Lịch sử và nguồn gốc máy phát điện Một số máy phát điện nhỏ nhấtcó thể thấy là các máy phát điện cho đèn xe đạp. Cácmáy này thường là cácmáy phát nam châm vĩnh cửu, 0,5A, cung cấpmột công suất 3 đến6 w ở điện thế 6 đến12 V. Để có thể quay đượcbằng sức nguòi đạp, vấn đề hiệu suất phải đặtra hàng đầu, vàphải đượcthiết kế và chế tạo rất tinh xảo, với những nam châm vĩnh cửu đất hiếm. Tuy nhiên, hiệu suất của nó chỉ cóthể đạt được đến 60%vớinhững máy pháttốt nhất, và 40%với loại thông thường, do phải ử dụng namchâm vĩnh cửu. Nhưngnếu muốn dùng máy phát điều chỉnh được kíchtừ, lại phải dùngbình ắcquy. Điều nàykhông thể chấp nhận được, vì nó làm tăng trọnglượng vàkích thước. Những thuyềnbuồm thườngsử dụngcác máy phát kéo bằng sứcnước hoặc sức gió, để nạp điện từ từ cho các bình ắc quy.Những chiếc chân vịt, các tua bin gió hoặccác bánh xe công tác sẽ đượckết nối với các máy phátcông suất thấp và bộ chỉnh lưuđể có dòng điện đến 12 Aở tốc độ nhỏ nhất. Máy phát điện - động cơ nổ Máy phát điện -động cơ của mộttrạmthu phát vô tuyến. (nhà bảo tàng quân sựDubendorf). Máy phát chỉ phátđiện khicần phát tín hiệu vô tuyến. Còn phía máy thu thìdùngnguồnắc quy Máy phát điện quaytaycủa trạm thuphátvô tuyến(nhà bảo tàng quân sự Dubendorf) Một máy phát điện - độngcơ nổ là tổ hợp một máy phát điện và một độngcơ nổ kéo nó thành mộtkhối thiết bị. Tổ hợp nàycó khi được gọi là bộ máy phátđiện - độngcơ (engine-generator set) hoặc bộ máy phát (gen-set). Trongnhiều ngữ cảnh khác nhau, người ta có thể quênđi cái động cơ nổ, màchỉ gọi đơn thuần cả tổ hợp là máy phát điện (generator). Đi kèm với máy phátđiện và độngcơ nổ, các bộ máy phát điện - độngcơ nổ thường có kèm theomột bồn chứa nhiên liệu,một bộ điều tốccho độngcơ nổ và một bộ điều thế cho máy phát điện. Nhiều khối máycòn kèm theo bình ắc quyvà bộ động cơ điện khởi động.Những tổ máy dùng làm máy phát dự phòng thường bao gồm cả hệ thống tự động khởi độngvà mộtbộ chuyển mạch đảo nguồntransferswitchđể tách tải ra khỏi nguồn điện dịch vụ và nốivào máy phát. Các bộ máy phát điện - động cơ nổ cung cấp công suất điện xoaychiều sao cho nó có thể được sử dụng thaythế nguồn điện lưới thường phải mua từ các trạm phân phối của công ty điện lực. Các thông số diệnáp (volt),tần số (Hz)và công suất (watt)địnhmức của máy phát đượclựa chọn saocho phù hợp với tải cần nối vào máy phát.Có cả hai loại máy mộtpha và bapha. Rất ítloại máy ba phalàmáy xách tay di động. Thườngmáy xách tay người ta chỉ làm máy một pha vàhầu hết các máy ba pha là loại máy lớn dùng trong côngnghiệp. Các bộ máy phát điện - động cơ nổ thường được chế tao trongmột dải công suất khá rộng.Nó có thể bao gồm từ các máy diđộng quaytay cóthể cấp điện cỡ vài trămwatt, loại xách tay như hình vẽ trên, có thể cấp điện cỡ vài nghìn wattvà loại tĩnhhoặc loại đặttrên rơ moóc cóthể cấp điện đến vài triệu watt.Các máy nhỏ thường dùng nhiên liệu là xăng,và các máy lớnhơn sử dụng nhiều nguyên liệu khác nhau, từ dầu diesel,khí tự nhiênhay khí propane. Khi sử dụng máy phátđiện -động cơ nổ, bạncó thể phải quan tâm đến chất lượng của dạng sóng ra của nó. Điều nàyrất quantrongkhi sử dụng những thiết bị điện tử nhạycảm. Một bộ điều hòa điện năngpower conditionercó thể lấy những sóng vuông do máy phát điện- động cơ nổ phátra, và làm chonó đẹp đẽ lại bằng cách cho nó chạyqua một mạchđiện trongđó có phầntrung gian là một bìnhắc quy. Sử dụng một bộ nghịchlưu caocấp thaythế máy phát điện có thể tạo rađiện áp có dạng sóngthuầnsin hơn. Một vài loại nghịch lưuchạyrất êm,tạo ra điện áp sin rấtsạch sẽ, phù hợpvới máy tính điện tử và các thiết bị điện tử nhạycảm. Tuy nhiênmột số bộ nghịch lưu rẻ tiền không phát ra đượcđiện áp sin hoàn hảo, và có thể làm hư hỏng mộtsố thiết bị điện tử. Các máy phát điện độngcơ nổ thường được sử dụng để cung cấp điện cho các vùngmà nguồn điệnlưới không kéo đến được, và trong nhữngtìnhhuống phải cấp điện ngắn hạn tạm thời. Các máy phát nhỏ đôi khi cóthể dùng để cấp điệncho các dụngcụ tại các côngtrườngxâydựng.Các máy phát điện loại rơ moóc có thể dùngcấp điệncho chiếu sáng,và các tròchơigiảitrí trong các hội chợ di động. Các máy phát điện dự phòngthường được lắp đặt cố định và luôn sẵn sàng hoạt động để cấp điện chonhữngtải quan trọngkhi nguồn điệnlưới bị gián đoạn. Bệnhviện, cáccơ sở thông tinliên lạc, các trạm bơm và rất nhiều các dịch vụ quan trọng đều được lắp đặt máy phát điệndự phòng. Các máy phát điện cỡ nhỏ hoặc cỡ trung đặc biệtphổ biến ở các nước trong thế giới thứ ba,nơi nguồn điệnlưới không tin cậy. Các máyphát điện đặt trên rơ moóccó thể được kéođến những vị trí thiên taikhi nguồn điệnlưới bị gián đoạn. Máy phát điện cũngcó thể được vận hànhbằngsứcngười để tạo ranguồn điện tứcthời trong lĩnhvực thông tin liên lạc. Máy phát điện - động cơ nổ công suất trung bình Tập tin:Bigboy.jpg Side viewof alarge Perkins dieselgenerator,manufactured byF&G Wilson Engineering Ltd. Thisis a100 kVAset Máy phát điện -động cơ nổ công suất trungbình như hình vẽ dưới đây là một bộ máy có côngsuất 100kVA cấp điệnáp 415 V với dòng điện khoảng 110A per phase.Nóđược kéo bằngmột máy PerkinsPhaser, sê ri 1000dung tích xylanh 6,7lcóhệ thốngnạp giókiểuturbo.Máynày tiêuthụ khoảng27lnhiênliệu mỗi giờ, có bồnchứa 400l. Các máy phát điện tĩnh có thể được thiết kế đến hàngnghìn kW và thường quayở tốc độ 1500vòng/phút với tần số 50 Hz, và 1800 vòng/phút với tần số 60Hz. Các bộ máy sử dụng độngcơ diesel ở công suấttối ưu có thể phát được khoảng3 kWh với mỗi kG nhiên liệu,và có thể có hiệu suất thấp hơn khi làm việc ở các tảikhác. Máy phát điện tua bin nước Thôngthường, các tua binnước có tốc độ thấp. Vìthế các máy phát điện kéo bằngtua binnước cũng có tốcđộ rất thấp. Các máy này thườngcó nhiều đôi cực, trụcngắn, đường kính lớn, chế tạo theokiểu cực lồi.Tùy theothể loại, và tùy theo tốc độ của tua bin nước, các máy này cóthể được đặtđứnghay nằm ngang. Đối với những máy phát điện nhỏ, có đường kính ngoài nhỏ hơn 1 m,mạch từ của stator chỉ là một khối hình xuyếnlàm bằng cáclớp lá thép kỹ thuật điện có sơn cách điện ghép lại. Đối với các máy có đường kính lớn hơn 1 m,thường phải làm từ nhiều khối dạngvòngcung. Rotor của máy phát điện thườnglàmbằng nhiều khốithép rèn ghép lại với nhau thành nhiều cực từ.Trênmỗi cực từ có các cuộn dây kích thích quấn tập trung. Máy phát điện tua bin hơi và tua bin khí Máy phát điện kéo bằng Tua binhơi nước Các tua bin hơi và tua bin khí cótốc độ cao hơntua bin nước. Các máy phát điện tuabin hơihoặc tuabin khí thườngđượcchế tạo vớitốc độ cao nhất(3000 vòng/phút đối với máy có tần số 50 Hz,và 3600 vòng/phút đối với máy 60 Hz). Hầuhết cácmáy phát điện tua bin hơivà máy phát điện tua binkhí là loại trụcnằm ngang,chế tạo theokiểu cực ẩn. Loại này có rotor dài hơn nhiều sovới đườngkính. Statorcủa máy cũng giống như máy phát cực lồi.Thôngthường với đa số các máy cóđườngkính lớn hơn 1m, lõi thép stator được chế tạo thành nhiều cung, bằngthép siliconcao cấp, cótính định hướng, phủ chất cáchđiện để giảm thiểu tổn thất điện năng.Ngườita thườngkhôngghépthành mộtkhối như các máy điện cỡ nhỏ, mà làm thành nhiều lớp,có khe hở ở giữa để thông gió làm mát. Các đầu dây Stator của một máy phát điện sau khitháo nắp máyphát Cuộn dây stator đượclàm từ các thanhdẫn đồng xếpnằm trongcác rãnh, hai đầu nối lại với nhau thành các vòng dây.Các thanh dẫn thường không phải là thanh đặc nguyên khối, mà được làm từ các dâydẹp quấnbện theokiểuRoebel, sao chomỗithanh nhỏ trong bóđềucó một chiều dàibằngnhau, dù có phải uốn lượntheo nhiều hướng khác nhau. Cácdây nối ra ngoài và dâynối giữa các pha, các vòng dâyvới nhau được cố định chắcchắnhai đầu bằng các vật liệu cách điện có độ bền điệnvà độ bền cơ học cao. Điện ápra của stator thườngnằm trongkhoảngvài kV đến 14,4 kV.Muốn truyền đi xa hơn,ngườita thường phải dùng một máy biến áp tăng áp. Để lấy điện đưa xuốngsử dụngcho các thiết bị điện phụ vụ cho tổ máy vận hành,người ta dùngmột máy biến áphạ áp, trong trườnghợp này gọi là máy biếnáp tự dùng. Rotor của một máy phát điệntua bin khísau khiđượcrút ra ngoài, và chuẩn bị cầu về cơ xưởng Rotor của nó códạng trụ cóxẻ rãnh, quấn nhiều cuộn dây kíchtừ đồng tâm. Hai đầu chỗ các mốihàn nối cácthanhvà các cuộn dâyvới nhau đượcbảo vệ bằng một vòng thép hình trụ, gọi là vòng hộ hoàn. Các dây dẫn ra ngoài đượcdẫn xuyên qua dọc theotrục máy để đưa ra phíađầu rotor. Từ đó có thể nối vào cácvành nhậnđiện, để có thể đưa dòngđiện từ bên ngoài vàoqua cácchổi than. Dòng điện đưa vào rotor máy phát điện thường là dòng điện một chiều, gọi là dòng kíchthích. Thôngthường, haiđầu của rotor đều có lắp đặt cánh quạt để thổi chất khí đi vào theo các dườngdẫn đặt sẵn, để làm mát máy. Chất khí đó có thể là không khí tự nhiên, thông với môi trường bên ngoài, hoặc khí hydrogen, tuần hoàn kín. Trongtrường hợp tuần hoànkín, có thể phải lắp đặtthêm một số bộ traođổi nhiệt, để làm mát chấtkhí đó bằng nước. Các máy phát điện tua binhơi và máy phát điện tua bin khí cóthể chế tạo từ một vài MW đến 700MW. Một số kỹ thuật mới Trongkhoảng 40,50 năm gần đây, có nhiều kỹ thuật mới được sử dụng để chế tạo máyphát điện. Có thể kể như sau: Hệ thống kích thích không chổi than, còngọilà hệ thống kíchthích xoay chiều.Thay máy phát kích thích một chiều bằngmáy xoaychiều,và sử dụng hệ thống chỉnh lưuquay.Điều nàycho phép loại bỏ hệ thốngchổi than kềnh càng, khôngtin cậy. Hệ thống kích thích tĩnh. Khôngdùng máy kích thích cả một chiều lẫn xoay chiều. thaybằngmột biến thế kích thích, và hệ thống chỉnh lưucông suất. Hệ thống máy phátđiện áp cao: Thaycác dây quấn Statorbằng hệ thống dây cápđiện lực cao áp. Nhờ đó giảm được công chế tạo dây quấnmáy phát, và có thể nâng điện áp ra đến 70kV. Các chế độ vận hành Máy phát điện cóthể có các chế độ vận hành khác nhaunhư sau: Phátđiện độclập, cungcấp điện cho một nhóm tải tập trung Phátđiện songsong.Hòa đồngbộ với các máy khác, cung cấp cho một nhóm tải. Hòađồng bộ với lưới. Cungcấp côngsuất lên lưới điện. Phátvô công,làm máy bùđồng bộ. Các bằng sáng chế Bằngsáng chế Hoa Kỳ số 222.881 Magneto-Electric Machines : Thomas Edison's main continuouscurrentdynamo. The device's nickname wasthe "long- legged Mary-Ann". Thisdevice haslarge bipolar magnets. Itis inefficient. Bằngsáng chế Hoa Kỳ số 373.584 Dynamo-Electric Machine : Edison's improved dynamo whichincludesan extracoil and utilizesa field of force. Bằngsáng chế Hoa Kỳ số 359.748 Dynamo ElectricMachine -Nikola Tesla's construction of the alternating currentinduction motor/generator. Bằngsáng chế Hoa Kỳ số 406.968 Dynamo ElectricMachine -Tesla's "Unipolar"machine (i.e.,a disk or cylindrical conductoris mounted in between magneticpolesadaptedto produce a uniformmagneticfield). Bằngsáng chế Hoa Kỳ số 417.794 Armaturefor ElectricMachines - Tesla's construction principles ofthe armaturefor electrical generatorsand motors. (Relatedto patentsnumbers US327797,US292077, and GB9013.) Bằngsáng chế Hoa Kỳ số 447.920 Methodof OperatingArc-Lamps- Tesla'salternating current generatorof highfrequencyalternations(orpulsations) above the auditorylevel. Bằngsáng chế Hoa Kỳ số 447.921 Alternating ElectricCurrent Generator- Tesla's generator thatproduces alternationsof 15000 persecondor more. . Lịch sử và nguồn gốc máy phát điện Một số máy phát điện nhỏ nhấtcó thể thấy là các máy phát điện cho đèn xe đạp. Cácmáy này thường là cácmáy phát nam châm vĩnh cửu, 0,5A,. quân sựDubendorf). Máy phát chỉ phát iện khicần phát tín hiệu vô tuyến. Còn phía máy thu thìdùngnguồnắc quy Máy phát điện quaytaycủa trạm thuphátvô tuyến(nhà bảo tàng quân sự Dubendorf) Một máy phát điện -. đảo nguồntransferswitchđể tách tải ra khỏi nguồn điện dịch vụ và nốivào máy phát. Các bộ máy phát điện - động cơ nổ cung cấp công suất điện xoaychiều sao cho nó có thể được sử dụng thaythế nguồn