Tổng cộng:
Tổng cộng:

Máy phát điện là gì?

Đọc thêm :

Máy phát điện là gì? Nguyên lý hoạt động và hướng dẫn sử dụng an toàn

Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Trước khi tìm hiểu về máy phát điện một chiều và xoay chiều, chúng ta cần biết dòng điện một chiều là gì? Và dòng điện xoay chiều là gì?.

Dòng điện một chiều

Dòng điện một chiều là dòng chuyển động đơn hướng của các điện tích. Dòng điện một chiều có thể di chuyển trong vật dẫn như dây điện hoặc trong các vật liệu bán dẫn, vật liệu cách điện hoặc trong chân không ví như trong các chùm ion hoặc chùm electron.

Sơ đồ dòng điện một chiều
Dòng điện 1 chiều viết tắt là DC – Direct Current..

Trong dòng một chiều, các điện tích chuyển động theo cùng một chiều là từ cực âm của nguồn điện sang cực dương, khác với chiều của dòng điện xoay chiều và chiều dòng điện quy ước.

Mô tả dòng điện một chiều
Mô tả dòng điện một chiều

Dòng điện một chiều được ký hiệu là DC (Direct Current). Có thể hiểu một cách đơn giản dòng điện một chiều là dòng điện chạy theo một hướng cố định. Cường độ của nó có thể tăng hoặc giảm nhưng không hề thay đổi chiều.

Dòng điện một chiều được tạo ra từ các nguồn như pin, tế bào năng lượng mặt trời. Đối với điện DC thì trên thiết bị chứa điện DC sẽ có ký hiệu âm (-) và dương (+). Ngoài ra, chúng ta cũng có nghe đến điện áp một chiều như : 5VDC, 12VDC, 24VDC.

Một số đặc tính của điện DC :

  • Cường độ dòng điện có thể tăng hoặc giảm nhưng không hề thay đổi chiều.
  • Chiều dòng điện được quy ước đi từ dương sang âm.
  • Dòng DC được tạo ra từ nguồn pin, ắc quy, năng lượng mặt trời.

Máy phát điện một chiều

Máy phát điên một chiều là thiết bị tạo ra dòng điện một chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ hay máy phát điện một chiều là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng.

Ngày nay, máy phát điện một chiều vẫn được dùng trong giao thông vận tải, công nghiệp chính xác, hóa chất, hàn và trong một số đồ điện gia dụng để làm máy phát điện hoặc động cơ điện máy bơm nước.

Roto máy phát điện một chiều.
Roto máy phát điện một chiều.

Máy phát điện một chiều tuy cấu tạo phức tạp vì cả phần tĩnh (stato) và phần quay (rôto) đều có dây quấn, được liên hệ với nhau qua chổi than và cổ góp điện nên khó sử dụng, bảo dưỡng, khó sửa chữa nhưng lại có nhiều ưu điểm như :

  • Máy phát điện một chiều cung cấp dòng điện trực tiếp cho công nghiệp điện phân, đúc điện, mạ điện, nạp ắc quy, dùng cho hệ thống tự động khống chế một chiều.
  • Motor điện dùng cho máy bơm nước loại một chiều dễ điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, bằng phẳng liên tục, mômen khởi động cao.

Cấu tạo của động cơ điện bơm nước một chiều và máy phát điện một chiều hoàn toàn giống nhau: đều dùng động năng kéo cho rôto quay thì máy sẽ phát ra điện một chiều để thắp đèn, chạy máy. Ngược lại, khi cấp điện vào máy thì roto sẽ quay để kéo các máy công tác.

Máy phát điện một chiều khi sử dụng làm động cơ điện máy bơm nước, nếu giữ nguyên chiều dòng điện chạy trong dây quấn và tên các cực từ như ở máy phát điện thì động cơ sẽ quay ngược chiều với chiều quay khi làm máy phát điện.

Để phân loại máy phát điện một chiều, người ta dựa vào phương pháp kích từ cho máy, có thể chia ra làm 4 loại chính :

Máy phát điện một chiều kích từ độc lập

Cuộn dây kích từ không nối chung vào phần ứng mà lấy từ nguồn điện một chiều bên ngoài. Nguồn này có thể từ acquy hoặc ở mạch điện một chiều khác (điều khiển tự động từ ngoài vào) nên chủ động được dòng kích từ để động cơ làm việc theo quy trình định trước.

Máy phát điện một chiều kích từ song song (tự kích từ)

Dây quấn kích từ đấu song song với dây quấn phần ứng. Khi dùng làm máy phát điện, roto quay thì từ dư sẽ cảm ứng vào dây quấn phần ứng sức điện động nhỏ, sức điện động này sẽ sinh ra dòng điện kích từ ở cuộn dây kích từ, vì thế từ thông của máy sẽ được tăng lên, làm cho sức điện động tăng lên.

Sơ đồ máy phát điện một chiều kích từ song song.
Sơ đồ máy phát điện một chiều kích từ song song.

Sức điện động tăng thì dòng điện kích từ lại tăng làm cho từ trường của máy tăng lên. Quá trình đó tiếp tục cho đến khi đạt đến điện áp định mức. Dòng điện kích từ thường ở mức 1-5% so với dòng điện định mức của phần ứng.

Máy phát điện kích từ song song chỉ dùng cho tải được phép biến động, vì khi tải tăng, điện áp ra của máy bị giảm xuống. Do đó những máy phát điện dùng trên ô tô phải kèm theo bộ điều tiết để ổn định điện áp và dòng điện nạp vào ắc quy.

Động cơ điện kích từ song song thì cuộn dây kích từ phải được nối song song với phần ứng sao cho nhận được điện áp định mức khi máy khởi động. Mômen động cơ tăng tuyến tính với dòng điện, còn tốc độ gần như không đổi theo phụ tải.

Động cơ kích thích song song được dùng để kéo những máy có tốc độ ít biến đổi theo tải như: thang máy, quạt gió, máy dệt.

Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp

Cuộn dây kích từ được đấu nối tiếp với dây quấn phần ứng qua chổi than và cổ góp điện. Dòng điện qua cuộn dây kích từ cũng bằng dòng điện phần ứng nên cuộn dây kích từ phải quấn bằng dây lớn và ít vòng. Do cuộn dây kích từ nối tiếp với phần ứng nên khi dòng điện phụ tải thay đổi thì tốc độ động cơ cũng thay đổi : tải nặng thì tốc độ giảm, tải nhẹ tốc độ sẽ tăng.

Sơ đồ máy phát điện kích từ nối tiếp
Sơ đồ máy phát điện kích từ nối tiếp.

Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp chỉ được dùng làm động cơ điện vì có mômen khởi động cao gấp 3/4 lần định mức, nó phù hợp để kéo máy khởi động ô tô, tàu thủy, dùng làm động cơ xe cẩu, palang, tời điện, ô tô điện. Khi chạy không tải tốc độ vọt lên rất cao, có thể làm vỡ bi hoặc gãy trục.

Vì vậy động cơ nối tiếp không được cho chạy không tải (kể cả khi chạy thử) hoặc cắt tải đột ngột.

Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp

Phần cảm gồm có 2 cuộn dây :

  • Cuộn kích từ song song quấn bằng dây nhỏ, nhiều vòng, nối song song với phần ứng.
  • Cuộn kích từ nối tiếp quấn bằng dây to, ít vòng, đấu nối tiếp với phần ứng. Những máy lớn có thêm cuộn dây bù cũng đấu nối tiếp với phần ứng.
Sơ đồ máy phát điện kích từ hỗn hợp
Sơ đồ máy phát điện kích từ hỗn hợp.

Máy phát điện kích từ hỗn hợp được dùng làm máy phát điện ở các phương tiện giao thông, làm máy phát điện trong công nghệ hàn.

Máy cũng được sử dụng làm động cơ điện khi có yêu cầu công nghệ đặc biệt : từ thông của máy là tổng hợp các từ thông của cuộn kích từ song song và kích từ nối tiếp. Do vậy nó tận dụng được những đặc tính cơ bản của hai loại trên tùy theo cách đấu dây để sử dụng cuộn dây kích nào đóng vai trò chủ yếu.

Dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và cường độ biến đổi theo thời gian, những thay đổi này thường tuần hoàn theo một chu kỳ nhất định. Dòng điện xoay chiều thường được tạo ra từ các máy phát điện xoay chiều, hoặc được biến đổi từ nguồn điện một chiều bởi một mạch điện tử thường gọi là bộ nghịch lưu dùng các thyristor.

Dòng điện xoay chiều viết tắt là AC - Alternating Current.
Dòng điện xoay chiều viết tắt là AC – Alternating Current.

Dòng điện xoay chiều được ký hiệu là AC (Alternating Current). Khi nói đến điện xoay chiều ta thường nhắc đến các thông số đặc trưng như tần số, chu kỳ.

Mô tả dòng điện xoay chiều.
Mô tả dòng điện xoay chiều.

Chu kỳ của dòng điện xoay chiều ký hiệu là (T) là khoảng thời gian mà điện xoay chiều lặp lại vị trí cũ, đơn vị chu kỳ được tính bằng giây (s).

Tần số (F) là số lần lặp lại trang thái cũ của dòng điện xoay chiều trong một giây (đơn vị là Hz). Công thức tính : F = 1/T

Các thiết bị điện gia dụng hiện nay đa phần là sử dụng điện xoay chiều AC như : máy lạnh, tủ lạnh, máy giặt, bếp điện, tivi, bóng đèn huỳnh quang. Dòng điện AC thường được ký hiệu là chữ AC hoặc dấu ngã (~).

Máy phát điện xoay chiều

Máy phát điên xoay chiều là thiết bị tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ hay máy phát điện xoay chiều là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng.

Máy phát điện xoay chiều Mitsubishi
Máy phát điện xoay chiều Mitsubishi

Vì lý do chi phí và đơn giản, hầu hết các phát điện sử dụng một từ trường quay với một thiết bị cố định. Đôi khi người ta cũng sử dụng một máy phát điện xoay chiều tuyến tính có phần bao ngoài quay còn từ trường lại đứng yên.

Về nguyên tắc, bất kỳ máy phát điện tạo ra điện xoay chiều nào cũng có thể được gọi là một phát điện xoay chiều, nhưng thường là từ này đề cập đến các máy làm quay trục do ô tô và các động cơ đốt trong điều khiển.

Máy phát điện xoay chiều sử dụng nam châm vĩnh cửu để tạo từ trường được gọi là magneto. Máy phát điện xoay chiều dùng trong nhà máy điện được thúc đẩy bằng tuốc bin hơi nước được gọi là máy phát điện tuốc bin.

Máy phát điện trong các nhà máy điện
Máy phát điện xoay chiều công suất lớn trong các nhà máy điện.

Các máy phát điện 3 pha 50Hz hay 60Hz loại lớn trong các nhà máy điện sản xuất ra hầu hết năng lượng điện của thế giới, sau đó điện năng được hệ thống điện lưới phân phối đến nơi sử dụng điện.

Hầu hết máy phát điện trên thị trường đều là máy phát điện xoay chiều, lý do là các thiết bị hiện nay đều sử dụng dòng điện xoay chiều. Vì thế khi nói đến máy phát điện, chúng ta thường ngầm hiểu đó là máy phát điện xoay chiều.

Máy phát điện xoay chiều 1 pha

Cấu tạo và hoạt động máy phát điện xoay chiều 1 pha

Sơ đồ máy phát điện xoay chiều 1 pha.
Sơ đồ máy phát điện xoay chiều 1 pha.

Cấu tạo gồm các bộ phận chính :

  • Phần cảm là nam châm vĩnh cữu hay nam châm điện. Đó là phần tạo ra từ trường.
  • Phần ứng là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động.
  • Một trong hai phần đặt cố định, phần còn lại quay quanh một trục. Phần cố định gọi là stato, phần quay gọi là rôto.

Hoạt động:

Khi rôto quay, từ thông qua cuộn dây biến thiên, trong cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng, suất điện động này được đưa ra ngoài để sử dụng.

Tần số của dòng điện xoay chiều

  • Nếu máy phát có 1 cuộn dây và 1 nam châm (một cặp cực), rôto quay n vòng trong 1 giây thì tần số của dòng điện là f = n.
  • Nếu máy có p cặp cực và rô to quay n vòng trong 1 giây thì f = np.
  • Nếu máy có p cặp cực và rô to quay n vòng trong 1 phút thì f = (n/60)p.

Máy phát điện xoay chiều 3 pha

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động máy phát điện xoay chiều 3 pha

Sơ đồ máy phát điện xoay chiều 3 pha.
Sơ đồ máy phát điện xoay chiều 3 pha.

Máy phát điện xoay chiều 3 pha cấu tạo gồm stato có ba cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống nhau quấn trên ba lõi sắt đặt lệch nhau 120 độ trên một vòng tròn, rôto là một nam châm điện.

Khi rôto quay đều, các suất điện động cảm ứng xuất hiện trong ba cuộn dây có cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch nhau về pha là 2π/3.

Nếu nối các đầu dây của ba cuộn với ba mạch ngoài (ba tải tiêu thụ) giống nhau thì ta có hệ ba dòng điện cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch nhau về pha là 2π/3.

Ưu điểm của máy phát điện xoay chiều 3 pha

  • Máy phát điện xoay chiều 3 pha thường được ứng dụng cho các lưới điện, trung tâm dữ liệu, hệ thống điện công nghiệp, vận tải hoặc cho các thiết bị máy móc có tải trọng lớn hơn 1000W.
  • Máy phát điện xoay chiều 3 pha có thể sử dụng được cả cho mạng lưới điện của gia đình và công nghiệp, tuy nhiên để sử dụng cho gia đình bạn cần phải sử dụng ổn áp.
  • Máy phát điện xoay chiều 3 pha sử dụng dây dẫn với tiết diện tiết kiệm hơn so với dòng điện 1 pha khi sử dụng để truyền tải điện năng. Cấu tạo của các động cơ sử dụng điện 3 pha cũng đơn giản và có nhiều đặc tính tốt hơn so với các thiết bị dùng điện 1 pha.

Cách mắc mạch 3 pha

Mắc hình sao : Ba điểm đầu của ba cuộn dây được nối với 3 mạch ngoài bằng 3 dây dẫn, gọi là dây pha. Ba điểm cuối nối chung với nhau trước rồi nối với 3 mạch ngoài bằng một dây dẫn gọi là dây trung hòa.

Mắc mạch 3 pha hình sao.
Mắc mạch 3 pha hình sao.

Mắc hình tam giác : Nếu máy có p cặp cực và rô to quay n vòng trong 1 giây thì f = np.

Mắc mạch 3 pha hình tam giác.
Mắc mạch 3 pha hình tam giác.

Dòng điện 3 pha

Dòng điện xoay chiều 3 pha: là hệ thống gồm 3 dòng điện xoay chiều 1 pha được tạo ra từ 3 suất điện động cùng biên độ, cùng tần số, lệch pha nhau từng đôi một 1 góc 2π/3.

Kết luận

Như vậy qua bài viết, chúng ta đã biết thế nào là máy phát điện một chiều, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều 1 pha, máy phát điện xoay chiều 3 pha. Nếu có bất kỳ thắc mắc gì về kỹ thuật, bạn vui lòng liên hệ số điện thoại 0947.46.26.46 để được giải đáp.

Nếu bạn quan tâm đến máy phát điện, bạn nên xem ngay các dòng máy phát điện của chúng tôi :

0987407999