Máy phát điện là một thiết bị được thiết kế để chuyển đổi các loại năng lượng không dùng điện (hóa học, cơ học, nhiệt) thành năng lượng điện. Hơn nữa, thiết kế của nó dựa trên việc sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ.
Nguyên lý hoạt động và thiết bị của máy phát điện xoay chiều đơn giản nhất
Cảm ứng điện từ là một hiện tượng được phát hiện vào năm 1831 bởi nhà vật lý người Anh Michael Faraday (1791-1867), người đã phát hiện ra rằng khi một từ thông biến đổi theo thời gian đi qua một mạch dẫn kín, một dòng điện phát sinh sau đó. Đó là nguyên tắc này làm cơ sở cho bất kỳ máy phát điện.
Trong thực tế, nguyên lý cảm ứng điện từ được thực hiện như sau: một dòng điện phát sinh trong một khung kín (rôto) khi nó giao nhau với từ trường quay, được hình thành tùy thuộc vào mục đích và thiết kế của máy phát bằng nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây kích thích đặc biệt. Khi khung quay, cường độ của từ thông thay đổi. Nó quay càng nhanh, điện áp đầu ra càng cao.
Năm 1827, hiệu ứng này đã được phát hiện và sử dụng để tạo ra mô hình ban đầu của một máy phát dòng điện của nhà vật lý người Hungary Agnos Istvan Jedlik (1800-1895). Tuy nhiên, vì nó nổi tiếng, nhà khoa học đã không cấp bằng sáng chế cho phát hiện của mình và tuyên bố tạo ra máy phát điện đầu tiên chỉ vào năm 1850.
Để loại bỏ dòng điện, khung được trang bị bộ thu hiện tại, biến nó thành một vòng kín và cung cấp sự tiếp xúc liên tục của khung quay với các phần tử đứng yên của máy phát. Bàn chải có lò xo được ép vào các vòng thu và do đó dòng điện được cung cấp cho các cực đầu ra của máy phát.
Xoay, các nửa của khung đi qua liên tục gần các cực của nam châm. Trong trường hợp này, một sự thay đổi theo chu kỳ theo hướng chuyển động của dòng điện mới xuất hiện - tại mỗi cực, dòng điện di chuyển theo một hướng.
Tùy thuộc vào thiết kế của bộ thu, máy phát có thể tạo ra cả dòng điện một chiều và xoay chiều.
- Trong các máy phát điện một chiều, cứ mỗi nửa cuộn dây trong nút collector, có các vòng cách ly với nhau. Do thực tế là các nửa vòng này liên tục thay đổi bàn chải, dòng điện không thay đổi hướng của nó, mà chỉ đơn giản là dao động.
- Trong các máy phát điện xoay chiều, các đầu của khung được gắn với các vòng trượt và toàn bộ cấu trúc này xoay quanh trục của nó. Khi xoay khung, bàn chải, mỗi cái nằm sát với vòng của nó, cung cấp một dây dẫn xuống đáng tin cậy. Trong trường hợp này, một sự thay đổi theo chu kỳ ở vị trí của bàn chải không xảy ra.
Phần quay của máy phát được gọi là rôto và phần đứng yên được gọi là stato.
Nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều và trực tiếp là giống hệt nhau. Chúng khác nhau về thiết kế các vòng trượt nằm trên một rôto quay và cấu hình của các cuộn dây.
Trong các máy phát điện xoay chiều, một giải pháp kỹ thuật ban đầu thường được sử dụng, dựa trên thực tế là EMF xuất hiện trong dây dẫn không chỉ khi nó quay trong từ trường, mà cả trong trường hợp khi từ trường tự quay so với dây dẫn đứng yên.
Hiệu ứng này được sử dụng rộng rãi bởi các nhà phát triển đặt nam châm điện hoặc vĩnh cửu lên một rôto quay. Trong trường hợp này, điện áp được loại bỏ khỏi cuộn dây được gắn cố định, điều này giúp loại bỏ các thiết kế phức tạp của các nút collector.
Máy phát điện xoay chiều
Một số lượng lớn các máy phát điện AC đa dạng nhất được sản xuất. Chúng có thể được phân loại theo các tham số sau:
- thiết kế xây dựng;
- phương pháp kích thích;
- số lượng pha.
Bằng phương pháp kích thích cho người tiêu dùng, tổng hợp có thể được tìm thấy:
- với kích thích độc lập - cuộn dây kích thích được cung cấp với dòng điện trực tiếp từ một nguồn năng lượng độc lập;
- với sự tự kích thích - một dòng điện được điều chỉnh từ chính máy phát được cung cấp cho cuộn dây kích thích;
- với sự kích thích từ nam châm vĩnh cửu - không có cuộn dây kích thích;
- với sự kích thích từ mầm bệnh - một máy phát DC công suất thấp, "ngồi" trên cùng một trục với máy phát được phục vụ.
Theo số lượng pha, máy phát điện là:
- một pha;
- hai pha;
- ba pha.
Trong thực tế, máy phát điện ba pha thường được tìm thấy nhiều nhất. Điều này là do một số lợi thế đặc trưng của loại cốt liệu này:
- đạt được hiệu quả kinh tế trong việc phát triển hệ thống truyền tải điện đường dài - giảm mức tiêu thụ vật liệu của các thiết bị biến áp và dây nguồn; Điều này góp phần vào sự hiện diện của từ trường tròn;
- tăng nguồn lực hoạt động, đảm bảo sự cân bằng của hệ thống;
- sử dụng đồng thời điện áp tuyến tính và pha.
Về mặt cấu trúc, một máy phát điện ba pha có ba cuộn dây độc lập nằm trong stato xung quanh chu vi với độ lệch 120 ° so với nhau. Ngoài ra, mỗi cuộn dây là một máy phát một pha, có khả năng cung cấp điện áp xoay chiều cho người tiêu dùng R. Một cuộn dây như vậy được gọi là "pha". Các cuộn dây pha có thể được kết nối với nhau bằng một "tam giác" hoặc "ngôi sao".
Có những phương án khác để kết nối các cuộn dây, ví dụ, hệ thống Tesla sáu dây hoặc kết nối Sl lượn sóng (kết hợp sáu cuộn dây dưới dạng một ngôi sao ngôi sao và một hình tam giác), nhưng chúng không được sử dụng rộng rãi.
Vai trò của khung trong các thiết bị tạo ra dòng điện xoay chiều được phát bởi một nam châm điện, xoay, làm thay đổi các biến EMF gây ra trong cuộn dây bằng một phần ba chu kỳ so với nhau.
Trong số nhiều máy phát điện, có hai loại thiết kế chính của chúng: đồng bộ và không đồng bộ. Gần đây, với số lượng lớn các thiết bị điện tử phức tạp được điều khiển bởi bộ vi xử lý, một loại máy phát điện mới đã xuất hiện - biến tần.
Máy phát điện đồng bộ
Máy phát điện đồng bộ bao gồm hai phần - rôto di động và stato cố định.
Khi rôto được quay, đó là một nam châm điện có lõi và cuộn dây kích thích được kết nối với nguồn điện bên ngoài bằng cơ chế bàn chải, EMF được cảm ứng trong cuộn dây stato, được đưa đến các đầu ra của máy phát. Thiết kế này giúp loại bỏ sự cần thiết của các tiếp điểm trượt, giúp đơn giản hóa rất nhiều thiết kế của thiết bị. Ban đầu, từ thông được kích thích từ một exciter của bên thứ ba được gắn trên một trục chung và được kết nối với hệ thống bằng cách sử dụng khớp nối.
Trong các máy phát đồng bộ công suất thấp, cuộn dây trường được cung cấp bởi dòng điện được chỉnh lưu. Trong trường hợp này, mạch điện được hình thành do sự kích hoạt của máy biến áp có trong mạch tải. Một chỉnh lưu bán dẫn cũng được bao gồm. Các mạch điện chính bao gồm:
- cuộn dây;
- điều chỉnh biến trở.
Tính năng chính của máy phát đồng bộ là tần số của dòng điện được tạo ra tỷ lệ thuận với tốc độ rôto.
Máy phát điện không đồng bộ
Một máy phát điện không đồng bộ khác với một máy phát đồng bộ trong trường hợp không có kết nối cứng giữa tốc độ rôto và emf cảm ứng. Sự khác biệt giữa các tham số này được gọi là trượt dốc. Có một khe hở không khí giữa rôto và stato của máy phát không đồng bộ. Đồng thời, mô-men hãm xảy ra khi tải được kết nối và ngăn chặn sự quay của rôto ảnh hưởng đến tần số của EMF được tạo ra. Do đó, điện trong các máy phát không đồng bộ được tạo ra với tốc độ rôto tăng.
Thiết kế của máy phát không đồng bộ rất đơn giản, nhưng nó có các đặc tính kỹ thuật tồi tệ nhất so với các đơn vị đồng bộ - lỗi về tần số có thể đạt tới 4% và trong điện áp lên tới 10%. Ngoài ra, các máy phát không đồng bộ rất quan trọng đối với dòng vào. Do đó, nên vận hành chúng cùng với các chất ổn định, và trong một số trường hợp, ví dụ, để khởi động trơn tru động cơ điện, có thể cần một bộ biến tần.
Máy phát điện biến tần
Một máy phát biến tần là một máy phát không đồng bộ thông thường, ở đầu ra có cài đặt bộ ổn định bổ sung các tham số đầu ra.
Nó hoạt động như sau: điện áp được tạo ra bởi một máy phát không đồng bộ đi đến biến tần, nơi nó được chỉnh lưu đầu tiên, và sau đó các xung của một tần số và chu kỳ nhiệm vụ nhất định được hình thành từ điện áp DC kết quả. Ở đầu ra của thiết bị, các xung này được chuyển đổi thành điện áp hình sin với các đặc tính kỹ thuật gần như hoàn hảo.
Ổ đĩa phát điện
Trong điều kiện trong nước, rôto máy phát được điều khiển bởi động cơ đốt trong (ICE) hoạt động trên các nhiên liệu như xăng hoặc dầu diesel. Đồng thời, tuổi thọ hoạt động của máy phát điện chạy xăng được trang bị ICE kéo đẩy là khoảng 500 giờ mỗi năm (không quá 4 giờ mỗi ngày); ICE bốn thì đạt 5000 giờ mỗi năm.
Nên sử dụng máy phát điện chạy bằng xăng khi mất điện ngắn và / hoặc đi ra nông thôn.
Máy phát điện chạy bằng nhiên liệu diesel được đặc trưng bởi công suất cao và xăng bền hơn nhiều. Trong số đó có các mô hình với làm mát không khí và chất lỏng. Các thiết bị làm mát bằng không khí được khuyến nghị sử dụng ở những nơi thường bị tắt điện trong một thời gian dài.
Sử dụng các thiết bị gia dụng như vậy là vô cùng đơn giản - bạn cần đổ đầy nhiên liệu vào bình, vặn chìa khóa để khởi động động cơ và kết nối tải. Bảng điều khiển của họ được trang bị tất cả các chữ khắc và biểu tượng cần thiết và trực quan.
Máy phát điện diesel làm mát bằng chất lỏng là các thiết bị thuộc một loại hoàn toàn khác. Chúng có thể làm việc trong nhiều ngày và được sử dụng chủ yếu trong các doanh nghiệp làm nguồn điện dự phòng.
Máy phát điện công nghiệp được thiết kế để tạo ra dòng điện xoay chiều và cung cấp cho người tiêu dùng trên một khoảng cách dài sử dụng đường dây điện cao thế (đường dây điện) hoạt động bằng cách kích hoạt tua-bin thủy lực hoặc hơi nước. Trong các đơn vị như vậy, cơ cấu cánh quạt được kết nối trực tiếp với bánh tuabin.
Máy phát tua bin được đặc trưng bởi công suất cao (lên đến 100.000 kW) và có khả năng tạo ra dòng điện xoay chiều với điện áp lên đến 16 kV. Chiều dài và đường kính của cánh quạt của chúng có thể đạt tới 6,5 và 15 mét, và tốc độ quay của cái sau nằm trong khoảng 1500 ... 3000 vòng / phút.Lắp đặt các đơn vị như vậy trong các phòng riêng biệt trên nền bê tông được chuẩn bị đặc biệt.
Tùy chọn và khả năng của máy phát điện gia dụng
Để dễ sử dụng, các nhà sản xuất trang bị cho sản phẩm của họ một số tùy chọn hữu ích, trong số đó là:
- thiết bị để tự động khởi động thiết bị khi mất điện;
- sự hiện diện của RCD tích hợp, ngắt kết nối thiết bị khỏi nguồn điện trong quá trình phá vỡ lớp cách điện và sự xuất hiện của dòng rò;
- kiểm soát các thông số và hiển thị chúng trên màn hình;
- bảo vệ quá tải.
Khi tải được kết nối với một máy phát điện, giá trị của nó sẽ thấp hơn mức định mức, thiết bị sẽ bắt đầu ăn một phần nhiên liệu lỏng mà không cần sử dụng, mà không sử dụng hết khả năng của nó.
Sẽ không thừa khi giao hàng đặt vỏ im lặng đặc biệt, bình nhiên liệu tăng, vỏ bảo vệ thiết bị khỏi nhiệt độ thấp, v.v.
Tính năng cài đặt
Chủ sở hữu tiềm năng của máy phát điện phải chăm sóc việc chuẩn bị vị trí lắp đặt trước khi mua. Bất kể nơi nào một đơn vị như vậy sẽ được cài đặt, trong nhà hoặc ngoài trời, nó sẽ yêu cầu một nền tảng phẳng và vững chắc. Lắp đặt một máy phát điện trên một trang web không đồng đều sẽ dẫn đến sự gia tăng độ rung, điều này sẽ làm tăng tốc độ hao mòn của các bộ phận và có thể gây ra sự cố của một thiết bị đắt tiền.
Khi lắp đặt máy phát điện trong phòng, điều quan trọng là phải cung cấp sự hiện diện của thông gió khí thải. Ngoài ra, trong quá trình hoạt động của thiết bị, nên để cửa phòng mở, do đó sẽ yêu cầu lắp đặt lưới tản nhiệt ở ô cửa ngăn người ngoài và quan trọng nhất là trẻ em tiếp cận khu vực nguy hiểm.
Máy phát điện được kết nối với nguồn điện theo đúng các yêu cầu được nêu trong hướng dẫn vận hành. Trong trường hợp này, cáp điện phải được kết nối sau máy giới thiệu và đồng hồ điện.
