Tìm hiểu nguyên lí hoạt động máy phát điện

Máy phát điện là thiết bị có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện. Giúp cung cấp điện cho các thiết bị khi nguồn điện lưới bị ngắt hoặc không ổn định. Để hiểu rõ hơn, hãy cùng tìm hiểu nguyên lý hoạt động máy phát điện.

Cở sở của nguyên lí hoạt động máy phát điện

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện dựa trên cơ sở của hiện tượng cảm ứng điện từ. Đây là một trong những định luật cơ bản nhất trong vật lý học. Hiện tượng này được phát hiện bởi nhà bác học Michael Faraday vào năm 1831. Đến nay, nguyên lí này  vẫn là nền tảng cho mọi loại máy phát điện, từ quy mô nhỏ trong gia đình đến các nhà máy điện khổng lồ.

Bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ

Hiện tượng cảm ứng điện từ mô tả việc xuất hiện dòng điện trong dây dẫn khi có sự biến đổi của từ thông xuyên qua dây dẫn đó. Từ thông (Φ) là đại lượng thể hiện số lượng đường sức từ đi qua diện tích của cuộn dây. Nếu số lượng đường sức từ xuyên qua cuộn dây thay đổi, thì từ thông biến thiên. Khi đó, trong cuộn dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng (E), làm phát sinh dòng điện cảm ứng. Hiện tượng này  là cơ sở để máy phát điện biến đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện.

Điều kiện để xuất hiện dòng điện cảm ứng

Để trong dây dẫn có dòng điện cảm ứng, từ thông xuyên qua mạch kín phải thay đổi theo thời gian.

Sự biến thiên này có thể xảy ra trong ba trường hợp:

• Từ trường thay đổi: cường độ từ trường (B) tăng hoặc giảm.
• Diện tích của cuộn dây thay đổi: ví dụ cuộn dây phồng ra hoặc thu hẹp lại trong từ trường.
• Góc giữa mặt phẳng cuộn dây và đường sức từ thay đổi: nghĩa là cuộn dây quay trong từ trường.

Các bộ phân chính tham gia vào quá trình phát điện

Phần cảm (Rotor) – Bộ phận tạo từ trường

Vị trí: Là phần quay của máy phát điện. Phần cảm có chức năng tạo ra từ trường, là nguồn gốc của hiện tượng cảm ứng điện từ trong máy phát điện.

Cấu tạo: Gồm lõi sắt và các cuộn dây quấn quanh. Trong máy phát điện xoay chiều hiện đại, phần cảm được cấp dòng điện một chiều (DC) để tạo ra từ trường quay.

Nguyên lý hoạt động:

Khi Rotor quay, từ trường của nó di chuyển qua các cuộn dây của phần ứng (Stator). Sự chuyển động này khiến từ thông qua Stator biến đổi liên tục. Chính sự biến đổi đó sinh ra suất điện động cảm ứng.

Phần ứng (Stator) – Bộ phận sinh ra dòng điện

Vị trí: Phần ứng là bộ phận sinh điện năng – kết quả trực tiếp của hiện tượng cảm ứng điện từ.  Là phần cố định bao quanh Rotor.

Cấu tạo: Gồm lõi thép được làm từ lá thép kỹ thuật điện ghép lại và các cuộn dây dẫn (dây đồng) được quấn đều quanh lõi.

Nguyên lý hoạt động: Khi từ trường quay của Rotor quét qua Stator, từ thông trong cuộn dây thay đổi liên tục. Từ đó sinh ra suất điện động cảm ứng và tạo ra dòng điện xoay chiều (AC).

Công dụng: Phần ứng là nơi tạo ra điện năng chính của máy. Dòng điện sinh ra ở đây sẽ được dẫn ra mạch ngoài để cung cấp cho thiết bị điện.

Bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR )

Vị trí: Gắn liền với hệ thống phát điện, thường nằm ở phía sau máy hoặc trong tủ điều khiển.

Chức năng: AVR giữ cho dòng điện phát ra luôn ổn định, đảm bảo máy hoạt động bền và thiết bị điện an toàn. Giúp ổn định điện áp đầu ra, giúp dòng điện luôn ở mức tiêu chuẩn dù tải thay đổi. Tự động điều chỉnh dòng kích từ vào Rotor để giữ điện áp không bị dao động.

Nguyên lý hoạt động: Khi điện áp đầu ra tăng hoặc giảm, AVR sẽ phát hiện sai lệch. Rồi tăng hoặc giảm dòng kích từ để ổn định lại điện áp.

Hệ thống truyền động cơ học (động cơ sơ cấp)

Đây là hệ thống truyền động không trực tiếp tạo ra điện. Nhưng là nguồn năng lượng đầu vào cho toàn bộ quá trình phát điện.

Vị trí: Gắn trực tiếp vào trục quay của Rotor. Nguồn năng lượng có thể là động cơ diesel, động cơ xăng, tua-bin nước, tua-bin gió, hoặc tua-bin hơi.

Chức năng: Cung cấp năng lượng cơ học (chuyển động quay) để Rotor hoạt động. Đây là nguồn động lực chính giúp máy phát điện chuyển hóa năng lượng.

Bộ chỉnh lưu

Đây là bộ phận thường trong máy phát điện DC hoặc máy xoay chiều có kích từ độc lập)

Chức năng: Biến đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC) để cung cấp cho cuộn dây kích từ của Rotor.

Vai trò: Giúp máy phát điện duy trì từ trường ổn định và tối ưu hiệu suất phát điện

Quy trình cụ thể của nguyên lí hoạt động máy phát điện

Bước 1: Cung cấp năng lượng cơ học cho máy phát

Nguồn cơ học được cung cấp từ:

• Động cơ đốt trong (xăng, dầu diesel)
• Tua-bin nước, tua-bin gió hoặc tua-bin hơi (trong nhà máy điện)
• Năng lượng cơ học này làm quay trục của Rotor (phần cảm).

Mục đích: Tạo chuyển động quay – nền tảng cho việc tạo ra từ trường biến thiên.

Bước 2: Tạo ra từ trường quay trong máy phát điện

Rotor (phần cảm) là bộ phận gắn trên trục quay. Có chứa các cuộn dây kích từ được cấp dòng điện một chiều (DC). Khi dòng điện DC chạy qua các cuộn dây này, Rotor trở thành nam châm điện, sinh ra từ trường mạnh. Khi Rotor quay, từ trường của nó cũng quay theo – gọi là từ trường quay.

Mục đích: Hình thành từ trường di động, quét qua các cuộn dây của Stator.

Bước 3: Cảm ứng điện từ trong phần ứng (Stator)

Stator (phần ứng) gồm nhiều cuộn dây đồng được bố trí cố định xung quanh Rotor. Khi từ trường quay của Rotor quét qua Stator, từ thông xuyên qua các cuộn dây thay đổi liên tục theo thời gian. Sự biến đổi của từ thông đó gây ra suất điện động cảm ứng trong các cuộn dây của Stator. Dấu “–” thể hiện chiều của dòng điện cảm ứng tuân theo quy tắc Lenz . Biến đổi năng lượng từ trường thành năng lượng điện cảm ứng.

Bước 4: Tạo ra dòng điện xoay chiều (AC)

Do từ thông thay đổi liên tục theo chiều quay của Rotor. Suất điện động cảm ứng trong cuộn dây cũng thay đổi theo chu kì. Từ đó tạo ra dòng điện xoay chiều (AC). Dòng điện này có dạng hình sin và tần số phụ thuộc vào tốc độ quay của Rotor. Hình thành dòng điện xoay chiều – loại điện phổ biến trong sinh hoạt và công nghiệp.

Bước 5: Ổn định điện áp đầu ra nhờ bộ AVR

Khi tải thay đổi (thiết bị sử dụng điện nhiều hoặc ít), điện áp đầu ra có thể dao động. Bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR) sẽ phát hiện sự thay đổi này và điều chỉnh dòng kích từ DC của Rotor. Nếu điện áp giảm,  AVR tăng dòng kích từ để tăng từ trường. Nếu điện áp tăng, AVR giảm dòng kích từ để ổn định lại. Ổn định điện áp giúp giữ điện áp ổn định, bảo vệ máy phát và thiết bị sử dụng điện.

Bước 6: Dòng điện được dẫn ra mạch ngoài

Dòng điện xoay chiều được dẫn qua bảng điều khiển hoặc tủ phân phối điện. Tại đây, dòng điện có thể được dùng trực tiếp cho thiết bị điện (đèn, máy bơm, tủ lạnh…). Hoặc chuyển đổi sang DC qua bộ chỉnh lưu nếu cần cung cấp cho thiết bị điện tử hoặc sạc bình.

Công ty TNHH XNK thiết bị Trường Phát

TRƯỜNG PHÁT TECH

Công ty TNHH XNK thiết bị Trường Phát tự hào là đơn vị hàng đầu tại Việt Nam về lĩnh vực Tư vấn và Cung cấp máy phát điện công nghiệp chạy dầu diesel nhập khẩu nguyên chiếc. Trường Phát chuyên nhập khẩu và phân phối các dòng máy phát điện công nghiệp có công suất từ 2kVA tới 3000kVA sử dụng nhiên liệu dầu diesel, có khả năng chống ồn tốt và tiết kiệm nhiên liệu khi sử dụng.

Địa chỉ: Tầng 4 Khu Văn Phòng, Tòa nhà CT2B Nam Đô Complex, Số 609 Trương Định, Thịnh Liệt, Hoàng Mai, Hà Nội

 Hotline: 0945.989.313

 Email: mayphatdientruongphatchinhhang@gmail.com