Hiện nay, máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền tải, phân phối điện năng. Ngoài ra còn nhiều chức năng khác tuỳ thuộc mục đích sử dụng.

Máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này (U1, I1, f) thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác (U2, I2, f), với tần số không thay đổi.

Máy biến áp
Hình ảnh: Máy biến áp

Cấu tạo máy biến áp

Lõi thép

  • Lõi thép của máy biến áp được chế tạo bằng những vật liệu có độ dẫn từ cao vì nó được dùng để dẫn từ thông chính trong máy.
  • Vật liệu chế tạo lõi thép là thép kỹ thuật điện (còn gọi là tôn silic).
  • Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy trong lõi (dòng Fuco), người ta không làm thành khối liền mà dùng các lá thép có chiều dày từ 0,3mm – 0,5mm, có phủ cách điện ghép.
  • Hình dạng khác nhau như hình chữ nhật, hình xuyến…

Lõi thép được chia làm hai phần:

  • Trụ từ: là nơi để đặt dây quấn,
  • Gông từ: là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.

Trụ từ và gông từ tạo thành mạch từ khép kín,

Dây quấn

  • Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng dây đồng (hoặc nhôm), tiết diện chữ nhật, hoặc tròn, phía ngoài có bọc cách điện.
  • Dây quấn gồm nhiều vòng dây quấn quanh trụ từ. Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn được cách điện với nhau và cách điện với lõi thép.

Máy biến áp thường có 2 hoặc nhiều dây quấn.

  • Dây quấn nhận điện áp vào ⇒ sơ cấp.
  • Dây quấn đưa điện áp ra ⇒ thứ cấp.

Ký hiệu dây quấn sơ cấp, thứ cấp:

Các đại lượng ứng với dây quấn sơ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 1: số vòng dây sơ cấp W1, điện áp sơ cấp U1, dòng điện sơ cấp I1, công suất vào P1…

Các đại lượng ứng với dây quấn thứ cấp trong ký hiệu có ghi chỉ số 2: số vòng dây thứ cấp W2, điện áp thứ cấp U2, dòng điện thứ cấp I2, công suất đưa ra P2 .

Thường trong các máy biến áp có một cuộn sơ cấp, nhưng có thể có một hay nhiều cuộn thứ cấp. Lúc này trong ký hiệu còn ghi thêm số cuộn. Ví dụ W21, W22; U21,.. ; I21, I22…

Các phần phụ khác

  • Hệ thống làm mát: Nhiệt lượng sinh ra trong dây quấn và lõi thép của máy biến áp cần được thải ra môi trường xung quanh nhằm tránh hiện tượng tăng nhiệt độ làm hỏng máy.
  • Làm mát khô: Làm mát bằng không khí, có loại không cưỡng bức và cưỡng bức.
  • Làm mát ướt: Đặt lõi thép và dây quấn trong một thùng chứa dầu máy biến áp và hệ thống tản nhiệt (đối với các máy công suất lớn).
  • Ngoài ra, còn có các sứ xuyên ra để đấu dây quấn ra ngoài, có bộ phận chuyển mạch để điều chỉnh điện áp, rơ le để bảo vệ máy, bình dãn dầu, thiết bị chống ẩm.

Nguyên ký làm việc của máy biến áp

Sơ đồ nguyên lý máy biến áp
Hình ảnh: Sơ đồ nguyên lý máy biến áp

Để nghiên cứu nguyên lý làm việc của máy biến áp ta xét máy biến áp một pha hai dây quấn.

  • Dây quấn sơ cấp có W1 vòng, dây quấn thứ cấp có W2 vòng.
  • Cấp điện xoay chiều, điện áp U1 vào dây quấn sơ cấp, sẽ có dòng điện sơ cấp i1.
  • Dây quấn thứ cấp nối với tải.

Dòng i1 sinh ra từ thông F biến thiên chạy trong lõi thép có chiều như hình vẽ (chiều của F theo quy tắc vặn nút chai), xuyên qua cả 2 dây quấn sơ cấp W1 và thứ cấp W2 và là từ thông chính của máy.

Dòng điện i1 biến thiên theo qui luật hàm sin ⇒ từ thông F biến thiên ⇒ theo định luật cảm ứng điện từ, ở các dây quấn có sức điện động cảm ứng.

  • Dây quấn sơ cấp ⇒ sức điện động e1 Dây quấn thứ cấp ⇒ sức điện động e2.
  • Từ thông F biến thiên theo qui luật hàm sin.

Các đại lượng định mức máy biến áp

Điện áp định mức

  • Điện áp sơ cấp định mức U1đm (V,KV): là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp.
  • Điện áp thứ cấp định mức U2đm (V,KV): là điện áp đo được giữa các cực của dây quấn thứ cấp khi dây quấn thứ cấp hở mạch (chưa đấu tải) và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức.
    Máy biến áp 1 pha: điện áp định mức là điện áp pha.
    Máy biến áp 3 pha: điện áp định mức là điện áp dây.

Dòng điện định mức

Dòng điện định mức sơ cấp I1đm (A) và thứ cấp I2đm (A) là dòng điện qui định cho mỗi dây quấn, ứng với công suất định mức và điện áp định mức.
Với máy 3 pha: dòng điện định mức là dòng điện dây.

Công suất định mức Sđm

  • Máy 1 pha: Sđm = U2đm x I2đm = U1đm x I1đm.
  • Máy 3 pha: Sđm = Căn 3 x U2đm x I2đm = Căn 3 x U1đm x I1đm.

Công dụng của 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.
  • Các máy biến áp công suất nhỏ, ổn áp, thiết bị sạc (230V sang DC 24, 12, 3V,…
  • Ngoài ra máy biến áp còn được sử dụng trong các thiết bị lò nung (máy biến áp lò), trong hàn điện (máy biến áp hàn), biến áp khởi động động cơ, đo lường…

Các loại máy biến áp chính

Máy biến áp điện lực

Dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực.

Máy biến áp chuyên dùng

Sử dụng ở lò luyện kim, các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn …

Máy biến áp tự ngẫu

Dùng để liên lạc trong hệ thống điện, mở máy động cơ không đồng bộ công suất lớn.

Máy biến áp đo lường

Dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn đưa vào các dụng cụ đo tiêu chuẩn.

Máy biến áp thí nghiệm

Dùng để thí nghiệm điện áp cao.

Video giới thiệu máy biến áp