Tìm hiểu tổng quan về máy phát điện, cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động

 Ngày nay, máy phát điện là thiết bị đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống và sản xuất kinh doanh. Trong bối cảnh nhu cầu tiêu thụ điện tăng cao mà nguồn điện năng không phải lúc nào cũng đáp ứng được đầy đủ nhu cầu sử dụng của con người, nhất là trường hợp bị ngắt điện đột ngột.

Vậy đặc điểm của thiết bị đó ra sao? Bài viết này Hưng Phát cùng các bạn tìm hiểu khái niệm, cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động và những lưu ý khi sử dụng máy phát điện nhé!

Máy phát điện là gì?

Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng thông thường sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ. Nguồn cơ năng sơ cấp có thể là các động cơ tua bin hơi, tua bin nước, động cơ đốt trong, tua bin gió hoặc các nguồn cơ năng khác.

Máy phát điện đầu tiên có tên gọi là đĩa Faraday được sáng chế vào năm 1831 bởi nhà khoa học người Anh Michael Faraday. Trải qua một quá trình lịch sử lâu dài, đến nay chúng ta đã có những chiếc máy phát điện tuy kích thước nhỏ nhưng có thể cung cấp một lượng điện năng rất lớn cho sinh hoạt và sản xuất.

Phân loại máy phát điện

Mỗi loại máy phát điện đều có những ưu điểm khác nhau, tùy vào mục đích và nhu cầu sử dụng để lựa chọn loại máy phát điện phù hợp nhất. Có rất nhiều cách phân loại khác nhau, dưới đây là hai cách phân loại máy phát điện phổ biến nhất .

Máy phát điện công nghiệp

Máy phát điện công nghiệp là những chiếc máy phát công suất lớn từ 10KVA – 3500KVA, chuyên cung cấp điện dự phòng cho các hệ thống máy móc công nghiệp, xây dựng, hầm mỏ,… quy mô lớn. Đây là dòng thiết bị cho khả năng biến đổi cơ năng thành điện năng dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Nguồn cơ năng sơ cấp thường là động cơ tua bin gió, động cơ đốt trong hoặc nhiều nguồn cơ năng khác.

Về công năng, máy phát điện có khả năng tạo và duy trì nguồn điện ổn định để các thiết bị, máy móc vận hành ngay khi có sự cố về đường truyền. Đồng thời một số thiết bị cũng được tích hợp chức năng chỉnh lưu, hiệu chỉnh điện áp

Nếu bạn sử dụng cho các công ty nhỏ, văn phòng, xưởng sản xuất nhỏ nên chọn loại máy có công suất trên 10KVA.

Nếu bạn sử dụng cho các khu công nghiệp, khu khai thác mỏ, bệnh viện,… nên sử dụng các dòng máy phát điện công nghiệp có công suất lớn 100KVA – 3500KVA.

Máy phát điện dân dụng

Máy phát điện dân dụng là những chiếc máy phát với công suất nhỏ từ 2KW – 6KW. Phòng trong các trường hợp mất điện dài ngày trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt như gió lớn, sét làm hư hỏng mạng lưới điện. Hay vào những mùa cao điểm, quá tải điện làm điện chập chờn. Hoặc những lúc cần phục vụ cho nhu cầu giải trí, cắm trại, sự kiện ngoài trời. 

Vậy nên tùy vào nhu cầu và mức độ sử dụng tiêu thụ điện năng mà ta cần phải chọn loại máy phát điện cho phù hợp với gia đình mình 

Nếu bạn chỉ có nhu cầu thắp sáng, quạt, tivi thì bạn nên chọn máy có công suất từ 2-4kw. Còn nếu bạn có nhu cầu sử dụng nhiều thiết bị tiêu thụ lớn hơn như điều hòa, máy lạnh thì bạn nên chọn máy có công suất từ 4-6kw. 

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát điện

Về cơ bản, hầu hết các thiết bị máy phát điện trên thị trường đều có cấu tạo cùng cách thức vận hành khá giống nhau. Để có thể sử dụng máy hiệu quả và bền bỉ, trước tiên chúng ta cần nắm rõ cấu tạo các bộ phận máy. Cụ thể một thiết bị phát điện công nghiệp sẽ có cấu tạo như sau:         

Động cơ 

Động cơ là nguồn lực chính của máy phát điện, là nguồn năng lượng đầu vào của máy phát điện. Máy phát điện sử dụng nhiều loại nhiên liệu như dầu diesel, xăng, propan (dạng lỏng hoặc khí) và khí tự nhiên. Động cơ nhỏ thường chạy bằng xăng, trong khi động cơ lớn chạy bằng dầu diesel, propan lỏng, propan hoặc khí tự nhiên. Một số máy phát điện thậm chí có thể chạy trên nguồn dữ liệu kép, dầu diesel và khí đốt.

Đầu phát

Đầu phát là nơi tập hợp các thành phần có khả năng di chuyển được với các bộ phận tĩnh. Những bộ phận này làm việc với nhau để tạo nên sự chuyển động giữa từ trường và điện. Từ đó sản sinh ra điện cho sự hoạt động của thiết bị phát điện. 

• Stator/Cuộn dây: Đây là một thành phần cố định. Nó bao gồm một tập hợp các dây dẫn điện được quấn thành các cuộn dây trên một lõi sắt.
• Roto/Neo – Đây là một bộ phận chuyển động tạo ra từ trường quay theo ba cách: Cảm ứng – Được biết đến như một máy phát điện xoay chiều chống trượt và thường được sử dụng trong các máy phát điện lớn.

+  Nam châm vĩnh cửu – Dòng điện trong máy phát điện nhỏ

+ Kích từ – Kích thích từ một chiều nhỏ để cấp điện cho roto thông qua một dãy các vòng tiếp điện và chổi điện.

Roto tạo ra chuyển động từ trường xung quanh stato, từ đó gây ra sự chênh lệch điện áp giữa các cuộn dây của stato. Điều này tạo ra một dòng điện cảm ứng trong máy phát điện.

Hệ thống nhiên liệu

Bình nhiên liệu thường có khả năng giữ cho máy phát điện chạy trung bình 6-8 giờ. Trên các máy phát điện nhỏ, thùng nhiên liệu là một phần của đế trượt của máy phát điện hoặc được gắn trên khung của máy phát điện. Máy phát điện thương mại có thể yêu cầu xây dựng và lắp đặt thêm bình nhiên liệu bên ngoài.

Các tính năng tiêu biểu của hệ thống điện bao gồm:

•  Fuel tank hose to engine: Đường nhiên liệu vào và ra khỏi động cơ.
• Lỗ thông hơi thùng nhiên liệu: Thùng nhiên liệu được trang bị một đường ống thông hơi để tránh tích tụ áp suất hoặc chân không khi bơm và đổ cạn bình. Khi đổ đầy bình nhiên liệu, đảm bảo rằng kim phun thứ cấp và bình nhiên liệu tiếp xúc khô ráo để tránh tia lửa có thể gây cháy.
• Rò rỉ thùng nhiên liệu lắp vào đường ống xả: Cần thiết để ngăn nhiên liệu tràn vào máy phát điện trong khi bơm.
• Bơm nhiên liệu: Nhiên liệu di chuyển từ bể chính (kho chứa nhiên liệu, đặc biệt quan trọng đối với các tổ chức thương mại) đến bể chứa ngày (nơi nhiên liệu được đổ vào máy). Bơm nhiên liệu thông thường được điều khiển bằng điện.
• Bộ lọc nhiên liệu tách nước và tạp chất trong nhiên liệu lỏng và bảo vệ các bộ phận khác của máy phát điện khỏi bị ăn mòn và nhiễm bẩn.
• Kim phun: Phun nhiên liệu lỏng dưới dạng sương mù vào buồng đốt của động cơ.

Ổn áp

Bộ phận ổn áp quản lý điện áp đầu ra của máy phát điện, làm nhiệm vụ ổn định điện áp để cấp điện cho máy phát điện công nghiệp. Một số bộ phận và chức năng của bộ ổn áp máy phát điện như sau:

• Ổn áp: Biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Điều chỉnh một phần nhỏ của điện áp đầu ra AC và chuyển đổi nó thành DC. Điều chỉnh điện áp DC tích lũy trong cuộn dây thứ cấp của stato, được gọi là cuộn dây kích thích.
• Cuộn dây kích từ: Chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều – Cuộn dây kích từ hoạt động giống như cuộn dây stato chính và tạo ra một dòng điện xoay chiều nhỏ. Các cuộn dây trường được kết nối với các đơn vị được gọi là bộ chỉnh lưu quay. 
• Bộ chỉnh lưu quay : Chuyển đổi DC thành AC – chỉnh lưu dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi cuộn dây trường và chuyển đổi chúng thành dòng điện một chiều. Dòng điện một chiều này điều khiển rôto/phần ứng và tạo ra một trường điện từ bên cạnh từ trường quay của roto.
• Roto/Anchor: Biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Roto tạo ra nhiều dòng điện xoay chiều hơn xung quanh cuộn dây stato, các máy phát điện công nghiệp hiện tạo ra nhiều điện áp đầu ra AC hơn.

Hệ thống làm mát

Nước tinh khiết: Cũng là chất làm mát cho máy phát điện 

Hydrogen: Do khả năng hấp thụ nhiệt tuyệt vời, nó được sử dụng rộng rãi để làm mát cuộn dây stato của máy phát điện công nghiệp. Vì nó giúp loại bỏ nhiệt từ máy phát điện, nó đi qua bộ trao đổi nhiệt đến mạch làm mát thứ cấp có chứa nước – dưới dạng chất làm mát => Do đó máy phát điện thường lớn

• Quy trình bảo dưỡng
• Kiểm tra mức nước làm mát máy phát điện hàng ngày
• Vệ sinh hệ thống làm mát và bơm nước biển sau mỗi 600 giờ, vệ sinh dàn trao đổi nhiệt sau mỗi 2400 giờ hoạt động
• Đặt máy phát ở khu vực mở, thông thoáng

Hệ thống ống xả

Khí thải của máy phát điện, giống như khí thải của động cơ Diesel hoặc xăng có chứa các hóa chất độc hại cần được kiểm soát. Do đó, phải lắp một hệ thống ống xả đủ để làm sạch khí thải.

Ngộ độc khí carbon monoxide vẫn là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu bở vì mọi người thường thậm chí không nghĩ về nó cho đến khi quá muộn. 

Ống xả thường được làm bằng gang, rèn hoặc thép. Phải có thể tháo rời, không được xử lý bằng các công cụ máy phát điện. Ống xả thường được nói với động cơ bằng khớp nối mềm để giảm thiểu rung động và tránh hư hỏng hệ thống xả của máy phát điện.

Các ống thoát nước dẫn ra ngoài và cách xa cửa ra vào, cửa sổ và các lối vào khác. Đảm bảo rằng hệ thống xả của máy phát điện không được kết nối với các thiết bị khác.

Bộ sạc ắc quy

Bộ sạc và bộ tạo khởi động bằng pin là bộ phận giữ cho pin được sạc ở mức điện áp xoay chiều chính xác. Khi điện áp nổi thấp, ắc quy sẽ bị thiếu điện và điện áp cao sẽ làm giảm tuổi thọ của ắc quy.

Kết cấu: Điển hình là thép không gỉ, chống ăn mòn, tự lên dây cót và không yêu cầu tinh chỉnh hoặc điều chỉnh thêm.

Bên cạnh đó, điện áp đầu ra DC của bộ sạc vẫn được duy trì ở mức 2.33 vôn trên mỗi hạt, đây là điện áp phù hợp cho pin axit-chì. Bộ sạc này được thiết kế để không can thiệp vào hoạt động của máy phát điện.

Bảng điều khiển

Đây thực chất là bề mặt điều khiển máy phát điện, bao gồm các ổ cắm và nút điều khiển. Tuỳ theo hãng sản xuất mà model khác nhau, cách thức điều khiển cũng khác nhau nhưng đều chứa một số bộ phận chính sau:

• Hệ thống khởi động và tắt điện: Bao gồm điều khiển khởi động, tự động khởi động máy phát điện trong trường hợp mất điện, giám sát máy phát điện trong quá trình vận hành và tự động tắt máy khi không cần thiết.
• Thiết bị đo: Máy đo hiển thị áp suất dầu, nhiệt độ nước làm mát, điện áp ắc quy, RPM của động cơ và thời gian chạy. Người vận hành phải liên tục đo và theo dõi các thông số trên để cho phép tự động tắt nếu bất kỳ thông số nào vượt quá một ngưỡng nhất định
• Đồng hồ đo máy phát điện: Các đơn vị đo dòng điện ra, điện áp và tần số hoạt động cũng được đặt trên bảng điều khiển.

Cách chọn máy phát điện mang lại hiệu quả cao nhất

Như các bạn đã biết, với tình hình cung cấp điện và biến đổi của khí hậu hiện nay. Thì việc trang bị một máy phát điện trong doanh nghiệp hay gia đình là vô cùng cần thiết.

Công suất của máy: Trước khi chọn loại máy phát điện cho gia đình thì nên xác định công suất tiêu thụ điện năng của các thiết bị đấu nối, để chọn máy phát điện có công suất phù hợp. Chọn máy phát điện có công suất tiêu thụ cao hơn thực tế từ 10%-25% là tốt nhất.

Kiểu dáng, thiết kế: Đa số các nhà sản xuất máy phát điện hiện nay đều đảm bảo về thiết kế và công suất sử dụng. Tuy nhiên để việc di chuyển máy một cách thuận tiện thì nên chọn loại máy có tay cầm và bánh xe để dễ dàng di chuyển. Phần kim loại của thân của máy có thể cách điện, cách nhiệt đảm bảo an toàn khi sử dụng.

Độ ồn của máy: Gia đình ở các khu tập thể, gần sát các gia đình liền kề, nhà có trẻ em, người già thì việc chọn lựa loại máy phát điện có độ ồn thấp là điều cần quan tâm.

Chế độ bảo hành: Mỗi loại máy phát điện của các thương hiệu khác nhau thì thời gian bảo hành có thể từ 2-3 năm. Tuy nhiên, nên chọn lựa những đơn vị cung cấp có chế độ bảo hành tốt để bảo vệ máy phát điện tốt hơn.

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy phát điện, với mẫu mã đã dạng, công suất, thương hiệu khiến việc lựa chọn trở nên khó khăn. Công ty Hưng Phát cung cấp hệ thống máy phát điện gia đình, máy phát điện công nghiệp, nhập khẩu nguyên chiếc chính hãng, đảm bảo về chất lượng, chế độ bảo hành đầy đủ, giá thành cạnh tranh.