Máy phát điện không đồng bộ là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng thực tế

Máy phát điện không đồng bộ là một trong những thiết bị quan trọng trong hệ thống phát điện công nghiệp, đặc biệt được ứng dụng nhiều trong các nhà máy thủy điện nhỏ, tua-bin gió, máy phát điện công nghiệp và hệ thống tận dụng năng lượng tái tạo. Với ưu điểm về cấu tạo đơn giản, dễ bảo trì và chi phí đầu tư hợp lý, máy phát điện không đồng bộ ngày càng được nhiều doanh nghiệp lựa chọn.

Trong bài viết này, hãy cùng Trung Điện Hà Nội tìm hiểu về khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy phát điện công nghiệp không đồng bộ để đầu tư đúng, tránh lãng phí. 

Tìm hiểu máy phát điện không đồng bộ là gì?

Máy phát điện không đồng bộ là thiết bị thuộc nhóm máy phát điện xoay chiều, hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Trong đó, rô-to quay chậm hơn tốc độ quay của từ trường stato đây chính là điểm khác biệt so với máy phát điện đồng bộ.

Nhờ tính năng thuận nghịch thiết bị này vừa có thể đóng vai trò là máy phát điện, vừa có thể vận hành như một động cơ điện tùy theo nhu cầu sử dụng và cấu hình hệ thống. Đây cũng là lý do vì sao máy phát điện không đồng bộ được ứng dụng phổ biến trong các nhà máy thủy điện nhỏ, hệ thống tận dụng năng lượng tái tạo hoặc mô hình phát điện tận dụng năng lượng cơ dư thừa.

Dựa theo cấu tạo và nguyên lý vận hành, máy phát điện không đồng bộ được phân thành nhiều loại:

• Theo vỏ máy: Bao gồm kiểu vỏ kín có cơ chế chống bụi, độ ẩm, vỏ hở giúp thoáng khí, tản nhiệt tốt và vỏ bảo vệ giúp hạn chế va đập, tác động bên ngoài. 

• Theo số pha: Có thể là máy phát 1 pha, 2 pha hoặc 3 pha, tùy vào quy mô sử dụng và yêu cầu kỹ thuật.

• Theo dạng rô-to: Gồm rô-to dây quấn (phức tạp hơn, điều khiển tốt) và rô-to lồng sóc (thông dụng, bền, dễ bảo trì).

Cấu tạo cơ bản của máy phát điện không đồng bộ

Máy phát điện không đồng bộ được cấu tạo từ hai phần chính: phần tĩnh (Stato) và phần quay (Rôto). Mỗi bộ phận đều giữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất phát điện và độ ổn định của thiết bị.

Phần tĩnh – Stato

Stato là phần đứng yên của máy, có nhiệm vụ tạo ra từ trường quay và dẫn điện. Cấu tạo chi tiết gồm:

- Lõi stato: Có dạng hình trụ, làm từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại, giúp dẫn từ tốt, hạn chế tổn hao do dòng điện xoáy. Các lá thép được dập thành rãnh để đặt dây quấn, đồng thời được xử lý bề mặt để tăng khả năng chống ăn mòn.

- Dây quấn: Được làm từ đồng nguyên chất, phủ lớp cách điện và đặt trong các rãnh lõi thép. Đây là bộ phận quan trọng tạo ra từ trường quay khi có dòng điện đi qua.

- Vỏ ngoài: Làm bằng gang hoặc nhôm chắc chắn, có nhiệm vụ bảo vệ lõi và dây quấn bên trong. Thiết kế vỏ giúp cố định stato một cách chắc chắn vào khung máy.

 Phần quay – Rôto

Rôto là bộ phận quay quanh trục, giữ vai trò chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng và đây cũng là điểm khác biệt giữa máy phát điện không đồng bộ. Cấu tạo bao gồm:

- Lõi rôto: Tương tự như stato, lõi được ghép từ nhiều lá thép kỹ thuật. Bề mặt ngoài được dập rãnh để đặt dây quấn (ở loại dây quấn) hoặc đúc kín dạng lồng sóc. Phần lõi giúp dẫn từ hiệu quả trong quá trình máy vận hành.

- Trục máy: Được chế tạo từ thép không gỉ, độ cứng cao, gắn trực tiếp với lõi rôto. Đây là bộ phận truyền lực quay từ động cơ đầu vào (như tua-bin) và đóng vai trò giữ cho rôto vận hành ổn định.

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện không đồng bộ

Máy phát điện không đồng bộ hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, nhưng có sự khác biệt đáng kể so với các dòng máy phát đồng bộ thông thường. Thiết bị này vận hành hiệu quả khi được kết nối với lưới điện và sử dụng năng lượng cơ từ một động cơ sơ cấp.

Cuộn dây quấn stato của máy phát được nối trực tiếp với lưới điện xoay chiều. Khi một động cơ sơ cấp (ví dụ như tua-bin nước hoặc tua-bin gió) kéo rôto quay với vận tốc n lớn hơn n1 (trong đó n1 là tốc độ từ trường quay), và quay cùng chiều với từ trường, thì hiện tượng cảm ứng điện từ sẽ xảy ra trong rôto.

Khi đó, từ trường quét qua rôto có chiều ngược lại so với chiều quay của rôto. Điều này tạo ra một suất điện động cảm ứng, làm phát sinh dòng điện trong rôto.

Dòng điện này sẽ tạo ra một từ trường thứ cấp, cùng chiều với từ trường chính, giúp hình thành momen điện từ. Mômen hãm sinh ra sẽ cân bằng với mômen quay từ động cơ sơ cấp, giúp máy phát hoạt động ổn định ở chế độ phát điện.

Điện năng được sinh ra tại stato, thông qua quá trình chuyển đổi năng lượng: từ cơ năng đầu vào thành điện năng đầu ra.

Tuy nhiên, một hạn chế lớn của máy phát điện không đồng bộ là nó không thể tự khởi động phát điện nếu không có dòng kích thích ban đầu từ lưới điện. Trong trường hợp không kết nối với lưới, bắt buộc phải kích từ ngoài (sử dụng tụ điện hoặc nguồn điện hỗ trợ) để khởi tạo từ trường ban đầu cho stato.

Ứng dụng của máy điện không đồng bộ 3 pha

Máy phát điện không đồng bộ 3 pha hiện nay không được sử dụng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hằng ngày. Lý do chính là do hiệu suất làm việc chưa thực sự tối ưu và phụ thuộc vào nguồn kích từ từ lưới điện, khiến việc vận hành độc lập gặp nhiều hạn chế. Thay vào đó, các dòng máy phát điện xoay chiều đồng bộ đang được ưa chuộng hơn nhờ khả năng làm việc ổn định và hiệu suất cao trong nhiều lĩnh vực.

Tuy nhiên, khi xét đến động cơ không đồng bộ 3 pha – một “người anh em” của máy phát không đồng bộ – thì đây lại là thiết bị được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện đại. Với thiết kế đơn giản, giá thành hợp lý, độ bền cao và gần như không cần bảo trì định kỳ, động cơ không đồng bộ trở thành lựa chọn hàng đầu trong các nhà máy, xưởng sản xuất.

Một số ưu điểm nổi bật của động cơ không đồng bộ 3 pha có thể kể đến:

• Khả năng vận hành liên tục, ít hỏng hóc.

• Dãy công suất đa dạng, từ vài Watt cho tới hàng nghìn kW.

• Tối ưu trong điều chỉnh tốc độ hoạt động khi được kết hợp với biến tần hoặc hệ thống điều khiển thông minh.

• Sử dụng chủ yếu trong hệ thống quạt công nghiệp, bơm nước công suất lớn, băng tải, máy nén khí, và nhiều thiết bị cơ khí khác.

Hiện tại, trên thị trường, động cơ không đồng bộ ba pha chiếm phần lớn thị phần, trong khi dòng 1 pha chỉ dùng cho các ứng dụng công suất nhỏ trong dân dụng.

So sánh điểm khác nhau giữa máy phát điện không đồng bộ và đồng bộ

Trên thực tế, máy phát điện không đồng bộ và máy phát điện đồng bộ thường có hình dáng bên ngoài khá giống nhau, khiến nhiều người dễ nhầm lẫn khi lựa chọn. Tuy nhiên, về bản chất hoạt động, cấu tạo và ứng dụng, hai loại máy này lại có nhiều điểm khác biệt rõ rệt.

Để giúp bạn hiểu rõ hơn và lựa chọn thiết bị phù hợp, Trung Điện Hà Nội tổng hợp bảng so sánh chi tiết dưới đây:

Đơn vị cung cấp máy phát điện không đồng bộ uy tín hiện nay 

Hiện nay, máy phát điện không đồng bộ đang được phân phối rộng rãi tại nhiều đại lý trên toàn quốc. Tuy nhiên, để đảm bảo chọn đúng sản phẩm chính hãng, hiệu suất ổn định và được tư vấn chuyên sâu từ A – Z, khách hàng nên ưu tiên những địa chỉ uy tín như Trung Điện Hà Nội.

Tại đây, bạn có thể dễ dàng tìm thấy các model máy phát điện nổi bật đến từ các thương hiệu lớn như Dianyo, Cummins, Mitsubishi, Yuchai, Weichai…, với đầy đủ giấy tờ chứng minh nguồn gốc xuất xứ (CO, CQ) rõ ràng. Sản phẩm được phân phối đa dạng công suất, mẫu mã – phù hợp cho mọi nhu cầu từ hộ gia đình, doanh nghiệp nhỏ đến nhà máy công nghiệp lớn. Nếu bạn đang cần tìm dòng máy phát điện giá tốt đừng ngần ngại liên hệ Trung Điện Hà Nội qua hotline để được tư vấn chi tiết các model phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng của bạn.