Hiện nay, máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền tải, phân phối điện năng. Ngoài ra còn nhiều chức năng khác tuỳ thuộc mục đích sử dụng.
Máy biến áp
Máy biến áp là một thiết bị từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này [U1, I1, f] thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác [U2, I2, f], với tần số không thay đổi.
Cấu tạo máy biến áp
Lõi thép
- Lõi thép của máy biến áp được chế tạo bằng những vật liệu có độ dẫn từ cao vì nó được dùng để dẫn từ thông chính trong máy.
- Vật liệu chế tạo lõi thép là thép kỹ thuật điện [còn gọi là tôn silic].
- Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy trong lõi [dòng Fuco], người ta không làm thành khối liền mà dùng các lá thép có chiều dày từ 0,3mm – 0,5mm, có phủ cách điện ghép.
- Hình dạng khác nhau như hình chữ nhật, hình xuyến…
Lõi thép được chia làm hai phần:
- Trụ từ: là nơi để đặt dây quấn,
- Gông từ: là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.
Trụ từ và gông từ tạo thành mạch từ khép kín,
Dây quấn
- Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng dây đồng [hoặc nhôm], tiết diện chữ nhật, hoặc tròn, phía ngoài có bọc cách điện.
- Dây quấn gồm nhiều vòng dây quấn quanh trụ từ. Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn được cách điện với nhau và cách điện với lõi thép.
Máy biến áp thường có 2 hoặc nhiều dây quấn.
- Dây quấn nhận điện áp vào ⇒ sơ cấp.
- Dây quấn đưa điện áp ra ⇒ thứ cấp.
Ký hiệu dây quấn sơ cấp, thứ cấp:
Các đại lượng ứng với dây quấn sơ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 1: số vòng dây sơ cấp W1, điện áp sơ cấp U1, dòng điện sơ cấp I1, công suất vào P1…
Các đại lượng ứng với dây quấn thứ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 2: số vòng dây thứ cấp W2, điện áp thứ cấp U2, dòng điện thứ cấp I2, công suất đưa ra P2 .
Thường trong các máy biến áp có một cuộn sơ cấp, nhưng có thể có một hay nhiều cuộn thứ cấp. Lúc này trong ký hiệu còn ghi thêm số cuộn. Ví dụ W21, W22; U21,.. ; I21, I22…
Các phần phụ khác
- Hệ thống làm mát: Nhiệt lượng sinh ra trong dây quấn và lõi thép của máy biến áp cần được thải ra môi trường xung quanh nhằm tránh hiện tượng tăng nhiệt độ làm hỏng máy.
- Làm mát khô: Làm mát bằng không khí, có loại không cưỡng bức và cưỡng bức.
- Làm mát ướt: Đặt lõi thép và dây quấn trong một thùng chứa dầu máy biến áp và hệ thống tản nhiệt [đối với các máy công suất lớn].
- Ngoài ra, còn có các sứ xuyên ra để đấu dây quấn ra ngoài, có bộ phận chuyển mạch để điều chỉnh điện áp, rơ le để bảo vệ máy, bình dãn dầu, thiết bị chống ẩm.
Nguyên ký làm việc của máy biến áp
Để nghiên cứu nguyên lý làm việc của máy biến áp ta xét máy biến áp một pha hai dây quấn.
- Dây quấn sơ cấp có W1 vòng, dây quấn thứ cấp có W2 vòng.
- Cấp điện xoay chiều, điện áp U1 vào dây quấn sơ cấp, sẽ có dòng điện sơ cấp i1.
- Dây quấn thứ cấp nối với tải.
Dòng i1 sinh ra từ thông F biến thiên chạy trong lõi thép có chiều như hình vẽ [chiều của F theo quy tắc vặn nút chai], xuyên qua cả 2 dây quấn sơ cấp W1 và thứ cấp W2 và là từ thông chính của máy.
Dòng điện i1 biến thiên theo qui luật hàm sin ⇒ từ thông F biến thiên ⇒ theo định luật cảm ứng điện từ, ở các dây quấn có sức điện động cảm ứng.
- Dây quấn sơ cấp ⇒ sức điện động e1 Dây quấn thứ cấp ⇒ sức điện động e2.
- Từ thông F biến thiên theo qui luật hàm sin.
Các đại lượng định mức máy biến áp
Điện áp định mức
- Điện áp sơ cấp định mức U1đm [V,KV]: là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp.
- Điện áp thứ cấp định mức U2đm [V,KV]: là điện áp đo được giữa các cực của dây quấn thứ cấp khi dây quấn thứ cấp hở mạch [chưa đấu tải] và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức.
Máy biến áp 1 pha: điện áp định mức là điện áp pha.
Máy biến áp 3 pha: điện áp định mức là điện áp dây.
Dòng điện định mức
Dòng điện định mức sơ cấp I1đm [A] và thứ cấp I2đm [A] là dòng điện qui định cho mỗi dây quấn, ứng với công suất định mức và điện áp định mức.
Với máy 3 pha: dòng điện định mức là dòng điện dây.
Công suất định mức Sđm
- Máy 1 pha: Sđm = U2đm x I2đm = U1đm x I1đm.
- Máy 3 pha: Sđm = Căn 3 x U2đm x I2đm = Căn 3 x U1đm x I1đm.
Công dụng của máy biến áp
- Máy biến áp dùng để tăng điện áp từ máy phát điện lên đường dây tải điện đi xa, và giảm điện áp ở cuối đường dây để cung cấp cho tải.
- Các máy biến áp công suất nhỏ, ổn áp, thiết bị sạc [230V sang DC 24, 12, 3V,…
- Ngoài ra máy biến áp còn được sử dụng trong các thiết bị lò nung [máy biến áp lò], trong hàn điện [máy biến áp hàn], biến áp khởi động động cơ, đo lường…
Các loại máy biến áp chính
Máy biến áp điện lực
Dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực.
Máy biến áp chuyên dùng
Sử dụng ở lò luyện kim, các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn …
Máy biến áp tự ngẫu
Dùng để liên lạc trong hệ thống điện, mở máy động cơ không đồng bộ công suất lớn.
Máy biến áp đo lường
Dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn đưa vào các dụng cụ đo tiêu chuẩn.
Máy biến áp thí nghiệm
Dùng để thí nghiệm điện áp cao.
Video giới thiệu máy biến áp
Đối với ngành điện công nghiệp và một số lĩnh vực khác thì máy biến áp là một thiết bị không thể thiếu. Máy biến áp được ứng dụng một cách rộng rãi trong các bài toán điện năng. Để hiểu rõ hơn về thiết bị này, hôm nay BKAII sẽ cùng các bạn tìm hiểu về khái niệm, cấu tạo cũng như cách phân loại cơ bản của máy biến áp nhé!
Nhắc đến máy biến áp ta sẽ nghĩ ngay đến một loại máy có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều, nó có thể tăng hoặc giảm mức điện áp ban đầu tùy theo cấu tạo của nó. Máy biến áp ngày nay thường được gọi với tên ngắn gọn là biến áp. Hiểu một cách chính xác, máy biến áp là một thiết bị điện từ loại tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi. Hay ta có thể hiểu một cách đơn giản hơn, máy biến áp là thiết bị điện dùng cảm ứng điện từ để truyền, đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện theo một nguyên lí nhất định. Đôi khi hay có sự nhầm lẫn về chức năng của máy biến áp, trên thực tế máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không làm biến đổi năng lượng.
Hiện nay người sử dụng có nhu cầu sử dụng các máy móc, thiết bị hiện đại từ nước ngoài về. Với nhiều máy móc được sản xuất ở nước ngoài thường có những mức điện áp định mức khác nhau không giống với mức điện áp phổ biến ở Việt Nam. Như vậy muốn sử dụng những chiếc máy móc nhập ngoại này cần phải sử dụng đến những chiếc máy biến áp. Qua đó ta thấy được vai trò không thể thiếu của những chiếc máy biến áp trong các hệ thống sử dụng nhiều máy móc.
Cấu tạo máy biến áp
Máy biến áp có cấu tạo chung gồm 3 bộ phận chính ta có thể dễ dàng nhận thấy đó chính là lõi thép, dây quấn và vỏ máy.
- Lõi thép: Lõi thép gồm có trụ và gông. Trụ là phần để đặt dây quấn còn gông là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành một mạch từ kín. Lõi thép của máy biến áp được chế tạo từ nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau và thường được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt. Lõi thép có chức năng dẫn từ thông đồng thời làm khung để đặt dây cuốn. Đối với các loại biến áp dùng trong lĩnh vực thông tin, tần số cao thường được cấu tạo bởi các lá thép permalloy ghép lại.
- Dây quấn hay cuộn dây: thường được chế tạo bằng đồng hoặc nhôm bên ngoài bọc cách điện để nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Với biến áp quấn bằng dây đồng thì sẽ dẫn điện tốt hơn, tránh được ôxi hoá, tăng tuổi thọ của biến áp. Phần có nhiệm vụ nhận năng lượng vào nối với mạch điện xoay chiều được gọi là cuộn dây sơ cấp, còn phần có nhiệm vụ truyền năng lượng ra nối với tải tiêu thụ được gọi là cuộn dây thứ cấp. Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại.
- Vỏ máy: Tùy theo từng loại máy biến áp mà chúng được làm bằng các chất liệu khác nhau. Chúng thường được làm từ nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, có công dụng để bảo vệ các phần tử của máy biến áp ở bên trong nó, bao gồm: nắp thùng và thùng. Nắp thùng để đậy trên thùng.
Phân loại máy biến áp
Cũng giống như nhiều các thiết bị điện khác, ta cũng có nhiều cách để phân loại máy biến áp.
- Theo cấu tạo ta sẽ phân chia thành máy biến áp một pha và máy biến áp ba pha
- Theo chức năng có máy biến áp hạ thế và máy biến áp tăng thế
- Theo cách thức cách điện: máy biến áp lõi dầu, máy biến áp lõi không khí,…
- Theo mối quan hệ cuộn dây ta chia thành biến áp tự ngẫu và biến áp cảm ứng
- Theo nhiệm vụ: máy biến áp điện lực, máy biến áp cho dân dụng, máy biến áp hàn, máy biến áp xung,…
Ngoài ra cũng có thể phân loại dựa vào công suất hay hiệu điện thế.
Xem thêm:
Trên đây là một vài tìm hiểu cơ bản về máy biến áp. Hi vọng qua bài viết này bạn đọc đã có thêm một số thông tin thú vị. Có thắc mắc hay cần thêm thông tin gì các bạn cứ liên hệ BKAII nhé!
"BKAII - Thiết bị truyền thông TỐT nhất với giá CẠNH TRANH nhất!"