Máy tạo dòng điện là một thiết bị được thiết kế để biến đổi các dạng năng lượng phi điện (hóa, cơ, nhiệt) thành năng lượng điện. Hơn nữa, thiết kế của nó dựa trên việc sử dụng nguyên lý cảm ứng nam châm điện.
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 thiên theo thời gian đi qua một mạch dẫn kín, một dòng điện được tạo ra trong mạch điện sau này. Đó là nguyên tắc này làm nền tảng cho bất kỳ máy phát điện nào.
Trong thực tế, nguyên lý cảm ứng điện từ được thực hiện như sau: dòng điện phát sinh trong khung kín (rôto) khi nó đi qua bởi từ trường quay tạo thành, tùy theo mục đích và thiết kế của máy phát điện, bằng nam châm vĩnh cửu hoặc đặc dây quấn kích từ. Khi khung quay, giá trị từ thông thay đổi. Nó quay càng nhanh, điện áp đầu ra càng cao.
Năm 1827, nhà vật lý người Hungary Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) đã phát hiện ra hiệu ứng này và sử dụng nó để tạo ra một mô hình ban đầu của máy phát điện. Tuy nhiên, tin rằng nó đã được nhiều người biết đến, nhà khoa học đã không cấp bằng sáng chế cho khám phá của mình và chỉ công bố việc tạo ra máy nổ đầu tiên vào năm 1850.
Để thoát dòng điện, khung được trang bị một bộ thu dòng, biến nó thành một vòng kín và đảm bảo sự tiếp xúc liên tục của khung quay với các phần tử tĩnh của máy phát điện. Chổi có lò xo được ép vào các vòng góp và do đó dòng điện được cung cấp cho các cực đầu ra của máy phát điện.
Đang quay, các nửa của khung liên tiếp đi qua gần các cực của nam châm. Trong trường hợp này, xảy ra sự thay đổi theo chu kỳ về hướng chuyển động của dòng điện - ở mỗi cực, dòng điện chuyển động theo một hướng.
Tùy thuộc vào thiết kế của bộ thu, máy phát điện có thể tạo ra cả dòng điện một chiều và xoay chiều.
- Trong máy phát điện một chiều, đối với mỗi nửa cuộn dây trong cụm góp có các nửa vòng cách ly với nhau. Do thực tế là các nửa vòng này liên tục thay đổi theo chổi, nên dòng điện không đổi hướng mà chỉ chuyển động xung quanh.
- Trong máy phát điện xoay chiều, các đầu của khung được buộc vào các vòng trượt và toàn bộ cấu trúc quay quanh trục của nó. Khi khung quay, các chổi quét, mỗi chổi trong số đó tiếp giáp chặt chẽ với vòng riêng của nó, cung cấp một dây dẫn xuống đáng tin cậy. Trong trường hợp này, không có sự thay đổi theo chu kỳ trong vị trí của các bàn chải.
Phần quay của máy phát điện được gọi là rôto, và phần đứng yên được gọi là stato.
Nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều và điện một chiều giống hệt nhau. Chúng khác nhau ở thiết kế của các vòng trượt nằm trên rôto quay và cấu hình của các cuộn dây.
Trong máy phát điện xoay chiều, một giải pháp kỹ thuật ban đầu thường được sử dụng, dựa trên thực tế là EMF xảy ra trong một vật dẫn không chỉ khi nó quay trong từ trường, mà còn khi từ trường tự quay so với một vật dẫn đứng yên.
Hiệu ứng này được sử dụng rộng rãi bởi các nhà phát triển đặt nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu trên một cánh quạt đang quay. Trong trường hợp này, điện áp được lấy ra khỏi cuộn dây được lắp đặt tĩnh, điều này có thể giúp loại bỏ các thiết kế phức tạp của bộ thu dòng.
Máy phát điện xoay chiều
- hiệu suất mang tính xây dựng;
- phương pháp gây hứng thú;
- số pha.
Theo phương pháp kích thích, người tiêu dùng có thể gặp các đơn vị:
- với kích từ độc lập - cuộn dây kích từ được cấp điện bằng dòng điện một chiều từ nguồn điện độc lập;
- với tự kích thích - dòng điện chỉnh lưu từ chính máy phát được cung cấp cho cuộn dây kích từ;
- có kích từ nam châm vĩnh cửu - không có dây quấn kích thích;
- với kích từ máy kích từ - máy phát điện một chiều công suất thấp, "ngồi" trên cùng trục với máy phát đang được bảo dưỡng.
Theo số pha, máy phát điện là:
- một pha;
- hai pha;
- ba pha.
Trong thực tế, máy phát điện xoay chiều ba pha là phổ biến nhất. Điều này là do một số ưu điểm đặc trưng của loại cốt liệu này:
- đạt được hiệu quả kinh tế trong việc phát triển các hệ thống truyền tải điện trên khoảng cách xa - giảm tiêu hao vật liệu của các thiết bị biến áp và dây dẫn điện; Điều này được tạo điều kiện thuận lợi bởi sự hiện diện của một từ trường tròn;
- tăng tuổi thọ, đảm bảo sự cân bằng của hệ thống;
- sử dụng đồng thời điện áp đường dây và pha.
Về mặt cấu tạo, máy phát điện ba pha có ba cuộn dây độc lập đặt trong stato theo hình tròn lệch nhau 120o so với nhau. Trong trường hợp này, mỗi cuộn dây là một máy phát điện 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 "tam giác" hoặc "hình sao".
Có những sơ đồ khác để kết nối các cuộn dây, ví dụ, hệ thống Tesla sáu dây hoặc kết nối Slavyanka (sự kết hợp của sáu cuộn dây ở dạng một "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 thực hiện bởi một nam châm điện, trong khi quay, làm dịch chuyển EMF xoay chiều cảm ứng trong các cuộn dây một phần ba chu kỳ so với nhau.
Trong số nhiều máy phát điện xoay chiều, 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 bằng vi xử lý, một loại máy phát điện mới đã xuất hiện - biến tần.
Máy phát điện đồng bộ
Máy phát điện đồng bộ có cấu tạo gồm hai phần - rôto chuyển động và stato cố định.
Khi rôto quay, là một nam châm điện có lõi và cuộn dây kích thích, được nối với nguồn điện bên ngoài bằng cơ cấu chổi than, EMF được tạo ra trong cuộn dây stato, được cấp tới các cực đầu ra của máy phát điện. Thiết kế này giúp loại bỏ sự cần thiết của các tiếp điểm trượt, giúp đơn giản hóa đáng kể thiết kế của thiết bị. Ban đầu, từ thông được kích thích từ máy kích từ của bên thứ ba được gắn vào một trục chung và được nối với hệ thống bằng một khớp nối.
Trong máy phát điện đồng bộ công suất thấp, cuộn dây kích từ được cấp điện bằng dòng điện chỉnh lưu. Trong trường hợp này, mạch điện được hình thành do sự kích hoạt của các máy biến áp có trong mạch tải. Một bộ chỉnh lưu bán dẫn cũng được bao gồm ở đó. Mạch điện chính bao gồm:
- dây quấn kích thích;
- điều chỉnh biến trở.
Đặc điểm chính của máy phát điện đồng bộ là tần số của dòng điện tạo ra tỉ lệ thuận với tốc độ rôto.
Máy phát điện không đồng bộ
Thiết kế của máy phát điện không đồng bộ rất đơn giản, nhưng đồng thời nó có các đặc tính kỹ thuật kém nhất so với các tổ máy đồng bộ - sai số về tần số có thể lên tới 4% và về điện áp - lên đến 10%. Ngoài ra, máy phát điện không đồng bộ rất quan trọng đối với dòng khởi động. Do đó, nên vận hành chúng cùng với bộ ổn định, và trong một số trường hợp, ví dụ, đối với khởi động mềm của động cơ điện, có thể cần một bộ biến tần.
Máy phát điện biến tần
Máy phát điện biến tần là máy phát điện không đồng bộ thông thường, ở đầu ra có lắp thêm bộ ổn định thông số đầu ra.
Nó hoạt động như sau: điện áp được tạo ra bởi máy phát điện không đồng bộ đi vào biến tần, nơi nó được chỉnh lưu lần đầu tiên, và sau đó các xung có tần số và chu kỳ làm việc nhất định được hình thành từ điện áp không đổi thu được. Ở đầu ra của thiết bị, các xung này được biến đổi thành điện áp hình sin với các đặc tính kỹ thuật gần như lý tưởng.
Ổ đĩa phát điện
Trong môi trường trong nước, rôto máy phát được dẫn động bởi động cơ đốt trong (ICE) chạy bằng nhiên liệu như xăng hoặc dầu diesel. Đồng thời, tuổi thọ của máy phát điện chạy xăng trang bị động cơ đốt trong hai kỳ khoảng 500 giờ / năm (không quá 4 giờ / ngày); ICE bốn thì đạt 5000 giờ mỗi năm.
Nên sử dụng máy phát điện chạy xăng khi mất điện ngắn và / hoặc khi đi ra vùng nông thôn.
Máy phát điện chạy dầu hoạt động mạnh mẽ và bền hơn máy phát điện chạy xăng. Trong số đó có những mô hình có làm mát bằng không khí và chất lỏng. Máy lạnh được khuyến nghị sử dụng ở những nơi thường xuyên bị cắt điện trong thời gian dài.
Việc sử dụng các thiết bị gia dụng như vậy cực kỳ 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 cung cấp với tất cả các nhãn và ký hiệu cần thiết và trực quan.
Máy phát điện diesel làm mát bằng chất lỏng là thiết bị thuộc một loại hoàn toàn khác. Chúng có khả năng làm việc cả ngày lẫn đêm 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 trong khoảng cách xa bằng cách sử dụng đường dây điện cao áp (PTL), hoạt động bằng cách kích hoạt các tuabin thủy lực hoặc hơi nước. Trong các tổ máy như vậy, cơ cấu rôto được nối trực tiếp với bánh tua bin.
Máy phát điện tuabin 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 đến 16 kV. Trong trường hợp này, chiều dài và đường kính của cánh quạt của chúng có thể đạt lần lượt là 6,5 và 15 mét, và tốc độ quay của cánh quạt sau này nằm trong khoảng 1500 ... 3000 vòng / phút. Các thiết bị như vậy được lắp đặt trong các phòng riêng biệt trên nền bê tông được chuẩn bị đặc biệt.
Các tùy chọn và khả năng của máy phát điện gia đình
Để dễ sử dụng, các nhà sản xuất trang bị cho sản phẩm của mình một số tùy chọn hữu ích, trong số đó có:
- thiết bị tự động khởi động tổ máy trong trường hợp mất điện;
- sự hiện diện của một RCD tích hợp để ngắt kết nối thiết bị khỏi nguồn điện trong trường hợp có sự cố cách điện và sự xuất hiện của dòng điện rò rỉ;
- kiểm soát các thông số và hiển thị của chúng trên màn hình;
- bảo vệ quá tải.
Khi một phụ tải được kết nối với máy phát điện, giá trị của nó sẽ thấp hơn giá trị định mức, thiết bị sẽ bắt đầu "ăn" một phần nhiên liệu lỏng một cách vô ích, không sử dụng hết khả năng của nó.
Sẽ không thừa nếu trong quá trình giao hàng phải có một vỏ chống ồn đặc biệt, một bình nhiên liệu mở rộng, một vỏ bảo vệ thiết bị khỏi tác động của nhiệt độ thấp, v.v.
Các tính năng cài đặt
Chủ sở hữu tiềm năng của một máy phát điện trước khi mua nên chuẩn bị một nơi để lắp đặt nó. Bất kể một thiết bị như vậy sẽ được lắp đặt ở đâu, trong nhà hay ngoài trời, nó sẽ cần một nền phẳng và vững chắc. Việc lắp đặt máy phát điện trên nền đất không bằng phẳng sẽ làm tăng độ rung, điều này sẽ làm tăng tốc độ mài mòn của các bộ phận và có thể làm hỏng thiết bị đắt tiền.
Khi lắp đặt máy phát điện trong nhà, điều quan trọng là phải cung cấp hệ thống thông gió thoát khí. Ngoài ra, trong quá trình thiết bị hoạt động, nên để cửa phòng mở, do đó sẽ yêu cầu lắp đặt lưới chắn ở cửa ra vào để chặn người ngoài và quan trọng nhất là trẻ em tiếp cận khu vực nguy hiểm.
Kết nối máy phát điện với nguồn điện lưới theo đúng các yêu cầu đặt ra trong hướng dẫn vận hành. Trong trường hợp này, cáp điện phải được nối sau máy giới thiệu và đồng hồ đo điện.
