#1 Máy Phát điện đồng Bộ: Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt động

Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chủ đạo của lưới điện công nghiệp. Dòng máy này có công suất lớn, cho khả năng tạo ra nguồn điện cực khủng, phục vụ cho các hoạt động công nghiệp.

1. Máy phát điện đồng bộ là gì?

Máy phát điện đồng bộ là thuật ngữ để chỉ những máy phát xoay chiều có tốc độ roto (N) bằng tốc độ từ trường quay trong máy (N1).

Khi xác lập, số vòng quay roto (N) của máy phát là không đổi.

Máy phát đồng bộ là nguồn điện chủ đạo của hệ thống điện dùng hàng ngày. Máy phát công suất lớn sẽ chạy nhờ động cơ sơ cấp là tuabin dạng hơi, nước.

Còn máy nhỏ được kéo bởi động cơ diesel hay tua bin khí.

Những chiếc máy phát đồng bộ sẽ thường được tính toán để tạo ra công suất phản kháng bằng công suất tác dụng.

Ứng dụng của những chiếc máy phát khủng này rất đa dạng. Trong khai mỏ, luyện kim,... nó cấp điện để chạy máy nén, máy bơm, quạt gió,.... Máy phát nhỏ hơn thì dùng nhiều trong các thiết bị tự động, điều khiển,...

Nếu gần các KCN, máy phát đồng bộ dùng để tạo công suất phản kháng cho lưới điện để bù hệ số công suất, ổn định điện áp. Vậy nên được gọi là máy bù đồng bộ.

XEM THÊM: Bộ đề máy phát điện

2. Cấu tạo máy phát đồng bộ

Cấu tạo máy phát điện đồng bộ gồm có 2 phần chính:

• Stator

Đây là phần ứng, đứng yên với kết cấu gồm lõi thép được dây quấn bao quanh.

Cụ thể, lõi thép có dáng hình trụ cho khả năng dẫn từ tốt. Phần lõi lại được ghép từ nhiều lá thép bởi những rãnh nhỏ.

Dây quấn được làm từ đồng nguyên chất, tạo từ trường ổn định.

• Rotor

Rotor là phần cảm, phần chuyển động. Bao gồm các cực từ cùng dây quấn kích từ, nhằm tạo ra từ trường cho máy. Với máy phát nhỏ thì rotor là nam châm vĩnh cửu.

Máy phát đồng bộ có 2 loại rotor:

• Roto cực lồi: Thiết kế mặt cực lồi làm các điểm hở không đều. Nhằm giúp từ cảm phía trong khe hở chạy theo hình sin. Từ đó, dây quấn stato tạo ra sức điện động cảm ứng có hình sin. Roto cực lồi áp dụng cho máy phát tốc độ thấp, nhiều đôi cực, giống máy phát chạy bằng tuabin thủy điện.
• Roto cực ẩn: roto loại này chỉ có 2 hoặc 4 cực, kết cấu nguyên khối, size nhỏ, có khe hở đều. Phù hợp các loại máy phát tốc độ cao chạy bằng tuabin nhiệt điện.

XEM THÊM: Máy phát điện không đồng bộ

3. Cơ chế vận hành của máy phát điện đồng bộ

Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ khác với dòng máy phát khác.

Cụ thể, khi motor sơ cấp 1 quay roto của máy phát đến gần với tốc độ định mức thì dòng điện sẽ được tạo ra.

Nó cấp dòng điện 1 chiều tới dây quấn kích thích roto của máy phát qua chổi than và vành góp.

Lúc này, roto của máy phát trở thành nam châm điện. Roto quay khiến từ trường quét tới dây quấn stato. Sau đó, cảm ứng tạo ra suất điện động xoay chiều hình sin với giá trị hiệu dụng được tính toán như sau:

E0 = π√2fNKdqΦ0

Trong đó:

• E0 là sức điện động pha
• N là số vòng dây một pha
• Kdq là hệ số dây quấn
• Φ0 là từ thông cực từ roto.

Nếu roto của máy có (P) đôi cực từ, chạy ở tốc độ (N), tần số của sức điện động cảm ứng tại dây quấn stato là:

F = N.P/60 Hoặc N = 60F/P

Khi nối dây quấn stato với tải, trong dây xuất hiện dòng điện 3 pha chạy qua. Dòng điện này giúp tạo ra từ trường quay có tốc độ là:

N1 = 60F/P (rpm)

Tổng kết lại, roto (N) và từ trường quay trong máy (N1) bằng nhau. Vì thế, những thiết bị này được gọi là máy điện đồng bộ.

XEM THÊM: Máy phát điện mini giá rẻ

4. Điểm danh các phương pháp hòa đồng bộ máy phát điện

4.1 Hòa đồng bộ chính xác

Với phương pháp này, người thực hiện cần chuẩn bị những công việc sau:

• Chỉnh trị số điện áp máy phát hòa vào thành UF và điện áp mạng thành UHT (⁄2UF%⁄ »1⁄UHT%⁄2).
• Chỉnh tốc độ góc quay của thiết bị hòa mạng thành wF và tốc độ góc quay của những thiết bị phát ở hệ thống wHT (wF » wHT).
• Điều chỉnh góc pha vec tơ điện áp thiết bị phát, điện áp mạng giống nhau ở lúc đóng máy cắt.

4.2 Hòa đồng bộ tự động

Phương pháp hòa đồng bộ máy phát điện tự động cần tuân thủ các điều kiện sau:

• Máy phát không được kích từ.
• Đảm bảo tốc độ góc quay thiết bị phát hòa mạng phải gần bằng tốc độ góc quay của những thiết bị phát đang chạy trong hệ thống.

5. Phân biệt máy phát đồng bộ và không đồng bộ

Dưới đây là 1 số đặc điểm cơ bản để phân biệt máy phát điện đồng bộ và không đồng bộ.

Máy phát điện đồng bộ	Máy phát điện không đồng bộ
Định nghĩa	Là máy phát xoay chiều, có tốc độ roto (n) bằng tốc độ từ trường quay trong máy (n1).	Là loại máy điện xoay chiều, có tốc độ roto chậm hơn tốc độ từ trường quay trong máy.
Đặc điểm	Tốc độ quay roto (n) luôn không đổi khi xác lập.	Tần số phụ thuộc vào roto. Có tính thuận nghịch, chạy ở cả chế độ động cơ hoặc máy phát.

Thực tế, những chiếc máy phát điện đồng bộ không quá quen thuộc. Vì chuyên biệt cho những công việc quy mô lớn. Vai trò là vô cùng quan trọng, tác động lớn đến nhiều ngành nghề nói riêng cũng như lưới điện quốc gia nói chung.