Lịch sử và nguồn gốc máy phát điện Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng thông thường sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ. Nguồn cơ năng sơ cấp có thể là các động cơ tua bin hơi, tua bin nước, động cơ đốt trong, tua bin gió hoặc các nguồn cơ năng khác. Máy phát điện giữ một vaitrò then chốt trongcác thiết bị cungcấp điện.Nó thực hiện ba chức năng:phát điện,chỉnh lưu, hiệu chỉnh điện áp. Lịch sử phát triển Máy phát điện xoaychiềuvào đầuthập kỉ 20, chế tạo tại Budapest, Hungary, trong buồng phát của một trạm thủyđiện Trướckhi từ tính vàđiện năng được khám phá, các máy phát điện đã sử dụngnguyên lý tĩnh điện.Máy phátđiện Wimshurst đã sử dụng cảm ứngtĩnh điện. Máy phát Van deGraaffđã sử dụng mộttrong hai cơ cấusau: Điện tích truyền từ điện cựccó điện ápcao Điện tích tạora bởi sự ma sát Máy phát tĩnhđiệnđược sử dụngtrong cácthí nghiệmkhoa học yêu cầu điện áp cao. Vìsự khó khăn trong việc tạo cách điện cho các máyphát tạo điện áp cao, cho nên máy phát tĩnh điện được chế tạo với công suất thấp vàkhông baogiờ được sử dụng chomục đích phát điệnthương mại. Faraday Máy phát xách tay nhìn từ phía bên cạnh, cho thấy động cơ xăng Vào năm1831-1832 MichaelFaraday đã pháthiệnra rằng một chênh lệch điện thế được tạo ra giữa hai đầu một vật dẫn điệnmànó chuyển động vuông góc với một từ trường. Ông ta cũng đã chế tạo máyphát điệntừ đầu tiên được gọi là "đĩa Faraday", nó dùng một đĩa bằng đồngquay giữa các cực của mộtnam châm hình móng ngựa.Nó đã tạo ra một điện áp DCnhỏ và dòngđiện lớn. Dynamo Dynamo là máy phát điện đầu tiên có khả năng cungcấp điệnnăngcho công nghiệp. Dynamosử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi năng lượng quay cơ học thành dòng điện xoaychiều. Cấu tạo của dynamo baogồmmộtkết cấu tĩnh mà nó tạo ra từ trường mạnh và một cuộndâyquay.Ở cácmáy phátdynamonhỏ, từ trường đượctạora bằng cácnam châmvĩnh cữu,đối với các máy lớn, từ trường được tạorabằng các nam châm điện. Máy phát dynamođầu tiêndựatrênnguyên lý Faradayđược chế tạo vào năm 1832doHippolyte Pixii- một nhà chế tạothiết bị đo lường.Máy nàyđã sử dụngmộtnamchâm vĩnh cửu được quay bằng một tay quay.Nam châm quayđược định vị sao chocực Namvà cực Bắc của nó đi ngang qua một mẫu sắt đượcquấn bằngdâydẫn. Pixiiphát hiện rằng nam châm quay đã tạo ramột xung điện trong dây dẫn mỗi lần một cực đi ngangqua cuộndây. Ngoài ra, cáccực Bắc và Nam của nam châm đã tạora một dòngđiện có chiều ngượcnhau. Bằng cách bổ sungmột bộ chuyển mạch,Pixiiđã có thể biến đổi dòngđiện xoay chiều thànhdòngđiện một chiều. Không giống như đĩa Faraday,nhiều vòngdâyđượcnối nối tiếpđược sử dụngtrong cuộn dây chuyển động của dynamo.Điều này cho phép điệnápđầu cực của máy caohơn sovớiđĩa Faradaytạo ra, dođó điện năng có thể phân phốiở mức điện áp thích hợp. Mốiquanhệ giữa chuyển độngquay cơ họcvà dòng điện trong dynamolà quá trìnhthuận nghịch, nguyênlý về mô tơ điệnđã được phát hiện khi người ta thấyrằng một máy dynamocó thể tạo ra cho mộtmáy dynamothứ hai quaynếu cấp dòng điện quanó. Jedlik dynamo Động cơ điện đơncực (dynamo) của ÁnyosJedlik (1861) Năm 1827,AnyosJedlik bắtđầu thử nghiệm với các thiết bị quay có từ tính mà ônggọi là cácrotor tự từ hóa.Trong mẫuvật đầu tiên của một bộ khởi động đơn cực, (đã được hoàn tất trong khoảng 1852và 1854)cả phần tĩnhlẫn phần quay đều là namchâm điện. Ông đã trình bày nguyênlý của dynamoít nhất là 6 thángtrước Ernst Werner vonSiemens và CharlesWheatstone. Trên thựcchất nguyênlý của nólàthay vì sử dụng nam châm vĩnh cửu, thì dùng 2 namchâm điện đối xứngnhau để tạora từ trườngbao xungquanhrotor. Gramme dynamo Cả hai thiết kế trênđều tồn tại một vấn đề như nhau: Chúng tạo ra những xungdòngđiện nhọnđầu không mong muốn. AntonioPacinotti, một nhà khoa học người Ý đã tìm cách giải quyết vấn đề bằngcách thay cáccuộn dây tròn bằngcác cuộn dây hình xuyến, tạo ra bằngcách quấn trên mộtvòng thép. Như vậy luôn có một số vòngcủa cuộn dây sẽ thông qua từ trường, và làmcho điện áp,dòng điện có dạng phẳng hơn.Zénobe Gramme đã thực hiện lại thiết kế nàyvàinăm sau đó khi thiết kế một số nhà máy điệnở Paris trongthập niên1870. Thiếtkế này bâygiờ được gọi là Grammedynamo. Nhữngphiên bảnkhác nhauđã được phát triển, và chế tạo từ dây, nhưng nguyên lý cơ bảnvề những cuộn dây xếp theo vòng đã trờ thành trái timcủa tất cả cácdynamohiện nay. Khái niệm Máy phát điện làm di chuyển dòng điện nhưng không tạo rađiện tích. Những điện tíchnày sẵn cótrong trong phần dẫn điện của dây quấn. Một cách nào đấy, nó có thể ví với mộtcáibơm, tạo radòng nước chảy nhưngkhông tự tạo ranước. Cũng cónhững máy phát điện kiểu khác,dưatrên nhữnghiện tượng điệntự nhiênkhác như hiệu ứng ápđiện, hiệu ứngtừ thủy động. Kết cấu củadynamo tương tự với các động cơ điện,và các loạidynamothông dụngđều có thể hoạt độngnhư một động cơ. Thuật ngữ Các bộ phận của máy phát điện vàcác thiết bị liên quan có thể được gọi bằng những thuậtngữ cơ khí hoặcthuật ngữ điện.Mặc dù đã được phân loạiriêngbiệt, hai bộ thuật ngữ này thườngđược sử dụng thay thế lẫn nhau hoặc kếthợp một thuật ngữ cơ với mộtthuật ngữ điện. Điều này gây ra những xáotrộn lớn khilàm việc với những máy hỗn hợp như máy phát xoay chiều kích từ không chổi than, hoặc khitrao đổi với những người đã thường làm việc với những máy được chế tạo theokiểu khác. Cơ học Rotor:rô to, phần quaycủa mộtmáy phát điện, dynamohayđộng cơ điện. Stator: sta to, phần tĩnh của một máyphát điện, dynamohayđộngcơ điện. Điện học Armature: cuộndây phần ứng, thành phần sản xuất ra điện năng trong máy phát điện, dynamo hoặc độngcơ. Cuộn dây phầnứng có thể đặt trên rôto hoặc sta to. Field:cuộn dây phần cảm: thành phần tạo ra từ trường của máy phátđiện dynamohayđộngcơ điện. Phầntừ trường này có thể ở trênrô tohaysta to,và có thể là từ trườngcủa nam châm vĩnh cửu haytừ trườngcủa namchâm điện. Mạch tương đương Mạchtương đương của máy phát điện và tải. G = Máy phát V G =Điện thế hở mạch của máy phát R G =Nội trở của máy phát V L =Điện thế mangtải củamáy phát R L =điện trở tải Mạchtương đương của máy phát và tải được hiểnthị trên hình bên phải. Để có thể xácđịnh được nhữngthôngsố V G và R G của máy phát, vần thực hiện theo những bước dưới đây: Trướckhi khởi động máy phát điện, đo điệntrở giữa cácđầu cựccủanó bằngmộtôm kế (ohmmeter). Đâylà điện trở nội mộtchiều của máy R GDC . Khởi độngmáy phát.Trước khi nối máy phát vào tải R L , đo điện thế giữa các đầu cực máyphát. Ta có đượcđiện thế hở mạch V G . Nối máy phátvới tải như hình vẽ Đo điện áp trêncác đầu cực của máy phátkhimáyđang chạy. Đây là điệnthế mangtải củamáyV L . Đo điện trở tải R L , nếu bạn chưa biết. Tínhtoán tổng trở nội xoay chiều của máy phát R GAC theo công thức sau: Lưu ý 1:Tổng trở nội xoaychiều của máy phát điện khi đang chạy thường hoi cao hơn tổngtrở nội mộtchiều củanó khitĩnh. Nguyênlýtrên chophép bạn đo được cả hai giá trị. Khi tínhtoán thô,người ta có thể bỏ quabước đo R GAC và giả định rằng R GAC và R GDC bằng nhau. Lưu ý 2:Nếu máy phát làmáy phátđiện xoay chiều thì phải dùngvôn kế xoay chiều để đo. Công suất tối đa Máy phát điện luôn có một tổng trở nội Z =R +jXdocấu tạo củanó. Do đó khi máy phát cung cấp dòng điện cho tải, nó đồng thời cấpdòng chonộitrở và tiêu tán mộtphần công suất. Nguyên lýtruyền côngsuất cựcđại qua mạngmột cửanêu lên rằng:tải nhậnđược côngsuất cực đại khitổngtrở tải bằng chính nội trở nguồn. Tuy nhiên lúcđó hiệu suất của máy phát chỉ đạt50%. Điều đó cónghĩa là một nửa công suất phátra đã bị thất thoát thànhnhiệt năng bên trongmáy phát.Vì thế, những máy phát thực thụ thườngkhôngđượcthiếtkế để vận hành ở công suấttối đa, mà ở mức côngsuất thấphơn nhiều, thuộc khu vực có hiệusuất cao hơn. Công suất định mức Công suất định mức là công suất mà máyphát điệncó thể phát ra antoàn liên tục mà không gây xáo trộn trongmáy. Thôngthường côngsuất địnhmức của một máy phát điện phụ thuộc vào các yếu tố sau: Tổngtrở trong của phần dẫnđiện Lượngnhiệt năng sinh rakhi có dòngđiện đi quaphần dẫn điện Nhiệt độ làm việcantoàn liên tục của phần cách điện Chế độ làm mát của phần dẫn điện Công suất khả dụng Công suất khả dụnglà công suất tốiđa mà máy phát có thể phát được an toànliêntục mà không vi phạm các thông số kỹ thuật khác. Thông thường,công suất định mức được tínhtoán ở cácđiều kiệntiêu chuẩn. Trong thựctế, các điều kiệnvận hành của thiếtbị có thể không đúng vớiđiều kiện tiêu chuẩn.Vì thế công suất khả dụng thườngthấp hơn công suất định mức. Các điều kiệnảnhhưởng đếncông suấtkhả dụng của máy là: Nhiệt độ môi trường Sự thayđổi chế độ làm mát của máy phát Sự lãohóa của chất cách điện, làm chonhiệt độ chịu đựng của máyphải giảm xuống Nhữnggiới hạncủa độngcơ sơ cấp kéo nó Nhữnggiới hạncủa các thiết bị lắp phíasau nó: máy cắt,máy biến áp, đườngdây Máy phát điện công suất thấp Những chiếc xe có gắn động cơ đầu tiên cókhuynhhướng lắp đặt các máy phátđiện một chiều với bộ điều hòa điện thế bằngcơ khí. Kiểunày khôngđượctin cậy hoàn toàn, vàhiệu suất thấp,nên sau này đã được thay thế bằng các máy phát điện xoaychiều với nhữngmạch chỉnh lưu lắp trong. Công suất của hệ thốngđiện này trênxesẽ nạp lại cho các bình ắc quy sau khikhởi động. Ngõ rađịnh mức của nó thườngtrongkhoảng 50-100A ở điện thế 12 V, tùy thuộc vào thiếtkế tải phần điện bên trong xe.Một số xe hiệnnaycó hệ thống trợ động dùngđiện, và hệ thống điều hòanhiệtđộ cũngbằng điện.Những thiết bị này này làm tăngtải củahệ thống điện. Các xe tải nặng hơnsẽ sử dụng nguồn 24voltđể có đầy đủ lựccho độngcơ khởi độngđể có thể quay đượccácđộng cơ diesel lớn, mà không cần những sợi cáp điện lớn hơn,vốn ít tin cậy hơn. Các máy phát của xe thường không sử dụng nam châm vĩnh cửu; chúng có thể đạt đượchiệu suất đến 90% ở trong một dải tốc độ rất rộngbằng cáchđiều khiển điệnáp kích từ. Các máy phát dùng trong xehai bánh lại sử dụng namchâmvĩnh cửu.Phần cảmcủa nó là các namchâm đất hiếm, vì thế có thể chế tạo nhỏ và nhẹ hơn các loại khác. . Lịch sử và nguồn gốc máy phát điện Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng thông thường sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ. Nguồn cơ năng sơ cấp có thể. các nguồn cơ năng khác. Máy phát điện giữ một vaitrò then chốt trongcác thiết bị cungcấp điện. Nó thực hiện ba chức năng :phát điện, chỉnh lưu, hiệu chỉnh điện áp. Lịch sử phát triển Máy phát điện. xoaychiềuvào đầuthập kỉ 20, chế tạo tại Budapest, Hungary, trong buồng phát của một trạm thủyđiện Trướckhi từ tính và iện năng được khám phá, các máy phát điện đã sử dụngnguyên lý tĩnh điện .Máy phát iện