Máy phát điện là thiết bị cần thiết đối với các công trình có ảnh hưởng tới an ninh quốc phòng, các bệnh viện, tòa nhà/tổ hợp văn phòng. Khi điện lưới gặp sự cố/gián đoạn truyền tải, máy phát điện sẽ vật cứu tinh cho công trình.

Để đảm bảo quá trình vận hành của hệ thống điện công trình được diễn ra thông suốt, ổn định, ngoài vấn đề thi kế, thi công, vận hành, bảo trì còn cần các biện pháp hỗ trợ phòng ngừa. Máy phát điện là thiết bị cần thiết đối với các công trình có ảnh hưởng tới an ninh quốc phòng, các bệnh viện, tòa nhà/tổ hợp văn phòng. Khi điện lưới gặp sự cố/gián đoạn truyền tải, máy phát điện sẽ vật cứu tinh cho công trình. Thử hình dung, trong một ca phẫu thuật, nếu điện lưới bị mất thì thiết bị phòng mổ hoạt động bằng cách nào, tính mạng bệnh nhân sẽ ra sao nếu không có máy phát dự phòng?

Sự cần thiết của máy phát điện, như đã nói ở trên là điều khó có thể bỏ qua. Lựa chọn máy phát loại nào, công suất ra sao, chi phí đầu tư bao nhiêu thì không phải cá nhân/tổ chức nào cũng nắm được. Muốn có câu trả lời tường minh cho các vấn đề này, cá nhân/tổ chức cần có kiến thức cơ bản về cấu tạo, cách vận hành và phân loại máy phát điện. Trên cơ sở của một nhà thầu thi công cơ điện với nhiều năm kinh nghiệm thiết kế, thi công, bảo trì hệ thống điện công trình, bằng nội dung dưới đây, Galaxy M&E sẽ giải đáp chi tiết 3 vấn đề nêu trên.

Hệ thống máy phát điện dùng trong trường hợp khẩn cấp của bệnh viện Bắc Carolina - U.S.

1. Tổng quan về máy phát điện - Thiết bị phòng ngừa hiệu quả cho công trình cơ điện

Nhìn tổng thể, cấu tạo của máy phát điện bao gồm những phần chính là động cơ, đầu phát, bảng điều khiển, vỏ chống ồn và khung bệ máy. Động cơ là dùng chuyển động để biến cơ năng thành điện năng. Khung và bệ máy giúp cho máy vận hành ổn định. Đầu phát chuyển công năng thành điện năng. Bảng điểu khiển để hiển thị chi tiết thông số liên quan tới động cơ, đầu phát, tần số, số vòng quay, mức tiêu hao nhiên liệu, nhiệt độ…

2. Cấu tạo chi tiết của máy phát đồng bộ

Cấu tạo động cơ máy phát điện.

2.1. Động cơ

Động cơ của máy phát điện là dạng động cơ chạy dầu diesel hoặc động cơ xăng. Động cơ giúp chuyển hóa cơ năng từ nguồn nguyên liệu xăng - dầu thành moment quay máy phát đồng bộ, biến đổi cơ năng thành điện năng dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

Động cơ bao gồm 2 phần chính là roto và stato.

- Roto phần quay: Là phần cảm (tạo ra từ trường) có dạng nam châm điện nhờ nguồn một chiều DC chỉnh lưu và cấp từ bên ngoài (ắc quy hoặc chỉnh lưu từ chính nguồn máy phát.v.v.). Roto có chức năng chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành dòng xoay chiều. Roto sinh ra dòng điện xoay chiều lớn hơn xung quanh cuộn dây stato.

- Stato phần đứng yên: Là phần ứng gồm 3 cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống nhau, quấn trên 3 lõi sắt đặt lệch nhau 120⁰ trên một vòng tròn.

Một dạng bố trí bình nhiên liệu phụ cho máy phát điện.

2.2. Bình nhiên liệu của máy phát điện

Máy phát điện sử dụng nhiều loại nhiên liệu đầu vào khác nhau như: diesel, xăng, propan (ở dạng lỏng hoặc khí) và khí thiên nhiên. Động cơ nhỏ thường hoạt động bằng xăng, trong khi động cơ lớn hơn chạy dầu diesen, propan lỏng, khí propane, hoặc khí tự nhiên.

Bình nhiên liệu của máy phát điện có thể hoạt động từ 6 đến 8 giờ tùy vào từng loại. Đối với các máy phát điện nhỏ, bồn chứa nhiên liệu là một phần đế trượt của máy phát điện hoặc được lắp trên khung máy phát. Đối với các máy phát điện thương mại, có thể cần trang bị thêm một bình chứa nhiên liệu bên ngoài.

Các tính năng thông thường của hệ thống nhiên liệu bao gồm những điều sau đây:

- Ống nối từ bồn chứa nhiên liệu đến động cơ: Dòng cung cấp dẫn nhiên liệu vào và ra động cơ;

- Ống thông gió bình nhiên liệu: Các bồn chứa nhiên liệu có một đường ống thông gió để ngăn chặn sự gia tăng áp lực hoặc chân không trong quá trình bơm và hệ thống thoát nước của bể chứa. Khi nạp đầy bình nhiên liệu cần đảm bảo sự tiếp xúc khô giữa vòi phun phụ và bể nhiên liệu để ngăn ngừa tia lửa gây hỏa hoạn;

- Kết nối tràn từ bồn chứa nhiên liệu đến các đường ống cống: Đây là bộ phận để khi nạp liệu bị tràn, nhiên liệu không làm đổ chất lỏng lên máy phát điện;

- Bơm nhiên liệu: Nhiên liệu chuyển từ bể chứa chính (lưu trữ nhiên liệu, đặc biệt quan trọng đối với các tổ chức thương mại) vào bể chứa trong ngày. Các máy bơm nhiên liệu thông thường hoạt động bằng điện;

- Bình lọc nhiên liệu, tách nước và vật lạ trong nhiên liệu lỏng để bảo vệ các thành phần khác của máy phát điện khỏi sự ăn mòn và chất bẩn gây tắc nghẽn;

- Kim phun: Phun chất lỏng nhiên liệu dưới dạng phun sương vào buồng đốt động cơ.

2.3. Hệ thống làm mát

Máy phát điện cần có một hệ thống làm mát và thông gió để thu hồi nhiệt sinh ra trong quá trình vận hành.

Nước chưa xử lý/nước sạch đôi khi được sử dụng như một chất làm mát cho máy phát điện. Ngoài nước, Hydrogen là chất có khả năng hấp thụ nhiệt tốt, được sử dụng để làm mát cho các cuộn dây stato của máy phát điện. Hydrogen loại bỏ nhiệt từ máy phát điện và chuyển qua một bộ trao đổi nhiệt, vào một mạch làm mát thứ cấp, có chứa nước khoáng như một chất làm mát. Đây là lý do tại sao máy phát điện có kích thước rất lớn.

Hệ thống làm mát và bơm nước thô cần được rửa sạch sau mỗi 600 giờ hoạt động. Bộ trao đổi nhiệt nên được làm sạch sau mỗi 2.400 giờ hoạt động. Máy phát điện nên được đặt trong một khu vực mở, thông thoáng đễ hỗ trợ việc tản nhiệt được tốt hơn.

2.4. Hệ thống bôi trơn

Khi hoạt động, các bộ phận bên trong của máy phát điện cần được bôi trơn để đảm bảo tuổi thọ và hạn chế tiếng ồn phát ra trong quá trình sử dụng. Động cơ của máy phát điện được bôi trơn bằng dầu và được lưu trữ trong một máy bơm. Việc kiểm tra mức dầu bôi trơn cần thực hiện sau mỗi 8 giờ máy phát hoạt động. Ngoài ra để ngăn ngừa rò rỉ chất bôi trơn, sau mỗi 500 giờ hoạt động, máy phát điện cần được thay đổi dầu bôi trơn.

2.5. Các bộ phận khác

- Ổn áp giúp chuyển đổi điện áp xoay chiều AC thành dòng điện một chiều DC. Dòng điện một chiều này tập hợp trong cuộn dây thứ cấp của stato, được gọi là cuộn dây kích thích.

- Cuộn dây kích thích: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều DC thành dòng điện xoay chiều AC. Các cuộn dây kích thích có chức năng tương tự như các cuộn dây stato chính và tạo ra dòng điện xoay chiều nhỏ. Các cuộn dây kích thích được kết nối với các đơn vị được gọi là chỉnh lưu quay.

- Bộ chỉnh lưu quay: Chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Chỉnh lưu các dòng xoay chiều phát sinh bởi các cuộn dây kích thích và chuyển đổi nó thành dòng điện một chiều.

Máy phát điện công suất từ 2 kW đến 4 kW phù hợp với văn phòng quy mô nhỏ hoặc hộ gia đình.

3. Phân loại máy phát điện

Tùy thuộc vào nhu cầu công suất sử dụng, môi trường sử dụng, tính năng của máy phát điện mà ta có 5 cách phân loại máy phát điện như sau:

3.1. Phân loại theo nhiên liệu mà động cơ sử dụng:

- Máy phát điện chạy xăng: Có công suất thấp và sử dụng cho các hộ gia đình, cửa hàng, văn phòng giao dịch…;

- Máy phát điện chạy dầu diesel: Dải công suất rộng đáp ứng mọi nhu cầu tiêu thụ điện năng;

- Máy phát điện chạy biogas: Biogas là nhiên liệu dạng khí được sinh ra từ phân động vật và các chất hữu cơ lên men. Máy phát điện sử dụng biogas thưởng hữu dụng cho các hộ và đơn vị chăn nuôi mô hình công nghiệp.

3.2. Phân loại theo cách bố trí xi lanh của động cơ:

Máy phát điện có các loại từ 1 đến 16 xi lanh. Tùy thuộc vào số lượng xi lanh mà nhà sản xuất có cách bố trí khác nhau, cho ra những hiệu quả hoạt động và chi phí khác nhau.

- Máy phát điện động cơ V: Cao nhất là V16 và giá thành sẽ cao hơn;

- Máy phát điện động cơ I (L): Cao nhất là 6 xi lanh;

- Máy phát điện động cơ thẳng hàng;

- Máy phát điện động cơ đối xứng ngang…

3.3. Phân loại dựa vào kiểu làm mát:

- Máy phát điện làm mát bằng gió thường là loại máy nhỏ, công suất thấp, sử dụng cho gia đình/văn phòng quy mô ít người;

- Máy phát điện làm mát bằng nước/khí có công suất lớn, thường sử dụng cho các công trình tòa nhà, bệnh viện…

3.4. Phân loại máy phát điện theo đầu phát:

Theo điện áp đầu ra:

- Máy phát điện một pha (110/220 V - AC): Công suất thường dưới 10 kVA;

- Máy phát điện 3 pha (230/400 V - AC): Dải công suất từ 10 kVA trở lên.

Theo tần số:

- Máy phát điện 50 Hz: Chủ yếu dành cho Việt Nam;

- Máy phát điện 60 Hz: Hoa Kỳ, Nhật Bản và các nước châu Âu.

3.5. Phân loại theo điều chỉnh điện áp đầu ra:

- Máy phát điện có AVR: Tự động cân bằng điện áp đầu ra.

- Máy phát điện không có AVR: Điện áp đầu ra sẽ biến thiên ngẫu nhiên.

4. Giá thành của máy phát điện

Ngoài yếu tố về công suất, tính năng, công nghệ, thương hiệu, xuất xứ, giá thành của một chiếc máy phát điện thường phụ thuộc vào 3 yếu tố như sau:

Tốc độ vòng quay:

- Máy phát điện tốc độ 3000 vòng/phút: Thường là loại công suất nhỏ và giá thành thấp;

- Máy phát điện tốc độ 1500 vòng/phút: Có công suất và giá thành sản phẩm cao hơn.

Điều chỉnh tốc độ động cơ:

- Máy phát điện điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cơ học có giá thành thấp;

- Máy phát điện điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điện tử có giá cao hơn.

Một dạng cách âm, chống ồn cho máy phát điện.

Vỏ chống ồn:

- Máy phát điện có vỏ chống ồn (silent): Thường có chữ S trong ký hiệu model, nặng hơn, to hơn và đắt tiền hơn;

- Máy phát điện không có vỏ chống ồn: Chi phí thấp hơn và ảnh hưởng tới sức khỏe người sử dụng.

Trên đây là các nội dung cơ bản liên quan đến việc lựa chọn máy phát điện phù hợp với nhu cầu và chi phí đầu tư. Ngoài các thông tin nêu trên, việc tham khảo các đơn vị tư vấn, thi công cơ điện là cách đảm bảo cho chủ đầu tư có được quyết dịnh đúng đắn, phù hợp. Sự tư vấn có thể đến từ các đơn vị phân phối máy phát điện nhưng sự thấu hiểu và khả năng đồng bộ hóa giữa máy phát với các thiết bị tiêu thụ thì không phải đơn vị nào cũng làm được.

Bằng kinh nghiệm trên 17 năm thiết kế, thi công các công trình cơ điện cho các chủ đầu tư đến từ Nhật Bản, Hoa Kỳ, các đơn vị thuộc sở hữu vốn Nhà nước, Galaxy M&E sẵn sàng tư vấn và giúp Quý khách hàng giải đáp các vấn đề liên quan đến việc xây dựng, duy trì, vận hành hệ thống cơ điện nói chung và các thiết bị cơ điện nói riêng.

BBT Galaxy M&E