Ngày nay máy phát điện công nghiệp được sử dụng và ứng dụng rất nhiều vào đời sống. Mặc dù dòng điện xoay chiều được dùng rộng rãi, song máy phát điện một chiều vẫn tồn tại, đặc biệt là động cơ điện một chiều. Động cơ điện một chiều được sử dụng trong công nghiệp để đáp ứng những yêu cầu như mômen mở máy lớn, điều chỉnh tốc độ cách bằng phẳng và trong một phạm vi rộng.
Trong các thiết bị tự động, ta thấy các máy điện khuếch đại, các động cơ chấp hành cũng là máy điện một chiều.
Các máy điện một chiều còn thấy trong các thiết bị ôtô, tàu hỏa, máy bay. Ngoài ra, các máy điện một chiều điện áp thấp được dùng nhiều trong các thiết bị điện hóa, hàn điện có chất lượng cao.
Máy phát điện 1 chiều là gì?
Máy phát điện 1 chiều là thiết bị điện, dùng để biến đổi cơ năng thành dòng điện 1 chiều, phục vụ nhu cầu người sử dụng. Được sản xuất từ Các Thương Hiệu Máy Phát Điện Nổi Tiếng Trên Thế Giới, sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực về công nghiệp, xây dựng. Tại hộ gia đình dòng máy này được sử để sạc ắc quy, điện thoại, thắp sáng bóng đèn hay sử dụng để làm máy bơm nước, máy phát điện.
Khi được cấp nguồn nó sẽ hoạt động như một động cơ thông thường. Ngược lại nếu được kéo bởi một chiếc máy khác nó sẽ đóng vai trò như một chiếc máy phát siêu mạnh mẽ. Vì vậy máy phát điện 1 chiều còn được gọi là động cơ một chiều.
Phân loại máy phát điện 1 chiều
Máy phát một chiều được phân làm 4 loại dựa trên phương pháp kích từ của chúng:
Máy phát điện một chiều kích từ độc lập
Dòng điện kích từ của máy lấy từ nguồn điện 1 chiều bên ngoài, không liên hệ với phần ứng của máy. Do đó có thể chủ động được dòng kích từ để động cơ làm việc theo quy trình đã được chuẩn bị trước.
Máy phát điện một chiều kích từ song song
Để nhận được điện áp định mức khi máy khởi động thì cuộn dây kích từ cần phải được nối song song với mạch phần ứng. Khi đó momen của động cơ sẽ được tăng tuyến tính với dòng điện, còn tốc độ gần như không đổi theo phụ tải.
Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp
Cuộn dây kích từ được nối với dây quấn qua chổi than và cổ góp điện. Số vòng quấn cuộn dây kích từ phải ít và quấn bằng dây lớn khi dòng điện qua cuộn dây kích từ bằng dòng điện phần ứng. Do đó khi dòng điện phụ tải thay đổi dẫn đến tốc độ của động cơ cũng thay đổi theo. Tải nặng thì tốc độ giảm và ngược lại.
Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp
Đây là sự kết hợp đặc biệt giữa máy phát điện 1 chiều kích từ song song và nối tiếp. Phần cảm của dòng máy này có 2 cuộn dây:
+Cuộn kích từ song song quấn bằng dây nhỏ, nhiều vòng và nối song song với phần ứng.
+Cuộn kích từ nối tiếp quấn bằng dây to, ít vòng, đấu nối tiếp với phần ứng. Những máy lớn có thêm cuộn dây bù cũng đấu nối tiếp với phần ứng.
Mỗi loại sẽ có ưng dụng đặc trưng riêng cùng ưu điểm tương ứng.
Phân loại theo chức năng máy phát điện 1 chiều và động cơ điện 1 chiều
- Máy phát điện một chiều chuyển đổi cơ năng thành điện năng.
- Động cơ điện một chiều chuyển đổi điện năng thành cơ năng.
Nguyên lý hoạt động máy phát điện 1 chiều
Nguyên lý hoạt động cơ bản của máy biến áp, cuộn cảm, các loại động cơ điện, máy phát điện và nam châm điện dựa trên định luật cảm ứng điện từ Faraday. Khi một dây dẫn đặt trong từ trường không ổn định; một lực điện động sẽ được cảm ứng trong dây dẫn. Độ lớn cảm ứng được đo bằng phương trình suất điện động của máy phát điện.
Trong máy phát điện một chiều, sự chuyển động của cuộn dây sẽ tạo ra từ trường, giúp sản sinh ra dòng điện
Tùy vào loại máy điện một chiều có nguyên lý làm việc khác nhau nhưng đều dựa trên những định luật sau:
Định luật cảm ứng điện từ
- Từ thông biến thiên qua vòng dây: khi từ thông đi qua một vòng dây biến thiên sẽ làm xuất hiện một sức điện động cảm ứng trong vòng dây. Sức điện động cảm ứng có chiều sao cho dòng điện do nó sinh ra có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó.
- Thanh dẫn chuyển động thẳng trong từ trường: trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động. Chiều của sức điện động được xác định bằng qui tắc bàn tay phải. Cho đường sức từ đi vào lòng bàn tay phải, ngón tay cái choãi ra chỉ chiều chuyển động của dây dẫn còn chiều từ cổ tay tới ngón tay chỉ chiều sức điện động.
Cấu tạo máy phát điện 1 chiều
Stato (Phần cảm của máy phát điện 1 chiều)
Được gọi là phần cảm, thường làm bằng thép đúc để dẫn từ đồng thời là thân máy, trên thân có hàn chân máy, móc treo. Những máy lớn có loại đúc bằng gang, thân máy liền chân có gắn tăng cường. Phía trong được lắp các cực từ lồi, bắt chặt vào thân máy bằng bu lông.
Có hai loại cực từ: cực từ chính và cực từ phụ, mỗi máy thông thường có từ 2 đến 8 cực từ chính.
Động cơ điện một chiều nhỏ (đầu video, catxet, đồ chơi trẻ em,…) thì phần cảm có các cực từ bằng nam châm vĩnh cửu N – S đặt xen kẽ.
Roto (phần ứng của máy phát điện 1 chiều)
Bộ phận chuyển động được đặt bên trong Stator. Được làm từ cuộn dây kín, kết nối với với cổ góp và chổi than để dẫn nguồn điện ra ngoài
Cổ góp máy phát điện 1 chiều
Gồm các phiến góp làm bằng đồng, giữ các phiến góp cách điện với nhau bởi mica và cổ góp cũng được cách điện với trục rotor bằng ống phíp, phía ngoài là một mặt trụ láng nhẵn bóng.
Máy nhỏ thì cổ góp được đổ nhựa tổng hợp, còn máy lớn thì phiến góp được giữ chặt bằng hai vòng chặn, đầu có ren đai ốc hoặc tán chặt thành khối. Dây quấn phần ứng được kẹp vào các phiến góp rồi hàn thiếc chắc chắn.
Nhiệm vụ của cổ góp điện là chỉnh lưu sức điện động xoay chiều thành sức điện động một chiều trên các chổi than, chổi than tiếp xúc (tì lên) cổ góp để lấy điện ra ngoài hoặc đưa nguồn điện một chiều vào trong dây quấn phần ứng.
Gông từ (vỏ máy phát điện 1 chiều)
Dùng để gắn các cực từ, làm mạch từ nối liền các cực từ. Do vậy vỏ máy được dẫn từ, đây là điểm khác biệt với vỏ máy của máy điện xoay chiều.
Trong các loại máy điện công suất lớn, gông từ thường làm bằng thép đúc; máy điện công suất nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại, có khi máy nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
Các bộ phận khác của máy phát điện 1 chiều
-
- Cánh quạt: có chức năng làm nguội máy, được gắn với 1 phía trục roto.
- Trục động cơ: quay trên 2 ổ đỡ hoặc vòng bi.
- Puly: nối trục máy với máy công tác.
Ưu điểm máy phát điện 1 chiều
Máy phát điện 1 chiều được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đa dạng như sử dụng làm động cơ điện, sạc các thiết bị điện…
Ngoài ra mạch điều khiển đơn giản, dễ dàng điều chỉnh tốc độ và khả năng tải. Nếu như các dòng máy phát phát điện xoay chiều cần trang bị thêm bộ biến tần inverter với chi phí cao. Động cơ điện 1 chiều đem lại mức độ chính xác, cấu trúc mạch với độ ổn định cao hơn.
Nhược điểm máy phát điện 1 chiều
Tuy có nhiều ưu điểm kể trên, tuy nhiên máy phát điện một chiều gặp không ít nhược điểm như cấu tạo của động cơ điện một chiều sử dụng cổ góp – chổi than. Do đó vận hành kém và không đảm bảo độ an toàn trong môi trường rung chấn, dễ cháy nổ.
