Dòng điện được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp, và 1 từ trường biến thiên trong lõi sắt. Từ trường biến thiên này tạo ra trong mạch điện thứ cấp 1 hiệu điện thế thứ cấp. Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể thay đổi được hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường. Sự biến đổi này có thể được điều chỉnh qua số vòng quấn trên lõi sắt.
Từ nguyên lý làm việc cơ bản trên ta có thể định nghĩa máy biến áp như sau: Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên 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.
Máy biến áp làm nhiệm vụ biến đổi điệp áp. Có hai loại máy biến áp: Máy biến áp tăng áp và máy biến áp hạ áp. Nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa trên cơ sở hiện tượng cảm ứng điện từ. Khảo sát một máy biến áp đơn giản gồm hai cuộn dây được quấn trên lõi sắt mạch từ cột.
Dây quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp.
Dây quấn có điện áp thấp gọi là dây quấn hạ áp.
Nếu điện áp thứ cấp bé hơn điện áp sơ cấp ta có máy biến áp giảm áp, nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp tăng áp. Ở máy biến áp ba dây quấn, ngoài hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn có dây quấn thứ ba với điện áp trung bình.
Máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều một pha gọi là máy biến áp một pha, máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha gọi là máy biến áp ba pha. Máy biến áp ngâm trong dầu gọi là máy biến dầu, máy biến áp không ngâm trong dầu gọi là máy biến áp khô, máy biến áp có ba trụ nằm trong một mặt phẳng gọi là máy biến áp mạch từ phẳng, máy biến áp với ba trụ nằm trong không gian gọi là máy biến áp mạch từ không gian.
Những đại lượng định mức của máy biến áp
Các đại lượng định của máy biến áp qui định điều kiện kỹ thuật của máy.
Các đại lượng này do nhà máy chế tạo qui định và thường được ghi trên nhãn máy biến áp
- Dung lượng hay công suất định mức Sđm: là công suất toàn phần [hay biểu kiến ] đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp, tính bằng kilô vôn –ampe [KVA] hay vôn-ampe [VA].
- Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm: là điện áp của dây quấn sơ cấp tính bằng kilôvôn [KV] hay vôn [V].
Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì người ta ghi cả điện áp định mức của từng đầu phân nhánh.
- Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm: là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, tính bằng kilô vôn [KV] hay vôn[V].
Dòng điện dây định mức sơ cấp I1đm và thứ cấp I2đm: là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấpp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức, tính bằng kilôampe [KA] hay ampe [A].
Máy biến áp hay máy biến thế là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp, với tần số không đổi.
Ở máy biến áp, việc biến đổi điện áp chỉ thực hiện được khi dòng điện là xoay chiều hoặc dòng điện biến đổi xung. Máy biến áp được dùng chủ yếu trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng.
Cấu tạo máy biến áp
Máy biến áp có cấu tạo chung gồm 3 bộ phận chính là lõi thép, cuộn dây 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.
- 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 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 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.
Nguyên lý hoạt hoạt động của máy biến áp.
Một máy biến áp giữ cho tổng công suất không đổi khi điện áp tăng hoặc giảm. Khi điện áp tăng lên, dòng điện giảm xuống:
P=I1V1=I2V2
Máy biến áp sử dụng cảm ứng điện từ để thay đổi điện áp và dòng điện. Sự thay đổi này được gọi là hoạt động của máy biến áp và mô tả cách máy biến áp thay đổi tín hiệu xoay chiều từ thành phần sơ cấp sang thành phần thứ cấp của nó [như trong phương trình trên]. Khi một tín hiệu xoay chiều được đưa vào cuộn sơ cấp, dòng điện thay đổi làm cho từ trường thay đổi [lớn hơn hoặc nhỏ hơn]. Từ trường thay đổi này [và từ thông liên kết ] sẽ đi qua cuộn thứ cấp tạo ra điện áp trên cuộn thứ cấp, do đó ghép hiệu quả đầu vào AC từ thành phần sơ cấp với thành phần thứ cấp của máy biến áp. Điện áp đặt vào thành phần sơ cấp cũng sẽ có trong thành phần thứ cấp.
Như đã đề cập trước đây, máy biến áp không cho phép đầu vào DC chạy qua. Điều này được gọi là cách ly DC. Điều này là do sự thay đổi dòng điện không thể được tạo ra bởi DC, nghĩa là không có từ trường thay đổi để tạo ra điện áp trên thành phần thứ cấp.
Hình minh họa. Một máy biến áp vận hành đơn giản. Dòng điện Ip đi kèm với một điện áp Vp. Dòng điện đi qua các cuộn dây Np tạo ra từ thông trong lõi sắt. Từ thông này truyền qua Ns vòng dây trên mạch kia. Điều này tạo ra một dòng điện Is và một hiệu điện thế trong mạch thứ hai là Vs. Công suất điện [V × I] vẫn giữ nguyên
Nguyên tắc cơ bản cho phép máy biến áp thay đổi hiệu điện thế của dòng điện xoay chiều là mối quan hệ trực tiếp giữa tỷ số số vòng dây ở cuộn sơ cấp với cuộn thứ cấp và tỷ số của điện áp sơ cấp trên điện áp ra. Tỷ số giữa số vòng [hoặc số vòng] ở cuộn sơ cấp với số vòng ở cuộn thứ cấp được gọi là tỷ số vòng . Tỷ số vòng dây thiết lập mối quan hệ sau đây với điện áp:
Np/Ns=Vp/Vs=Is/Ip
Trong đó:
- Np= Số vòng dây ở cuộn sơ cấp
- Ns= Số vòng dây ở cuộn thứ cấp
- Vp= Điện áp trên cuộn sơ cấp
- Vs= Điện áp trên cuộn thứ cấp
- Ip= Dòng điện qua cuộn sơ cấp
- Is= Dòng điện qua cuộn thứ cấp
Từ phương trình này, nếu số vòng ở cuộn sơ cấp lớn hơn số vòng ở cuộn thứ cấp [Np>Ns] thì hiệu điện thế trên cuộn thứ cấp sẽ nhỏ hơn ở cuộn sơ cấp. Điều này được gọi là một máy biến áp “giảm áp”, bởi vì nó làm giảm hoặc giảm điện áp. Bảng dưới đây trình bày các loại máy biến áp thường dùng trên lưới điện .
|
Loại máy biến áp |
Điện áp |
Tỷ lệ |
Dòng điện |
Công suất |
|
Để giảm điện áp |
điện áp đầu vào [sơ cấp]> điện áp đầu ra [thứ cấp] |
Np>Ns |
Ip Chủ Đề |