Máy biến áp điện lực là thành phần quan trọng trong hệ thống truyền tải điện năng, điện năng từ nhà máy sản xuất điện đến nơi tiêu thụ thường trải qua 4 đến 5 lần tăng giảm điện áp. Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước lượng điện tiêu thụ hàng năm cũng tăng theo nhanh chóng. Để đáp ứng được nhu cầu lớn từ thị trường cũng như độc giả có nhu cầu tìm hiểu về loại thiết bị điện này, chúng tôi chia sẻ thông tin đầy đủ từ cơ bản đến chuyên sâu.
1. Định nghĩa máy biến áp:
Máy biến áp[hay còn gọi là máy biến thế] 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.
Do đó máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không biến đổi năng lượng.
Nếu một cuộn dây được đặt vào một nguồn điện áp xoay chiều [gọi là cuộn dây sơ cấp], thì sẽ có một từ thông sinh ra với biên độ phụ thuộc vào điện áp sơ cấp và số vòng dây quấn sơ cấp.
Với tỷ số tương ứng giữa số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp chúng ta sẽ có tỷ lệ tương ứng giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp.
2. Cấu tạo máy biến áp
MBA có các bộ phận chính gồm: Lõi thép [mạch từ], dây cuộn và vỏ máy.
Lõi thép của máy biến thế thường là các lá thép kỹ thuật điện [tôn silic] 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 của máy biến thế làm nhiệm vụ truyền dẫn năng lượng và thường được làm bằng đồng hoặc nhôm. Với biến áp quấn bằng dây đồng thì sẽ dẫn điện tốt hơn, tránh được ôxi hoá, tăng tuổi thọ của biến áp.
Vỏ máy biến thế thường được làm bằng nhựa hoặc sắt, thép,…tuỳ vào thiết kế của từng loại biến áp. Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình hoạt động của máy biến áp sẽ làm các cuộn dây và lõi thép nóng lên có thể gây hư hỏng hoặc giảm hiệu suất làm việc của máy. Nhưng hệ thống làm mát bằng dầu hoặc không khí được thiết kế trong mỗi máy biến thế sẽ giảm thiểu tối đa vấn đề này.
Ngoài ra còn có sứ cách điện, rơ le bảo vệ máy, bộ điều chỉnh điện áp,…
3. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp
Dây quấn 1 có N1 vòng dây và dây quấn 2 có N2 vòng dây được quấn trên lõi thép.
Khi đặt một điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn 1 [dây quấn sơ cấp], sẽ có dòng điện i1 chạy trong dây quấn 1.
Trong lõi sinh ra từ thông Φ móc vòng với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2.
Dây quấn 2 [dây quấn thứ cấp] có sức điện động e2, sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp xoay chiều u2.
Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2.
a] Trường hợp biến áp có tải
-
- Nếu N2 > N1 thì U2 > U1: Ta gọi máy này là máy tăng áp.
- Nếu N2 < N1 thì U2 < U1: Ta gọi máy này là máy hạ áp
Vậy:
Máy biến áp làm tăng điện áp hiệu dụng bao nhiêu lần thì cường độ hiệu dụng giảm đi bấy nhiêu lần và ngược lại.
b] Trường hợp biến áp không tải:
Ta vẫn có quan hệ: như trường hợp biến áp có tải. Tuy nhiên, vì ở cuộn thứ cấp của máy để hở [không tải] nên trong cuộn thứ cấp không có dòng điện [I2 = 0], trong cuộn sơ cấp có một dòng điện rất nhỏ.
4. Công dụng và lĩnh vực sử dụng máy biến áp
Máy biến thế 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.
Ngoài ra, chúng còn được dùng trong các lò nung, hàn điện, đo lường hoặc làm nguồn điện cho các thiết bị điện, điện tử.
Những loại biến áp nhỏ mà chúng ta dễ thấy nhất đó là những chiếc sạc điện thoại. Máy biến áp nhỏ được tích hợp trong chiếc sạc để hạ áp từ 220V xuống 5V và chỉnh lưu sang nguồn một chiều để sạc pin.
5. Phân loại máy biến áp
Có thể phân máy biến áp thành nhiều loại dựa trên:
– Theo cấu tạo : được phân theo số pha biến áp 1, 2 pha và 3 pha
– Theo chức năng : có máy tăng áp hay hạ áp
– Phương thức cách điện: sử dụng lõi ngâm dầu hay lõi không khí [biến áp khô]
– Tính chuyên dụng : sử dụng cho điện lực, hàn hồ quang điện, biến áp xung, biến áp tự ngẫu hay máy dân dụng …..
6. Sự làm việc song song của máy biến thế
Nhờ làm việc song song, công suất lưới điện lớn rất nhiều so với công suất Mỗi Máy, đảm bảo nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống và an toàn cung cấp điện, khi một máy hỏng hóc hoặc phải sửa chữa.
Điều kiện để cho các MBA làm việc song song :
- Điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp của các máy phải bằng nhau tương ứng
- Các máy phải có cùng tổ nối dây
- Điện áp ngắn mạch của các máy phải bằng nhau.
UnI% = UnII% =…..UnN%
Cần đảm bảo điều kiện này, để tải phân bố trên các máy tỷ lệ với công suất định Mức của chúng.
7.Một số máy biến thế đặc biệt
Máy biến áp tự ngẫu
MBA tự ngẫu còn được gọi là Máy tự biến áp
MBA tự ngẫu Một pha thường có công suất nhỏ, được dùng trong các phòng thí nghiệm và trong các thiết bị để làm nguồn có khả năng điều chỉnh được điện áp đầu ra theo yêu cầu.
MBA tự ngẫu Một pha gồm có dây quấn thấp áp [số vòng dây W2 ] là Một phần của dây quấn cao áp [số vòng dây W1] [ hình 7.10.1 ]
Ta có: U1/U2=W1/W2 hay là U2 = U1.W1/W2
Hình 7.10.1
Ta thay đổi vị trí tiếp điểm trượt a, sẽ thay đổi được điện áp U2.
Máy tự biến áp có tiết diện lõi thép bé hơn MBA thông thường nhưng vẫn đảm bảo đủ công suất
Máy tự biến áp trong đó cuộn thấp áp là Một phần cuộn cao áp cho nên tiết kiệm được dây dẫn, và giảm được tổn hao.
Máy tự biến áp có nhược điểm là Mức độ an toàn điện không cao
Máy biến áp đo lường
hay còn gọi là Máy biến điện áp
Dùng biến đổi điện áp xoay chiều rất cao xuống điện áp thấp để đo lường bằng các dụng cụ thông thường.
Số vòng dây cuộn thứ cấp phải ít hơn số vòng dây cuộn sơ cấp. Tiết diện dây quấn sơ cấp nhỏ hơn tiết diện dây quấn thứ cấp.
Trong khi làm việc, không được để cho Máy biến điện áp ngắn Mạch ở thứ cấp.
Hình 7.10.2.a
Máy biến dòng điện
Dùng biến đổi dòng điện xoay chiều lớn xuống dòng điện nhỏ để đo lường và Một số Mục đích khác.
Vì dòng điện thứ cấp nhỏ hơn dòng điện sơ cấp nên số vòng dây thứ cấp nhiều hơn số vòng dây sơ cấp. Tiết diện dây quấn thứ cấp nhỏ hơn tiềt diện dây sơ cấp
Đối với Máy biến dòng không được để hở Mạch ở thứ cấp.
Cảm ơn độc giả đã ghé thăm chúng tôi, nếu độc giả quan tâm hãy để lại Email để chúng tôi gửi tài liệu chuyên sâu nhé. Tải tài liệu thiết kế máy biến thế điện lực tại đây
Xem thêm
- Máy biến dòng điện
- Máy biến áp 1 pha
- Bảng giá máy biến thế Đông Anh