Ngày nay khi điện năng hiện diện trong mọi khía cạnh của đời sống từ sinh hoạt thường ngày đến sản xuất, xây dựng ít ai chú ý rằng nguồn năng lượng ấy phần lớn đến từ máy phát điện xoay chiều. Những cỗ máy này âm thầm chuyển hóa cơ năng từ động cơ xăng, dầu diesel, sức gió, dòng nước hay nhiệt lượng thành điện năng phục vụ con người. Vậy cấu tạo bên trong của máy phát điện xoay chiều 1 pha và 3 pha có gì đặc biệt? Hãy cùng Bình Minh Power khám phá chi tiết ngay sau đây.
Máy phát điện xoay chiều là gì?
Máy phát điện xoay chiều là thiết bị có chức năng chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng dưới dạng dòng điện xoay chiều thông qua hiện tượng cảm ứng điện từ.
Thiết bị này hoạt động bằng cách quay một nam châm (hoặc cuộn dây) trong một từ trường để tạo ra dòng điện biến thiên trong các cuộn dây dẫn. Đây là nguyên lý cơ bản được sử dụng trong hầu hết các loại máy phát điện hiện nay, từ quy mô nhỏ (gia đình) đến quy mô lớn (nhà máy điện).
Máy phát điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như:
- Cung cấp điện cho nhà ở, công trình, khu công nghiệp
- Ứng dụng trong các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, điện gió
- Lắp đặt trong xe ô tô, tàu thủy, máy bay…
Tùy theo mục đích sử dụng, máy phát điện xoay chiều có thể chia thành hai loại chính: máy phát điện 1 pha và máy phát điện 3 pha.
Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 1 pha
Máy phát điện xoay chiều 1 pha gồm hai bộ phận chính: phần cảm và phần ứng. Tùy theo công suất của máy mà vai trò quay (rôto) hay đứng yên (stato) sẽ được bố trí linh hoạt giữa hai phần này.
1. Phần cảm (tạo từ trường)
- Là bộ phận tạo ra từ thông biến thiên, thường sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện.
- Có thể là rôto hoặc stato tùy vào thiết kế:
- Với máy công suất nhỏ: phần cảm thường là stato (đứng yên).
- Với máy công suất lớn: phần cảm thường là rôto (quay).
- Nhiệm vụ chính: tạo từ trường biến thiên để khi cắt qua cuộn dây phần ứng sẽ sinh ra suất điện động.
2. Phần ứng (tạo dòng điện)
- Gồm các cuộn dây dẫn điện được quấn nhiều vòng và nhiều lớp để tăng khả năng cảm ứng.
- Đây là nơi xuất hiện suất điện động cảm ứng khi từ thông biến thiên xuyên qua.
- Giống phần cảm, phần ứng có thể đảm nhiệm vai trò quay hoặc đứng yên:
- Ở máy công suất nhỏ: phần ứng thường là rôto (quay).
- Ở máy công suất lớn: phần ứng thường là stato (đứng yên), thuận tiện để đưa dòng điện ra tải.
3. Cơ cấu bổ trợ
- Trục quay: truyền chuyển động quay đến rôto.
- Ổ đỡ và vỏ máy: cố định cấu trúc và bảo vệ các bộ phận bên trong.
- Chổi than và cổ góp (nếu có): dùng để dẫn dòng từ phần quay ra mạch ngoài (chủ yếu ở máy nhỏ).
4. Nguyên lý sắp xếp
- Một trong hai phần (cảm hoặc ứng) sẽ quay tạo ra sự biến thiên từ thông qua phần còn lại.
- Từ đó sinh ra dòng điện xoay chiều trong phần ứng theo nguyên lý cảm ứng điện từ.
Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 3 pha
Máy phát điện xoay chiều 3 pha là thiết bị tạo ra dòng điện xoay chiều 3 pha một hệ thống điện gồm ba dòng điện có cùng tần số, cùng biên độ nhưng lệch pha nhau 120°. Loại máy này được sử dụng phổ biến trong công nghiệp nhờ khả năng cung cấp công suất lớn, vận hành ổn định và hiệu quả. Về cấu tạo, máy phát điện 3 pha gồm hai phần chính: phần cảm (Rôto) và phần ứng (Stato), cùng các bộ phận phụ trợ khác như sau:
Phần cảm (Rôto) – Bộ phận tạo từ trường
- Là nam châm điện, thường được cấp dòng một chiều để tạo ra từ trường biến thiên.
- Được gắn trên trục quay, rôto quay tạo ra từ thông thay đổi trong không gian và thời gian.
- Khi rôto quay, từ trường quét qua các cuộn dây ở stato, gây ra suất điện động cảm ứng.
Phần ứng (Stato) – Bộ phận tạo dòng điện cảm ứng
- Gồm ba cuộn dây giống hệt nhau về kích thước và số vòng dây.
- Các cuộn dây được bố trí lệch nhau một góc 120° điện trên một vòng tròn để tạo thành hệ ba pha.
- Stato đứng yên, là nơi tiếp nhận từ thông biến thiên từ rôto và tạo ra dòng điện xoay chiều trong từng cuộn dây.
Các bộ phận phụ trợ khác
- Vỏ máy: Bảo vệ toàn bộ hệ thống bên trong khỏi tác động bên ngoài.
- Giá đỡ, bạc lót: Cố định và giúp trục quay hoạt động ổn định.
- Cánh quạt: Làm mát hệ thống trong quá trình vận hành liên tục.
- Bộ chỉnh lưu (Rectifier): Chuyển đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều để cấp cho cuộn kích.
- Bộ điều chỉnh điện áp (AVR): Giữ ổn định điện áp đầu ra.
- Vòng tiếp điện và chổi than (trong một số thiết kế): Truyền điện từ cuộn kích đến rôto trong trường hợp dùng nam châm điện.
Sơ đồ mô tả cấu tạo máy phát điện xoay chiều 3 pha (tham khảo)
- Vỏ máy
- Bạc lót
- Stato (phần ứng)
- Giá đỡ
- Bộ chỉnh lưu
- Bộ điều áp
- Vòng tiếp điện
- Rôto (phần cảm)
Đặc điểm cấu tạo nổi bật
| Thành phần | Vai trò chính | Vị trí |
| Rôto (Phần cảm) | Tạo từ trường biến thiên | Quay quanh trục |
| Stato (Phần ứng) | Gồm 3 cuộn dây sinh suất điện động | Cố định |
| Bộ chỉnh lưu | Biến đổi AC thành DC để kích từ | Gắn liền trong máy |
| Bộ điều áp (AVR) | Ổn định điện áp đầu ra của máy | Nối giữa cuộn kích và đầu ra |
| Cánh quạt | Làm mát trong khi máy vận hành | Gắn cùng trục với rôto |
Lưu ý: Trong máy phát điện công suất lớn, phần cảm (rôto) thường là bộ phận quay, trong khi phần ứng (stato) cố định điều này giúp thuận lợi cho việc đấu nối và truyền tải dòng điện công suất cao. Cấu tạo máy phát điện 3 pha đảm bảo sự cân bằng và ổn định cho dòng điện đầu ra, nhờ cấu trúc ba cuộn dây lệch pha đều nhau.
So sánh cấu tạo và nguyên lý hoạt động giữa máy phát điện 1 pha và 3 pha
| Tiêu chí | Máy phát điện 1 pha | Máy phát điện 3 pha |
| Khái niệm | Tạo ra dòng điện xoay chiều hình sin một pha. | Tạo ra ba dòng điện xoay chiều cùng tần số, biên độ nhưng lệch pha 120°. |
| Cấu tạo tổng thể | Gồm 2 phần chính: phần cảm và phần ứng. | Gồm 2 phần chính: phần cảm và phần ứng, cùng các bộ phận phụ trợ như AVR, chỉnh lưu. |
| Phần cảm (Rôto hoặc Stato) | Là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu, có thể là bộ phận đứng yên hoặc quay tùy công suất. | Là nam châm điện được cấp dòng 1 chiều, luôn là bộ phận quay (rôto), tạo ra từ trường biến thiên. |
| Phần ứng (Stato hoặc Rôto) | Là các cuộn dây dẫn, thường gồm một cuộn dây duy nhất, tạo ra suất điện động cảm ứng. | Gồm 3 cuộn dây giống nhau về số vòng, tiết diện, bố trí lệch nhau 120° trên stato. |
| Bố trí rôto và stato | Tùy công suất:
Công suất nhỏ: phần ứng quay, phần cảm đứng yên. Công suất lớn: phần cảm quay, phần ứng đứng yên. |
Luôn có phần cảm quay (rôto) và phần ứng đứng yên (stato). |
| Nguyên lý hoạt động | Khi rôto quay, từ thông biến thiên tạo ra suất điện động trong cuộn dây phần ứng. Dòng điện 1 pha được sinh ra. | Dựa trên cảm ứng điện từ. Rôto quay tạo ra từ thông biến thiên quét qua 3 cuộn dây, sinh ra 3 dòng điện lệch pha 120°. |
| Tần số dòng điện (f) | f = Np/60 (với N: vòng/phút, p: số cặp cực). | Cũng dùng công thức f = Np/60 với 3 pha cùng tần số. |
| Hiệu suất hoạt động | Thấp hơn, chỉ cấp điện cho tải nhỏ, sinh hoạt gia đình. | Hiệu suất cao hơn, cấp điện ổn định cho thiết bị công nghiệp, tải nặng. |
| Công suất thiết kế | Thường từ 1 KVA đến 50 KVA. | Từ vài chục KVA đến hàng nghìn KVA. |
| Ứng dụng | Dùng trong gia đình, văn phòng nhỏ, thiết bị 1 pha như tivi, đèn, tủ lạnh. | Dùng trong khu công nghiệp, nhà máy, bệnh viện, tải 3 pha công suất lớn. |
| Đặc điểm nổi bật | Cấu tạo đơn giản, dễ bảo trì. Tuy nhiên, hiệu điện thế không ổn định bằng hệ 3 pha. | Dòng điện ổn định, cấu tạo phức tạp hơn nhưng phù hợp truyền tải xa và hiệu quả hơn. |
Trên đây là những thông tin chi tiết về cấu tạo máy phát điện xoay chiều 1 pha và 3 pha. Hiểu rõ từng bộ phận và nguyên lý hoạt động là chìa khóa giúp bạn đưa ra lựa chọn sáng suốt và tối ưu hóa hiệu suất sử dụng. Khi tìm kiếm một giải pháp năng lượng đáng tin cậy, đừng bỏ qua máy phát điện Cummins nhé.
