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

Nhiều người dùng máy phát điện thường gặp tình trạng máy chạy tốt với các thiết bị thông thường nhưng lại “nhấc không nổi” khi khởi động motor. Nguyên nhân chính nằm ở hệ số công suất cosφ mà ít ai để ý. Hiểu rõ vấn đề này sẽ giúp bạn chọn máy phát điện chạy tải motor phù hợp. Từ đó tránh được tình trạng quá tải gây hư hỏng thiết bị.

cosφ là gì? (Hệ số công suất)

Cosφ hay còn gọi là hệ số công suất (Power Factor) là chỉ số đo lường hiệu quả sử dụng điện năng của thiết bị. Giá trị cosφ nằm trong khoảng từ 0 đến 1. Trong đó cosφ càng cao (tiến tới 1) thì thiết bị sử dụng điện càng hiệu quả.

Khi một thiết bị hoạt động, nó tiêu thụ hai loại công suất: Công suất thực (Active Power) đo bằng kW để thực hiện công việc tạo nhiệt, ánh sáng, chuyển động và công suất phản kháng (Reactive Power) đo bằng kVAR chủ yếu dùng để tạo từ trường trong motor, máy biến áp. Tổng công suất biểu kiến (Apparent Power) đo bằng kVA là kết hợp của cả hai loại.

Các thiết bị điện trở thuần như bóng đèn sợi đốt, bếp điện, lò sưởi có cosφ rất cao từ 0.95 đến 1 vì chúng chỉ tiêu thụ công suất thực. Ngược lại, motor, máy biến áp, máy hàn có cosφ thấp hơn nhiều. Do cần công suất phản kháng để tạo từ trường hoạt động.

Xem thêm:

Công thức tính tiêu hao nhiên liệu máy phát điện theo tải

Mối quan hệ giữa kW – kVA – cosφ

Ba đại lượng này có mối liên hệ chặt chẽ theo công thức: kW = kVA × cosφ. Từ công thức này ta thấy với cùng một công suất thực kW. Thiết bị có cosφ càng thấp sẽ cần máy phát điện có công suất kVA càng lớn.

Ví dụ cụ thể, một motor 3kW với cosφ = 0.8 sẽ cần máy phát có công suất tối thiểu 3 ÷ 0.8 = 3.75kVA. Nếu motor đó có cosφ chỉ là 0.6 thì cần máy phát 3 ÷ 0.6 = 5kVA. Như vậy dù cùng công suất làm việc nhưng cosφ khác nhau đòi hỏi công suất máy phát chênh lệch.

Đây chính là lý do các nhà sản xuất máy phát điện thường ghi công suất định mức theo kVA thay vì kW. Vì kVA phản ánh đúng khả năng cung cấp điện thực tế của máy cho mọi loại tải.

Vì sao tải motor thường có cosφ thấp?

Motor điện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Cần từ trường mạnh để tạo momen xoắn cho trục quay. Để tạo và duy trì từ trường này, motor phải tiêu thụ một lượng lớn công suất phản kháng ngoài công suất thực để thực hiện công việc cơ học.

Tình trạng này càng trầm trọng khi motor hoạt động non tải hoặc không tải. Khi đó motor vẫn cần duy trì từ trường nhưng công suất cơ học đầu ra thấp. Khiến cosφ giảm mạnh xuống còn 0.2 đến 0.4. Motor làm việc ở công suất định mức thường có cosφ từ 0.7 đến 0.85. Nhưng khi khởi động lúc đầu cosφ có thể chỉ còn 0.3 đến 0.5.

Các loại motor cũ, motor công suất nhỏ hoặc motor chất lượng thấp thường có cosφ kém hơn so với motor hiện đại tiết kiệm năng lượng. Đặc biệt motor một pha có cosφ thấp hơn motor ba pha cùng công suất. Do thiết kế cuộn dây kém hiệu quả hơn.

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

Máy phát điện được thiết kế với công suất định mức tính theo cosφ = 0.8. Đây là giá trị chuẩn trong công nghiệp. Tuy nhiên khi chạy motor đặc biệt là lúc khởi động, cosφ thực tế thường thấp hơn nhiều.

Khi motor khởi động, dòng điện khởi động có thể gấp 5 đến 8 lần dòng định mức và cosφ rất thấp khoảng 0.3 đến 0.5. Điều này khiến máy phát phải cung cấp công suất kVA cao đột biến, vượt quá khả năng thiết kế. Kết quả là điện áp sụt giảm mạnh, tần số dao động, máy phát bị quá tải.

Nhiều người mắc sai lầm khi chọn máy phát chỉ dựa vào công suất kW ghi trên motor mà không tính đến hệ số cosφ và dòng khởi động. Ví dụ motor 5kW nhưng thực tế cần máy phát từ 10 đến 15kVA tùy loại motor.

Dấu hiệu nhận biết máy phát “yếu” khi chạy motor

Các biểu hiện dễ nhận thấy nhất là motor khởi động chậm, quay không đều hoặc không khởi động được dù đã bật công tắc. Đèn chiếu sáng nháy sáng tối liên tục khi motor hoạt động cũng là dấu hiệu quá tải.

Máy phát phát ra tiếng gầm to bất thường, rung lắc mạnh hoặc có mùi cháy cho thấy động cơ máy phát đang làm việc vượt quá khả năng. Trường hợp nghiêm trọng, cầu chì hoặc CB bảo vệ quá tải tự động ngắt do dòng điện vượt ngưỡng cho phép.

Nếu để tình trạng này kéo dài, cuộn dây máy phát sẽ nóng lên quá mức. Cách điện bị phá hủy dần, giảm tuổi thọ và có thể cháy hỏng hoàn toàn. Motor cũng bị ảnh hưởng do điện áp thấp và không ổn định, hoạt động kém hiệu quả.

Cách tính chọn máy phát điện chạy motor đúng chuẩn

Bước đầu tiên là xác định công suất thực của motor ghi trên nhãn (kW hoặc HP, với 1HP = 0.746kW) và hệ số cosφ nếu có. Nếu không có thông tin cosφ, nên lấy giá trị an toàn là 0.7 cho motor thông thường.

Tính công suất biểu kiến cần thiết: kVA = kW ÷ cosφ. Sau đó nhân thêm hệ số khởi động từ 2.5 đến 3 lần cho motor khởi động trực tiếp. Hoặc 1.5 đến 2 lần nếu có thiết bị khởi động mềm. Kết quả này chính là công suất tối thiểu của máy phát cần chọn.

Ví dụ thực tế: motor 7.5kW, cosφ = 0.7, khởi động trực tiếp. Công suất biểu kiến: 7.5 ÷ 0.7 = 10.7kVA. Tính hệ số khởi động: 10.7 × 2.5 = 26.75kVA. Nên chọn máy phát từ 30kVA trở lên để đảm bảo an toàn.

Nếu chạy nhiều motor cùng lúc, cần tính tổng công suất nhưng lưu ý không phải tất cả motor đều khởi động đồng thời. Nên tính motor lớn nhất với hệ số khởi động, các motor khác chỉ tính công suất làm việc bình thường rồi cộng lại.

Xem thêm:

Máy Phát Điện Chạy Dầu 1 Pha 1.7KVA – 2.0KVA DHY20CLE

Máy Phát Điện Chạy Dầu 1 Pha 2.7KVA – 3.0KVA DHY36CLE

Giải pháp giúp máy phát chạy motor khỏe hơn

Sử dụng thiết bị khởi động mềm (soft starter) hoặc biến tần (inverter) là giải pháp hiệu quả nhất. Các thiết bị này giảm dòng khởi động xuống còn 2 đến 3 lần thay vì 5 đến 8 lần. Đồng thời cải thiện cosφ trong quá trình khởi động. Điều này giúp máy phát không bị quá tải đột ngột.

Khởi động motor theo trình tự từ lớn đến nhỏ và tránh khởi động nhiều motor cùng lúc. Khi motor lớn đã chạy ổn định rồi mới khởi động motor tiếp theo sẽ giúp phân bổ tải đều hơn cho máy phát.

Lắp đặt tụ bù công suất phản kháng để nâng cao cosφ của hệ thống. Tụ bù sẽ cung cấp công suất phản kháng cần thiết cho motor, giảm tải cho máy phát. Tuy nhiên cần tính toán dung lượng tụ bù phù hợp và lắp thêm thiết bị chống dao động để tránh cộng hưởng.

Bảo dưỡng định kỳ máy phát và motor giúp duy trì hiệu suất hoạt động tốt nhất. Kiểm tra và vệ sinh bộ lọc gió, thay dầu nhớt đúng hạn, kiểm tra và siết chặt các đầu nối điện. Đảm bảo hệ thống làm mát hoạt động tốt sẽ giúp máy phát làm việc ổn định.