Nguyên lý máy phát điện hoạt động ra sao?

A. Các loại máy phát điện

Trước khi có thể giải thích cách thức hoạt động của máy phát điện chúng ta cần tìm hiểu kiến thức cơ bản về máy phát điện.

Có hai loại máy phát điện là máy phát điện 1 chiều và máy phát điện xoay chiều. Cả hai máy phát điện này đề chuyển đổi công suất cơ học thành công suất điện. Máy phát điện 1 chiều tạo ra dòng điện một chiều còn máy phát điện xoay chiều tạo ra điện xoay chiều.

Cả hai máy phát điện này đều tạo ra năng lượng dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ (định luật Faraday). Định luật này nói rằng khi một vật dẫn chuyển động trong từ trường, nó sẽ cắt các đường sức từ, tạo ra lực điện từ (EMF) trong vật dẫn. Độ lớn của EMF cảm ứng này phụ thuộc vào tốc độ thay đổi của từ thông (lực đường sức từ) liên kết với vật dẫn. EMF này sẽ tạo ra một dòng điện chạy nếu mạch dẫn được đóng lại.

B. Máy phát điện hoạt động ra sao?

Chúng ta sẽ tìm hiểu cách thức hoạt động của cả hai loại máy phát điện đã kể trên.

1. Nguyên lý máy phát điện 1 chiều

Trong hình trên, một vòng dây dẫn đơn hình chữ nhật được đặt giữa hai cực trái dấu của nam châm.

Chúng ta coi vòng dây dẫn này là ABCD quay trong từ trường có trục ab của nó. Khi vòng lặp quay từ vị trí thẳng đứng sang vị trí nằm ngang nó sẽ cắt các đường từ thông. Trong quá trình chuyển động này, hai cạnh AB và CD cắt các đường từ thông thì sẽ có một EMF gây ra ở hai cạnh này.

Khi vòng lặp được đóng lại sẽ tạo ra một dòng điện chạy qua. Chiều của dòng điện được xác định bằng quy tắc bàn tay phải.

Áp dụng quy tắc này ta sẽ thấy dòng điện chạy từ điểm A đến điểm B. Ở phía bên kia của vòng lặp dòng điện sẽ chạy từ điểm C đến D.

Bây giờ nếu vòng lặp quay tiếp nó sẽ trở lại vị trí thẳng đứng của nó. Lúc này phía trên của vòng lặp là CD và phía dưới là AB. Tại vị trí này chuyển động tiếp tuyến của các cạnh của vòng lặp song song với từ thông. Do đó không có dòng điện trong vòng lặp.

Nếu vòng lặp quay thêm nữa, nó sẽ quay lại vị trí nằm ngang. Nhưng cạnh AB đến cực N và CD đến cực S. Chuyển động tiếp tuyến của mặt bên của vòng lặp vuông góc với các đường từ thông. Do đó tốc độ cắt từ thông đạt cực đại. Theo quy tắc bàn tay phải, tại vì trí này dòng điện chạy từ B sang A và D đến C.

Nếu vòng lặp quay liên tục thì mỗi khi cạnh AB đến trước cực S thì dòng điện chạy từ A đến B. Một lần nữa khi đến trước cực N thì dòng điện lại chạy từ B đến A. Tương tự mỗi khi cạnh CD đến trước cực S thì dòng điện chạy từ C đến D. Khi CD đến trước cực N thì dòng điện chạy từ D sang S.

Đây chính là nguyên lý của máy phát điện 1 chiều. Bạn đọc có thể tham khảo thêm các kiến thức khác về máy phát điện 1 chiều như: cấu tạo, ứng dụng tại bằng cách click tại đây.

2. Nguyên lý máy phát điện xoay chiều

Chúng ta tiến hành đi tìm hiểu chi tiết phương thức hoạt động của từng loại máy phát điện xoay chiều.

2.1. Nguyên lý máy phát điện xoay chiều 1 pha

Máy phát điện xoay chiều 1 pha hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Đơn giản, một đầu phát gồm một cuộn dây đồng quấn quanh lõi kim loại (phần ứng). Phần ứng quay giữa các nam châm đứng yên để tạo ra hiệu điện thế, từ đó dòng điện được tạo ra. 

Lý thuyết cũng nói rằng số vòng quay của cuộn dây càng cao thì hiệu điện thế càng cao. Nhiều cuộn dây hơn có nghĩa là nhiều điện áp hơn. Tốc độ quay của phần ứng càng cao thì điện áp cảm ứng càng lớn. Hơn nữa, cường độ lớn hơn của nam châm cao hơn là điện áp cảm ứng.

Do đó bằng cách điều chỉnh số vòng của cuộn dây, số cuộn dây, tốc độ quay phần ứng và cường độ của từ trường. Ta có thể tạo ra điện áp mong muốn.

Nguyên lý máy phát điện xoay chiều 1 pha

Máy phát điện xoay chiều một pha là máy phát điện tạo ra điện áp trong một sóng duy nhất xen kẽ. Miễn là phần ứng quay và có từ trường. Loại máy phát điện này cung cấp điện áp dao động lên xuống theo chu kỳ sóng. Vì vậy, máy phát điện xoay chiều.

2.2. Nguyên lý máy phát điện xoay chiều 3 pha

Tuân theo định luật Faraday, máy phát điện tạo ra điện áp khi phần ứng là các cuộn dây quấn trên lõi kim loại quay trong từ trường do hai nam châm tạo ra.

Máy phát điện xoay chiều 3 pha đơn giản là ba máy phát điện xoay chiều 1 pha. Các máy phát điện này chạy tuần tự với độ lệch 120 độ cùng một lúc. Do đó, máy phát điện tạo ra ba sóng điện áp xoay chiều một chu kỳ. Việc này tạo điều kiện cung cấp điện áp ổn định và nhất quán. Loại máy phát điện này rất hữu ích khi yêu cầu điện năng cao và không đổi.

Nguyên lý máy phát xoay chiều 3 pha

Máy phát điện ba pha xoay chiều có hai loại kết nối: kết nối delta và kết nối Wye. Trong kết nối Delta, các đầu của ba cuộn dây nối với nhau để tạo thành một vòng khép kín. Trong kết nối Wye, một đầu của mỗi cuộn dây nối với nhau để lại các đầu còn lại kết nối bên ngoài tạo thành hình chữ Y.

Trên đây là nguyên lý của từng loại máy phát điện. Hy vọng với những thông tin của chúng tôi bạn đọc có thể biết cách sử dụng, vận hành và bảo dưỡng máy phát điện đúng cách.