Máy biến áp là thiết bị được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp [máy biến thế] để hiểu rõ vai trò của máy biến áp.
Cấu tạo của máy biến áp
Để có một cái nhìn toàn diện về máy biến áp chúng ta có thể xem lại bài viết trước Máy biến áp là gì.
1. Máy biến áp là gì
Máy biến áp là máy điện tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số.
Nếu điện áp thứ cấp lớn hơn sơ cấp là máy biến áp tăng áp. Nếu điện áp thứ cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp giảm áp.
2. Cấu tạo của máy biến áp
Máy biến áp có hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn.
2.1 Lõi thép máy biến áp
Lõi thép của máy biến áp dùng đẻ dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt, thường là các lá thép kỹ thuật điện. Lõi thép gồm hai bộ phận:
+ Trụ là nơi để đặt dây quấn
+ Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ
Lõi thép cấu tạo nên máy biến áp
Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín.
Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta dùng lá thép kỹ thuật điện [dày 0,35 đến 0,5 mm, hai mặt có sơn cách điện] ghép lại với nhau thành lõi thép.
Cấu tạo lõi thép của máy biến áp được ghép lại từ các lá thép
2.2 Dây quấn máy biến áp
Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng dây đồng [hoặc nhôm], có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện.
Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ lõi thép. Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn có cách điện với nhau và các dây quấn có các điện với lõi thép. Máy biến áp thường có hai hay nhiều dây quấn. Khi các dây quấn đặt trên cùng một trụ, thì dây quấn thấp áp đặt sát trụ thép, dây quấn cao áp đặt lồng ra ngoài. Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện.
Để làm mát và tăng cường khả năng cách điện cho máy biến áp, người ta thường đặt lõi thép và dây quấn trong một thùng chứa dầu máy biến áp. Đối với máy biến áp công suất lớn, vỏ thùng dầu có cánh tản nhiệt. Ngoài ra còn có sứ xuyên ra để nối các đầu dây quấn ra ngoài, bộ phận chuyển mạch để điều chỉnh điện áp; rơ le hơi để bảo vệ máy, bình dãn dầu, thiết bị chống ẩm, …
Thiết bị làm mát máy biến áp
3. Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Khi ta nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều, sẽ có dòng điện chạy trong dây quấn sơ cấp. Dòng điện sinh ra từ thông biến thiên chạy trong lõi thép, từ thông này móc vòng [xuyên qua] đồng thời với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Theo định luật cảm ứng điện từ, sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào dây quấn thứ cấp một suất điện động.
Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Tỷ số điện áp sơ cấp và thứ cấp đúng bằng tỷ số vòng dây:
+ Đối với máy tăng áp có: U2 > U1 ; w2 > w1
+ Đối với máy giảm áp có: U2 < U1 ; w2 < w1
Dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên hệ với nhau về điện nhưng nhờ có từ thông chính, năng lượng đã truyền từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp.
>>> Xem thêm
+ Máy biến áp là gì
+ Công dụng của máy biến áp
Video về cấu tạo và hoạt động của máy biến áp
Tài liệu tham khảo “Cấu tạo máy biến áp”
[1] | L. V. D. Đặng Văn Đào, “Kỹ thuật điện,” 2002. |
Máy biến áp là gì? Hiểu một cách đơn giản máy biến áp chính là thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều. Làm điện áp tăng hoặc giảm so với định mức ban đầu. Máy biến áp có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống nhưng không phải ai cũng biết được điều đó. Và để hiểu hơn về máy biến áp, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng thì bạn hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!
Máy biến áp là gì?
Máy biến áp hay còn gọi là máy biến thế. Đây là máy móc quan trọng được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực điện lực.
Khi truyền tải điện năng đến các nơi khác nhau thì chúng ta cần phải thay đổi mức điện áp xoay chiều sao cho phù hợp. Bởi mỗi nơi sẽ có mức điện áp khác nhau. Và máy biến áp sẽ có nhiệm vụ làm thay đổi điện áp, để đảm bảo quá trình truyền tải điện năng được diễn ra thuận lợi.
Hiện nay, trên thị trường có 2 loại máy biến áp là máy tăng áp và máy hạ áp. Dù chức năng khác nhau nhưng chúng lại có cấu tạo và bản chất giống nhau. Điểm khác nhau duy nhất nằm ở số vòng dây quấn và vật liệu cấu thành.
Cấu tạo của máy biến áp
Máy biến áp thường được cấu tạo từ 2 thành phần chính là lõi thép và dây quấn. Hai bộ phận này có đặc điểm như sau:
- Dây quấn: Bao gồm 1 cuộn dây sơ cấp nhận điện áp đầu vào. Một hay nhiều cuộn dây thứ cấp đưa điện áp đã được thay đổi ra bên ngoài. Dây quấn thường được làm bằng đồng hoặc nhôm.
- Lõi thép hay lõi sắt: Cấu tạo có hình dáng khối hình chữ U đối với loại máy biến áp có 2 cuộn dây. Lõi thép được cấu thành từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau. Chúng được phủ lên một lớp silic có khả năng cách điện.
Nguyên lý hoạt động của máy biến áp là gì?
Nguyên lý hoạt động của máy biến áp dựa trên định luật cảm ứng trường điện từ của Faraday. Bao gồm 2 hiện tượng vật lý đó là:
- Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường
- Sự biến thiên của từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng. Hiện tượng này có tên gọi khác là cảm ứng điện từ.
Cảm ứng điện tử được thể hiện qua công thức như sau:
k = U1/U2 = N1/N2
Trong đó:
- U1 và N1 là điện áp và số vòng dây cuộn sơ cấp.
- U2 và N2 là điện áp và số vòng dây cuộn thứ cấp.
Thông qua công thức, ta thấy giữa điện áp và số vòng dây của từng cuộn có tỉ lệ thuận. Từ đó chúng ta có thể nhận xét được mối quan hệ của chúng như sau:
- Nếu hệ số k > 1 [tức là U1 > U2 hoặc N1 > N2] thì chúng ta có máy tăng áp.
- Nếu hệ số k < 1 [tức là U1 < U2 hoặc N1 < N2] thì chúng ta có máy hạ áp.
Phân loại máy biến áp – máy biến thế
- Theo cấu tạo: Máy biến áp một pha và máy biến áp ba pha
- Theo chức năng: Máy biến áp hạ thế và máy biến áp tăng thế
- Theo cách thức cách điện: Máy biến áp lõi dầu, lõi không khí…
- Theo nhiệm vụ: Máy biến áp điện lực, máy biến áp dân dụng, máy biến áp hàn, máy biến áp xung…
Ứng dụng của máy biến áp trong đời sống hàng ngày
Tăng và hạ áp cho quá trình phân phối điện
Khi muốn truyền tải điện và hạn chế thất thoát tại các nhà máy sản xuất điện thì chúng ta cần sử dụng máy tăng áp. Máy tăng áp lúc này có nhiệm vụ đưa điện trở thành đường dây cao thế và truyền đi. Trong quá trình truyền, tại từng trạm nhỏ chúng ta vẫn cần một máy tăng áp để kích áp lên đến giá trị ổn định. Việc làm này để tránh sụt áp khi đến nơi sử dụng. Và khi đến nơi sử dụng thì ta lại cần đến máy hạ áp để đưa chúng về dạng trung thế.
Máy biến áp là gì trong ứng dụng trong các bộ nguồn – bộ sạc
Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta sử dụng rất nhiều thiết bị điện tử, nhất là những thiết bị cần sạc pin. Mà những thiết bị này lại có nguồn nuôi rất thấp chỉ khoảng 5V, 12V nên không thể dùng đến nguồn điện dân dụng 220V. Chính vì vậy mà các thiết bị sạc, dây sạc đều có các adapter chuyển đổi nguồn điện sao cho phù hợp. Và đó chính là các máy biến áp cỡ nhỏ.
Ứng dụng máy biến áp là gì cho việc cấp nguồn cho nhà máy
Các nhà máy hay xí nghiệp muốn khởi động và vận hành các máy móc và thiết bị công suất cao thì cần dùng đến điện trung thế hay dòng điện 3 pha. Nên bạn cần kéo dây trung thế từ mạng điện cao thế thông qua một máy biến áp. Chỉ dùng cách này thì bạn mới có thể điều khiển được các thiết bị máy móc.
Đơn vị công suất của máy biến áp 3 pha
Một máy biến áp hoạt động tốt cần phải đáp ứng được 2 tiêu chí sau đây:
- Mức độ tổn thất về điện năng của máy biến áp – biến thể phải nằm trong giới hạn Un [phần trăm].
- Mức nhiệt độ của cuộn dây quấn và lõi thép trong máy biến thế không được vượt quá giới hạn cách điện.
Từ đó ta rút ra được khi máy biến áp hoạt động ta cần quan tâm đến giá trị dòng điện. Trên thực tế, từng loại máy sẽ có các cấp điện thế khác nhau.
Tương ứng với mỗi dòng điện ta có các công suất khác nhau. Tuổi thọ của máy biến áp là gì? Chúng phụ thuộc vào độ tổn thất trong dây quấn, nhiệt độ của mạch từ cũng như của cuộn dây.
Trong quá trình truyền tải điện năng, ta có 2 thành phần đó là công suất phản kháng [kVAr] và công suất tác dụng [kW]. Chính vì thế mà các máy biến áp thường có đơn vị là KVA, tức là được gộp lại từ 2 thành phần công suất trong quá trình truyền tải.
Nguyên nhân phải đóng điện không tải của máy biến áp trước khi nối phụ tải vào
- Nếu đóng điện máy biến áp có tải thì sẽ dễ phát sinh dòng điện hồ quang tại vị trí thiết bị đóng/ ngắt sẽ gây nguy hiểm cho người vận hành.
- Khi không đóng điện không tải sẽ tạo ra các dòng xung kích có giá trị rất lớn. Thường gấp 8 lần so với dòng điện vận hành của máy biến áp. Điều này sẽ ảnh hưởng rất lớn đến những trạm biến áp cao thế, hạ thế và sau đó nữa.
- Đảm bảo chế độ vận hành an toàn tin cậy, thử nghiệm được độ cách điện của máy biến thế, mạch động lực, hệ thống làm mát trước khi cho máy chạy.
- Để cho lượng dầu cách điện ngấm vào các khe máy, giúp các bọt khí sẽ tan và thoát ra bên ngoài.
Tại sao phải nối đất dây trung tính của máy biến áp
Đây là việc thường được áp dụng ở các lưới điện từ 110kV trở lên. Việc nối đất dây trung tính sẽ tạo vật cách điện bên trong theo áp pha và chúng sẽ có lợi ích như sau:
- Giảm chi phí
- Với lưới điện hạ thế thì việc nối đất dây trung tính sẽ có tác dụng an toàn cho con người.
- Với lưới điện cao thế và trung thế thì nối đất giúp bảo vệ chạm đất được hiệu quả hơn. Giảm thiểu được vật liệu cách điện ở các pha với đất và tiết kiệm vật liệu trên đường dây.
Như vậy, bài viết trên đã cung cấp đầy đủ các thông tin xung quanh máy biến áp là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động? Hy vọng bài viết đã giúp bạn rất nhiều trong cuộc sống hàng ngày và có thêm nhiều thông tin hơn về máy biến áp.