Tại sao có máy biến áp

Vì sao máy biến áp có thể biến đổi mức độ của điện áp nhỉ? Chúng ta hãy tìm hiểu kết cấu của máy biến áp trước đã. Tuy máy biến áp có rất nhiều loại hình, kích thước cũng khác biệt rất lớn. Song kết cấu cơ bản của chúng na ná như nhau, đều là cuốn hai cuộn dây trên cùng một lõi sắt. Hai

cuộn dây này gọi riêng rẽ là cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Dòng điện bên ngoài đi vào cuộn sơ cấp và đi ra từ cuộn thứ cấp. Nếu số vòng dây của cuộn sơ cấp nhiều hơn của cuộn thứ cấp, điện áp trên cuộn thứ cấp sẽ hạ thấp. Đó tức là máy biến áp giảm áp. Ngược lại, nếu số vòng dây của cuộn sơ cấp ít hơn của cuộn thứ cấp, điện áp trên cuộn thứ cấp sẽ tăng cao. Đó tức là máy biến áp tăng áp.

Thực ra nguyên lí làm việc của máy biến áp không hề phức tạp. Căn cứ vào nguyên lí cảm ứng, khi một vật dẫn điện nằm trong từ trường biến đổi, trong vật dẫn điện liền có thể cảm ứng ra dòng điện. Nối máy biến áp vào mạng điện xoay chiều, dòng điện truyền vào cuộn sơ cấp của máy biến áp. Khi ấy, xung quanh dòng điện sẽ sinh ra từ trường. Do hướng dòng điện của điện xoay chiều truyền vào liên tục biến đổi, làm sinh ra một từ trường biến đổi đồng bộ với dòng điện. Từ trường này cấu thành một đường khép kín men theo lõi sắt của máy biến áp. Do cường độ và hướng từ trường không ngừng biến đổi, từ đó cảm ứng ra dòng điện trong cuộn thứ cấp. Vì điện áp trên mỗi vòng của cuộn dây đều bằng nhau, cho nên số vòng dây của cuộn thứ cấp càng nhiều, điện áp từ cuộn thứ cấp truyền ra càng cao.

Nếu cho điện một chiều truyền vào máy biến áp thì sao nhỉ? Do dòng điện của điện một chiều luôn luôn theo có một hướng, hướng của từ trường sinh ra cũng sẽ không biến đổi. Thế là, trên cuộn thứ cấp cũng không thể cảm ứng ra điện áp. Cho nên máy biến áp chỉ có thể thay đổi điện áp của điện xoay chiều.

Những nơi dùng điện đều hầu như không thể thiếu được máy biến áp. Trong nhà máy điện, điện sinh ra từ máy phát điện, trước hết phải thông qua máy biến áp lớn, nâng điện áp xoay chiều lên thành điện cao áp cao tới vài chục nghìn hoặc vài trăm nghìn vôn, sau đó thông qua đường dây tải điện đưa đến những nơi dùng điện như nhà máy, trường học, hộ dân cư v.v., thông qua biện pháp tải điện cao áp đường dài có thể giảm nhỏ điện năng tiêu hao trên dây tải điện rất nhiều. Điện đến nơi sử dụng, lại phải thông qua máy biến áp hạ thấp điện áp xuống vài trăm vôn, cung cấp cho nhà máy chạy các cỗ máy hoặc cho gia đình sử dụng đồ dùng điện. Cố nhiên còn có những máy biến áp nhỏ hơn nữa, có thể hạ điện áp trong mạng điện chiếu sáng xuống chỉ còn vài chục vôn, cung cấp cho các đồ dùng gia dụng như tivi, rađiô v.v.

Khi sử dụng máy biến áp cỡ nhỏ thường ngày, lấy tay sờ vào, bao giờ máy biến áp cũng nóng. Đó là vì khi dòng điện chạy qua máy biến áp có sinh ra nhiệt lượng. Máy biến áp sử dụng trong hệ thống cao áp, do nhiệt lượng của dòng điện sinh ra làm cho máy biến áp trở nên rất nóng. Để duy trì cho máy biến áp làm việc bình thường, thông thường người ta đặt máy biến áp vào trong thùng dầu. Làm như vậy vừa có thể để cho nó nguội đi nhanh, lại vừa có thể giữ gìn tính năng cách điện tốt.

Máy biến áp là gì? Cấu tạo máy biến áp, nguyên lý hoạt động của nó ra sao? Cùng tìm hiểu cụ thể những kiến thức này cùng thông tin có liên quan khác qua chia sẻ trong bài viết dưới đây nhé!

1. Hiểu đúng máy biến áp là gì?

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tính, nó được thiết kế để hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Máy biến áp được tạo ra để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành điện áp khác nhưng vẫn đảm bảo tần số không đổi.

Có thể hiểu một cách đơn giản về máy biến áp chính là thiết bị điện dựa vào nguyên lý hoạt động nhất định để dùng cảm ứng điện từ nhằm đưa năng lượng hoặc tín hiệu xoay chiều giữa các mạch trong hệ thống điện với nhau.

2. Máy biến áp đem lại công dụng như thế nào?

Công dụng đầu tiên của máy biến áp đó chính là tăng điện áp của máy phát điện trước khi tải điện lên đường dây để cung cấp cho các thiết bị điện sử dụng trong nhà máy, doanh nghiệp. Điều này khiến dòng điện đi xa và giảm điện áp của cuối đường dây cực hiệu quả, thông qua đó nguồn đi tải phù hợp hơn.

Ngoài ra, máy biến áp còn được dùng trong các lò nung, trong lĩnh vực đo lường, hàn điện hoặc làm nguồn điện cho các trang thiết bị điện tử sử dụng điện.

3. Cấu tạo máy biến áp hiện nay

Máy biến áp có cấu tạo từ 3 phần, cụ thể như sau:

3.1. Phần lõi thép

Lõi thép của máy biến áp được dùng để dẫn từ, nó được chế tạo từ các vật liệu có đặc tính dẫn từ cực tốt. Thông thường thì nó được ghép bởi các lá thép kỹ thuật điện để tạo thành một mạch vòng khép kín. Các lá thép này mỏng với kích thước chỉ từ 0.3 - 0.5mm, bề mặt phía người có sơn cách điện.

Lõi thép có 2 phần là trụ và gông. Trụ dùng để đặt dây quấn còn phần gông để nối các trụ lại với nhau nhằm tạo ra một mạch từ khép kín.

3.2. Phần dây quấn

Phần dây quấn trong máy biến áp đảm nhận nhiệm vụ chính là nhận năng lượng vào và truyền ra.

Dây quấn có thể được làm bằng chất liệu đồng hoặc nhôm, thường có tiết diện hình chữ nhật hoặc tròn, bên ngoài sẽ có lớp cách điện. Dây quấn sẽ quấn nhiều vòng quanh trụ thép và giữa dây quấn với lõi, dây quấn với dây quấn, đều có lớp cách điện.

Một máy biến áp thường có từ 2 hoặc nhiều dây quấn, mỗi máy sẽ có số vòng dây khác nhau và tùy thuộc vào nhiệm vụ biến áp của nó đảm nhận như thế nào. Hiện nay có 2 loại dây quấn là sơ cấp và thứ cấp, cụ thể:

• Dây quấn sơ cấp nhận năng lượng từ lưới.
• Dây quấn thứ cấp cung cấp năng lượng cho phụ tải.

Số vòng dây của cuộn thứ cấp và sơ cấp khác nhau. Máy biến áp có chức năng hạ áp thì cuộn sơ cấp có số vòng lớn hơn cuộn thứ cấp. Máy biến áp thực hiện chức năng tăng áp thì số vòng của cuộn thứ cấp sẽ lớn hơn cuộn sơ cấp.

Ngoài ra, còn phân loại dây quấn thành dây quấn hạ áp có điện áp thấp và dây quấn cao áp có điện áp cao. Không những vậy, dây quấn còn được chia thành 2 loại là xen kẽ và đồng tâm.

• Dây quấn đồng tâm thường có tiết diện ngang hình vòng tròn đồng tâm. Để tạo hình tròn đồng tâm có thể quấn hình trụ, quấn hình xoắn hoặc quấn hình xoắn ốc liên tục.
• Dây quấn xen kẽ thì các dây hạ áp và cao áp được quấn xen kẽ với nhau theo trụ thép.

3.3. Phần vỏ máy

Vỏ máy biến áp được làm từ nhiều chất liệu khác nhau tùy theo từng loại máy. Phổ biến nhất là vỏ thường được làm bằng các chất liệu như thép, nhựa, gỗ, tôn mỏng, gang. Nhiệm vụ chính của vỏ là bảo về các thành phần bên trong của máy biến áp. Vỏ được tạo thành thùng và nắp thùng để bảo vệ.

Trên bộ phận nắp thùng của máy biến áp còn chưa rất nhiều các bộ phận quan trọng như:

• Bình dãn dầu, để người dùng có thể xem mức dầu nó thường được làm bằng thủy tinh.
• Sứ ra của dây quấn hạ áp và cao áp.
• Ống bảo hiểm có hình trụ nghiêng được làm bằng thép, một đầu được bịt bằng đĩa thủy tinh một đầu nối với thùng. Đại Thủy tinh sẽ vỡ để khiến dầu tràn ra ngoài nhằm bảo vệ máy biến áp trong trường hợp áp suất trong thùng tăng đột ngột.
• Có một lỗ nhỏ để đặt vừa nhiệt kế.
• Rơle hơi với nhiệm vụ để bảo vệ máy biến áp.
• Bộ truyền động gồm cầu dầu được đấu nối với các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn áp cao.

4. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Máy biến áp được tạo ra dựa theo 2 hiện tượng của vật lý đó là:

• Hiện tượng 1: Dòng điện khi chạy qua dây dẫn sẽ sinh ra từ trường.
• Hiện tượng 2: Hiện tượng cảm ứng điện từ được sinh ra do sự biến thiên từ thông trong cuộn dây, nhờ đó tạo là một hiệu điện thế có tính cảm ứng.

Cuộn dây N1 và N2 được quấn quanh một lõi theo tạo thành vòng tròn khép kín. Khi đặt vào đầu dây N1 một điện áp xoay chiều U1, dòng điện L1 sẽ xuất hiện và chạy trong dây dẫn. Không những vậy, nó cũng sinh ra từ thông móc vòng cho 2 cuộn dây N1 và N2. Cuộn N2 được nối với điện áp U2 sẽ tạo ra dòng điện L2. Như vậy năng lượng trong dòng điện xoay chiều được truyền từ dây N1 sang N2.

5. Thông tin về các đại lượng định mức của máy biến áp là gì?

5.1. Công suất định mức

Đây là công suất toàn phần được quy định và ghi rất rõ ràng trên máy biến áp. Máy biến áp sẽ có thể tải liên tục với công suất S khi điện áp Uđm, tần số fđm, cùng với điều kiện làm mát định mức. Lúc này, máy biến áp sẽ có tuổi thọ bằng định mức.

Máy biến áp sử dụng 2 cuộn dây thì công suất định mức của máy chính là công suất của mỗi cuộn dây.

Máy biến áp sử dụng 3 cuộn dây thì có thể chế tạo thành các loại công suất như sau: 100/100/100 hoặc 100/100/66,7.

Máy biến áp dạng tự ngẫu thì công suất định mức bằng công suất của 1 trong dây đầu dây cuộn thứ cấp hoặc sơ cấp và nó thường được gọi là công suất xuyên.

Công suất có đơn vị là VA hay KVA.

5.2. Điện áp định mức

Điện áp định mức trong máy biến áp để thể hiện thông số không tải được của cuộn dây và được quy định cụ thể trên máy.

Tỷ số biến đổi điện áp được tính theo công thức: K = USđm / UTđm 

Dùng đơn vị là V hoặc KV.

5.3. Điện áp ngắn mạch

Đây là dòng điện áp được tạo ra giữa hai đầu của cuộn dây thứ cấp bị ngắn mạch so với cuộn sơ cấp, nó sẽ tạo ra dòng điện trong cuộn dây sơ cấp bằng định mức.

Điện áp ngắn mạch được sử dụng để xác định tổng trở với cuộn dây trong máy biến áp. Khi Uđm, Sđm tăng thì Un cũng tăng và ngược loại, Un giảm khi  Uđm, Sđm giảm.

Tỷ lệ phần trăm điện áp ngắn mạch so với điện áp định mức được tính theo công thức như sau: UN% = ( UN/Uđm ) x 100%.

5.4. Dòng điện không tải

Đây là một đại lượng đặc trưng cho vấn đề tổn hao không tải của máy biến áp hiện nay. Nó phụ thuộc vào chất lượng, tính chất từ, cấu tạo của lõi thép. Hiện nay để giảm dòng Io người ta sử dụng các loại thép tốt.

6. Các loại máy biến áp phổ biến trên thị trường hiện nay

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại máy biến áp khác nhau và nó chia thành nhiều cách để phân loại như:

Phân loại máy biến áp theo cấu tạo: Máy biến áp 1 pha, 3 pha.

Phân loại theo chức năng: máy biến áp tăng áp và giảm áp.

Phân loại theo công dụng: máy biến áp đo lường, máy biến áp thí nghiệm, máy biến áp tự ngẫu,..

Máy biến áp phân loại theo thông số kỹ thuật.

Phân loại dựa vào cách thức dẫn điện như: máy biến áp khô, máy biến áp dầu.

7. Máy biến áp và những ứng dụng trong đời sống

7.1. Trong công tác phân phối điện giúp tăng hoặc hạ áp

Ở các nhà máy sản xuất điện như nhiệt điện, thủy điện, điện từ gió,... Khi muốn tải điện năng đi xa và tránh thất thoát thì cần dùng đến máy tăng áp để biến dòng điện thành cao thể và truyền đi xa hơn. 

Trong quá trình truyền đi, tại các trạm nhỏ vẫn sẽ sử dụng những máy tăng áp với nhiệm vụ chính là kích áp lên đến giá trị ổn định để tránh bị hiện tượng xảy ra sụt áp đến từng nơi sử dụng. Nhưng khi đưa dòng điện này về những nơi sử dụng trong thành phố thì cần phải dùng đến máy hạ áp để biến chúng về dạng trung thế và an toàn với người dân khi sử dụng.

Ví dụ cụ thể để các bạn dễ dàng hình dùng hơn như sau: Một đường dây trung thế 10KV từ nhà máy phát điện sang mức hạ thế là 220V hay 400V để sử dụng trong sinh hoạt tại khu dân cư. Còn tại nhà máy phát điện, máy biến áp được dùng để chuyện hiện điện thế ở mức trung thế thành cao thế (từ 10 - 50 KV lên 110 - 500 KV). Điều này khiến dòng điện đi a hơn và hạn chế hao hụt hơn.

7.2. Ứng dụng cho các bộ nguồn hoặc bộ sạc

Hiện nay có rất nhiều thiết bị điện cần dùng đến nạp pin như máy tính, laptop, điện thoại,... Nguồn điện cung cấp cho các thiết bị này rất thấp chỉ khoảng từ 5 - 12V, nhưng nguồn điện gia đình lại ở mức 220V. Chính vì vậy, mà ở hầu hết các loại dây sạc đều có các Adapter nhằm chuyển đổi điện thế cho phù hợp, nó chính là một loại máy biến thế dạng nhỏ.

7.3. Ứng dụng trong việc cấp nguồn cho các nhà máy, xí nghiệp

Tại các nhà máy, xí nghiệp các thiết bị máy móc được sử dụng thường có công suất cao. Chính vì vậy mà cần dùng đến máy biến áp để đưa dòng điện thành điện trung thế hay dòng điện 3 pha thì máy móc mới có thể khởi động và vận hành hiệu quả được.

Ngoài ra, máy biến áp còn có nhiều ứng dụng khác nữa và đem lại lợi ích cực hiệu quả cho các thiết bị sử dụng điện hiện nay.

8. Giúp bạn giải đáp một số thắc mắc liên quan đến máy biến áp

8.1. Tại sao trước khi nối phụ tải phải đóng điện không tải vào máy biến thế?

Đây là vấn đề mà không ít bạn trẻ đang thắc mắc khi vừa mới tiếp xúc với máy biến áp. Phải thực hiện đóng điện không tải vào máy biến thế trước khi nối phụ tải trong trường hợp các máy máy khi được sử dụng lần đầu. Nó chính là thao tác để nhằm bảo đảm về sự an toàn điện năng trước các nguyên nhân sau:

• Khi bạn sử dụng đóng điện cho máy biến áp có tải thì sẽ dễ dàng phát sinh dòng hồ quang điện, điều này có thể gây nguy hiểm đến tính mạng đối với người vận hành máy móc.
• Các dòng xung kích có giá trị lớn gấp 8 lần so với dòng điện vận hành trong máy biến áp. Chính vì thế nó ảnh hưởng lớn đến trạm biến áp hạ thế và cao thế, cũng như các thiết bị sử dụng điện sau đó.
• Thao tác này còn có ý nghĩa trong việc đảm bảo chế độ an toàn khi vận hành hoặc thử nghiệm về các độ cách điện khác nhau của máy biến thế, hệ thống làm mát, mạch động lực trước khi cho máy biến áp chạy.
• Vì là máy biến áp mới nên cần cho lượng dầu cách điện ngấm vào bằng cách này bởi nhà sản xuất chỉ đổ vào một lượng dầu rất nhỏ, điều đó khiến cho các bọt khí sẽ tan và thoát ra bên ngoài dễ dàng.

8.2. Tại sao dây trung tính của máy biến áp phải nối đất?

Trước đây, vấn đề này gây tranh cãi rất nhiều, nhưng hiện tại thì nó đã có câu trả lời chính xác. Dây trung tính của máy biến áp thường được nối đất ngay từ mạng điện 110KV trở lên. Việc nối này để tạo vật cách điện bên trọng theo áp pha và tạo ra các tác động như:

Giúp giảm chi phí.

• Nối đất với dây điện trung tính cho lưới điện hạ thế sẽ tạo ra dòng điện an toàn hơn cho con người khi sử dụng.
• Nối đất với dây điện trung tính với lưới cao thế sẽ giúp bảo vệ máy biến áp được hiệu quả nhất. Đồng thời giảm vật liệu cách điện các pha với đất nhằm tiết kiệm hơn đối với đường dây.

Như vậy, bài viết này đã giúp bạn hiểu máy biến áp là gì? Cấu tạo của máy biến áp, nguyên lý hoạt động. Hy vọng kiến thức hữu ích từ bài viết này sẽ giúp bạn lựa chọn dùng máy biến áp đúng và hiệu quả nhé!

Chúc bạn thành đạt trong công việc và hạnh phúc trong cuộc sống !

Hotline / Zalo: 086 567 7939

Website: https://uniduc.com/vi

-------------////--------------------------------------------////------------

HUMANOID ROBOT CỦA CÔNG TY UNIDUC SẢN XUẤT PHÁT TRIỂN.

Bạn có thể quan tâm: