Nguyên lý làm việc và cấu tạo của máy phát điện chi tiết

Máy phát điện là một thiết bị dự phòng điện hữu ích trong trường hợp thiếu hụt điện lưới hiện nay, nhất là vào mùa cao điểm. Thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong các hộ gia đình, cơ quan, công ty, doanh nghiệp, nhà máy, trường học, bệnh viện,… bất cứ nơi nào có nhu cầu sử dụng điện.

Phổ biến là thế nhưng không phải ai cũng hiểu rõ nguyên lý làm việc cũng như cấu tạo máy phát điện ra sao, có những bộ phận nào. Nếu bạn cũng là một trong số đó thì đừng nên bỏ qua bài viết này của chúng tôi nhé! Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn đọc những thông tin bổ ích về cấu tạo máy phát điện. Hãy cùng theo dõi nhé!

Máy phát điện là gì?

Máy phát điện thực chất là một thiết bị giúp biến đổi cơ năng thành điện năng dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Sản phẩm này đóng vai trò then chốt trong các thiết bị cung cấp điện với 3 chức năng chủ yếu là phát điện, chỉnh lưu, hiệu chỉnh điện áp.

Máy phát điện hoạt động như thế nào?

Đầu tiên, chúng ta cần phải hiểu rằng máy phát điện không “tạo ra” điện. Thực chất, máy phát điện sử dụng năng lượng cơ năng mà nó được cung cấp để tạo ra sự di chuyển của điện tích trong cuộn dây qua một mạch điện ở phía ngoài. Dòng điện tích tạo nên là nhờ vào dòng điện bên ngoài do máy phát cung cấp.

Chúng ta có thể hiểu đơn giản cơ chế hoạt động của máy phát điện giống như cơ chế hoạt động của máy bơm nước. Nó gây ra dòng nước, tuy nhiên thì nó không thực sự là tự tạo ra dòng nước như người ta vẫn thường nghĩ.

Xem thêm: Máy phát điện 3 pha là gì? Và cấu tạo của nó

Máy phát điện hoạt động theo nguyên lý nào?

Máy phát điện hiện đại ngày nay hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Nguyên lý này được phát biểu như sau: khi số đường sức từ của nam châm đi xuyên qua tiết diện của cuộn dây tăng giảm một cách luân phiên (do nam châm quay tròn hoặc do cuộn dây quay tròn). Khi đó, trong cuộn dây cũng xuất hiện dòng điện cảm ứng luân phiên đổi chiều.

Nguyên lý này do nhà bác học Faraday vào những năm 30 của thế kỷ 19. Ông phát hiện ra rằng dòng điện tích có thể bị cảm ứng khi nó di chuyển qua một cuộn cảm, cũng như dòng mang điện tích biến thiên trong từ trường. Sự chuyển động này tạo nên sự chênh lệch về hiệu điện thế giữa 2 đầu dây dẫn hoặc hai đầu cuộn cảm. Và ngược lại, nó sẽ tạo ra các điện tích, từ đó tạo ra dòng điện.

Cấu tạo máy phát điện

Một thiết bị máy phát điện hoàn chỉnh sẽ bao gồm những bộ phận: động cơ, đầu phát, hệ thống nhiên liệu, ổn áp, hệ thống làm mát và hệ thống xả, hệ thống bôi trơn, hệ thống sạc, bảng điều khiển và hộp nắp chính.

Động cơ

Là bộ phận quan trọng nhất của máy phát điện, là nguồn năng lượng cơ học đầu vào của máy phát điện. Kích thước của động cơ cũng tỷ lệ thuận với sản lượng điện tối đa mà một thiết bị máy phát điện có thể cung cấp.

Có một số yếu tố cần phải ghi nhớ khi đánh giá động cơ của máy phát điện. Do đó, nhà sản xuất động cơ cần tư vấn để có được thông số kỹ thuật hoạt động và lịch trình bảo trì chính xác và chi tiết nhất cho người tiêu dùng.

Trên thị trường hiện nay, máy phát điện sử dụng nhiều loại nhiên liệu đầu vào khác nhau cho động cơ hoạt động như: diesel, xăng, propan và khí thiên nhiên. Động cơ nhỏ hoạt động bằng xăng, động cơ lớn hơn sẽ chạy bằng dầu diesel, propan lỏng hoặc khí hoặc khí tự nhiên. Ngoài ra, một số dòng máy phát điện cũng có thể hoạt động dựa trên một nguồn dữ liệu kép, nhiên liệu diesel và khí đốt.

Đầu phát

Là tên gọi chung của một tập hợp các bộ phận tĩnh và các phần có thể di chuyển được. Những phần này làm việc với nhau để tạo nên chuyển động tương đối giữa từ trường và điện, từ đó tạo ra dòng điện.

Bộ phận tĩnh là STATO (còn gọi là phần cảm) bao gồm các dây điện quấn lại thành cuộn trên một lõi sắt. Bộ phận chuyển động là ROTO (còn gọi là phần ứng) để tạo ra một từ trường quay, được chia làm 3 loại: nam châm vĩnh cửu, bộ kích thích và sự di chuyển của ROTO quanh STATO tạo nên sự khác biệt điện áp giữa các cuộn dây của STATO, tạo nên dòng cảm ứng bên trong máy phát điện.

Hệ thống nhiên liệu

Thông thường, bình nhiên liệu cho máy phát điện hiện nay đều đủ để máy có thể hoạt động liên tục từ 6 – 8h ở trên mức trung bình. Đối  với máy phát điện dân dụng thì bồn chứa nhiên liệu là một phần đế trượt của máy hoặc được lắp trên khung máy. Còn các loại máy phát điện công nghiệp, có thể cần xây dựng và cài đặt thêm một bình chứa nhiên liệu bên ngoài.

Các tính năng của hệ thống nhiên liệu:

  • Phần ống nối từ bồn chứa nhiên liệu đến động cơ là dòng cung cấp hướng dẫn nhiên liệu vào và ra của động cơ
  • Ống thông gió bình nhiên liệu giúp ngăn sự gia tăng áp lực hoặc chân không trong quá trình bơm và hệ thống thoát nước của bể chứa
  • Bơm nhiên liệu giúp chuyển nhiên liệu từ bể chứa chính vào bể chứa trong ngày, thường hoạt động bằng điện
  • Kết nối tràn từ bồn chứa nhiên liệu tới các đường ống cống: dự phòng khi bị tràn trong quá trình bơm khiến cho nhiên liệu không đổ lên máy phát điện
  • Kim phun có nhiệm vụ phun nhiên liệu dưới dạng sương vào buồng đốt của động cơ
  • Bình lọc nhiên liệu, tách nước và vật lạ trong nhiên liệu lỏng giúp bảo vệ các bộ phận khác của máy phát điện khỏi sự ăn mòn và chất bẩn có thể gây tắc nghẽn

Ổn áp

Đây là bộ phận quản lý điện áp đầu ra của máy phát điện, được chia ra làm nhiều thành phần.

Đầu tiên là ổn áp có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều, điều chỉnh một phần nhỏ điện áp đầu ra thành điện áp xoay chiều và chuyển đổi thành điện áp một chiều.

Tiếp theo là cuộn dây kích thích có nhiệm vụ biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Các cuộn dây kích thích tạo ra dòng điện xoay chiều nhỏ và được kết nối với các đơn vị được gọi chung là chỉnh lưu quay.

Bộ chỉnh lưu quay giúp chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Việc chỉnh lưu được phát sinh bởi các cuộn dây kích thích rồi chuyển đổi nó thành dòng điện một chiều. Dòng điện một chiều này giúp cho ROTO tạo ra điện từ trường bên ngoài trường quay của ROTO.

Cuối cùng là ROTO có chức năng chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Thực chất thì ROTO sinh ra dòng điện xoay chiều lớn hơn xung quanh cuộn dây STATO và các dòng máy phát điện hiện nay sản xuất một điện thế xoay chiều AC lớn hơn ở phần đầu ra.

Hệ thống làm mát

Đây là bộ phận quan trọng không thể thiếu của cấu tạo máy phát điện. Sử dụng các chất làm mát như nước sạch hoặc Hydrogen,…

Hydrogen thì thường được dùng để làm mát cho các cuộn dây STATO trong máy phát điện công nghiệp bởi tính năng hấp thụ nhiệt của nó rất tốt. Nhờ đó, giúp loại bỏ hoàn toàn nhiệt từ máy phát điện, chuyển qua bộ trao đổi nhiệt vào một mạch làm mát thứ cấp mà trong đó có chứa nước. Do vậy, loại máy phát điện công nghiệp thường có kích thước lớn.

Hệ thống bôi trơn

Hệ thống này giúp cho máy phát điện hoạt động êm ái hơn, đảm bảo khả năng hoạt động liên tục và bền bỉ. Nguyên liệu để bôi trơn thường được thực hiện bằng dầu được lưu trữ trong một chiếc máy bơm.

Bộ sạc ắc quy

Thông thường, máy phát điện khởi động bằng pin và bộ sạc pin là bộ phận giữ cho pin luôn đầy với một điện áp thả nổi chính xác. Khi điện áp thả nổi thấp thì pin sẽ nạp thiếu, còn điện áp cao thì sẽ rút ngắn tuổi thọ của pin.

Bộ sạc ắc quy của máy phát điện thường được làm từ thép không gỉ, hạn chế ăn mòn, tự động và không cần phải điều chỉnh hoặc cài đặt nào khác.

Bảng điều khiển

Bảng điều khiển của máy phát điện thực chất là bề mặt điều khiển bao gồm các hốc cắm điện và điều khiển. Tùy thuộc vào từng nhà sản xuất mà mẫu mã khác nhau, cách điều khiển cũng khác nhau, tuy nhiên nó cũng phải bao gồm những bộ phận chính dưới đây.

Hệ thống khởi động và tắt điện: bao gồm kiểm soát khởi động, bật máy phát tự động trong lúc mất điện, có thể theo dõi các máy phát điện khi hoạt động và tự động tắt máy khi không cần thiết.

Bên cạnh đó là thiết bị đo – hệ thống đồng hồ hiển thị áp suất dầu, nhiệt độ nước làm mát, điện áp pin, tốc độ quay của động cơ và thời gian hoạt động. Cuối cùng là đồng hồ đo máy phát điện có đơn vị để đo sản lượng điện hiện tại, điện áp và tần số hoạt động.

Hệ thống xả

Mùi của khí thải được thải ra từ máy phát điện cũng giống với mùi của bất kỳ động cơ diesel hay động cơ xăng nào khác. Do vậy, nó chứa hàm lượng chất độc hóa học khá cao. Chính vì thế, người dùng cần phải kiểm soát hệ thống xả thải một cách chặt chẽ. Đồng thời, lắp đặt hệ thống khí thải chính xác để giải quyết lượng khí thải do máy phát điện xả ra.

Trên đây là những thông tin chi tiết về cấu tạo máy phát điện mà chúng ta cần phải nắm rõ khi vận hành, sửa chữa hay bảo dưỡng thiết bị này. Nếu còn bất cứ thắc mắc nào, hãy liên hệ ngay với C.O.R.E. Digital Pictures để được giải đáp sớm nhất.