Máy phát điện xoay chiều là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tiễn

Máy phát điện xoay chiều là thiết bị dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng xoay chiều phổ biến nhất hiện nay. Từ các hộ gia đình, công trình dân dụng đến nhà máy công nghiệp, điện xoay chiều đều hiện diện và được tạo ra nhờ các máy phát điện chạy bằng xăng, dầu diesel, sức nước, gió hoặc hơi nước.

Trong bài viết này, Điện Trung Hà Nội sẽ cùng bạn tìm hiểu chi tiết: máy phát điện xoay chiều là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy, cũng như những ứng dụng thực tế.

Máy phát điện xoay chiều là gì?

Máy phát điện xoay chiều là thiết bị có chức năng biến đổi cơ năng thành điện năng xoay chiều, dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi một dây dẫn cắt qua từ trường hoặc một từ trường biến thiên cắt qua dây dẫn, dòng điện sẽ được sinh ra đó chính là nguyên lý hoạt động cốt lõi của máy phát điện xoay chiều.

Nguồn cơ năng để vận hành máy phát điện xoay chiều thường đến từ các thiết bị quay như tuabin nước (thủy điện), tuabin gió (điện gió), tuabin hơi (nhiệt điện), động cơ xăng hoặc động cơ dầu diesel. Khi các nguồn cơ năng này làm quay rotor của máy phát, từ trường sẽ tác động lên cuộn dây và tạo ra dòng điện xoay chiều cung cấp cho hệ thống tiêu thụ.

Máy phát điện xoay chiều được rộng rãi trong hệ thống cung cấp điện từ quy mô gia đình đến công nghiệp nặng.

Hình ảnh mô tả máy phát điện xoay chiều của Trung Điện Hà Nội

Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều

Máy phát điện xoay chiều có cấu tạo cơ bản gồm hai bộ phận chính: phần cảm và phần ứng. Đây là hai thành phần không thể thiếu giúp thiết bị hoạt động ổn định và tạo ra dòng điện xoay chiều hiệu quả.

• Phần cảm: Có nhiệm vụ tạo ra từ trường, phần cảm thường là nam châm điện được cấp dòng điện một chiều để sinh ra từ trường ổn định.

• Phần ứng: Là nơi sinh ra dòng điện xoay chiều, thường được cấu tạo từ các cuộn dây dẫn điện quấn quanh lõi sắt từ để tăng hiệu suất cảm ứng.

Trong cấu trúc máy, một phần sẽ quay (gọi là Rôto) và một phần đứng yên (gọi là Stato). Tùy theo thiết kế, phần cảm có thể là rôto hoặc stato và ngược lại với phần ứng. Sự tương tác giữa chuyển động quay và từ trường tạo ra dòng điện xoay chiều cung cấp cho tải tiêu thụ.

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều

Máy phát điện xoay chiều hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, một nguyên lý vật lý quan trọng do nhà bác học Michael Faraday phát hiện vào năm 1831. Theo đó, khi một cuộn dây dẫn được đặt trong một từ trường biến thiên, hoặc khi một vật dẫn chuyển động trong từ trường, dòng điện cảm ứng sẽ được sinh ra trong cuộn dây.

Trong máy phát điện xoay chiều, phần quay (rôto) hoặc phần đứng yên (stato) sẽ tạo ra từ trường, phần còn lại là cuộn dây. Khi rôto quay, từ thông qua cuộn dây biến đổi liên tục, từ đó tạo ra suất điện động xoay chiều – chính là dòng điện xoay chiều mà máy phát cung cấp ra ngoài.

Faraday đã chứng minh điều này thông qua một thí nghiệm đơn giản: Khi di chuyển một thanh nam châm gần một cuộn dây mắc nối tiếp với điện kế, kim điện kế lệch cho thấy có dòng điện cảm ứng xuất hiện. Đặc biệt:

• Khi nam châm di chuyển nhanh hơn, dòng điện tạo ra càng mạnh.

• Khi nam châm đứng yên, dòng điện cảm ứng bằng 0.

• Khi thay nam châm bằng nam châm điện, kết quả vẫn tương tự.

Từ nguyên lý này, các dòng máy phát điện xoay chiều hiện đại ra đời, sử dụng cơ năng từ tuabin, động cơ để tạo ra điện phục vụ sinh hoạt và sản xuất với hiệu suất cao và độ tin cậy lớn.

Máy phát điện xoay chiều 1 pha và 3 pha

Dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, máy phát điện xoay chiều được chia hai loại chính: máy phát điện xoay chiều 1 pha và máy phát điện xoay chiều 3 pha.

1. Máy phát điện xoay chiều 1 pha

Máy phát điện xoay chiều 1 pha là thiết bị tạo ra dòng điện xoay chiều chỉ có một pha duy nhất. Loại máy này thường có công suất nhỏ (dưới 30 kVA) và phổ biến trong các hộ gia đình, quán nhỏ, tiệm sửa chữa... Đa phần máy được trang bị động cơ xăng, dễ di chuyển và vận hành đơn giản.

Máy phát điện 1 pha có thể hoạt động theo 2 cách chính:

• Cách 1:

Rôto là phần cảm (nam châm quay) – tạo ra từ trường.

Stato là phần ứng (cuộn dây đứng yên) – sinh ra dòng điện.
→ Cách này thông dụng nhất vì dễ đấu nối dây dẫn ra ngoài, đảm bảo an toàn và độ ổn định cao.

• Cách 2:

Stato là phần cảm (nam châm đứng yên).

Rôto là phần ứng (cuộn dây quay).
→ Dòng điện sinh ra nằm trên phần quay, nên phải sử dụng bộ góp gồm chổi than và vành khuyên để truyền điện ra ngoài. Tuy nhiên, cơ cấu này dễ hao mòn và tạo tia lửa, chỉ phù hợp với máy phát nhỏ hoặc sử dụng tạm thời.

2. Máy phát điện xoay chiều 3 pha

Máy phát điện 3 pha là thiết bị chuyên dụng trong công nghiệp, có khả năng tạo ra 3 dòng điện xoay chiều lệch nhau 120 độ, hoạt động đồng thời. Máy thường sử dụng động cơ diesel công suất lớn, thích hợp cho nhà máy, công trình lớn hoặc các thiết bị điện công suất cao.

Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 3 pha:

Stato (phần đứng yên) là phần ứng, chứa ba cuộn dây giống nhau đặt lệch nhau 120 độ trên vòng tròn.

Rôto (phần quay) là nam châm điện – tạo ra từ trường quay.

Máy phát điện 3 pha có khả năng tạo ra từ trường quay liên tục, giúp khởi động và vận hành động cơ 3 pha một cách hiệu quả. 

Ưu điểm của máy phát điện xoay chiều so với máy phát điện một chiều

So với máy phát điện một chiều (DC), máy phát điện xoay chiều (AC) mang nhiều ưu thế vượt trội:

• Dòng điện xoay chiều có thể tăng – giảm điện áp thông qua máy biến áp, thuận tiện cho việc truyền tải đi xa với tổn hao thấp.

• Máy xoay chiều không cần bộ chổi than như máy một chiều, giúp giảm hao mòn, tăng tuổi thọ và giảm chi phí bảo trì.

• Nhờ thiết kế tối ưu, máy phát điện xoay chiều thường nhẹ và gọn hơn so với máy một chiều cùng công suất.

• Tổn thất điện năng trong máy xoay chiều thấp hơn, giúp tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu quả sử dụng.

Ứng dụng của máy phát điện xoay chiều

Máy phát điện xoay chiều được ứng dụng rộng rãi từ hộ gia đình, doanh nghiệp, đến các ngành công nghiệp lớn. Dưới đây là những ứng dụng phổ biến nhất hiện nay:

1. Trong hộ gia đình và văn phòng nhỏ

Đối với hộ gia đình, cửa hàng kinh doanh nhỏ hoặc văn phòng, máy phát điện nhập khẩu đóng vai trò là nguồn điện dự phòng ổn định khi xảy ra sự cố mất điện. Các dòng máy phát điện dân dụng thường có công suất từ 2kW – 10kW, thiết kế nhỏ gọn, dễ di chuyển và lắp đặt.

Bạn có thể lựa chọn máy phát điện chạy xăng hoặc máy phát điện diesel theo nhu cầu và mức độ sử dụng. Hai dòng máy này đều cung cấp điện cho đèn chiếu sáng, quạt, tivi, tủ lạnh, máy giặt, điều hòa, bếp từ, bình nóng lạnh…

2. Trong các nhà máy, xí nghiệp và bệnh viện

Tại các cơ sở yêu cầu nguồn điện liên tục như trung tâm thương mại, doanh nghiệp sản xuất hay bệnh viện đều yêu cầu phải có máy phát điện công suất lớn, vì vậy máy phát điện xoay chiều 3 pha là lựa chọn không thể thiếu. Dòng máy sử dụng động cơ diesel mạnh mẽ, tốc độ 1500 vòng/phút, đảm bảo hoạt động suốt nhiều giờ, nhiều ngày liên tục. 

Đặc biệt, máy phát điện cho bệnh viện giúp cho các thiết bị y tế phải duy trì hoạt động 24/7, đảm bảo sự ổn định của hệ thống điện, tránh gián đoạn gây nguy hiểm đến tính mạng người bệnh.

Các dòng máy phát điện công nghiệp có công suất lớn phổ biến tại thị trường Việt Nam hiện nay: Dianyo, Cummins, Yuchai, Weichai,....

3. Trong nhà máy điện gió

Máy phát điện xoay chiều còn được ứng dụng trong nhà máy điện gió. Khi gió làm quay các cánh tuabin, chuyển động này sẽ được truyền đến roto, từ đó vận hành máy phát tạo ra dòng điện xoay chiều.

Điện năng tạo ra sẽ được hòa vào lưới điện Quốc gia, góp phần tăng tỷ trọng năng lượng tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính. Tuy nhiên, theo Bộ Công Thương (2021), điện gió hiện mới chỉ chiếm dưới 10% tổng sản lượng điện tại Việt Nam.

4. Trong nhà máy nhiệt điện

Tại các nhà máy nhiệt điện, năng lượng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu (chủ yếu là than đá) được dùng để làm sôi nước. Hơi nước sinh ra có áp suất cao sẽ làm quay tuabin hơi – truyền động đến máy phát điện xoay chiều để tạo ra điện năng. Điện sản xuất từ nhà máy nhiệt điện sau đó được hòa vào hệ thống điện Quốc gia.

5. Trong nhà máy thủy điện

Nhà máy thủy điện sử dụng dòng nước chảy từ các hồ chứa, đập thủy điện để làm quay tuabin nước, từ đó kéo theo máy phát điện hoạt động. Đây là ứng dụng điển hình của máy phát điện xoay chiều trong năng lượng tái tạo.

Kết luận

Ngày nay, máy phát điện xoay chiều đã trở thành giải pháp không thể thiếu để đảm bảo nguồn điện ổn định và liên tục. Nếu bạn đang tìm kiếm đơn vị cung cấp máy phát điện nhập khẩu uy tín, chất lượng cao và dịch vụ kỹ thuật chuyên nghiệp, Trung Điện Hà Nội chính là lựa chọn đáng tin cậy. Với kinh nghiệm nhiều năm trong ngành, cùng đội ngũ kỹ thuật giàu kinh nghiệm của Trung Điện Hà Nội luôn sẵn sàng hỗ trợ khảo sát, tư vấn lắp đặt và bảo trì thiết bị. Chúng tôi cung cấp máy phát điện giá tốt, vận hành ổn định, an toàn, tiết kiệm tối đa chi phí. Liên hệ ngay với Trung Điện Hà Nội để được tư vấn giải pháp máy phát điện tối ưu nhất cho công trình hoặc doanh nghiệp của bạn!