Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng máy phát điện xoay chiều 3 pha

Trong các xưởng sản xuất, nhà máy sản xuất sẽ đều cần có máy phát điện dự phòng để cung cấp điện khi có sự cố mất điện… Vậy, khái niệm máy phát điện xoay chiều 3 pha là gì? Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của phát điện xoay chiều 3 pha như thế nào? Bạn hãy cùng Thongtinkythuat.com tìm hiểu dưới đây nhé.

Khái niệm máy phát điện xoay chiều 3 pha là gì?

Máy phát điện xoay chiều ba pha là một thiết bị tạo ra dòng điện xoay chiều (AC) với ba dòng điện độc lập có độ lệch pha nhau 120 độ. Đây là một trong những loại máy phát điện phổ biến nhất hiện nay, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, thương mại và dân dụng.

Hệ thống điện ba pha thường được sử dụng trong các nhà máy, công trình xây dựng, trạm biến áp, bệnh viện, viễn thông và nhiều lĩnh vực khác nhờ khả năng cung cấp nguồn điện ổn định và hiệu suất cao.

Thông tin về máy phát điện xoay chiều 3 pha

Máy phát điện xoay chiều 3 pha thường hoạt động dựa trên nguyên lý của tổ hợp động cơ điện (motor) và máy phát điện (generator), nơi mà động cơ điện được dùng để cung cấp năng lượng cơ học, biến đổi thành năng lượng điện và đưa vào lưới điện. Điện áp và dòng điện của 3 pha được tạo ra bởi sự pha lệch giữa các cực của máy phát điện, theo định dạng pha A, pha B và pha C, tạo thành một hệ thống điện xoay chiều 3 pha.

Máy phát điện xoay chiều 3 pha thường có những ưu điểm như hiệu suất cao, công suất lớn, hoạt động ổn định, đáp ứng tốt cho các ứng dụng đòi hỏi nguồn điện liên tục và ổn định. Nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất, xây dựng, dịch vụ y tế, viễn thông, dầu khí…

Xem thêm: Cách đo dòng điện xoay chiều bằng ampe kìm đơn giản, chính xác

Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 3 pha

Máy phát điện xoay chiều ba pha có nhiều bộ phận khác nhau, mỗi bộ phận đảm nhận một nhiệm vụ quan trọng để đảm bảo quá trình phát điện diễn ra hiệu quả.

Động cơ sơ cấp

Là bộ phận cung cấp năng lượng cơ học để làm quay rotor của máy phát điện. Nguồn năng lượng này có thể đến từ động cơ đốt trong, tua-bin nước, tua-bin gió hoặc tua-bin hơi. Tùy vào nhu cầu sử dụng, người ta sẽ lựa chọn loại động cơ sơ cấp phù hợp.

Sơ đồ cấu tạo máy phát điện xoay chiều 3 pha

Stator (phần tĩnh)

Là phần cố định của máy phát điện, gồm lõi sắt và ba cuộn dây quấn trên lõi sắt từ. Các cuộn dây này có nhiệm vụ tạo ra điện khi từ trường của rotor quét qua. Cụ thể:

• Lõi sắt từ: Làm bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau để giảm tổn hao dòng điện xoáy, có nhiệm vụ dẫn từ tốt.

• Ba cuộn dây stator: Được quấn trên lõi sắt từ, bố trí cách nhau 120 độ trong không gian để tạo ra ba pha điện xoay chiều.

Rotor (phần quay)

Là bộ phận chuyển động bên trong stator. Rotor có thể là một nam châm điện hoặc một cuộn dây được cấp điện một chiều để tạo ra từ trường. Khi rotor quay, từ trường biến thiên sẽ tác động lên các cuộn dây stator, sinh ra dòng điện xoay chiều ba pha.

Rotor có thể có hai loại chính:

• Rotor cực lồi: Thường được sử dụng trong máy phát điện có tốc độ quay chậm, chẳng hạn như trong các nhà máy thủy điện. Rotor có nhiều cực từ nhô ra rõ rệt.

• Rotor cực ẩn: Thường dùng trong các máy phát điện tốc độ cao, như trong nhà máy nhiệt điện hoặc tua-bin khí. Rotor có bề mặt nhẵn và không có cực từ lộ rõ.

Bộ chỉnh lưu và bộ điều chỉnh điện áp

Bộ điều chỉnh điện áp giúp kiểm soát điện áp đầu ra của máy phát điện, đảm bảo dòng điện ổn định và an toàn cho thiết bị sử dụng. Nếu không có bộ AVR, điện áp đầu ra có thể dao động mạnh, gây ảnh hưởng đến các thiết bị điện.

Hệ thống kích từ

Hệ thống kích từ có nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều cho rotor để tạo ra từ trường. Có ba phương pháp kích từ phổ biến:

• Kích từ bằng máy phát điện một chiều: Sử dụng một máy phát điện một chiều riêng biệt để cung cấp dòng điện cho rotor.

• Kích từ bằng chỉnh lưu bán dẫn: Dùng bộ chỉnh lưu để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều để cấp cho rotor.

• Kích từ tự động: Sử dụng điện áp đầu ra của chính máy phát điện để tự kích từ.

Hệ thống làm mát

Để duy trì hiệu suất hoạt động và kéo dài tuổi thọ của máy phát điện, hệ thống làm mát có nhiệm vụ giảm nhiệt độ trong quá trình vận hành. Hệ thống này có thể sử dụng quạt gió hoặc làm mát bằng nước.

Hệ thống truyền động

Hệ thống truyền động có nhiệm vụ truyền năng lượng từ động cơ sơ cấp đến rotor. Các phương pháp truyền động phổ biến gồm:

• Truyền động trực tiếp: Động cơ sơ cấp được kết nối trực tiếp với rotor thông qua trục quay.

• Truyền động gián tiếp: Sử dụng hệ thống bánh răng hoặc dây đai để truyền lực.

Hệ thống bảo vệ và điều khiển

Bao gồm các thiết bị bảo vệ quá áp, quá dòng, mất pha và ngắn mạch. Ngoài ra, hệ thống điều khiển giúp giám sát và điều chỉnh các thông số hoạt động của máy phát điện, đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Máy phát điện cần có các thiết bị bảo vệ để đảm bảo hoạt động an toàn, bao gồm:

• Rơ-le bảo vệ quá dòng: Ngắt mạch khi dòng điện vượt quá giới hạn an toàn.

• Rơ-le bảo vệ quá áp và thấp áp: Bảo vệ máy phát điện khỏi sự thay đổi điện áp bất thường.

• Bảo vệ mất pha: Ngăn chặn tình trạng mất một pha trong hệ thống ba pha, giúp bảo vệ thiết bị sử dụng điện.

• Hệ thống điều khiển tự động: Hỗ trợ vận hành máy phát điện từ xa, giám sát và điều chỉnh các thông số hoạt động.

Xem thêm: Dòng điện xoay chiều khác dòng điện một chiều ở điểm nào?

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều 3 pha

Máy phát điện xoay chiều ba pha hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, được khám phá bởi nhà khoa học Michael Faraday vào năm 1831. Nguyên lý này cho rằng: Khi một từ trường biến thiên cắt qua một cuộn dây dẫn điện, một suất điện động (điện áp) sẽ được sinh ra trong cuộn dây đó.

Dòng điện xoay chiều ba pha được tạo ra khi rotor (phần quay) của máy phát điện quay bên trong stator (phần tĩnh), tạo ra một từ trường biến thiên quét qua các cuộn dây của stator.

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều 3 pha

Máy phát điện xoay chiều ba pha có nguyên lý hoạt động gồm các bước chính sau:

Bước 1: Cung cấp năng lượng cơ học cho rotor

• Một nguồn động lực (động cơ sơ cấp) như động cơ diesel, tua-bin hơi, tua-bin nước hoặc tua-bin gió cung cấp năng lượng cơ học để quay rotor của máy phát điện.

• Trục rotor bắt đầu quay với tốc độ ổn định, thường là 1.500 vòng/phút (50Hz) hoặc 1.800 vòng/phút (60Hz) tùy theo tần số điện sử dụng trong hệ thống điện quốc gia.

Bước 2: Rotor tạo ra từ trường quay

• Rotor của máy phát điện thường là một nam châm điện, được cấp dòng điện một chiều từ hệ thống kích từ.

• Khi rotor quay, từ trường sinh ra bởi rotor cũng quay theo, tạo ra một từ trường quay bên trong stator.

• Từ trường này có các đường sức từ quét qua các cuộn dây trên stator.

Bước 3: Cảm ứng điện từ sinh ra dòng điện xoay chiều

• Stator chứa ba cuộn dây độc lập được đặt lệch nhau 120 độ trong không gian.

• Khi từ trường quay của rotor cắt qua các cuộn dây stator, theo định luật Faraday, suất điện động sẽ được tạo ra trong các cuộn dây này.

• Do các cuộn dây được đặt lệch nhau 120 độ, nên dòng điện sinh ra trong ba cuộn dây cũng có sự lệch pha 120 độ.

Bước 4: Dòng điện xoay chiều ba pha được tạo ra

• Dòng điện cảm ứng trong ba cuộn dây stator có dạng sóng hình sin, với mỗi pha cách nhau 120 độ về mặt thời gian.

• Dòng điện này có thể được đưa trực tiếp ra tải hoặc đưa vào lưới điện để cung cấp cho các thiết bị điện.

Ứng dụng của máy phát điện xoay chiều ba pha

Máy phát điện xoay chiều ba pha có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực nhờ khả năng cung cấp điện năng ổn định, hiệu suất cao và đáp ứng được nhu cầu tải lớn. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến:

• Cung cấp điện cho lưới điện quốc gia – Sử dụng trong nhà máy nhiệt điện, thủy điện, điện gió để truyền tải điện hiệu quả.

• Công nghiệp và sản xuất – Cấp điện cho động cơ ba pha, máy móc công suất lớn như máy nén khí, băng chuyền, lò nung điện.

• Dự phòng điện – Được lắp đặt tại tòa nhà, bệnh viện, trung tâm dữ liệu để đảm bảo nguồn điện liên tục khi mất điện.

• Nông nghiệp – Cung cấp điện cho máy bơm nước, hệ thống tưới tiêu, máy sấy và chế biến nông sản.

• Xây dựng – Dùng cho máy trộn bê tông, máy cắt sắt, hệ thống chiếu sáng công trường.

• Dầu khí và khai khoáng – Hỗ trợ hoạt động của giàn khoan, hệ thống bơm dầu, khai thác mỏ.

• Tàu biển và hàng không – Cấp điện cho tàu thủy, radar hàng hải, hệ thống chiếu sáng và thiết bị điều khiển tại sân bay.

Điều này sẽ đảm bảo đồng hồ đo hiệu quả và cho kết quả chính xác. Bên cạnh đó, bạn cũng cần chọn mua những hãng uy tín như Hioki, Kyoritsu… luôn cung cấp các thiết bị đo chất lượng.

Những thông tin về máy phát điện xoay chiều 3 pha hy vọng sẽ giúp bạn có thêm nhiều thông tin hữu ích về thiết bị quan trọng trong nhà máy này. Từ đó, bạn có thể sử dụng máy đúng cách mang lại hiệu quả cao cho công việc.