Cấu tạo Máy Phát Điện & Nguyên Lý vận hành [Cập nhật 2019]

Bạn đang muốn tìm hiểu về cấu tạo máy phát điện thì đầu tiên phải hiểu máy phát điện là gì?

Máy phát điện là một máy chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện. Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc định luật faraday của cảm ứng điện từ.

Bất cứ khi nào một dây dẫn được đặt trong một từ trường khác nhau, EMF sẽ được cảm ứng và EMF cảm ứng này bằng với tốc độ thay đổi của các liên kết từ thông. 

EMF này có thể được tạo khi có sự thay đổi không gian tương đối hoặc thời gian tương đối giữa dây dẫn và từ trường. Vì vậy, các yếu tố quan trọng của một máy phát điện là:

  • Từ trường
  • Chuyển động của dây dẫn trong từ trường

Cấu tạo máy phát điện bao gồm:

Các thành phần chính của máy phát điện có thể được phân loại rộng rãi như sau (tham khảo hình minh họa ở trên):

(1) Động cơ 
(2) Máy phát điện 
(3) Hệ thống nhiên liệu 
(4) Ổn áp 
(5) Hệ thống làm mát và xả khí 
(6) Hệ thống bôi trơn 
(7) Bộ sạc pin 
(8) Bảng điều khiển 
(9) Lắp ráp / Khung chính

1) Động cơ
 Động cơ là nguồn năng lượng cơ học đầu vào cho máy phát. Kích thước của động cơ tỷ lệ thuận với công suất tối đa mà máy phát có thể cung cấp. Có một số yếu tố bạn cần lưu ý trong khi đánh giá động cơ của máy phát điện. Nhà sản xuất động cơ nên được tư vấn để có được thông số kỹ thuật vận hành động cơ đầy đủ và lịch bảo trì. 

(a) Loại nhiên liệu được sử dụng – Động cơ máy phát điện hoạt động trên nhiều loại nhiên liệu như diesel, xăng, propan (ở dạng hóa lỏng hoặc khí) hoặc khí tự nhiên. Động cơ nhỏ hơn thường hoạt động bằng xăng trong khi động cơ lớn hơn chạy bằng diesel, propan lỏng, khí propan hoặc khí tự nhiên. Một số động cơ cũng có thể hoạt động trên một nguồn cấp dữ liệu kép cả diesel và gas ở chế độ vận hành nhiên liệu sinh học.

. Động cơ OHV có một số lợi thế so với các động cơ khác như:

• Thiết kế nhỏ gọn 
• Cơ chế hoạt động đơn giản 
• Độ bền • Thân 
thiện với người dùng trong hoạt động 
• Độ ồn thấp trong quá trình vận hành 
• Mức phát thải thấp

Tuy nhiên, động cơ OHV cũng đắt hơn các động cơ khác. 

(c) Ống bọc gang (CIS) trong xi lanh động cơ – CIS là lớp lót trong xi lanh của động cơ. Nó làm giảm hao mòn, và đảm bảo độ bền của động cơ. Hầu hết các động cơ OHV đều được trang bị CIS nhưng điều cần thiết là kiểm tra tính năng này trong động cơ của máy phát điện. CIS không phải là một tính năng đắt tiền nhưng nó đóng một vai trò quan trọng trong độ bền của động cơ, đặc biệt nếu bạn cần sử dụng máy phát điện thường xuyên hoặc trong thời gian dài.

(2) Máy phát điện

Máy phát điện xoay chiều, còn được gọi là ‘genhead’, là một phần của máy phát tạo ra đầu ra điện từ đầu vào cơ học được cung cấp bởi động cơ. Nó chứa một tập hợp các bộ phận cố định và di chuyển được bọc trong một nhà ở. Các thành phần làm việc cùng nhau để gây ra chuyển động tương đối giữa các từ trường và điện, từ đó tạo ra điện. 
 
(a) Stator – Đây là thành phần đứng yên. Nó chứa một tập hợp các dây dẫn điện quấn trong cuộn dây trên lõi sắt. 

(b) Rôto / Phần ứng – Đây là thành phần chuyển động tạo ra từ trường quay theo bất kỳ một trong ba cách sau:

(i) Bằng cảm ứng – Chúng được gọi là máy phát điện không chổi than và thường được sử dụng trong các máy phát lớn. 
(ii) Bằng nam châm vĩnh cửu – Điều này phổ biến trong các đơn vị phát điện nhỏ. 
(iii) Bằng cách sử dụng một exciter – Một exciter là một nguồn nhỏ của dòng điện trực tiếp (DC) cung cấp năng lượng cho rôto thông qua một tổ hợp các vòng trượt và chổi quét.

Rôto tạo ra một từ trường chuyển động xung quanh stato, tạo ra sự chênh lệch điện áp giữa các cuộn dây của stato. Điều này tạo ra đầu ra dòng điện xoay chiều (AC) của máy phát.

Sau đây là các yếu tố bạn cần lưu ý trong khi đánh giá máy phát điện của máy phát điện:

(a) Vỏ kim loại so với nhựa – Thiết kế hoàn toàn bằng kim loại đảm bảo độ bền của máy phát điện. Vỏ nhựa bị biến dạng theo thời gian và làm cho các bộ phận chuyển động của máy phát điện bị lộ. Điều này làm tăng hao mòn và quan trọng hơn, là nguy hiểm cho người dùng. 

(b) Vòng bi so với Vòng bi kim – Vòng bi được ưa thích và tồn tại lâu hơn. 

(c) Thiết kế không chổi than – Máy phát điện không sử dụng bàn chải đòi hỏi ít bảo trì hơn và cũng tạo ra năng lượng sạch hơn.

bình chứa nhiên liệu máy phát điện

(3) Hệ thống nhiên liệu
Bình nhiên liệu thường có công suất đủ để giữ cho máy phát hoạt động trung bình trong 6 đến 8 giờ. Trong trường hợp các tổ máy phát điện nhỏ, bình nhiên liệu là một phần của đế trượt của máy phát hoặc được gắn trên đỉnh của khung máy phát. Đối với các ứng dụng thương mại, có thể cần phải lắp đặt và lắp đặt bình nhiên liệu bên ngoài. Tất cả các cài đặt như vậy phải được sự chấp thuận của Phòng Kế hoạch Thành phố. Nhấp vào liên kết sau để biết thêm chi tiết về bình nhiên liệu cho máy phát điện .

Các đặc điểm chung của hệ thống nhiên liệu bao gồm: 

(a) Kết nối đường ống từ bình nhiên liệu đến động cơ – Đường cung cấp dẫn nhiên liệu từ bình đến động cơ và đường trở lại dẫn nhiên liệu từ động cơ đến bình. 

(b) Ống thông gió cho bình nhiên liệu – Bình nhiên liệu có một ống thông gió để ngăn ngừa sự tích tụ áp suất hoặc chân không trong quá trình nạp lại và thoát nước của bình. Khi bạn đổ đầy bình xăng, đảm bảo tiếp xúc kim loại với kim loại giữa vòi phun và bình nhiên liệu để tránh tia lửa. 

(c) Kết nối tràn từ bình nhiên liệu đến ống xả – Điều này là bắt buộc để bất kỳ sự tràn nào trong quá trình nạp lại bình không gây ra sự cố tràn chất lỏng trên bộ máy phát.

(d) Bơm nhiên liệu – Điều này chuyển nhiên liệu từ bể chứa chính sang bể chứa ngày. Bơm nhiên liệu thường hoạt động bằng điện. 

(e) Bộ tách nước / Bộ lọc nhiên liệu – Điều này tách nước và chất lạ ra khỏi nhiên liệu lỏng để bảo vệ các thành phần khác của máy phát điện khỏi bị ăn mòn và nhiễm bẩn. 

(f) Vòi phun nhiên liệu – Điều này nguyên tử hóa nhiên liệu lỏng và phun lượng nhiên liệu cần thiết vào buồng đốt của động cơ.

(4) Ổn áp
Như tên gọi của nó, thành phần này điều chỉnh điện áp đầu ra của máy phát. Cơ chế được mô tả dưới đây chống lại từng thành phần đóng vai trò trong quá trình điều chỉnh điện áp theo chu kỳ.

(1) Bộ điều chỉnh điện áp: Chuyển đổi điện áp xoay chiều thành dòng điện một chiều – Bộ điều chỉnh điện áp chiếm một phần nhỏ trong đầu ra của điện áp AC của máy phát và chuyển đổi nó thành dòng điện một chiều. Bộ điều chỉnh điện áp sau đó cung cấp dòng điện một chiều này cho một bộ cuộn dây thứ cấp trong stato, được gọi là cuộn dây exciter. 

(2) Cuộn dây Exciter: Chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều – Hiện tại cuộn dây kích thích có chức năng tương tự như cuộn dây stato chính và tạo ra dòng điện xoay chiều nhỏ. Các cuộn dây exciter được kết nối với các đơn vị được gọi là chỉnh lưu quay.

(3) Bộ chỉnh lưu xoay: Chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều – Chúng điều chỉnh dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi cuộn dây kích thích và chuyển đổi nó thành dòng điện một chiều. Dòng điện một chiều này được đưa đến rôto / phần ứng để tạo ra trường điện từ bên cạnh từ trường quay của rôto / phần ứng. 

(4) Rôto / phần ứng: Chuyển đổi dòng điện một chiều thành điện áp xoay chiều – Hiện tại rôto / phần ứng tạo ra điện áp xoay chiều lớn hơn trên các cuộn dây của stato, mà máy phát hiện tạo ra như một điện áp xoay chiều đầu ra lớn hơn.

Chu kỳ này tiếp tục cho đến khi máy phát bắt đầu tạo ra điện áp đầu ra tương đương với công suất hoạt động đầy đủ của nó. Khi đầu ra của máy phát tăng lên, bộ điều chỉnh điện áp tạo ra dòng điện một chiều ít hơn. Khi máy phát đạt đến công suất hoạt động đầy đủ, bộ điều chỉnh điện áp đạt trạng thái cân bằng và tạo ra dòng điện DC vừa đủ để duy trì đầu ra của máy phát ở mức hoạt động đầy đủ.

Khi bạn thêm tải vào máy phát, điện áp đầu ra của nó giảm xuống một chút. Điều này nhắc nhở bộ điều chỉnh điện áp thành hành động và chu kỳ trên bắt đầu. Chu kỳ tiếp tục cho đến khi đầu ra máy phát tăng lên đến công suất hoạt động ban đầu.

ổn áp máy phát điện

(5) Hệ thống làm mát & xả khí
(a) Hệ thống làm mát: 
Việc sử dụng máy phát liên tục khiến các bộ phận khác nhau của nó bị nóng lên. Điều cần thiết là phải có một hệ thống làm mát và thông gió để rút nhiệt được tạo ra trong quy trình.

Nước thô / nước ngọt đôi khi được sử dụng làm chất làm mát cho máy phát điện, nhưng hầu hết chỉ giới hạn trong các trường hợp cụ thể như máy phát điện nhỏ trong các ứng dụng của thành phố hoặc các đơn vị rất lớn trên 2250 kW trở lên. 

Hydrogen đôi khi được sử dụng làm chất làm mát cho cuộn dây stato của các tổ máy phát lớn vì nó hiệu quả hơn trong việc hấp thụ nhiệt so với các chất làm mát khác. Hydrogen loại bỏ nhiệt từ máy phát điện và chuyển nó qua bộ trao đổi nhiệt vào mạch làm mát thứ cấp có chứa nước khử khoáng làm chất làm mát. 

Đây là lý do tại sao máy phát điện rất lớn và các nhà máy điện nhỏ thường có tháp giải nhiệt lớn bên cạnh. Đối với tất cả các ứng dụng phổ biến khác, cả dân dụng và công nghiệp, một bộ tản nhiệt và quạt tiêu chuẩn được gắn trên máy phát điện và hoạt động như hệ thống làm mát chính.

Điều cần thiết là kiểm tra mức độ làm mát của máy phát điện hàng ngày. Hệ thống làm mát và bơm nước thô phải được rửa sạch sau mỗi 600 giờ và bộ trao đổi nhiệt nên được làm sạch sau mỗi 2.400 giờ hoạt động của máy phát.

 Máy phát điện nên được đặt trong một khu vực mở và thông gió có đủ không khí trong lành. Bộ luật điện quốc gia (NEC) quy định rằng không gian tối thiểu 3 feet phải được phép ở tất cả các phía của máy phát để đảm bảo luồng không khí làm mát tự do.

(b) Hệ thống xả
Khói thải ra từ máy phát điện cũng giống như khí thải từ bất kỳ động cơ diesel hoặc gasonline nào khác và chứa các hóa chất độc hại cao cần được quản lý đúng cách.

Do đó, điều cần thiết là phải lắp đặt một hệ thống xả đầy đủ để xử lý khí thải. Điểm này không thể được nhấn mạnh đủ vì ngộ độc carbon monoxide vẫn là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây tử vong ở các khu vực bị ảnh hưởng sau bão vì mọi người có xu hướng thậm chí không nghĩ về nó cho đến khi quá muộn. 

Ống xả thường được làm bằng gang, sắt rèn hoặc thép. Những thứ này cần được tự do và không nên được hỗ trợ bởi động cơ của máy phát. 

Ống xả thường được gắn vào động cơ bằng các đầu nối linh hoạt để giảm thiểu rung động và ngăn ngừa thiệt hại cho hệ thống xả của máy phát. Ống xả kết thúc ngoài trời và dẫn ra khỏi cửa ra vào, cửa sổ và các lối mở khác vào nhà hoặc tòa nhà. Bạn phải đảm bảo rằng hệ thống xả của máy phát điện của bạn không được kết nối với bất kỳ thiết bị nào khác. 

Bạn cũng nên tham khảo pháp lệnh của thành phố địa phương để xác định xem liệu hoạt động của máy phát điện của bạn có cần phải được sự chấp thuận của chính quyền địa phương để đảm bảo bạn tuân thủ luật pháp địa phương để bảo vệ chống lại tiền phạt và các hình phạt khác.

(6) Hệ thống bôi trơn
Vì máy phát điện bao gồm các bộ phận chuyển động trong động cơ của nó, nó đòi hỏi phải bôi trơn để đảm bảo độ bền và hoạt động trơn tru trong một thời gian dài. 

Động cơ của máy phát được bôi trơn bằng dầu được lưu trữ trong máy bơm. Bạn nên kiểm tra mức dầu bôi trơn cứ sau 8 giờ vận hành máy phát điện. Bạn cũng nên kiểm tra xem có rò rỉ dầu nhờn nào không và thay dầu bôi trơn cứ sau 500 giờ vận hành máy phát điện.

(7) Bộ sạc pin
Chức năng khởi động của máy phát điện là hoạt động bằng pin. Bộ sạc pin giữ cho pin máy phát được sạc bằng cách cung cấp cho nó một điện áp ‘phao’ chính xác.

 Nếu điện áp phao rất thấp, pin sẽ vẫn được sạc đầy. Nếu điện áp phao rất cao, nó sẽ rút ngắn tuổi thọ của pin. Bộ sạc pin thường được làm bằng thép không gỉ để chống ăn mòn. Chúng cũng hoàn toàn tự động và không yêu cầu bất kỳ điều chỉnh nào được thực hiện hoặc bất kỳ cài đặt nào được thay đổi.

 Điện áp đầu ra DC của bộ sạc pin được đặt ở mức 2,33 Vôn trên mỗi cell, là điện áp nổi chính xác cho pin axit chì. Bộ sạc pin có đầu ra điện áp DC bị cô lập, gây cản trở hoạt động bình thường của máy phát.

cấu tạo máy

(8) Bảng điều khiển
Đây là giao diện người dùng của máy phát điện và chứa các quy định cho các ổ cắm và điều khiển điện. Bài viết sau đây cung cấp thêm chi tiết về bảng điều khiển máy phát . Các nhà sản xuất khác nhau có các tính năng khác nhau để cung cấp trong bảng điều khiển của đơn vị của họ. Một số trong số này được đề cập dưới đây. 

(a) Khởi động và tắt điện – Bảng điều khiển tự động khởi động máy phát điện của bạn khi mất điện, giám sát máy phát khi đang hoạt động và tự động tắt thiết bị khi không còn cần thiết.

(b) Đồng hồ đo động cơ – Các đồng hồ đo khác nhau cho biết các thông số quan trọng như áp suất dầu, nhiệt độ chất làm mát, điện áp pin, tốc độ quay của động cơ và thời gian hoạt động. Đo lường và giám sát liên tục các tham số này cho phép tắt máy phát tích hợp khi bất kỳ trong số này vượt qua các ngưỡng ngưỡng tương ứng của chúng. 

(c) Đồng hồ đo máy phát – Bảng điều khiển cũng có đồng hồ đo để đo dòng điện và điện áp đầu ra và tần số hoạt động. 

(d) Các điều khiển khác – Công tắc chọn pha, công tắc tần số và công tắc điều khiển động cơ (chế độ thủ công, chế độ tự động) trong số các công cụ khác.

(9) Lắp ráp / Khung chính
Tất cả các máy phát điện, di động hoặc cố định, có vỏ tùy chỉnh cung cấp hỗ trợ cơ sở cấu trúc. Khung này cũng cho phép tạo ra được nối đất cho an toàn.

Nguyên lý hoạt động của các máy phát điện:

Máy phát điện về cơ bản là các cuộn dây dẫn điện, thường là dây đồng, được buộc chặt vào lõi kim loại và được gắn để quay xung quanh bên trong một vật trưng bày các nam châm lớn. 

Một dây dẫn điện di chuyển qua một từ trường, từ tính sẽ giao tiếp với các electron trong dây dẫn để tạo ra một dòng điện bên trong nó.

cấu tạo máy phát điện xoay chiều

Cuộn dây dẫn và lõi của nó được gọi là phần ứng, nối phần ứng với trục của nguồn năng lượng cơ học, ví dụ như một động cơ, dây dẫn bằng đồng có thể quay với tốc độ tăng vượt trội so với từ trường.

cấu tạo máy phát điện diesel

Điểm khi phần ứng máy phát đầu tiên bắt đầu quay, sau đó có một từ trường yếu trong giày cột sắt. Khi phần ứng quay, nó bắt đầu tăng điện áp.

 Một số điện áp này được thực hiện trên cuộn dây trường thông qua bộ điều chỉnh máy phát. Điện áp ấn tượng này tích tụ dòng điện mạnh hơn, làm tăng cường độ của từ trường. 

Trường mở rộng tạo ra nhiều điện áp hơn trong phần ứng. Điều này, đến lượt nó, tạo ra nhiều dòng điện hơn trong cuộn dây trường, với điện áp phần ứng cao hơn. 

Tại thời điểm này các dấu hiệu của đôi giày phụ thuộc vào hướng dòng chảy trong trường quanh co. Các dấu hiệu ngược lại sẽ cho dòng điện chạy sai hướng.

Các loại máy phát điện:

Các máy phát điện được phân loại thành các loại.

  • Máy phát điện xoay chiều
  • Máy phát điện một chiều

Máy phát điện xoay chiều:

Chúng cũng được gọi là máy phát điện. Đây là phương tiện sản xuất năng lượng điện quan trọng nhất ở nhiều nơi kể từ ngày nay, tất cả người tiêu dùng đang sử dụng AC. 

Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ. Đây là hai loại một là máy phát điện cảm ứng và loại khác là máy phát đồng bộ. Bộ tạo cảm ứng không yêu cầu kích thích DC riêng, điều khiển bộ điều khiển, điều khiển tần số hoặc bộ điều chỉnh. 

Khái niệm này diễn ra khi cuộn dây dẫn quay trong từ trường kích hoạt dòng điện và điện áp. Các máy phát nên chạy ở tốc độ phù hợp để truyền tải điện áp AC ổn định, thậm chí không tải được.

Máy phát điện đồng bộ là máy phát kích thước lớn chủ yếu được sử dụng trong các nhà máy điện. Đây có thể là loại trường quay hoặc loại phần ứng xoay. 

Trong loại phần ứng quay, phần ứng nằm ở rôto và trường nằm ở stato. Dòng điện phần ứng rôto được lấy qua các vòng trượt và chổi quét. Đây là những hạn chế do tổn thất gió cao. Chúng được sử dụng cho các ứng dụng đầu ra công suất thấp

. Loại máy phát xoay chiều được sử dụng rộng rãi vì khả năng phát điện cao và không có vòng trượt và bàn chải.

Nó có thể là máy phát điện 3 pha hoặc hai pha. Một máy phát điện hai pha tạo ra hai điện áp hoàn toàn riêng biệt. Mỗi điện áp có thể được coi là một điện áp một pha.

Mỗi điện áp được tạo ra hoàn toàn độc lập với nhau. Máy phát điện ba pha có ba cuộn dây một pha cách nhau sao cho điện áp cảm ứng trong bất kỳ một pha nào bị dịch chuyển 120 độ so với hai dây kia. Đây có thể được kết nối hoặc kết nối delta hoặc wye. 

Trong Kết nối Delta, mỗi đầu cuộn dây được kết nối với nhau để tạo thành một vòng khép kín.

 Kết nối Delta xuất hiện giống như Delta Letter của Hy Lạp (). Trong Wye Connection, một đầu của mỗi cuộn được kết nối với nhau và đầu kia của mỗi cuộn còn lại để mở cho các kết nối bên ngoài. 

Kết nối Wye xuất hiện dưới dạng chữ Y.

Những máy phát điện này được đóng gói với một động cơ hoặc tuabin để được sử dụng như một bộ máy phát động cơ và được sử dụng trong các ứng dụng như hải quân, khai thác dầu khí, máy móc khai thác, nhà máy điện gió, v.v.

Ưu điểm của máy phát điện xoay chiều:

  • Các máy phát điện này thường được bảo trì miễn phí, vì không có bàn chải.
  • Dễ dàng bước lên và bước xuống thông qua các máy biến áp .
  • Kích thước liên kết truyền có thể mỏng hơn do tính năng tăng cường
  • Kích thước của máy phát tương đối nhỏ hơn máy DC
  • Mất tương đối ít hơn máy DC
  • Những bộ ngắt này tương đối nhỏ hơn bộ ngắt DC

i kích thích trường. Một lần nữa các máy phát điện DC tự kích thích này được phân loại thành máy phát điện shunt, loạt và hợp chất.

Chúng được sử dụng trong các ứng dụng như sạc pin, hàn, các ứng dụng làm sáng thông thường, v.v.



Chat Facebook
0974215599