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 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.
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 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.
- 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…
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.
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.
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.
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.
- 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.
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.
Máy biến áp là một thiết bị không thể thiếu khi sử dụng các loại máy móc, đặc biệt là các loại máy hiện đại được nhập khẩu từ nước ngoài. Ở bài viết trước chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về khái niệm, cấu tạo và phân loại máy biến áp. Với bài viết này BKAII sẽ cùng các bạn có những nghiên cứu chi tiết hơn nữa về nguyên lí hoạt động cũng như công dụng của máy biến áp nhé!
Nhắc lại một chút, máy biến áp hiểu theo một cách đơn giản nhất. Nó là một cái máy có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều. Có thể tăng hoặc giảm mức điện áp ban đầu tuỳ thuộc vào cấu tạo của nó. Ngày nay nhu cầu sử dụng máy biến áp tăng lên nhanh chóng bởi những vai trò quan trọng của chúng với hệ thống máy móc.
Nguyên lí hoạt động
- 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.
- Nếu N2> N1 thì U2 > U1, I2< I1: máy tăng áp.
- Nếu N2< N1 thì U2 < U1, I2> I1: máy giảm áp.
Công dụng 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.
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 ta dễ thấy nhất đó chính là một phụ kiện mà chúng ta vẫn sử dụng hàng ngày, 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.
Hiện nay, với công nghệ ngày càng phát triển, các thiết bị điện dần chuyển sang nguồn điện thấp hơn nguồn 220V cho an toàn nên những chiếc máy biến áp lại càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng. Máy biến áp điều chỉnh điện áp dùng trong gia đình giúp bảo vệ đồ dùng điện và an toàn hơn cho con người khi sử dụng điện, là thành phần thiết yếu của hệ thống truyền tải điện và thường là tài sản giá trị nhất trong trạm biến áp. Như vậy, máy biến áp không những có vai trò quan trọng trọng các hệ thống lớn như nhà máy xí nghiệp mà chúng còn có tác dụng lớn khi đảm bảo an toàn cho hộ gia đình sử dụng các thiết bị điện.
So sánh biến áp thường và biến áp xung
Dễ dàng nhận thấy hai loại biến áp này đều có cấu tạo về cơ bản là giống nhau. Chúng đều có cuộn sơ cấp, thứ cấp và lõi sắt.
Tuy nhiên hai loại biến áp này cũng tồn tại những điểm khác biệt nhất định. Biến áp thường ta thấy chúng thường được dùng ở tần số thấp, lõi sắt Silic được chẻ ra làm nhiều lá có độ dày 0.35 đến 0.5mm và điện cảm hay điện dung kí sinh đều không quan trọng.
Không giống như vậy, biến áp xung làm việc với tần số cao, ở sườn dùng lõi sắt thông thường không được mà phải dùng vật liệu sắt có tổng trở cao cỡ Ferit, đặc tính từ trễ là hình chữ nhật. Biến áp xung khi quấn phải tuân thủ không được để điện cảm hay điện dung lớn.
Xem thêm:
Trên đây là một vài tìm hiểu chi tiết hơn nữa về nguyên lí hoạt động cũng như công dụng máy biến áp. Đặc biệt là những so sánh cơ bản giữa biến áp thường và biến áp xung. Hi vọng với bài viết này các bạn đã có thêm cho mình những tìm hiểu thú vị và có ích cho việc học tập, làm việc. 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!"