Giáo trình nội bộ mô đun Máy phát điện xoay chiều đồng bộ một pha

ợt để chống mòn cho vành trượt. Một dây đồng nhiều lõi cấy vào phần trên của 
chổi thân để nối điện vào chổi than, Chổi than tỳ lên vành trượt để dẫn điện vào 
ra. Để tăng áp lực lên vành trượt, người ta dùng một lò xo ép chổi than vào vành 
trượt. Lò xo cũng tham gia dẫn điện vào chổi than. Yêu cầu của lò xo là tạo lực vừa 
đủ và có lực gần đều nhau trong thời gian sử dụng, nên thường là một lá thép cuộn 
nhiều vòng như dây cót đồng hồ. Với các máy bé không thể chế tạo chổi than cồng 
kềnh, nên chổi than nằm trong giá có lò xo xoắn để ép chổi than, dây dẫn vừa dẫn điện 
vừa hạn chế độ độ di chuyển của chổi than trong hốc vừa chống tuột ra ngoài. Đế 
chổi bawys vào vị trí cố định ngang tầm với vành trượt. Như thế, việc thay thế chổi 
than định kỳ (theo số giờ làm việc) rất quan trọng, nếu không sẽ hỏng vành tjkhi chổi 
than qua mòn. 
 40 
 Hình 6.2: Chổi than và dây dẫn 
 1.2 Đánh lửa và nguyên nhân của nó: 
 Trong trường hợp máy phát có phần cảm quay thì dòng điện thông qua 
vành trượt-chổi than bé, còn nếu phần ứng quay thì dòng điện đi qua vành trượt-chổi 
than lơn hơn từ 10 đến 15 lần, vì thế rất dễ gây ra tia lửa điện lớn khi sử dụng. 
 Lúc máy phát hoạt động thì khi nào cũng có tia lửa điện ở vành trượt-chổi than, 
chỉ khác nhau về cường độ mà thôi. Các tia lửa nhỏ li ty thì coi như là vô hại, khi nó 
lớn hơn, độ dài cỡ mi-li-mét, có khi trông thấy kéo dài đến cả cm thì mới nguy hiểm, 
làm hỏng vành trượt-chổi than. 
 Có mấy nguyên nhân chính sau đây: 
 - Vành trượt bẩn, lớp bẩn này do loại chổi than không tốt để lại trên vành trượt 
cùng với bụi bẩn trong môi trường, tạo nên một lớp dẫn điện kém. Khi máy 
phát hoạt động, nhiệt phát ra nhiều hơn bình thường, các nhiệt điện tử tạo ra tia lửa 
điện. Cách khắc phục là dùng giấy nhám số từ 400 trở lên (số 400 có nghĩa là có 400 
hạt nhám trong 1 inh vuông) tỳ nhẹ lên vành trượt lúc đang quay, vành trượt sẽ 
sáng bóng lên, nếu hết lửa là đúng nguyên nhân. 
 - Chổi than quá mòn: Khi chổi than quá mòn, lực ép của lò xo giảm đi làm tăng 
điện trở tiếp xúc, nhiệt độ tiếp xúc tăng lên, gây ra tia lửa. Khắc phục là thay 
chổi than mới đúng chủng loại. 
 - Lò xo yếu: Các máy phát cũ, lò xo bị biến dạng mỏi nên giảm lực ép chổi than 
vào vành trượt. Khắc phục bằng cách thay mới hoặc căng thêm lò xo nếu có thể. 
 - Vành trượt bị rỗ hoặc không tròn đều: Nguyên nhân này là do hậu quả của một 
quá trình khai thác và bảo dưởng không đúng quy trình kỹ thuật, để đánh lửa 
trong thời gian dài mà có. Không có cách gì sửa chữa, chi khắc phục được tam thời 
bằng cách tiện lại vành góp cho tròn rồi đánh bóng mà thôi. Tuy nhiên sau khi tiện, lớp 
đồng phia trong là đồng thau, chịu mài mòn kém, điện trở suất cao nên rất chóng hỏng 
trở lại. 
2. Cách khắc phục các hư hỏng của vành trượt và chổi than 
 Các thao tác trên đây, coi như là nhiệm vụ khai thác và bảo dưỡng hàng 
ngày hoặc hàng tuần, nên thực tê chỉ còn khắc phục vành trượt rỗ hoặc không 
tròn mà thôi. 
 Vành trượt bị rỗ, có thể quan sát bằng mắt thường, còn vành trượt không 
 41 
tròn thì phải có thiết bị kiểm tra mới thấy. Thông thường thấy máy phát xuất 
hiện nhiều tia lửa mà xử lý bằng cách đánh bóng vành trượt, thay chổi than mới, căng 
thêm lò xo vẫn không được, thì có thể do vành trượt không tròn. Nếu vành trượt 
không tròn, tốc độ máy phát cao thì chổi than sẽ bị nhảy trên vành trượt, do tiếp 
xúc không tốt mà xẩy ra tia lửa và làm cho vành góp ngày càng méo thêm. 
 Dụng cụ để phát hiện vành trượt không tròn là đồng hồ đo khoảng cách, 
đồng hồ này có thể đo được các khoảng cách đến 1/100mm. Nếu không có máy, ta có 
thể làm môt mũi nhọn tựa cố định vào vành trượt rồi dùng tay quay rô to chậm để rà 
sự lồi lõm không tròn của vành trượt bằng mắt thường. 
 Việc thay mới vành trượt chỉ có chính hảng sản xuất hoặc đại lý của hãng mới có 
vật tư, các xưởng sửa chửa thông thường chỉ đánh bóng hoặc tiện lại thì kết quả chỉ có 
tính chất tạm thời. 
3. Kiểm tra, sửa chữa vành trượt, chổi than của máy phát điện xoay chiều đồng 
bộ một pha 
 42 
 BÀI 7: SỬA CHỮA MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
 MẤT TỪ DƯ 
1. Nguyên lý làm việc của máy phát điện tự kích từ 
 1.1. Định nghĩa. 
 Máy phát điện tự kích từ là máy phát điện mà khi động cơ lai quay đủ tốc độ thì 
máy phát tự lên điện xấp xỉ điện áp định mức. Thông thường các hãng chế tạo đều 
đã sản xuất ra các máy phát điện có khả năng tự kích, vì tính tiện lợi của nó. 
 1.2. Quá trình tự kích. 
 Quá trình tự kích xuất phát từ “từ thông dư” của cuộn kích từ. Tất cả các 
cuộn kích từ đều dùng dây ê-may quấn trên lõi thép kỹ thuật điện chuyên dùng (khác 
với thép dùng để chế tạo biến áp hoặc thép để chế tạo động cơ điện xoay chiều), thép 
này có từ thông dư khoảng 10% nên khi máy lai chạy đủ tốc độ thì sức điện động Edư 
đạt khoảng 15v trở lên, bộ tự động điều chỉnh điện áp sẽ đưa điện áp này quay lại cuộn 
kích từ nhằm tạo ra từ thông lớn hơn để rồi tạo ra điện áp lớn hơn, . . . cái vòng 
luẩn quẩn này kết thúc khi điện áp máy phát xấp xỉ định mức và ta gọi là quá 
trình này là quá trình tự kích của máy phát điện. 
2. Điều kiện để có quá trình tự kích trong máy phát điện tự kích từ 
 Máy phát đồng bộ tự kích được nhờ 3 yếu tố cơ bản: Một là có từ dư đủ 
lớn, hai là dòng kích từ do bộ tự động điều chỉnh điện áp quay về phải đúng 
chiều và ba là điện trở mạch kích từ đủ nhỏ. Chỉ cần thiếu một điều kiện là máy không 
thể tự kích được. Ta sẽ phân tích kỹ các điều kiện này. 
 2.1 Điều kiện từ dư 
 Rõ ràng điều kiện từ dư vô cùng quan trọng, nếu không có từ dư hoặc từ dư quá 
yếu thì máy phát không thể tạo ra điện áp cần thiết cho bộ tự động điều chỉnh 
điện áp làm việc, bổ sung từ thông cho cuộn kích từ trong quá trình tự kích 
được. Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng mất từ dư như máy phát bị công suất 
ngược nặng mà thiết bị bảo vệ lại cắt không đúng thời điểm, khi sửa chữa sấy phần 
cảm máy phát ở nhiệt độ quá cao, máy để lâu không dùng, bị các xung lực lớn, . . . 
 Trường hợp các máy phát 1 pha dùng cho gia đình không có từ dư chỉ xẩy ra ở 
lần phát điện đầu tiên sau khi xuất xưởng hoặc ở máy phát để qua lâu không phát điện 
(mà hãng chế tạo không có biện pháp cải thiện) mà thôi. Còn ở các máy phát 
công nghiệp phải công tác song song thi mất từ dư còn có thể do bị công suất 
ngược nặng, máy phát biến thành động cơ mà ra. 
 Từ dư sẽ tự hồi phục trở lại sau thời gian hoạt động toàn tải, vì dòng kích từ đủ 
lớn sẽ tạo ra từ trường sắp xếp lại các phân tử sắt trợ từ, giống như hiện tượng mài các 
tua vít vào nam châm thì tua vít có khả năng giữ các vít bằng sắt khi làm việc. 
 2.2 Điều kiện chiều dòng kích từ: 
 Bộ tự động điều chỉnh điện áp có nhiệm vụ biến điện áp máy phát thành 
dòng kích từ cho phần cảm, nếu dòng kích từ do quay về không đúng chiều thì từ 
 43 
thông do dòng điện sỉnh ra chống lại từ thông dư làm cho từ thông tổng hợp yếu đi, kết 
quả là điện áp phát ra nhỏ hơn lúc chỉ mới có từ dư, nên không thể tự kích được. Điều 
kiện này ở máy phát điện đồng bộ xẩy ra do hai nguyên nhân: Một là khi sửa chữa 
không đúng quy trình kỹ thuật, tháo dây kích từ ra rồi lắp lại không đúng chiều dương 
âm; và hai là khi công tác song song, máy bị công suất ngược làm trái chiều từ dư. 
 2.3 Điều kiện điện trở mạch kích từ 
 Trong trường hợp máy phát đã có từ dư và chiều dòng kích từ quay về tạo ra từ 
thông đã cùng chiều với từ thông dư nhưng máy phát chỉ lên điện được mấy 
chục vôn rồi dừng lại mà không chịu lên đủ điện, cũng gọi là không tự kích được. 
Trường hợp này là do điện trở mạch kích từ qua lớn. 
 Khái niệm điện trở mạch kích từ ở đây để chỉ một điện kháng tổng hợp của bo 
(board) mạch kích từ bao gồm cả điện trở, điện kháng, điện dung, tỷ số biến áp đo, . . 
nên không thể tính toán tỷ mỷ được, giá trị này lấy bằng điện áp vào bo mạch chia 
cho dòng kích từ hiện tại, nếu điện trở này quá lớn, thì dòng kích từ quá nhỏ, 
không đủ tạo hết đường đặc tính không tải. Trường hợp này có thể coi như bo mạch 
kích từ có lỗi. 
3. Nguyên nhân và cách khắc phục hiện tượng mất từ dư 
 3.1 Mồi từ: 
 Trong trường hợp máy phát đang chạy mà không chịu lên điện thì chỉ có mỗi 
cách là mồi từ. Mồi từ là dùng nguồn điện một chiều (có điện áp vừa nhỏ hơn 
hoặc bằng điện áp kích từ không tải) cấp vào đúng chiều cho cuộn kích từ. 
Khi máy phát đã lên điện thì cắt mạch mồi từ ra ngoài, để bộ tự động điều chỉnh điện 
áp làm việc. Thông thường mạch mồi từ đã đấu sẵn vào trong mạch điện máy 
phát, nguồn điện một chiều là ắc quy. Nếu điện áp mồi quá nhỏ thì mồi không được, 
còn nếu nguồn điện áp mồi lớn hơn điện áp kích từ không tải thì phải thêm điện trở 
hạn chế, nếu không sẽ bị quá kích 
 Mạch điện mồi từ bao giờ cũng phải có diod chống ngược. Diod này có 2 chức 
năng: Một là chống đấu nhầm cực điện của ác quy, và hai là khi máy phát đã lên điện 
thì không quay về nạp cho ác quy. Nếu không có diod này có thể xảy ra hiện tượng 
mồi mãi mà vẫn không thấy lên đủ điện, khi không mồi nữa mới lên đủ điện. Để có 
thể ngắt mồi kịp thời, thường dùng một nút bấm thường mở (NO: normal open) để 
cấp điện. Khi mồi ta cấp điện từng nhịp ngắn (khoảng 1sec) cho đến lúc lên điện 
.Mạch điện mồi như mô tả trên hình 7.1 
 44 
 Hình 7.1: Mạch điện mồi từ 
 Thời gian mồi từ chỉ khoảng 1sec là được. Khi ấn nút mồi, mắt phải nhìn vào 
đồng hồ đo điện áp, khi thấy kim lên khoảng nửa điện áp định mức thì bỏ tay ra, để 
tránh quá điện áp. Nếu chưa được thì làm lại. 
 Trong trường hợp máy phát đã tháo ra để sửa chữa thì phải xem hãng chế tạo đã 
dùng biện pháp gì để cải thiện quá trình tự kích trong những phương pháp nêu sau đây: 
 3.2 Thêm nam châm vĩnh cửu: 
 Khi chế tạo phần cảm các máy phát điện nói chung và máy phát điện đồng 
bộ nói riêng, hãng chế tạo đã chọn loại thép kỹ thuật điện có thông số từ dư lớn. 
Để chắc chắn hơn, có hãng đã cài thêm một nam châm vĩnh cửu vào trong mạch 
từ của cuộn kích từ, chắc chắn hơn nữa, có hãng đã chế tạo cả một máy 
phát dùng nam châm vĩnh cửu chuyên cấp nguồn cho bộ tự động điều chỉnh điện 
áp. 
 3.3 Thêm mạch cộng hưởng: 
 Một bộ mồi từ đặc biệt được thiết kế kèm vào bộ điều chỉnh điện áp, đó là một 
mạch LC cộng hưởng ở tốc đô bằng 80% tốc độ định mức của máy phát. Khi 
khởi động, máy phát điện phải tăng tốc độ từ 0 đến định mức, đến giá trị 80% 
tốc độ định mức, bộ cộng hưởng làm việc, điện áp kích từ tăng vọt lên để máy phát lên 
điện. Vượt qua tốc độ này, mạch cộng hưởng mất tác dụng, còn bộ tự động điều chỉnh 
điện áp làm việc với chức năng ổn áp của mình. Ta có thể giải thích mạch điện này 
như ở hình 7.2: 
 Hình 7.2: Mạch cộng hưởng dùng cho tự kích 
 Một mạch LC nối tiếp, không cần thêm điện trở (vì bản thân trong cuộn 
kháng và tụ điện đã có điện trở bên trong). Cửa vào của mạch cộng hưởng là 
điện áp của máy phát do từ thông dư gây nên, cửa ra là điện áp trên tụ C, cấp 
cho cuộn kích từ trước chỉnh lưu. 
 Ta biết rằng, trong mạch điện xoay chiều, cảm kháng của cuộn kháng tăng 
dần theo tần số, còn dung kháng của tụ điện lại giảm dần theo tần số, cho nên với 
mọi giá tri của L và C ta đều có thể chọn được tần số thích hợp để XL = XC. Ở 80% 
tần số định mức, ta chọn L và C theo biểu thức: 
 với giá trị L và C chọn như thế, ở 40Hz trở kháng của chúng bằng nhau nên tổng 
trở Z của mạch chỉ còn lại điện trở nội của cuộn kháng và tụ điện mà thôi, tổng trở 
mạch cộng hưởng gần bằng 0. Dòng điện chạy trong mạch rất lớn, gây ra sụt áp trên 
cuộn cảm và tụ C rất lớn. Điện áp này được đưa vào cuộn kích từ tạo ra dòng kích từ 
 45 
cực đai, tự kích thành công. Chú ý rằng biểu thức trên để tính giá trị của cuộn 
kháng và tụ điện, mà chưa nói đến công suất, cho nên trong thực tế ít ai dung 
cho các máy phát công suất bé vì nó khá cồng kềnh. Hơn nữa phải lấy điện áp 
mồi từ trên tụ điện mới ổn định và chọn giá tri C thích hợp mới có hiệu quả. 
 Hình 7.3: Đồ thị véc tơ điện áp trên tụ C và mạch điện cải thiện tự kích, giảm điện trở 
 mạch kích từ lúc khởi động. 
 3.3 Thêm mạch điện trở thấp lúc khởi động. 
 Điện trở mạch kích từ do nhiều phần tử cấu thành như điện trở thuần, tụ 
điện, các tiếp giáp điện tử, . . .nên thường rất lớn, dẫn đến dòng kích từ quá nhỏ. Và 
không tự kích được. Khắc phục nhược điểm này, người ta làm một mạch điện 
phụ đấu song song với mạch điện chính và chỉ hoạt động lúc khởi động mà thôi. Nhiều 
người cho rằng đây là mạch mồi từ tự động, nhưng không phải, mồi từ phải có nguồn 
ngoài, ở đây dùng năng lượng bản thân chỉ giảm điện trở mạch đi thôi. 
 Mạch điện một chiều có điện trở thấp đơn giản nhất là có 1 diod. Đem 
mạch vào làm việc hay cắt mạch ra nhờ 1 rơle điện áp có điện áp hút khoảng 80% 
điện áp định mức của máy phát. Tiếp điểm thường đóng của 1 rơ le này đóng 
mạch lúc máy phát chưa lên đủ điện và cắt mạch lúc máy phát đã lên điện. Mạch điện 
hỗ trợ giảm điện trở mạch kích từ đơn giản nhất như hình 7.3. Trong sơ đồ này, rơ le A 
nhận điện áp pha 220v. khi chưa lên điện thì cuộn dây chưa làm việc, tiếp điểm thường 
đóng cấp dòng kích từ thông qua diod theo luật cộng dòng điện. Khi đủ điện, rơ le A 
làm việc, cắt mạch điện trở thấp ra ngoài, bộ tự động kích từ TDKT hoạt động. Về 
nguyên lý chỉ đơn giản như thế, tuy nhiên khi áp dụng nguyên lý này, cần phải 
chú ý mấy điểm sau: Một là chọn điện áp hút của rơ le thấp hơn điện áp định mức 
khoảng 20-30% ( điều này hơi khó vì không có loại rơ le như thế, ta giải quyết bằng 
cách làm yếu lò xo phản kháng, mà không được bớt số vòng cuộn dây vì rơ le 
phải làm việc dài hạn với điện áp định mức), và nối tiếp nhiều tiếp điểm thường 
đóng để chắc chắn cắt được mạch điện khi máy phát đã lên đủ điện (nếu mạch 
điện này không cắt được sẽ gây sự cố hỏng máy phát). 
4. Phục hồi từ dư cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ một pha 
 Việc phục hồi từ dư cho máy phát điện là điều không cần thiết vì rằng nếu máy 
 46 
phát chạy không lên điện thì ta mồi từ (đó là công việc nhẹ nhàng mà hiệu quả nhất), 
và sau khoảng vài giờ làm việc đủ tải thì nó sẽ có lại từ dư lại như cũ. (nếu như không 
có thao tác loại bỏ nó đi như đấu lại dây kích từ ngược với quyđịnh). Tuy nhiên, nếu 
muốn phục hồi từ dư mà không chạy máy thì ta làm như sau: Không chạy máy, 
cho dòng điện một chiều vào cuộn kích từ (giống như mồi từ) có giá trị 
khoảng từng nhịp, cấp điện khoảng 30sec, ngắt ra rồi cấp lại, làm máy lần là lại 
có từ dư. Vì mạch điện giống như mạch mồi từ nhưng điện áp cao hơn (khoảng 
1,3 lần) mới có dòng lớn hơn như đã yêu cầu, nên có thể sử dụng mạch mồi từ 
với điều kiện là nâng điện áp mồi lên hoặc giảm điện trở hạn chế xuống. 
 47 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 - A.V. Ivanov Smolenski: Dịch Vũ Gia Hạnh, Phan Tử Thu – Máy điện 
(tập 2) – NXB Khoa học và kỹ thuật – 1992 
 - Trần Đức Lợi – Động cơ, mạch điều khiển và máy phát điện xoay 
chiều – NXB thống kê - 2001 
 - Đặng Văn Đào, Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng Thanh – Giáo trình 
máy điện: Sách dùng cho các trường đào tạo hệ trung học chuyên nghiệp – NXB Giáo 
dục - 2002 
 48