Công thức tần số máy phát điện: 50Hz tương ứng bao nhiêu vòng tua?

Tần số 50Hz là thông số tiêu chuẩn của lưới điện Việt Nam. Nhưng không phải ai cũng hiểu rõ mối liên hệ giữa tần số này với vòng quay của máy phát điện. Nắm được công thức chuyển đổi giữa Hz và vòng tua (RPM) giúp vận hành hiệu quả hơn. Hyundai Việt Thanh sẽ giải đáp chi tiết về mối quan hệ này cùng cách kiểm tra, điều chỉnh tần số chuẩn xác.

Tần số (Hz) của máy phát điện là gì?

Tần số điện, ký hiệu Hz (Hertz), là số chu kỳ dao động của dòng điện xoay chiều trong một giây. Khi máy phát tạo ra điện áp xoay chiều 50Hz. Điều này có nghĩa là dòng điện đổi chiều 50 lần mỗi giây. Tương đương 100 lần thay đổi cực tính trong cùng khoảng thời gian đó.

Ở Việt Nam và hầu hết các nước châu Á, châu Âu, tần số tiêu chuẩn là 50Hz. Trong khi đó, Mỹ, Canada và một số quốc gia khác sử dụng 60Hz. Tần số ổn định bảo các thiết bị điện hoạt động đúng công suất, không bị hư hỏng. Nếu tần số dao động quá mức cho phép (thường là ±1Hz), động cơ có thể chạy sai tốc độ. Khiến máy biến áp phát nóng, và thiết bị điện tử bị nhiễu loạn.

Vòng tua (RPM) là gì? Liên quan gì đến Hz?

RPM (Revolutions Per Minute) là số vòng quay mà trục máy phát thực hiện trong một phút. Đây là thông số cơ học quan trọng. Chúng phản ánh tốc độ quay của rotor bên trong máy phát điện.

Mối liên hệ giữa RPM và Hz xuất phát từ nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều: mỗi khi rotor quay một vòng, các cực từ đi qua cuộn dây stato sẽ tạo ra các chu kỳ điện áp. Số chu kỳ điện áp sinh ra trong một giây chính là tần số Hz. Do đó, tốc độ quay của rotor quyết định trực tiếp tần số điện áp đầu ra. Nếu máy chạy chậm hơn, tần số giảm; nếu chạy nhanh hơn, tần số tăng.

Xem thêm:

Công thức tính dòng điện máy phát: bao nhiêu A là an toàn?

Cosφ là gì? Vì sao máy phát điện chạy tải motor hay bị yếu

Công thức liên hệ giữa tần số và vòng tua máy phát

Công thức cơ bản để tính toán mối quan hệ giữa tần số (f) và vòng tua (n) của máy phát điện là:

f = (P × n) / 120

Trong đó:

• f: tần số điện (Hz)
• P: số cực từ của máy phát (poles)
• n: vòng tua (RPM)
• 120: hằng số chuyển đổi (60 giây × 2, vì mỗi chu kỳ có 2 cực từ qua)

Từ công thức này, ta có thể suy ra công thức tính vòng tua khi biết tần số:

n = (120 × f) / P

Số cực từ P luôn là số chẵn (2, 4, 6, 8…) vì các cực từ luôn xuất hiện thành cặp Nam-Bắc. Máy phát càng nhiều cực thì cần vòng tua càng thấp để đạt cùng tần số, và ngược lại.

50Hz tương ứng bao nhiêu vòng tua? (Theo số cực)

Áp dụng công thức n = (120 × 50) / P = 6000 / P, ta có bảng tương ứng giữa số cực và vòng tua cần thiết để đạt tần số 50Hz:

Máy phát 2 cực cần chạy ở 3000 RPM. Đây là loại máy phát tốc độ cao, thường dùng động cơ diesel hoặc tuabin tốc độ cao. Máy phát 4 cực hoạt động ở 1500 RPM, là loại phổ biến nhất nhờ cân bằng tốt giữa kích thước, độ ồn và hiệu suất.

Máy phát 6 cực chạy ở 1000 RPM, thường thấy trong các máy phát công suất lớn. Máy phát 8 cực với 750 RPM thường được sử dụng trong các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ. Càng nhiều cực, máy càng chạy êm, ít rung động và tuổi thọ cao hơn. Nhưng kích thước và trọng lượng cũng tăng theo.

Ví dụ thực tế: một máy phát diesel gia đình công suất 10kVA thường là loại 4 cực. Động cơ diesel sẽ điều chỉnh để duy trì 1500 vòng/phút ở tải định mức. Nếu tải tăng đột ngột, động cơ có xu hướng giảm tốc độ, kéo theo tần số giảm. Lúc này bộ điều tốc (governor) sẽ tự động tăng nhiên liệu để duy trì vòng tua ổn định.

Tần số bị tụt/dao động do đâu?

Hiện tượng tần số dao động hoặc tụt giảm xuống dưới 50Hz thường xảy ra do các nguyên nhân sau:

Tải quá mức là nguyên nhân phổ biến nhất. Khi công suất tiêu thụ vượt quá khả năng của máy phát, động cơ không đủ mô-men để duy trì tốc độ. Điều này dẫn đến vòng tua giảm và kéo theo tần số giảm. Đây là dấu hiệu cảnh báo cần giảm tải.

Bộ điều tốc (governor) hoạt động kém cũng gây dao động tần số. Governor điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ để duy trì tốc độ ổn định. Nếu governor bị mòn, lò xo yếu hoặc cơ cấu điều chỉnh bị kẹt. Nó sẽ không phản ứng kịp với thay đổi tải, khiến tần số lên xuống liên tục.

Nhiên liệu kém chất lượng hoặc hệ thống cung cấp nhiên liệu có vấn đề. Làm động cơ không đạt công suất tối đa. Khi tải tăng, động cơ “nghèo nhiên liệu” sẽ không thể tăng tốc, dẫn đến tần số giảm.

Động cơ quá nóng hoặc bôi trơn kém làm giảm hiệu suất cơ học, tăng ma sát và giảm công suất. Tình trạng này thường đi kèm với tiếng kêu bất thường và tiêu hao nhiên liệu tăng cao.

Cách kiểm tra & điều chỉnh 50Hz chuẩn

Để kiểm tra tần số chính xác, bạn nên sử dụng đồng hồ đo tần số (frequency meter) hoặc đồng hồ vạn năng có chức năng đo Hz. Cắm đầu đo vào ổ cắm điện của máy phát ở chế độ đo tần số xoay chiều. Cho máy chạy không tải trong 5 phút để ổn định, sau đó ghi nhận chỉ số. Tần số chuẩn là 50Hz ±0,5Hz. Nếu lệch quá mức này, cần điều chỉnh.

Quy trình điều chỉnh cơ bản như sau: Tắt máy và để nguội hoàn toàn trước khi điều chỉnh. Tìm vít điều chỉnh governor trên động cơ. Thường nằm gần bơm cao áp hoặc trên thân máy. Nó có ký hiệu “Speed” hoặc mũi tên tăng/giảm. Khởi động máy không tải, dùng đồng hồ đo tần số liên tục trong lúc điều chỉnh.

Nếu tần số dưới 50Hz, vặn vít điều chỉnh theo chiều tăng tốc độ từng chút một. Đợi vài giây để ổn định rồi kiểm tra lại. Nếu tần số trên 50Hz, vặn ngược lại để giảm tốc độ. Sau khi đạt 50Hz ở chế độ không tải, thử với tải 50%, 75% và 100% công suất định mức để đảm bảo tần số vẫn ổn định trong khoảng cho phép.

Lưu ý quan trọng: không nên điều chỉnh governor quá nhiều lần trong thời gian ngắn. Vì có thể làm lệch cân bằng hệ thống. Nếu không thể đạt 50Hz ổn định sau khi điều chỉnh. Vấn đề có thể nằm ở governor bị hỏng, động cơ yếu hoặc máy phát có sự cố nội bộ, cần liên hệ kỹ thuật viên chuyên nghiệp.

Việc duy trì tần số 50Hz chuẩn xác không chỉ bảo vệ thiết bị điện mà còn kéo dài tuổi thọ máy phát. Từ đó giảm hao phí nhiên liệu và đảm bảo an toàn vận hành.