Chổi than máy phát điện là gì? Phân loại, cấu tạo và những điều cần lưu ý

Chổi than máy phát điện là một trong những bộ phận quan trọng nhưng thường ít được chú ý trong hệ thống máy phát điện công nghiệp. Chổi than lại đóng vai trò thiết yếu trong việc truyền điện giữa phần quay và phần đứng yên của máy, giúp máy hoạt động ổn định và liên tục. Trong bài viết sau, Điện Trung Hà Nội sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về cấu tạo, tác dụng cũng như các loại chổi than phổ biến trên thị trường sẽ giúp doanh nghiệp và kỹ thuật viên dễ dàng bảo trì, thay thế, từ đó nâng cao hiệu suất và tuổi thọ cho máy phát điện. 

1. Chổi than máy phát điện là gì?

Chổi than máy phát điện là bộ phận đóng vai trò quan trọng trong việc truyền dòng điện giữa phần quay và phần tĩnh của máy phát. Chổi than thường được làm từ than chì hoặc hỗn hợp cacbon đặc biệt, có khả năng dẫn điện tốt, chịu nhiệt cao và chịu được ma sát trong thời gian dài. Việc hiểu rõ khái niệm chổi than máy phát điện là gì sẽ giúp người dùng chủ động trong công tác kiểm tra, bảo dưỡng, từ đó kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm thiểu rủi ro ngừng hoạt động do lỗi điện.

2. Cấu tạo chổi than máy phát điện

Các loại chổi than máy phát điện hiện nay đều có cấu tạo gần như giống nhau, cấu tạo bên trong lại được tối ưu hóa cho mục đích dẫn điện với tỷ lệ cacbon cao, bao gồm 4 bộ phận cơ bản:

- Tấm cacbon: Là thành phần chính giúp dẫn điện, được gắn chặt với dây dẫn đồng và cách phần cổ góp từ 3 – 5 mm.

- Đầu cốt: Dùng để cố định chổi than với giá đỡ hoặc khung máy.

- Lò xo hoặc nhíp: Giữ cho chổi than luôn tiếp xúc ổn định với cổ góp để duy trì dòng điện. Hiện nay có 3 loại lò xo phổ biến là: kiểu cò mổ, kiểu lá và kiểu cuộn.

- Miếng cacbon định vị: Được gắn giữa các dây dẫn giúp kỹ thuật viên dễ dàng kiểm tra độ mòn và xác định thời điểm cần thay chổi than.

3. Phân loại các dòng chổi than máy phát điện

Ngoài việc phân biệt theo hình dáng và kích thước, chổi than còn được chia thành 4 loại chính dựa trên cấu trúc và cách lắp đặt:

- Chổi than đơn: Còn được gọi là chổi than lõi. Đây là loại có cấu tạo đơn giản với một khối cacbon có nhiều rãnh ở mặt tiếp xúc, giúp tăng khả năng tiếp điện và giảm nhiệt khi hoạt động.

- Chổi than đôi: Là sự kết hợp của hai chổi than đơn được ghép đôi lại với nhau thông qua dây cáp hoặc đầu cốt. Thiết kế này giúp tăng hiệu suất tiếp xúc và phù hợp với những máy phát điện có công suất lớn hoặc yêu cầu dòng tải cao.

- Chổi than tách: Bao gồm ít nhất hai chổi than xếp đè lên nhau nhưng vẫn hoạt động độc lập. Tùy thuộc vào thiết kế máy, các chổi tách này có thể được làm từ cùng hoặc khác chất liệu. Ưu điểm của loại chổi này là dễ tùy biến và thay thế linh hoạt.

- Chổi than sandwich: Là dạng chổi than được ghép cố định từ hai hoặc nhiều phần nhỏ tạo thành một khối lớn. Tương tự như chổi than tách, loại sandwich cũng có thể sử dụng các chất liệu giống hoặc khác nhau, tùy vào mục đích sử dụng và yêu cầu kỹ thuật của máy.

4. Chổi than máy phát điện hoạt động như thế nào?

Chổi than đóng vai trò như cầu nối dẫn điện giữa bộ phận quay và phần cố định của máy phát điện. Tùy theo loại máy phát điện, chổi than đảm nhận các nhiệm vụ khác nhau:

Trong máy phát điện đồng bộ xoay chiều (loại phổ biến nhất hiện nay):

• Chổi than tiếp xúc liên tục với vành trượt (slip ring) của rotor.

• Nhiệm vụ chính là dẫn dòng điện một chiều (DC) từ bộ kích từ đến cuộn dây rotor.

• Quá trình này giúp tạo ra từ trường quay trong rotor, làm cơ sở để sinh ra dòng điện cảm ứng ở stator nơi cung cấp điện năng cho tải ngoài.

Trong máy phát điện một chiều (ít phổ biến hơn):

• Chổi than tiếp xúc với vành góp (commutator).

• Tại đây, nó giúp chuyển đổi dòng điện xoay chiều được tạo ra trong cuộn dây armature thành dòng điện một chiều ổn định.

• Đồng thời, nó còn dẫn dòng điện DC ra ngoài để phục vụ các thiết bị tiêu thụ điện.

Như vậy, chổi than máy phát điện không chỉ là một linh kiện cơ khí đơn thuần mà còn là bộ phận quyết định đến khả năng phát điện liên tục, an toàn và hiệu quả của toàn hệ thống.

5. Tầm quan trọng của chổi than máy phát điện trong vận hành hệ thống

Dưới đây là những lý do khẳng định tầm quan trọng của chổi than máy phát điện do Trung Điện cung cấp tới bạn đọc:

Đảm bảo mạch điện liên tục

Chổi than cho phép dẫn điện giữa phần quay (rotor) và phần tĩnh (stator) một cách liên tục mà không cần dùng đến dây dẫn cố định – vốn không thể xoay linh hoạt theo trục quay. Điều này giúp duy trì hoạt động ổn định cho cả hệ thống mà không lo nguy cơ đứt dây, xoắn cáp.

Duy trì điện áp và tần số ổn định

Chổi than giúp ổn định dòng điện kích từ vào rotor, từ đó giữ cho điện áp và tần số đầu ra của máy phát điện luôn ổn định – yếu tố then chốt trong việc cung cấp điện cho hệ thống tải.

Hạn chế hồ quang điện tại điểm tiếp xúc

Chổi than được thiết kế từ vật liệu chuyên dụng có khả năng giảm thiểu hiện tượng hồ quang điện khi tiếp xúc với vành trượt hoặc vành góp, giúp bảo vệ bề mặt tiếp xúc và kéo dài tuổi thọ máy phát điện.

Điều chỉnh phản ứng phần ứng (trong máy phát phức tạp)

Ở một số dòng máy phát điện công suất lớn, chổi than còn đóng vai trò điều tiết phản ứng phần ứng, giúp máy phát hoạt động hiệu quả hơn dưới các điều kiện tải thay đổi liên tục.

6. Hậu quả khi chổi than máy phát điện gặp sự cố

Khi chổi than bị mòn, tiếp xúc kém hoặc hư hỏng, các sự cố sau có thể xảy ra, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và độ an toàn của hệ thống và sau đây là những hậu quả thường gặp khi chổi than máy phát điện gặp sự cố.

Máy phát điện hoạt động không ổn định

- Điện áp đầu ra dao động liên tục, không đảm bảo chất lượng điện năng.

- Điện áp có thể tăng/giảm bất thường, gây hư hại cho thiết bị điện.

- Tần số điện không ổn định, dẫn đến nguy cơ chập cháy hoặc mất tín hiệu điều khiển trong các hệ thống tự động hóa.

Giảm công suất phát điện

- Máy phát không đạt công suất định mức, không đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng.

- Hiệu suất tổng thể giảm, gây tiêu hao nhiều nhiên liệu hơn để vận hành cùng một tải.

- Tăng chi phí vận hành và nguy cơ quá tải hệ thống.

Phát sinh tia lửa điện và hồ quang quá mức

- Làm hư hỏng bề mặt vành trượt hoặc vành góp, khiến máy phát nhanh xuống cấp.

- Tăng nhiệt độ máy phát, gây quá nhiệt cho các bộ phận khác.

- Nguy cơ cháy nổ trong môi trường khép kín hoặc có khí dễ cháy.

Máy phát điện dừng hoạt động đột ngột

- Mất dòng kích từ, khiến máy phát không thể tạo ra điện áp đầu ra.

- Ngắt đột ngột nguồn cấp điện, ảnh hưởng nghiêm trọng đến toàn bộ hệ thống sử dụng điện.

7. Những lưu ý khi thay đổi chổi than máy phát điện chuẩn kỹ thuật

Thời điểm cần thay chổi than

Do đặc thù làm việc liên tục và ma sát cao, chổi than máy phát điện công suất lớn rất dễ bị hao mòn theo thời gian. Khi chổi than bị mòn, khoảng cách tiếp xúc với cổ góp sẽ tăng lên, dẫn đến hiện tượng truyền điện không ổn định, gây chập chờn dòng điện hoặc giảm hiệu suất hoạt động.

Người dùng cần kiểm tra chổi than định kỳ đặc biệt với những máy phát điện hoạt động liên tục hoặc trong môi trường khắc nghiệt. Một số dấu hiệu dễ nhận biết cho thấy đã đến lúc thay chổi than gồm: tiếng máy ồn hơn bình thường, công suất máy yếu rõ rệt, máy phát điện công nghiệp bị giật hoặc ngắt đột ngột.

Quy trình thay chổi than máy phát điện

Việc thay chổi than thực tế không quá phức tạp và hoàn toàn có thể thực hiện tại nhà nếu bạn làm đúng theo hướng dẫn:

Bước 1: Chuẩn bị sẵn chổi than mới tương thích, tua vít, kìm và các dụng cụ hỗ trợ cần thiết.

Bước 2: Dùng tua vít mở các ốc vít trên thân máy để lộ phần motor và cụm chổi than bên trong.

Bước 3: Tháo bạc đạn (nếu có) để tạo không gian dễ thao tác khi thay chổi.

Bước 4: Rút chổi cũ ra, lắp chổi than mới vào đúng vị trí, đảm bảo tiếp xúc tốt với cổ góp.

Bước 5: Gắn bạc đạn trở lại, đóng vỏ máy và siết chặt các ốc vít để hoàn thiện quy trình.

8. Chổi than máy phát điện thường có ở những loại máy nào?

Không phải tất cả máy phát điện đều sử dụng chổi than. Tuy nhiên, chổi than máy phát điện vẫn là bộ phận thiết yếu trong nhiều dòng máy, đặc biệt là các hệ thống cần dẫn dòng kích từ vào rotor. Dưới đây là các loại máy phát điện thường sử dụng chổi than:

Máy phát điện xoay chiều 3 pha

Đây là loại máy phát điện công nghiệp xoay chiều 3 pha được sử dụng phổ biến trong bệnh viện, xưởng sản xuất, nhà máy công nghiệp, tòa nhà thương mại và trạm phát điện tại Việt Nam:

- Chổi than tiếp xúc với vành trượt (slip ring) gắn trên rotor.

- Nhiệm vụ là dẫn dòng điện một chiều từ bộ kích từ vào cuộn dây rotor để tạo ra từ trường quay.

- Từ trường này cảm ứng dòng điện xoay chiều ở stator, từ đó tạo ra nguồn điện đầu ra.

- Điện áp và tần số đầu ra có thể được điều chỉnh dễ dàng bằng cách thay đổi dòng kích từ thông qua chổi than.

Minh họa máy phát điện xoay chiều 3 pha

Máy phát điện một chiều

Máy phát điện 1 chiều được dùng trong các hệ thống cần dòng điện DC ổn định:

- Chổi than tiếp xúc với vành góp (commutator) để thực hiện quá trình chỉnh lưu cơ học.

- Dòng điện xoay chiều được sinh ra trong cuộn armature sẽ được chuyển đổi thành dòng điện một chiều và dẫn ra ngoài thông qua chổi than.

- Được ứng dụng trong lĩnh vực tàu hỏa, xe điện cũ hoặc thiết bị điện chuyên biệt.

Minh họa máy phát điện xoay chiều 1 pha

Hệ thống kích từ độc lập của máy phát xoay chiều

Trong một số máy phát điện xoay chiều cao cấp, hệ thống kích từ độc lập được tích hợp kèm theo:

- Một máy phát kích từ nhỏ được gắn cùng trục với máy chính và có thể sử dụng chổi than riêng.

- Tạo ra dòng điện kích từ cho rotor chính, giúp điều chỉnh điện áp đầu ra chính xác hơn.

- Giải pháp này giúp nâng cao độ ổn định và khả năng điều khiển của toàn bộ hệ thống.

9. So sánh máy phát điện chổi than và không chổi than

Trong quá trình lựa chọn máy phát điện, người dùng thường phân vân giữa hai dòng phổ biến: máy phát điện chổi than và máy phát điện không chổi than. Mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các nhu cầu sử dụng khác nhau.

Ưu điểm

Nhược điểm

Lưu ý khi lựa chọn:

Máy phát điện chổi than: Phù hợp với nhu cầu sử dụng cơ bản, chi phí đầu tư thấp, dễ bảo trì. Thích hợp cho hộ gia đình, cửa hàng nhỏ hoặc hệ thống ít tải.

Máy phát điện không chổi than: Lý tưởng cho các nhà máy, doanh nghiệp hoặc hệ thống vận hành công suất lớn, liên tục. Hiệu suất cao, ít hư hỏng và vận hành êm ái.

Kết luận

Chổi than máy phát điện là bộ phận giữ vai trò quan trọng trong việc dẫn điện, ổn định nguồn và bảo vệ thiết bị. Vì vậy, hãy thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng hoặc thay mới đúng lúc để đảm bảo hiệu suất tối ưu. Điện Trung Hà Nội chuyên cung cấp các dòng máy phát điện công suất lớn được trang bị đầy đủ tủ điện ATS, chổi than, … cho đa dạng các dòng máy phát điện xoay chiều 3 pha, máy phát điện 1 pha. Đừng ngần ngại liên hệ để được tư vấn dòng máy phù hợp và linh kiện chổi than máy phát điện chất lượng, giá tốt nhất ngay hôm nay!