Điện xoay chiều ngày nay đã trở thành phần không thể thiếu trong mọi khía cạnh của cuộc sống. Từ nhu cầu sinh hoạt hàng ngày cho đến các hoạt động sản xuất, tất cả đều phụ thuộc vào những MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU được cung cấp năng lượng từ các nguồn như động cơ xăng, động cơ diesel, năng lượng gió, thủy điện và nhiệt điện. Cùng Hyundai Power khám phá những thông tin sau đây:
Khái niệm về máy phát điện xoay chiều
Máy phát điện xoay chiều là thiết bị sản sinh ra dòng điện xoay chiều thông qua hiện tượng cảm ứng điện từ. Nói một cách khác, nó là thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện.
Năng lượng cơ học được cung cấp bởi các động cơ giúp máy phát xoay và sản xuất dòng điện xoay chiều. Những động cơ thường sử dụng để dẫn động máy phát điện bao gồm: tuabin gió trong điện gió, tuabin khí trong nhà máy nhiệt điện, tuabin nước trong thủy điện, cùng với động cơ chạy bằng xăng và động cơ chạy bằng dầu diesel…
Nguyên lý hoạt động và cấu tạo
Nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều
Nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều tương đối đơn giản, nó phụ thuộc vào hiện tượng cảm ứng điện từ do nhà khoa học Faraday phát hiện.
Để hiểu rõ nguyên lý vận hành của máy phát điện xoay chiều, chúng ta hãy xem lại hiện tượng cảm ứng điện từ.
Hiện tượng cảm ứng điện từ (theo Wikipedia) là sự sinh ra điện áp trên một vật dẫn khi vật dẫn đó nằm trong một từ trường biến đổi.
Vào năm 1831, Michael Faraday đã chứng minh qua thực nghiệm rằng từ trường có thể tạo ra dòng điện.
Cụ thể, khi từ thông đi qua một mạch kín thay đổi thì trong mạch đó sẽ xuất hiện dòng điện. Dòng điện này được gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng này được gọi là cảm ứng điện từ.
Thí nghiệm của Faraday
Để trực quan hơn, chúng ta hãy xem thí nghiệm của Faraday: Ông sử dụng một cuộn dây và kết nối nó với một điện kế (G) thành một mạch kín (như hình a). Một thanh nam châm hai cực Bắc – Nam được đặt phía trên cuộn dây. Thí nghiệm cho thấy:
– Khi rút thanh nam châm ra, dòng điện cảm ứng có chiều ngược lại (như trong hình b).
– Thanh nam châm di chuyển càng nhanh thì dòng điện cảm ứng (Ic) càng lớn. Khi thanh nam châm đứng yên đối với cuộn dây, dòng điện cảm ứng sẽ không tồn tại.
– Nếu thay nam châm bằng một cuộn dây có dòng điện (hay còn gọi là nam châm điện), và thực hiện thí nghiệm tương tự, chúng ta cũng thu được các kết quả giống nhau.
Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều
Mô hình bên dưới là máy phát điện cơ bản nhất. Cấu trúc chung của máy phát điện xoay chiều chủ yếu bao gồm hai phần chính: phần cảm và phần ứng.
- Phần cảm: Có nhiệm vụ tạo ra từ trường và thường là nam châm (thường là nam châm điện).
- Phần ứng: Là phần tạo ra dòng điện – cuộn dây.
Giữa hai phần này, cần có một phần cố định và một phần quay. Phần cố định được gọi là Stato, còn phần quay là Roto.
Máy phát điện xoay chiều một pha và ba pha
Dựa trên nguyên lý hoạt động nêu trên, người ta đã chế tạo ra hai loại máy phát điện xoay chiều:
Máy 1 pha (thường có công suất nhỏ hơn 30 kVA) thường được sử dụng trong sinh hoạt và máy phát 3 pha với công suất lớn được dùng trong các ngành công nghiệp.
Máy phát điện xoay chiều một pha
Máy phát điện xoay chiều một pha là thiết bị sản sinh ra dòng điện xoay chiều một pha. Những máy phát điện một pha phổ biến thường là loại chạy bằng động cơ xăng, phục vụ cho các hộ gia đình.
Máy phát điện xoay chiều một pha hoạt động theo hai cách khác nhau.
Sơ đồ 1:
– Rôto là bộ phận cảm (nam châm quay) – tạo từ trường.
– Stato là bộ phận ứng (cuộn dây đứng yên) – tạo ra dòng điện.
Trong sơ đồ này, điện được sinh ra trên stato – cuộn dây tĩnh, do đó, việc đấu nối dây dẫn điện ra ngoài rất đơn giản và thuận tiện.
Sơ đồ 2:
– Stato là bộ phận cảm (nam châm đứng yên) – tạo ra từ trường.
– Rôto là bộ phận ứng (cuộn dây quay) – sản sinh ra dòng điện.
Trong sơ đồ 2, việc lấy điện ra phức tạp hơn sơ đồ 1. Do điện được sinh ra trên Rôto – cuộn dây quay, nên việc lấy điện ra cần sử dụng bộ góp – bao gồm hai vành khuyên và hai chổi quét luôn tiếp xúc với hai vành khuyên.
Hơn nữa, chổi quét tiếp xúc với vành khuyên trong thời gian dài sẽ bị mòn và tạo ra tia lửa điện, gây tổn thất. Vì lý do đó, sơ đồ 2 chỉ được sử dụng cho máy phát điện công suất nhỏ.
Máy phát điện xoay chiều ba pha
Máy phát điện xoay chiều ba pha là thiết bị sản sinh ra dòng điện xoay chiều ba pha. Máy ba pha thường là các máy phát điện sử dụng động cơ dầu diesel, còn được gọi là máy phát điện công nghiệp.
Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều ba pha phải theo các tiêu chuẩn nhất định:
– Stato (phần đứng yên) là phần ứng bao gồm ba cuộn dây giống hệt nhau, đặt lệch nhau 120 độ trên một vòng tròn nhằm tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha.
– Rôto (phần quay) là một nam châm điện để tạo ra từ trường. Dòng điện xoay chiều ba pha bao gồm ba dòng điện xoay chiều một pha được sinh ra từ ba suất điện động cùng biên độ, cùng tần số và lệch pha nhau từng cặp với góc 120 độ.
Nhờ đó, dòng điện xoay chiều ba pha tạo ra từ trường quay, được sử dụng để khởi động các động cơ điện ba pha – thường được áp dụng trong các nhà máy, xí nghiệp… Đây cũng là ưu điểm vượt trội của máy phát điện ba pha so với máy phát điện một pha.
Ứng dụng thực tế của máy phát điện xoay chiều
Các tổ máy phát điện chạy bằng động cơ đốt trong (xăng, dầu diesel) chủ yếu được sử dụng để phát điện tại chỗ. Ngược lại, các nhà máy điện như thủy điện, nhiệt điện và điện gió sẽ sản xuất điện để cung cấp cho lưới điện quốc gia, phục vụ cho toàn bộ đất nước.
Máy phát điện xoay chiều sử dụng động cơ xăng
Động cơ sử dụng xăng đốt cháy trong buồng để tạo ra mô-men xoắn, từ đó dẫn động máy phát điện và sản sinh dòng điện xoay chiều một pha hoặc ba pha. Máy phát điện chạy bằng xăng thường có công suất nhỏ, dưới 15 kVA, và phần lớn là máy một pha, chủ yếu được dùng trong các hộ gia đình như nguồn dự phòng khi mất điện lưới.
Máy phát điện xoay chiều chạy dầu diesel
Còn được gọi là máy phát điện công nghiệp. Động cơ đốt diesel trong buồng tạo ra mô-men xoắn để dẫn động máy phát điện, từ đó sản xuất dòng điện xoay chiều. Máy phát điện chạy dầu có dải công suất rộng từ 6 đến 4.000 kVA, bao gồm cả máy một pha và ba pha. Các máy ba pha từ nguồn dầu thường được sử dụng trong công nghiệp, nhằm mục đích dự phòng hoặc thay thế cho điện lưới.
Nhà máy điện gió
Điểm đặc biệt của điện gió là khai thác nguồn năng lượng xanh không gây ô nhiễm môi trường. Nhà máy điện gió hoạt động theo nguyên lý đơn giản, năng lượng gió làm quay cánh quạt kết nối với rôto, truyền mô-men xoắn sang máy phát điện để tạo ra điện. Điện sản xuất từ gió sẽ được hòa vào lưới điện quốc gia để phân phối. Theo Bộ Công thương, tính đến năm 2021, điện gió chiếm dưới 10% tổng sản lượng điện quốc gia.
Nhà máy nhiệt điện
Nhà máy nhiệt điện là nơi sản xuất điện bằng cách đốt nhiên liệu để làm nóng nước, tạo ra hơi nước giúp quay tua bin và dẫn động máy phát điện, từ đó phát sinh dòng điện xoay chiều hòa vào lưới điện quốc gia. Hiện nay, phần lớn các nhà máy nhiệt điện đang sử dụng than, đóng vai trò chính trong hệ thống điện quốc gia. Theo số liệu năm 2021 từ Bộ Công thương, nhiệt điện than chiếm 48,1% tổng sản lượng điện quốc gia.
Nhà máy thủy điện
Nhà máy thủy điện sử dụng năng lượng nước để sản xuất điện. Năng lượng thủy điện được tạo ra từ thế năng nước chứa trong các đập, làm cho tuabin quay và dẫn động máy phát để sản xuất điện. Theo thông tin từ Bộ Công thương, năm 2021, năng lượng thủy điện chiếm 28,4% tổng sản lượng điện của toàn hệ thống quốc gia. Những nhà máy thủy điện lớn nhất tại Việt Nam hiện nay bao gồm: Thủy điện Sơn La (2400 MW), Thủy điện Lai Châu (1200 MW) và Thủy điện Huội Quảng (560 MW).
Đây là cách thức hoạt động và cấu trúc cơ bản của máy phát điện xoay chiều. Nếu bạn cần thảo luận thêm về bất kỳ nội dung nào hoặc tìm hiểu về các sản phẩm máy phát điện công nghiệp, hãy liên hệ với 0982 815 855 chúng tôi – đội ngũ kỹ sư có 10 năm kinh nghiệm sẽ phục vụ bạn nhanh chóng
