Máy phát điện công nghiệp

Sản phẩm trong giỏ:

Máy phát điện đồng bộ lưới điện là gì? Nguyên lý hoạt động và cấu tạo chi tiết

2025-07-15 21:16:23

Máy phát điện đồng bộ lưới điện là thiết bị cần thiets trong hệ thống cung cấp điện công nghiệp, đặc biệt trong các nhà máy, khu công nghiệp có yêu cầu ổn định và chất lượng điện năng cao. Với khả năng làm việc song song với lưới điện quốc gia, máy phát điện đồng bộ không chỉ giúp đảm bảo nguồn điện liên tục mà còn góp phần nâng cao hiệu suất vận hành của toàn hệ thống. Vậy làm thế nào để thực hiện hòa đồng bộ chính xác và an toàn? Trong bài viết này, Trung Điện Hà Nội sẽ cùng bạn tìm hiểu chi tiết.

1. Máy phát điện đồng bộ là gì?

Máy phát điện đồng bộ là loại máy phát điện xoay chiều trong đó tốc độ quay của rôto (n) luôn bằng với tốc độ quay của từ trường trong stato (n1), tức là đạt trạng thái đồng bộ. Trong điều kiện làm việc ổn định, tốc độ quay của rôto luôn không đổi, giúp hệ thống phát điện hoạt động với độ chính xác và hiệu quả cao.

Máy phát điện đồng bộ lưới điện chính là nguồn phát chủ lực cho hệ thống điện quốc gia. Thiết bị này thường được dẫn động bởi các loại tuabin như tuabin hơi, tuabin nước hoặc tuabin khí, và có thể được kết nối song song với nhau để tạo thành hệ thống phát điện đồng bộ, với mỗi tổ máy có công suất lớn vượt trên 1200MW. Điều này giúp đảm bảo khả năng cung cấp điện liên tục, ổn định và hiệu quả trong các hệ thống công nghiệp trọng điểm.

Động cơ điện đồng bộ còn được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng truyền động công suất lớn, lên tới hàng chục triệu watt, đặc biệt trong các ngành công nghiệp như luyện kim, khai thác mỏ, khí nén, hệ thống làm lạnh công nghiệp, máy bơm nước và quạt gió cỡ lớn.

Máy phát điện đồng bộ

2. Cấu tạo máy phát điện đồng bộ

Máy phát điện đồng bộ lưới điện là thiết bị đóng vai trò trọng yếu trong hệ thống truyền tải và cung cấp điện quy mô lớn. Về cơ bản, máy gồm hai bộ phận chính: stato (phần ứng) và roto (phần cảm), hoạt động đồng bộ để tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha chất lượng cao.

Stato - Phần ứng tạo ra điện năng

Stato của máy phát điện công nghiệp đồng bộ có cấu tạo tương tự như stato của máy điện không đồng bộ, bao gồm hai thành phần chính:

  • Lõi thép: Được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng, ghép lại bằng rãnh nhỏ và được phun sơn cách điện nhằm hạn chế tổn thất dòng xoáy và chống ăn mòn.

  • Dây quấn stato: Là dây đồng nguyên chất được đặt trong các rãnh của lõi thép, có vai trò chính trong việc sinh ra dòng điện xoay chiều ba pha. Đây là bộ phận giúp chuyển đổi năng lượng từ trường thành điện năng để cấp cho tải.

Roto - Phần cảm tạo từ trường

Roto của máy phát điện đồng bộ lưới điện hoạt động như một nam châm điện, được cấp dòng điện một chiều để tạo ra từ trường quay. Roto có hai loại chính, phù hợp với từng loại máy phát điện công nghiệp khác nhau:

  • Roto cực lồi: Có thiết kế khe hở không khí không đều, giúp tạo ra từ trường phân bố hình sin, tương ứng với điện áp sin ở đầu ra. Thường được sử dụng trong các máy phát tốc độ thấp, nhiều cực như trong nhà máy thủy điện.

  • Roto cực ẩn: Có khe hở không khí đều và ít cực hơn (thường là 2 hoặc 4 cực), phù hợp với các máy phát điện công nghiệp tốc độ cao như máy kéo bởi tuabin hơi trong các nhà máy nhiệt điện. Roto dạng này thường được chế tạo nguyên khối, có đường kính nhỏ và khả năng chịu lực ly tâm lớn.

Cấu tạo máy phát điện đồng bộ

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

Máy phát điện đồng bộ lưới điện là một loại máy phát điện xoay chiều có nguyên lý vận hành đặc biệt, khác biệt so với các dòng máy phát không đồng bộ thông thường. Hoạt động dựa trên sự đồng bộ giữa tốc độ quay của rôto và tốc độ của từ trường quay trong stato, tạo ra dòng điện xoay chiều ổn định, chuẩn tần số. 

Khi động cơ sơ cấp (như tuabin hơi, tuabin nước hoặc tuabin khí) quay và truyền chuyển động đến rôto của máy phát, tốc độ rôto dần tiến đến tốc độ định mức. Cùng lúc đó, một nguồn điện một chiều được cấp vào dây quấn kích thích trên rôto thông qua chổi than và vành góp, biến rôto thành một nam châm điện.

Khi rôto quay, từ trường quay của nó sẽ cắt ngang các cuộn dây trong stato, từ đó tạo ra suất điện động cảm ứng xoay chiều hình sin trong dây quấn stato đây là điện áp đầu ra của máy phát. 

Giá trị hiệu dụng của suất điện động được xác định theo công thức:

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. 

Khi máy có P đôi cực từ và rôto quay với tốc độ N (vòng/phút), tần số của dòng điện xoay chiều được tính theo công thức: F = N.P/60  Hoặc N = 60F/P  

Khi nối dây quấn stato với tải, dòng điện xoay chiều ba pha được hình thành và truyền đến hệ thống tiêu thụ. Tốc độ quay của từ trường trong stato được gọi là tốc độ đồng bộ và được tính bằng: N1 = 60F/P (rpm)    

Vì tốc độ quay của rôto (N) và tốc độ của từ trường (N₁) luôn bằng nhau, nên thiết bị này được gọi là máy điện đồng bộ một đặc điểm nổi bật phân biệt nó với các dòng máy phát điện xoay chiều không đồng bộ.

Cơ chế vận hành của máy phát điện đồng bộ

4. Điều kiện hòa đồng bộ máy phát điện

Để thực hiện thành công quá trình này, máy phát điện cần đáp ứng đầy đủ các điều kiện hòa đồng bộ sau:

- Về tần số (f): Tần số của máy phát phải xấp xỉ bằng tần số của lưới điện (hoặc của máy phát khác nếu hòa đồng bộ giữa hai máy). Thông thường, tần số máy phát sẽ được điều chỉnh cao hơn tần số lưới một chút (∆f > 0), để khi đóng máy cắt, máy phát sẽ bị kéo theo tần số lưới và bắt đầu phát ra một lượng công suất nhỏ.

- Về điện áp (U): Điện áp đầu ra của máy phát điện đồng bộ lưới điện cần phải gần bằng điện áp lưới. Nếu có sự chênh lệch điện áp quá lớn, dòng xung kích khi đóng máy cắt sẽ rất cao, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến thiết bị và hệ thống điện.

- Về pha và thứ tự pha: Thứ tự pha giữa máy phát và lưới phải giống nhau (ví dụ ABC – ABC). Góc pha giữa các pha (A, B, C) phải trùng nhau tại thời điểm đóng máy cắt. Nếu thứ tự pha sai hoặc lệch góc pha, quá trình hòa đồng bộ có thể gây ra dòng ngắn mạch rất lớn, làm hư hỏng máy phát và thiết bị bảo vệ.

Trong thực tiễn, tổ hợp máy phát điện Diesel (Governor) thường được thiết lập với tốc độ không tải (FSNL – Full Speed No Load) khoảng 100,3% tốc độ định mức. Đây là tần số chuẩn được dùng để khởi động quá trình hòa đồng bộ. 

Điều kiện hòa đồng bộ máy phát điện

5. Các phương pháp hòa đồng bộ máy phát điện

Để máy phát điện đồng bộ lưới điện vận hành an toàn và hiệu quả, việc hòa đồng bộ đúng kỹ thuật là yếu tố bắt buộc. Tùy theo yêu cầu và hệ thống điều khiển, hiện nay có hai phương pháp hòa đồng bộ phổ biến đang được áp dụng trong thực tế:

Hòa đồng bộ chính xác (Manual Synchronization)

Phương pháp này yêu cầu người vận hành thực hiện từng bước thủ công, đảm bảo các thông số kỹ thuật đạt yêu cầu trước khi đóng máy cắt. Các bước bao gồm:

- Điều chỉnh điện áp đầu ra của máy phát (UF) gần bằng với điện áp lưới (UHT) theo tỷ lệ: UHT (⁄2UF%⁄ »1⁄UHT%⁄2)

- Đồng bộ tốc độ góc quay của rôto máy phát (ωF) với tốc độ góc quay của từ trường trong lưới (ωHT), đảm bảo: (wF » wHT).

- Canh chỉnh pha của hai vectơ điện áp (máy phát và lưới điện) sao cho góc pha trùng khớp đúng vào thời điểm đóng máy cắt. Đây là bước then chốt để hạn chế dòng ngắn mạch khi hòa lưới.

Các phương pháp hòa đồng bộ máy phát điện

Hòa đồng bộ tự động (Automatic Synchronization)

Phương pháp hòa đồng bộ tự động sử dụng hệ thống điều khiển và rơle chuyên dụng để tự động so sánh, điều chỉnh và cho phép đóng máy cắt khi các điều kiện kỹ thuật đã phù hợp. Quy trình cơ bản:

- Không kích từ trước: Trong giai đoạn đầu, máy phát không được kích từ. Hệ thống sẽ cắt kích từ bằng aptomat khử từ để đảm bảo máy phát không phát điện cho đến khi đồng bộ hoàn toàn.

- Tốc độ góc quay của máy phát phải được điều chỉnh gần bằng tốc độ quay của hệ thống (ωF ≈ ωHT).

- Sau khi đồng bộ pha, điện áp và tần số, hệ thống tự động sẽ kích từ và cho phép đóng máy cắt vào lưới điện mà không cần can thiệp thủ công.

6. Phân biệt máy phát điện đồng bộ và không đồng bộ

Trong hệ thống cung cấp điện công nghiệp, việc lựa chọn giữa máy phát điện đồng bộ lưới điện và máy phát điện không đồng bộ phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng, chi phí đầu tư, mức độ ổn định và yêu cầu kỹ thuật. Dưới đây, Trung Điện Hà Nội sẽ chia sẻ với bạn cách phân biệt hai loại máy phát điện này:

Máy phát điện không đồng bộ

Máy phát điện không đồng bộ là một loại máy phát điện xoay chiều hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, trong đó tốc độ quay của rôto (n) khác với tốc độ quay của từ trường trong stato. 

Máy có hai bộ dây quấn: Dây quấn stato (sơ cấp) kết nối trực tiếp với lưới điện có tần số không đổi, dây quấn rôto (thứ cấp) tạo ra dòng điện nhờ sức điện động cảm ứng, tần số của dòng điện này phụ thuộc vào tốc độ rôto và tải gắn trên trục máy.

Máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, có thể làm việc như một động cơ điện hoặc một máy phát điện tùy theo điều kiện vận hành. Máy có cấu tạo đơn giản, chi phí thấp, dễ bảo trì nhưng khó kiểm soát tần số và điện áp ổn định, không phù hợp khi cần hòa đồng bộ vào lưới điện quốc gia.

Máy phát điện không đồng bộ

Máy phát điện đồng bộ

Máy phát điện đồng bộ lưới điện là thiết bị điện xoay chiều có tốc độ rôto (n) luôn bằng với tốc độ quay của từ trường (n₁) giúp máy duy trì điện áp và tần số ổn định, phù hợp khi hòa vào lưới điện. Thiết bị thường được kéo bởi các tuabin công suất lớn như: tuabin hơi, tuabin nước hoặc tuabin khí tạo thành nguồn phát chính trong hệ thống lưới điện quốc gia.

Với những hệ thống nhỏ hơn (ví dụ: khu công nghiệp, nhà máy), máy phát điện đồng bộ có thể kết hợp với động cơ diesel hoặc xăng, hoạt động đơn lẻ hoặc kết nối song song từ 2–3 tổ máy để tăng khả năng cung cấp điện. Khả năng hòa đồng bộ vào lưới điện một cách ổn định là ưu điểm lớn của máy phát điện đồng bộ, giúp đảm bảo chất lượng điện năng trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng quy mô lớn.

Máy phát điện đồng bộ

7. Đơn vị cung cấp máy phát điện đồng bộ lưới điện uy tín 

Trung Điện Hà nội là đơn vị chuyên cung cấp và cho thuê máy phát điện công nghiệp chính hãng uy tín và chất lượng. Nếu bạn có nhu cầu sử dụng máy phát điện có thể lựa chọn 2 hình thức: cho thuê máy phát điện (dài hạn hoặc ngắn hạn) hoặc mua máy phát điện theo nhu cầu. Chúng tôi phân phối đa dạng các dòng máy từ các thương hiệu hàng đầu như: Denyo, Cummins, Mitsubishi, Weichai, Yuchai, Hyundai, Dianyo…, đáp ứng đầy đủ các dải công suất và yêu cầu vận hành từ doanh nghiệp lớn đến nhỏ.

Là đơn vị chuyên phân phối máy phát điện nhập khẩu, chính hãng – Trung Điện Hà Nội mang đến sự an tâm cho khách hàng bởi những lợi ích sau đây: 

  • Cung cấp đa dạng và đầy đủ các công suất và dòng máy phát điện từ các thương hiệu lớn hiện nay.

  • Sản phẩm máy phát điện chính hãng, giá cả ổn định và cạnh tranh

  • Đội ngũ nhân viên kỹ thuật có kinh nghiệm, sẵn sàng hỗ trợ và tư vấn khách hàng

  • Thủ tục đơn giản, nhanh gọn

  • Xử lý kỹ thuật, hỗ trợ khách hàng 24/7

Đối tác chính

Zalo Messenger Icon
//