Vòng trượt máy phát điện: Thành phần thiết yếu trong hệ thống kích từ
Vòng trượt (Slip Ring) là một bộ phận quan trọng trong máy phát điện xoay chiều. Nó giúp truyền dòng điện từ bộ kích từ vào rotor khi rotor đang quay. Nhờ đó, máy phát điện duy trì khả năng phát điện ổn định. Dù có kích thước nhỏ, nhưng vòng trượt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của máy. Bình Minh sẽ giúp bạn hiểu rõ tất tần tật về bộ phận này.
Vòng trượt là gì?
Vòng trượt là bộ phận dùng để truyền dòng điện từ bộ phận tĩnh (stator) sang bộ phận quay (rotor) trong máy phát điện. Nó gồm một hoặc nhiều vòng kim loại quay cùng trục rotor và chổi than tỳ vào bề mặt vòng để dẫn điện.
Trong máy phát điện xoay chiều, Vòng trượt giúp đưa dòng điện kích từ vào rotor khi rotor quay. Nhờ đó, rotor tạo ra từ trường cần thiết để máy phát hoạt động. Nếu Vòng trượt hỏng, máy phát có thể mất điện áp hoặc hoạt động không ổn định.
Xem thêm:
Máy phát điện Mitsubishi 1250KVA MGS1300R
Cấu tạo của vòng trượt
- Vật liệu chế tạo
Vòng trượt thường được làm từ đồng nguyên chất hoặc hợp kim đồng. Một số loại vòng trượt cao cấp có thể được mạ bạc hoặc mạ niken. Điều này tăng khả năng dẫn điện và giảm hao mòn tiếp xúc với chổi than. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp ảnh hưởng đến hiệu quả truyền điện và thời gian bảo trì.
- Các bộ phận chính
- Vòng kim loại (ring): Là bộ phận quay cùng rotor. Được gia công chính xác để đảm bảo bề mặt nhẵn và đều. Giúp tiếp xúc ổn định với chổi than. Mỗi vòng kim loại tương ứng với một pha điện hoặc một dòng truyền tín hiệu.
- Chổi than (carbon brush): Là phần tiếp xúc trực tiếp với vòng kim loại. Nó giữ nhiệm vụ truyền dòng điện khi rotor quay. Chổi than thường được làm từ than chì hoặc hỗn hợp than – đồng. Có tính dẫn điện tốt và chịu ma sát cao. Chổi than cần được thay thế định kỳ do bị mòn theo thời gian.
- Giá đỡ (brush holder): Là bộ phận giữ chổi than ở đúng vị trí. Nó đảm bảo áp lực tiếp xúc vừa đủ với vòng kim loại để truyền điện ổn định. Giá đỡ thường được làm từ nhựa kỹ thuật hoặc kim loại, thiết kế chắc chắn.
- Vị trí lắp đặt trong máy phát điện
Vòng trượt được lắp đặt ở phía sau của trục rotor, nằm trong cụm kích từ của máy phát điện. Chúng nằm tách biệt với phần phát điện chính (stator). Được che chắn cẩn thận để tránh bụi bẩn, hơi ẩm, hoặc các tác nhân bên ngoài.
Việc lắp đặt vòng trượt cần tuân thủ đúng thiết kế của nhà sản xuất để đảm bảo đồng tâm, cân bằng và an toàn trong quá trình quay ở tốc độ cao.
Nguyên lý hoạt động
Khi máy phát vận hành, rotor quay liên tục với tốc độ cao. Trong khi bộ kích từ và các thành phần còn lại ở trạng thái tĩnh. Vì không thể nối dây cố định từ phần tĩnh sang phần quay, vòng trượt chính là cầu nối trung gian. Nó gồm hai vòng kim loại gắn cố định trên trục rotor, quay theo rotor. Hai chổi than nằm cố định trong thân máy, luôn tỳ sát vào bề mặt vòng trượt để duy trì tiếp xúc điện.
Dòng điện từ bộ kích từ đi qua chổi than, tiếp xúc với vòng trượt. Sau đó dẫn vào cuộn kích từ rotor. Dòng điện này tạo ra từ trường quay, là điều kiện cần thiết để máy phát điện sinh ra điện áp xoay chiều tại stator. Như vậy, vòng trượt đảm bảo dòng điện liên tục được cấp vào rotor trong suốt quá trình quay.
Vòng trượt khác với cổ góp (commutator) ở chỗ: nó chỉ truyền dòng điện một chiều không đổi vào rotor. Nó không làm đảo chiều dòng như cổ góp trong động cơ điện một chiều. Vòng trượt có cấu tạo đơn giản hơn và chủ yếu dùng trong máy phát điện xoay chiều.
Ứng dụng thực tế
Vòng trượt là bộ phận không thể thiếu trong hầu hết các loại máy phát điện công nghiệp. Nhờ có vòng trượt, dòng điện một chiều từ bộ kích từ được truyền vào rotor. Giúp duy trì từ trường ổn định để phát điện.
Vòng trượt còn được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị cần truyền điện. Ví dụ như trong tua-bin gió, cần cẩu xoay, máy đóng gói công nghiệp. Trong những trường hợp này, vòng trượt được thiết kế đặc biệt để truyền dòng điện. Chúng còn tín hiệu điều khiển, tín hiệu mạng hoặc dữ liệu tốc độ cao.
Tuỳ vào yêu cầu truyền tải, vòng trượt có thể được tích hợp thêm nhiều kênh truyền khác nhau và cải tiến về vật liệu. Đảm bảo hiệu suất và độ bền trong môi trường làm việc khắc nghiệt.
Bảo dưỡng và thay thế
Tần suất kiểm tra định kỳ
Vòng trượt và chổi than nên được kiểm tra định kỳ mỗi 1.000–2.000 giờ hoạt động. Tùy theo điều kiện vận hành và môi trường làm việc. Trong các môi trường bụi bẩn, ẩm hoặc rung động mạnh, nên rút ngắn chu kỳ kiểm tra.
Việc vệ sinh bề mặt vòng trượt, hút bụi carbon do mài mòn chổi than cũng cần thực hiện thường xuyên để tránh tạo lớp cách điện làm giảm hiệu suất truyền điện.
Dấu hiệu cần thay chổi than hoặc vòng trượt
- Chổi than bị mòn ngắn hơn mức cho phép (thường dưới 50% chiều dài ban đầu)
- Tia lửa điện xuất hiện tại vị trí tiếp xúc giữa chổi than và vòng trượt
- Vòng trượt có vết rỗ, xước sâu, đổi màu hoặc xuất hiện điểm nóng
- Máy phát hoạt động không ổn định, dao động điện áp hoặc mất kích từ
- Tiếng ồn bất thường từ cụm chổi than
Khi xuất hiện các dấu hiệu trên, cần kiểm tra kỹ cả chổi than lẫn vòng trượt để thay thế hoặc đánh bóng lại bề mặt tiếp xúc.
