynku jest pobierane właśnie z niego (w międzyczasie krytyczne systemy mogą być chwilowo podtrzymywane za pomocą UPS-ów). Tego typu urządzenia stosuje się np. do awaryjnego zasilania serwerowni.

Jakim paliwem napędzane są agregaty?

Te najprostsze modele, dostępne w marketach budowlanych, działają po wlaniu do baku zwykłej benzyny bezołowiowej. Agregaty o większej mocy z reguły są napędzane wysokoprężnymi silnikami Diesla, które do pracy wymagają oleju napędowego. Ale nie tylko, bo są też wersje zasilane gazem – ciekłym lub ziemnym. Istnieją nawet agregaty z silnikiem Diesla, które można napędzać gazem.

Co można zasilać z agregatu?

Teoretycznie wszystko, bo w domu mamy gniazdko i takie samo gniazdko mamy w agregacie, jednak wystarczy uruchomić generator, podłączyć jakiekolwiek bardziej zaawansowane urządzenie i klapa gotowa. Zaawansowane urządzenia prądotwórcze wytwarzają „prąd o wysokiej jakości”, którego parametry są dosyć przewidywalne oraz stabilne. Wszystko dzięki złożonym układom, które to nadzorują i w czasie rzeczywistym korygują ewentualne odchyły.

Najtańsze i najprostsze agregaty sprawdzą się przy zasilaniu szlifierki, ale z komputerem będzie dużo gorzej

Najtańsze i najprostsze agregaty sprawdzą się przy zasilaniu szlifierki, ale z komputerem będzie dużo gorzej

Te mniejsze i tańsze agregaty prądotwórcze nie posiadają takich mechanizmów. Świetnie nadadzą się do tego, aby zasilić na budowie wiertarkę lub szlifierkę, sprawdzą się również jako źródła zasilania dla awaryjnego oświetlenia.

Co to znaczy „gorsze parametry”? Przecież tu prąd i tam prąd. Owszem, ale jego częstotliwość może zmieniać się w szerokim zakresie, podobnie jak napięcie. Do tego kształt generowanego napięcia niekoniecznie musi być czystą sinusoidą. Obwody zasilające w popularnych urządzeniach (jak telewizor czy drukarka laserowa) mogą się zbuntować i nie działać prawidłowo.

Ile kosztuje agregat prądotwórczy?

Najmniejsze, najtańsze i generujące napięcie o silnie zmieniających się parametrach urządzenie to koszt rzędu kilkuset złotych. Zazwyczaj takie skrzyneczki są również bardzo hałaśliwe. Przepustnicę silnika obsługuje się w nich ręcznie, więc trzeba „dodać gazu”, włączając większe obciążenie. Moc wyjściowa nie jest wysoka, zazwyczaj około 1 kW.

Dokładając kolejne kilkaset złotych, możemy mieć generator wyposażony w elektroniczny system stabilizujący napięcie – oznaczany akronimem AVR. (ang. Automatic Voltage Regulation).  Może być on wyposażony również w inne systemy, np. automatyczny kontroler przepustnicy, który zwalnia nas z obowiązku jej manualnego ustawiania.

Zasada jest dość prosta – im droższy agregat prądotwórczy, tym lepszy: mocniejszy, stabilniejszy, cichszy, bardziej automatyczny itd. Droższe egzemplarze są chociażby wyposażone w lepsze tłumiki, dzięki którym praca silnika spalinowego jest nieco mniej dokuczliwa.

Najtańsze generatory prądu posiadają jedynie proste wskaźniki napięcia

Najtańsze generatory prądu posiadają jedynie proste wskaźniki napięcia

Jeszcze droższy sprzęt (2000 zł lub więcej) ma wbudowany moduł zwany inwerterem. Jego zadaniem jest wytwarzanie napięcia sinusoidalnie zmiennego – pozbawionego zakłóceń, o stabilnej częstotliwości. Takim napięciem można z powodzeniem zasilać sprzęt RTV i AGD. W inwerter są wyposażone zarówno niewielkie agregaty, mające formę walizki, o mocy 1 kW lub podobnej, jak i duże urządzenia, zdolne zasilać cały dom.

Większe agregaty, o mocy np. 8 kW, wyglądem przypominają… taczkę. Są tak duże i ciężkie, że nie sposób ich po prostu przenosić. Za to mogą zasilać betoniarki, szlifierki, wiertarki i mnóstwo innych sprzętów na budowie. Są wyposażone (najczęściej) w rozrusznik elektryczny z niewielkim akumulatorem, jak również linkę do ciągnięcia ręką. Cena? Około 5000 zł. Chyba nie trzeba dodawać, że potężne agregaty zasilające szpitale lub serwerownie kosztują setki lub miliony złotych.

Generator prądotwórczy vs. prądnica/alternator

Na koniec uściślijmy: prądnica to maszyna elektroenergetyczna zamieniająca energię mechaniczną na elektryczną na zasadzie indukcji elektromagnetycznej. Może wytwarzać prąd stały (prądnica prądu stałego) lub przemienny (prądnica synchroniczna lub asynchroniczna).

Alternator to szczególny rodzaj prądnicy prądu przemiennego, stosowany głównie w pojazdach. W przeciwieństwie do klasycznych prądnic, alternator w samochodzie ma wbudowany układ prostowniczy, który przekształca wytwarzany prąd przemienny na prąd stały, niezbędny do zasilania instalacji elektrycznej pojazdu i ładowania akumulatora.

Przykładowy alternator samochodowy (po prawej stronie)

Przykładowy alternator samochodowy (po prawej stronie)

Generator prądotwórczy, zwany też agregatem prądotwórczym, to urządzenie wytwarzające energię elektryczną niejako z paliwa. Ma wbudowany silnik spalinowy, który obraca wałem odpowiedniej prądnicy prądu przemiennego. Poza tym znajdziemy w nim kilka innych elementów, np. zbiornik paliwa, gniazda, trochę elektroniki sterującej i obudowę – to po prostu gotowe urządzenie. Agregat prądotwórczy ma wbudowaną prądnicę (prądu przemiennego).

Podsumowanie – co warto zapamiętać?

Agregat prądotwórczy składa się głównie z dwóch elementów: silnika spalinowego oraz generatora prądu. Energia elektryczna wytwarzana jest wskutek obracania się magnesu – tak powstaje prąd w uzwojeniu, które znajduje się dokoła magnesu.

Czy wpis był pomocny? Oceń go:

Średnia ocena 5 / 5. Głosów łącznie: 11

Nikt jeszcze nie głosował, bądź pierwszy!

Artykuł nie był pomocny? Jak możemy go poprawić? Wpisz swoje sugestie poniżej. Jeśli masz pytanie to zadaj je w komentarzu - ten formularz jest anonimowy, nie będziemy mogli Ci odpowiedzieć!

Agregat prądotwórczy jest w stanie zasilać nasz sprzęt, gdy nie mamy innego źródła – czy to z powodu odległości od najbliższego gniazdka, czy też awarii. To samodzielne urządzenie, które do działania wymaga paliwa. Po rozruchu silnika spalinowego na wyjściu cały czas dostępne jest napięcie podobne do sieciowego, choć jego parametry mogą znacznie odbiegać od nominalnych.

Autor: Michał (futrzaczek) Kurzela

Układ scalony – czym jest i jak powstaje? Czym są czipy?
Układ scalony – czym jest i jak powstaje? Czym są czipy?

Co to jest układ scalony? To pytanie zadawane nie tylko przez elektroników, bo to dzięki tym elementom powstają wszystkie elektroniczne…... Czytaj dalej »

agregat, generator, jtd, pradnica

Trwa ładowanie komentarzy...