Hệ thống kích từ máy phát điện là gì? Khái niệm, cấu tạo và phân loại

Hệ thống kích từ máy phát điện là bộ phận cung cấp dòng điện kích thích cho cuộn dây rotor, giúp máy phát tạo ra và duy trì điện áp đầu ra ổn định.

Còn hệ thống kích từ không chổi than được sử dụng phổ biến nhờ hoạt động bền bỉ, ít bảo trì và hiệu suất cao hơn so với loại có chổi than truyền thống.

Cùng Dianyo Powergen tìm hiểu rõ hơn về khái niệm, nguyên lý hoạt động, cấu tạo qua nội dung dưới đây.

Hệ thống kích từ máy phát điện là gì?

Hệ thống kích từ máy phát điện là bộ phận cung cấp dòng điện một chiều (DC) vào cuộn dây rotor nhằm tạo ra từ trường quay yếu tố cần thiết để máy phát điện sinh ra điện năng.

Trong quá trình vận hành, dòng điện kích từ đóng vai trò quan trọng:

• Giúp khởi động và duy trì hoạt động của máy phát điện. Nếu không có dòng kích từ, máy không thể tạo ra điện áp đầu ra.

• Ổn định điện áp và điều chỉnh công suất phản kháng, đảm bảo máy hoạt động hiệu quả, điện áp cung cấp ra tải luôn ổn định.

Hay, hệ thống kích từ máy phát điện hoạt động như bộ ổn định điện áp tự động (AVR), giúp máy phát vận hành an toàn, bền bỉ và tối ưu hiệu suất trong mọi điều kiện tải.

Cấu tạo và chức năng các bộ phận trong hệ thống kích từ máy phát điện

Hệ thống kích từ máy phát điện đóng vai trò then chốt trong việc duy trì điện áp ổn định và đảm bảo máy phát vận hành an toàn, hiệu quả. Mỗi bộ phận trong hệ thống đều có chức năng riêng, hỗ trợ quá trình phát điện diễn ra trơn tru và bền bỉ.

Bộ chỉnh lưu

Bộ chỉnh lưu là thành phần giúp chuyển đổi điện xoay chiều (AC) thành điện một chiều (DC). Khi dòng điện xoay chiều sinh ra từ stato sẽ được bộ diode trong mạch chỉnh lưu chuyển đổi để cung cấp dòng kích từ ổn định cho rotor. Nhờ đó, máy phát điện có thể tạo ra điện năng đều đặn và chất lượng hơn.

Bộ diệt từ

Bộ diệt từ có nhiệm vụ xử lý lượng từ dư thừa sinh ra trong cuộn kích từ sau khi máy ngừng hoạt động. Từ dư thừa là phần từ còn sót lại khi máy phát không còn chịu tác động từ trường bên ngoài. Việc loại bỏ phần từ này giúp tránh nguy cơ chập mạch, đảm bảo an toàn cho người vận hành và các thiết bị điện được cấp nguồn từ máy phát.

Bộ chỉnh điện áp tự động (AVR)

Bộ chỉnh điện áp tự động AVR (Automatic Voltage Regulator) là bộ điều chỉnh điện áp tự động, giữ cho điện áp đầu ra luôn ổn định dù tải tiêu thụ thay đổi. AVR còn điều khiển tỷ lệ giữa điện áp và tần số, đồng thời hỗ trợ hiệu chỉnh công suất vô công, giúp máy phát hoạt động hiệu quả và bền bỉ trong thời gian dài.

Bộ bảo vệ quá áp

Khi máy phát vận hành quá công suất hoặc xuất hiện sự cố điện áp bất thường, bộ phận này sẽ phát tín hiệu cảnh báo và tự động ngắt nguồn điện nếu người vận hành chưa kịp xử lý. Nhờ đó, hệ thống kích từ máy phát điện luôn được bảo vệ tối đa khỏi nguy cơ hư hỏng.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống kích từ máy phát điện

Hệ thống kích từ máy phát điện có nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều (DC) cho cuộn dây kích thích của rotor máy phát điện đồng bộ, giúp tạo ra từ trường cần thiết để sinh ra điện năng.

Khi máy phát điện khởi động, thiết bị kích từ sẽ đưa dòng điện kích thích vào cuộn dây rotor. Dòng điện này được lấy từ cuộn dây phụ của stato, sau khi đã được chỉnh lưu từ AC sang DC. Từ đó, máy phát điện bắt đầu sinh ra điện áp ổn định tại đầu ra.

Hiện nay, tùy theo nguồn cấp điện (tĩnh hoặc quay) và nguyên lý điều khiển, hệ thống kích từ được chia thành nhiều loại khác nhau trong đó phổ biến nhất là kích từ không chổi than (Brushless Excitation) và kích từ tĩnh (Static Excitation). 

Các loại hệ thống kích từ máy phát điện phổ biến hiện nay

Hệ thống kích từ máy phát điện đóng vai trò cung cấp dòng điện kích thích giúp máy phát điện vận hành ổn định và duy trì điện áp đầu ra chính xác. Dưới đây là ba loại hệ thống kích từ phổ biến nhất hiện nay:

Kích từ máy phát điện một chiều (DC Excitation System)

Đây là loại hệ thống kích từ truyền thống, sử dụng máy phát điện một chiều để tạo ra dòng điện kích từ. Điện áp đầu ra của máy kích thích sẽ được điều chỉnh nhằm thay đổi dòng kích từ cho rotor. Hệ thống này có ưu điểm là dễ điều chỉnh, nhưng bảo trì phức tạp do phải sử dụng chổi than và cổ góp.

• Với máy phát điện công suất nhỏ, máy kích thích DC thường được kéo trực tiếp cùng trục với tua-bin hoặc máy phát.

• Với máy công suất lớn, hệ thống thường có động cơ riêng biệt để điều khiển máy kích thích.

Kích từ máy phát điện xoay chiều (AC Excitation System)

Kích từ máy phát điện xoay chiều hay còn được gọi là hệ thống kích từ không chổi than (Brushless Excitation System) hiện đại và phổ biến nhất trong các máy phát điện công nghiệp.

• Hệ thống này gồm máy phát kích thích xoay chiều có phần cảm (rotor) quay và phần ứng (stator) tĩnh, kết hợp với bộ chỉnh lưu quay lắp trực tiếp trên trục.

• Khi máy hoạt động, dòng điện kích từ được chỉnh lưu từ AC sang DC, truyền thẳng đến rotor mà không cần chổi than, giúp tăng độ bền và giảm chi phí bảo trì.

Hệ thống kích từ tĩnh (Static Excitation System)

Đây là dạng hệ thống kích từ hiện đại, sử dụng bộ chỉnh lưu bán dẫn (Thyristor) để biến đổi dòng AC thành DC.

• Hệ thống này không có phần quay, nên phản ứng nhanh, điều chỉnh điện áp ổn định và dễ điều khiển bằng điện tử.

• Được ứng dụng nhiều trong máy phát điện công suất lớn hoặc hệ thống cần kiểm soát điện áp chính xác cao.

Chức năng của hệ thống kích từ máy phát điện

Hệ thống kích từ máy phát điện giữ vai trò trọng tâm trong toàn bộ hoạt động của máy phát, đảm bảo dòng điện được sinh ra ổn định, liên tục và đạt hiệu suất tối đa.

Chức năng chính của hệ thống kích từ là cung cấp dòng điện một chiều cho cuộn dây kích từ, giúp tạo ra từ trường trong rotor để máy phát điện có thể sinh công và phát điện. Từ đó, hệ thống kích từ sẽ điều chỉnh điện áp đầu ra phù hợp với tải tiêu thụ.

- Giúp điện áp luôn ở mức cân bằng, không bị dao động khi tải thay đổi hoặc khi gặp tình huống tụt áp đột ngột.

- Duy trì công suất phát điện ở mức tối ưu, nâng cao hiệu quả vận hành của máy.

- Điều phối công suất phản kháng giữa các máy phát điện khi hoạt động song song, tránh tình trạng quá tải hoặc mất cân bằng.

- Giúp máy phát điện vận hành bền bỉ, điện áp đầu ra ổn định trong suốt thời gian dài sử dụng.

Một số lỗi thường gặp trong hệ thống kích từ máy phát điện

Trong quá trình vận hành, hệ thống kích từ máy phát điện có thể gặp một số sự cố ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phát điện và ổn định điện áp. Hai lỗi phổ biến nhất là mất kích từ và mất từ dư.

Mất kích từ máy phát điện

Dấu hiêu: Dòng kích từ của máy phát đột ngột giảm về 0, công suất vô công (Reactive Power) chuyển sang giá trị âm, trong khi công suất hữu công (Active Power) lại tăng bất thường hoặc dòng điện stato tăng cao, khiến máy phát điện bị mất đồng bộ, dẫn đến điện áp đầu ra không ổn định.

Nguyên nhân: Do bộ kích từ hoặc mạch điều khiển AVR bị lỗi, đứt mạch kích từ hoặc hỏng bộ chỉnh lưu hay mất nguồn cấp cho hệ thống kích từ.

Cách khắc phục: Cần kiểm tra và điều chỉnh điện áp đầu ra của máy phát điện phù hợp với tải, sửa chữa hoặc thay thế bộ kích từ, AVR nếu phát hiện lỗi và đảm bảo các dây nối và mạch điện trong hệ thống kích từ được đấu nối chính xác.

Mất từ dư trong máy phát điện

Dấu hiệu:  Máy phát điện không thể tự kích từ để khởi động, điện áp đầu ra bằng 0 hoặc rất thấp khi mới khởi động.

Nguyên nhân: Do máy để lâu không sử dụng khiến từ dư trong lõi thép bị mất hoặc đấu nhầm cực tính trong quá trình bảo trì hoặc thay thế linh kiện.

Cách khắc phục: Tiến hành kích từ cưỡng bức (manual excitation) bằng cách cấp dòng điện một chiều nhỏ vào cuộn kích từ để khôi phục từ dư. Kiểm tra lại cực tính đấu nối và tình trạng cuộn dây trước khi vận hành lại máy phát.

Kết luận

Việc lựa chọn hệ thống kích từ phù hợp giúp máy phát điện vận hành hiệu quả, bền bỉ và an toàn hơn trong môi trường công nghiệp hoặc dân dụng. Nếu bạn đang tìm hiểu hoặc có nhu cầu mua máy phát điện, bộ lưu điện, hãy liên hệ ngay Dianyo Powergen đơn vị cung cấp máy phát điện công nghiệp chất lượng cao, giá tốt, dịch vụ hậu mãi tận tâm với rất nhiều các dòng máy phát điện nhập khẩu đến từ các thương hiệu nổi tiếng như Cummins, Dianyo, Mitsubishi, Yuchai, Weichai, Hyundai,..., chúng tôi cam kết máy mới 100%, bảo hành, bảo trì 24/7.