Máy phát điện

Máy phát điện là thiết bị chuyển đổi các dạng năng lượng khác thành năng lượng điện. Năm 1832, người Pháp Bixi đã phát minh ra máy phát điện.

Máy phát điện bao gồm một rotor và một stato. Rotor nằm ở khoang giữa của stato. Trên rotor có các cực từ để tạo ra từ trường. Khi động cơ chính dẫn động rotor quay, năng lượng cơ học được truyền đi. Các cực từ của rotor quay với tốc độ cao cùng với rotor, khiến từ trường tương tác với cuộn dây stato. Tương tác này khiến từ trường cắt qua các dây dẫn của cuộn dây stato, tạo ra một suất điện động cảm ứng, từ đó chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện. Máy phát điện được chia thành máy phát điện một chiều (DC) và máy phát điện xoay chiều (AC), được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp và nông nghiệp, quốc phòng, khoa học công nghệ và đời sống hàng ngày.

Các thông số cấu trúc

Máy phát điện thường bao gồm stato, rôto, nắp đầu và ổ trục.

Stato bao gồm lõi stato, các cuộn dây, khung và các bộ phận cấu trúc khác cố định các bộ phận này.

Rotor bao gồm lõi rotor (hoặc cực từ, cuộn cảm từ), vòng bảo vệ, vòng trung tâm, vòng trượt, quạt và trục rotor và các thành phần khác.

Stato và rotor của máy phát điện được kết nối và lắp ráp bằng ổ trục và nắp đầu, do đó rotor có thể quay trong stato và thực hiện chuyển động cắt các đường sức từ, do đó tạo ra điện thế cảm ứng, được dẫn ra ngoài qua các đầu cực và kết nối với mạch điện, sau đó tạo ra dòng điện.

Tính năng chức năng

Hiệu suất của máy phát điện đồng bộ chủ yếu được đặc trưng bởi đặc tính vận hành không tải và có tải. Những đặc tính này là cơ sở quan trọng để người dùng lựa chọn máy phát điện.

Đặc tính không tải:Khi máy phát điện hoạt động không tải, dòng điện phần ứng bằng không, trạng thái này được gọi là hoạt động hở mạch. Lúc này, cuộn dây ba pha của stato động cơ chỉ có suất điện động không tải E0 (đối xứng ba pha) do dòng điện kích thích If gây ra, và độ lớn của suất điện động này tăng khi If tăng. Tuy nhiên, hai đại lượng này không tỷ lệ thuận vì lõi mạch từ của động cơ đã bão hòa. Đường cong phản ánh mối quan hệ giữa suất điện động không tải E0 và dòng điện kích thích If được gọi là đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ.

Phản ứng phần ứng:Khi máy phát điện được kết nối với tải đối xứng, dòng điện ba pha trong cuộn dây phần ứng sẽ tạo ra một từ trường quay khác, được gọi là trường phản ứng phần ứng. Tốc độ của từ trường này bằng tốc độ của rôto và cả hai quay đồng bộ.

Cả trường phản kháng phần ứng và trường kích từ rotor của máy phát điện đồng bộ đều có thể được xấp xỉ là phân bố theo quy luật sin. Độ lệch pha không gian của chúng phụ thuộc vào độ lệch pha thời gian giữa suất điện động không tải E0 và dòng điện phần ứng I. Ngoài ra, trường phản ứng phần ứng cũng liên quan đến điều kiện tải. Khi tải máy phát điện là điện cảm, trường phản ứng phần ứng có tác dụng khử từ, dẫn đến giảm điện áp máy phát. Ngược lại, khi tải là điện dung, trường phản ứng phần ứng có tác dụng từ hóa, làm tăng điện áp đầu ra của máy phát.

Đặc điểm hoạt động tải:Nó chủ yếu đề cập đến các đặc tính bên ngoài và đặc tính điều chỉnh. Đặc tính bên ngoài mô tả mối quan hệ giữa điện áp đầu cực máy phát U và dòng điện tải I, với tốc độ định mức, dòng điện kích thích và hệ số công suất tải không đổi. Đặc tính điều chỉnh mô tả mối quan hệ giữa dòng điện kích thích If và dòng điện tải I, với tốc độ định mức, điện áp đầu cực và hệ số công suất tải không đổi.

Tỷ lệ biến thiên điện áp của máy phát điện đồng bộ là khoảng 20-40%. Các tải công nghiệp và gia dụng thông thường yêu cầu điện áp tương đối ổn định. Do đó, dòng điện kích thích phải được điều chỉnh tương ứng khi dòng điện tải tăng. Mặc dù xu hướng thay đổi của đặc tính điều chỉnh ngược lại với đặc tính bên ngoài, nhưng nó tăng đối với tải cảm ứng và tải thuần trở, trong khi thường giảm đối với tải điện dung.

Nguyên lý hoạt động

Máy phát điện Diesel

Động cơ diesel dẫn động máy phát điện, chuyển đổi năng lượng từ nhiên liệu diesel thành năng lượng điện. Bên trong xi-lanh của động cơ diesel, không khí sạch, được lọc qua bộ lọc khí, hòa trộn hoàn toàn với nhiên liệu diesel phun áp suất cao được phun ra từ kim phun. Khi piston di chuyển lên trên, nén hỗn hợp, thể tích của piston giảm và nhiệt độ tăng nhanh cho đến khi đạt đến điểm đánh lửa của nhiên liệu diesel. Điều này đốt cháy nhiên liệu diesel, khiến hỗn hợp cháy dữ dội. Sự giãn nở nhanh chóng của khí sau đó đẩy piston đi xuống, một quá trình được gọi là 'công'.

Máy phát điện chạy xăng

Động cơ xăng dẫn động máy phát điện, chuyển đổi năng lượng hóa học của xăng thành năng lượng điện. Bên trong xi-lanh của động cơ xăng, hỗn hợp nhiên liệu và không khí trải qua quá trình đốt cháy nhanh chóng, dẫn đến sự giãn nở thể tích nhanh chóng, đẩy piston đi xuống, sinh công.

Trong cả máy phát điện diesel và máy phát điện xăng, mỗi xi-lanh hoạt động tuần tự theo một thứ tự cụ thể. Lực tác dụng lên piston được thanh truyền chuyển hóa thành lực quay, dẫn động trục khuỷu. Máy phát điện xoay chiều đồng bộ không chổi than, được lắp đồng trục với trục khuỷu của động cơ, cho phép chuyển động quay của động cơ dẫn động rô-to của máy phát điện. Dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, máy phát điện sau đó tạo ra một suất điện động cảm ứng, tạo ra dòng điện thông qua mạch tải kín.