Альтернатор. Нюансы.

Вопрос энергообеспечения парусной яхты с каждым годом становится все более актуальным. Если первые "кругосветчики" в начале ХХ века обходились масляной лампой и магнитным компасом, то современные "яхтсмены" не представляют жизни без холодильника и кондиционера.

Вероятно это оправдано и логично, когда современный комфорт дома хотят перенести на свою яхту или катамаран. Естественно каждое техническое оборудование имеет свои плюсы, в виде самого факта пользования, и минусы в виде цены и обслуживания. Как говорят опытные, самое надежное оборудование, это которого у тебя нет. Чем дальше от европейских марин, тем проблематичнее становится вопрос получения запчастей и ремонта, далеко не все имеют золотые руки и светлую голову. На них современное оборудование и не рассчитано, так как предполагает только замену целых блоков и как правило в сервисе, что не всегда представляется возможным. Поэтому для тех кто планирует ходить долго и далеко надо с осторожность. относиться к "гонке технического вооружения" на своей яхте.

Сегодня тема только об одной электрической системе парусной яхты, а именно о зарядке батарей от двигателя с помощью альтернатора. Любая электрическая система состоит из  составляющих, сколько энергии можно хранить и сколько использовать, сколько энергии расходуется и сколько получается в течении например суток. Причем сутки бывают разные, одно дело стоять на якоре в штиль, а другое дело лавироваться в сильный ветер ночью, энергетический баланс понятно будет принципиально разный. Район плавания и сезон тоже имеют важное значение, работа холодильника в холодном климате это одно, а в тропиках при +35 это совсем другое.

Основными потребителями являются холодильник и автопилот с электроникой, но сейчас добавились зарядки телефонов и планшетов, а также инверторы для микроволновок, кофеварок и прочие дивайсы.

Приходная часть остается довольно стандартной, с вариациями в зависимости от типа яхты, режима плавания и бюджета. Дизель-генератор оставим в стороне, так как с ним все понятно, если он есть, то все остальные вопросы имеют вторичное значение.

Остались следующие варианты получения электроэнергии: солнечные панели, ветрогенератор, гидрогенератор и альтернатор. Солнечные панели удобная вещь, если есть место и солнце соответственно. Если раньше "мерялись" десятками и сотнями ватт, то сейчас у некоторых уже пошел счет на киловатты панелей. Ветрогенератор не для всех, нужен хороший ветер от 10-15 узлов и больше, хотя нередко он как раз бывает, когда нет солнца, поэтому как дополнение к панелям вполне оправдано, но как самостоятельный источник энергии вероятно нет. Гидрогенератор привлекательная вещь, но... нужна стабильная скорость хода 6 узлов и более, тормозит лодку примерно на 0.5 узла, а это далеко не все круизные лодки могут поддерживать такую скорость, скорее это удел океанских гонщиков по пассатам. Пока еще экзотические топливные элементы рассматривать нет смысла из-за их небольшой мощности и относительной дороговизны.

В сухом остатке остался альтернатор, на него и обратим особое внимание, так как он есть на всех яхтах, независимо от комплектации, возраста и размера яхты, но сначала надо разобраться с составляющими и нюансами. Первое что надо учесть, это объем для хранения электроэнергии, а именно аккумуляторов. Они бывают разные по типу - sealed, gel, agm и отдельно стоят литиевые батареи, которые отличаются большим рабочим объемом, быстрой зарядкой, ну и ценой конечно.

Если взять для примера сервисные батареи объемом 400Ач, то альтернатор должен быть около 15-20%, т.е. около 80А в холодном состоянии, мы помним что производительность падает с увеличением температуры альтернатора. Температура альтернатора связана не только с оборотами и временем работы, но и зависит от внешней температуры или вентиляции моторного отсека. Если проще, то в холодную погоду и при хорошей вентиляции моторного отсека, альтернатор заряжает лучше. Стандартные альтернаторы обычно меньше, около 50А на двигателях около 40-50 л.с.

Следующим моментом который надо учесть, это тип заземления альтернатора, обычно он заземлен на корпус и массу, но для металлических корпусов альтернатор должен быть с изолированной землей.

Далее идет напряжение зарядки, современные аккумуляторы требуют зарядное напряжение 14.4-14.7V, а обычный альтернатор дает на практике только 13.7-13.8V на клеммах батареи, из-за ограничений регулятора, так как он в основном предназначен для небольшого подзаряда стартовой батарей, а не сильно разряженных сервисных батарей большой емкости. На яхтенных дизелях стоят обычные автомобильные альтернаторы (Hitachi, Mitsubishi, Bosh, Delco), окрашенные в цвет бренда мотора.

Регулятор имеет очень важное значение для работы любого альтернатора, как правило регуляторы встроенные, самого простого типа, внутри стоит сенсор температуры, который ограничивает зарядный ток при повышении температуры альтернатора. Причем сенсор измеряет даже не сколько температуру самого альтернатора, а и температуру в моторном отсеке, где работает дизель и температура может быть достаточно высокая. Стандартный регулятор Hitachi должен выдавать около 14.4В +/-0.3В при 20 градусах, т.е. один альтернатор может давать 14.7В, а другой 14.1В. Но уже при 60 градусах напряжение регулируется до примерно 13.9В, плюс потери на диодном разделителе, проводах и контактах и вот мы уже имеем на клемах около 13.4 вольта. Такие встроенные регуляторы имеют предназначение защитить сам альтернатор от перегрева и батареи от перезаряда. Это хорошо для производителей, чтобы не попадать на гарантийный ремонт, допустимо дял автомобильных аккумуляторов, но абсолютно плохо для морских сервисных батарей с глубоким разрядом, так как батареи остаются недозаряженными или это занимает очень много времени.

Внешний или смарт регулятор работает с альтернатором немного по другому, он уменьшает  ток заряда, а напряжение только когда достигается максимум температуры самого альтернатора, это параметр установлен в регуляторе. Например ток заряда альтернатора уменьшается от максимального 80А до 60А, а напряжение остается максимальным 14.4В, до тех пор пока не будет достигнут максимум температуры альтернатора.

Таким образом для зарядки сервисных батарей глубокого разряда и большого объема нужен смарт регулятор, обычно это внешнее устройство, которое заменяет или дополняет штатный "тупой" регулятор. Альтернаторы большой мощности имеют либо встроенный смарт регулятор или рассчитаны на внешний регулятор.  Зарядка батарей альтернатором со стандартным регулятором не самый эффективный метод на яхте.

Как выше уже отмечено, батарея може принимать только определенную величину заряда, это зависит от объема смой батареи, ее типа и величины разряда, при этом величина напряжения альтернатора имеет большое значение, а соответственно и его регулятор. 


На графике хорошо видно, что обычная батарея 100Ач при напряжении 14.4В, на треть разряженная, может принимать только 15А, а наполовину разряженная уже 30А тока. Аналогично и для альтернатора, при напряжении заряда 13.6В, наполовину разряженная батарея будет принимать только 16А, т.е. почти в 2 раза меньше, чем при нормальном напряжении 14.4В. Именно поэтому напряжение на альтернаторе имеет большое значение для быстроты заряда батареи. Соответственно если блок батарей большей емкости, данные надо увеличить примерно пропорционально емкости. В конкретном случае, наполовину разряженный блок сервисных батарей 400Ач, при напряжении альтернатора 14.4В, сможет принимать заряд максимум около 120А в чистом виде.

Другая сторона медали, что большой объем блока батарей, скажем 800Ач и больше, может привести к перегреву альтернатора и замыканию обмоток, терморезистор штатного альтернатора не всегда помогает, поэтому при больших объемах и мощном регуляторе всегда лучше ставить внешний регулятор, это спасет от дорогостоящего ремонта.

Для яхтсменов выходного дня или прибрежного плавания этот вопрос не очень актуален, так как через день или два заходят в марину и подключают зарядку к береговому питанию. А вот кто живет на яхте, долго стоит на якоре или делает длительные переходы, эта тема может быть полезна. Конечно наличие солнечных панелей или ветрогенератора в значительной мере облегчают вопрос зарядки батарей, но ветер и солнце бывают не всегда или расход энергии увеличен, тогда вспоминают про альтернатор двигателя, генератор это отдельная тема, у кого он есть.

На что надо обратить внимание при оптимизации зарядного процесса от альтернатора двигателя:

- альтернатор в горячем состоянии и на рабочих оборотах должен быть около 15-20% от емкости сервисных батарей

- для блоков батарей большой емкости желательно иметь внешний смарт регулятор с температурными датчиками на альтернатор и батарею

- проверить величину падения напряжения между альтернатором и клемами батарей

- обеспечить хорошую вентиляцию моторного отсека и батарей

- проверить падение напряжения на диодном делителе

- проверить напряжение на клемах альтернатора при полностью заряженных батарея, оно должно быль близко к 14.4В. но не более 14.7В.

Какие "хитрости" могут быть использованы для ускорения зарядки сервисных батарей:

- установка внешнего смарт регулятора 

- установка более мощного альтернатора, 20% в горячем состоянии от емкости сервисных батарей, но здесь может возникнуть необходимость замены шкивов и установки двойного ремня.

- замена шкива альтернатора

Обычные шкивы альтернатора устанавливаются в соотношении 1:3 от оборотов двигателя, например обороты двигателя 2000 об/м, обороты альтернатора будут 6000 об/м, именно на 6000 об/м и температуру 20С делаются все расчетные данные альтернатора.

Как видно из графика после 6000 об/мин график практически горизонтальный, обычно максимальные рабочие обороты альтернатора составляют около 18000 об/мин. Но если вы хотите иметь максимальный заряд от альтернатора на экономичной скорости при минимальном расходе топлива, тогда посмотрите на графики двигателя Yanmar 54 л.с.

Расход примерно 2 литра/ч при максимальном упоре и 1600 об/мин, тогда чтобы получить 7000 об/мин альтернатора (максимальная отдача), то должно быть соотношение шкивов около 4.3:1. При этом максимальные обороты альтернатора, при максимальных оборотах двигателя 3500 об/мин, будут около 15000 об/мин, что ниже максимально допустимых. Хотя надо иметь в виду, что увеличенные обороты альтернатора конечно будут вызывать повышенный износ щеток и подшипников. Если двигатель используется только по необходимости, а не моторить от порта до порта, то этим можно вполне пренебречь, лишние 30 моточасов в год на альтернаторе погоды не делают.

Есть также еще один "хитрый" метод, как обойти все указанные сложности с помощью одного дивайса, который я устанавливаю на свою лодку для практического теста весной, но об этом в следующей статье.

Счастливого плавания !

Комментариев нет:

Отправка комментария