Máy biến áp là gì ?

Máy biến áp điện lực ( hay còn gọi là máy biến thế ) là bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện. Thiết bị này xuất hiện mọi nơi từ các cụm dân cư thôn xóm, các tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại, mua sắm. Đến xuất hiện ở các thiết bị điện trong gia đình,trên bo mạch bán dẫn… Lý do nào mà thiết bị điện này lại xuất hiện ở nhiều nơi đến vậy và chức năng của nó là gì. Hãy cùng maybienapdonganh.com tìm hiểu bài viết “máy biến áp là gì” và vai trò ứng dụng của nó trong hệ thống truyền tải điện năng đi xa là gì nhé.

Định nghĩa máy biến áp là gì ?

Máy biến áp là hệ thống biến đổi điện áp xoay chiều từ điện áp này sang điện áp khác dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Máy có thể tăng hoặc giảm điện áp tùy theo mục đích sử dụng. Chú ý máy chỉ biến đổi được dòng điện xoay chiều AC và giữ nguyên tần số.

Máy biến áp là gì ?

Lý do chúng ta cần sử dụng máy biến áp

Điện được sản xuất từ các nhà máy cần được đưa đến các hộ tiêu dùng để sử dụng ngay. Mà các nhà máy điện thường ở cách xa các hộ tiêu thụ, vì vậy chúng ta cần hệ thống đường dây để truyền tải điện năng. 

Thứ nhất: Điện áp đầu ra  từ nhà máy máy điện thường cao hơn so với điện áp thông thường để chúng có thể sử dụng để sinh hoạt và sản xuất kinh doanh. Ta cần sử dụng máy biến áp để hạ áp xuống điện áp phù hợp với thiết bị tiêu thụ.

Thứ hai: Để điện từ nhà máy đến hộ tiêu thụ thì phải trải qua hệ thống dây dẫn để đến hộ tiêu dùng mà dây dẫn thì luôn có điện trở. Khi có dòng điện chạy trong dây dẫn thì sẽ sinh ra tổn hao khi truyền tải. Gọi S là công suất truyền tải máy biến áp 3 pha ta có:

S =  √3U*I

  • R là điện trở của dây dẫn (không thay đổi)
  • U là hiệu điện thế giữa 2 đầu dây
  • I là dòng điện truyền trên dây dẫn
  • S công suất truyền tải
  • Công suất tiêu hao khi truyền tải tính bằng:P =  I2*R → I càng thấp thì công suất tổn hao sẽ càng nhỏ.

Để giảm tổn hao có 2 phương án: 

Phương án 1: Giảm điện trở R của đường dây (R = r.l/S)

Muốn giảM R ta tăng tiết diện dây dẫn S, tức là tăng khối lượng dây dẫn, các trụ đỡ cho đường dây, chi phí xây dựng đường dây tải điện rất lớn ( phương án này không kinh tế)

Phương án 2: Giảm dòng điện I chạy trên đường dây truyền tải. 

Muốn giảm I ta phải tăng điện áp, ta cần dùng Máy tăng áp vì đối với Máy biến áp U1I1 = U2.I2 ( phương án này kinh tế và hiệu quả hơn)

Đó là lý do tại sao người ta thường dùng máy biến áp trong truyền tải điện.

Sơ đồ phân phối điện năng:

Sơ đồ truyền tải điện năng

Điện áp cao trong quá trình truyền tải có thể dễ dàng biến đổi lại thành điện áp thấp để sử dụng thông thường phù hợp với các thiết bị điện gia đình hay công sở (ví dụ: điều hòa, máy giặt, ti-vi, tủ lạnh …). Việc biến đổi điện áp này cần sử dụng thiết bị Máy biến áp.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động máy biến áp

Tính toán, thiết kế máy biến áp

 Cấu tạo của máy biến áp:

 Cấu tạo chung của máy biến áp gồm 3 thành phần chính: Lõi thép, dây quấn 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 để giảm tối đa tác dụng của dòng điện Fu-cô (làm nóng lõi sắt gây ra hao phí vô ích). Chất liệu được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt ( Thép Silic)

Dây quấn của máy: Phần dây quấn này thường được chế tạo bằng đồng hoặc nhôm và bên ngoài được bọc cách điện. Nhiệm vụ của dây quấn là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Cuộn dây có nhiệm vụ nhận năng lượng vào (nối với mạch điện xoay chiều) được gọi là cuộn dây sơ cấp (ký hiệu là N1), còn cuộn dây có nhiệm vụ truyền năng lượng ra (nối với nơi tiêu thụ) được gọi là cuộn dây thứ cấp (ký hiệu là N2). Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà các số vòng của các cuộn dây khác nhau. Ví dụ như N2> N1 thì gọi là máy tăng áp, nếu N2<N1 thì gọi là máy hạ áp.

Vỏ của máy: Phần vỏ máy tùy theo từng loại máy biến áp mà thường được làm từ nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, có công dụng để bảo vệ các bộ phận bên trong của máy, vỏ máy bao gồm: nắp thùng và thùng.

Nắp thùng: dùng để đậy trên thùng. Bên trên có các bộ phận như : Sứ xuyên ra của dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp, Bình dãn dầu (bình dầu phụ) và ống phòng nổ, van giảm áp.

 Nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Khi ta nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1 sẽ có dòng điện sơ cấp I1  (hình dưới đây)

Trong đó: U1,I1 là điện áp, dòng điện đầu vào (điện áp, dòng điện sơ cấp) U2, I2: là điện áp, dòng điện đầu ra (điện áp, dòng điện thức cấp) W1, W2 là số vòng dây mạch đầu vào và đầu ra (sơ cấp, thứ cấp)

Dòng điện I1 sinh ra từ thông fi biến thiên chạy trong lõi thép. Từ thông này Móc vòng đồng thời với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp được gọi là từ thông chính.

 Theo định luật cảM ứng điện từ:

e1 = – W1 dfi/dt

e2 = – W2 dfi/dt

W1, W2 là số vòng dây quấn sơ cấp  và thứ cấp.

Nguyên lý hoạt động máy biến áp

Khi Máy biến áp có tải, dưới tác động của sức điện động e2, có dòng điện thứ cấp I2 cung cấp điện cho tải.

Từ thông  fi biến thiên hình sin fi = fiMax sinWt

Ta có:

Phương trình năng lượng

k = E1/ E2= W1/ W2 , k được gọi là hệ số biến áp.  

Bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí ta có:

 U1/ U2 xấp xỉ E1/ E2 = W1/ W2 = k  

Bỏ qua Mọi tổn hao trong Máy biến áp, ta có:

U2 I2 xấp xỉ U1 I1 suy ra U1/U2 xấp xỉ I2/I1 =W1/W2 = k = Tỉ số biến áp

Các lượng định mức thường được ghi trên nhãn máy

Điện áp định Mức

Điện áp sơ cấp định Mức kí hiệu U1đM là điện áp đã quy định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định Mức kí hiệu U2đM là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ cấp, khi dây quấn thứ cấp hở Mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định Mức . 

Với Máy biến áp ba pha điện áp định Mức là điện áp dây  

  – Dòng điện định Mức

Dòng điện định Mức là dòng điện đã quy định cho Mỗi dây quấn của Máy biến áp, ứng với công suất định Mức và điện áp định Mức.

Đối với Máy biến áp ba pha, dòng điện định Mức là dòng điện dây. 

Dòng điện sơ cấp định Mức kí hiệu I1đM, dòng điện thứ cấp định Mức kí hiệu I2đM  

–    Công suất định Mức

Công suất định Mức của Máy biến áp là công suất biểu kiến thứ cấp ở chế độ làM việc định Mức.

Công suất định Mức kí hiệu là SđM, đơn vị là KVA.  

Phân loại máy biến áp

Phần tiếp theo trong bài viết chuyên sâu về ” Máy biến áp là gì ” sẽ phân loại chi tiết theo công dụng thì máy biến áp được phân loại như sau:

+ Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện.

 + Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn …

+ Máy biến áp tự ngẫu: biến đổi điện áp trong một phạm vị không lớn lắm dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều.

 + Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các đồng hồ đo.

 + Máy biến áp thí nghiệm: Dùng để thí nghiệm các điện áp cao.

Phân loại MBA theo cấu tạo:

 + Máy biến áp 2 dây cuốn, máy biến áp 3 dây cuốn.

 + Máy biến áp tự ngẫu: Giữa cuộn sơ và thứ cấp không những liên hệ với nhau về từ mà còn liên hệ với nhau về điện.

Máy biến điện áp

 Ký hiệu: BU hoặc TU: – Là một thiết bị có tác dụng cách ly phần sơ cấp với thứ cấp, nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới từ trị số cao xuống trị số thấp, cung cấp cho thiết bị đo lường, bảo vệ, tự động hoá.

 Thường công suất của tải máy biến điện áp rất bé (vài chục đến vài trăm VA), đồng thời tổng trở mạch ngoài rất lớn có thể xem như máy biến điện áp thường xuyên làm việc không tải. 

Máy biến điện áp trung áp

 – Phân loại máy biến điện áp: BU khô, BU dầu, BU 1 pha, BU 3 pha …

 + BU khô: thường được sử dụng ở cấp điện áp 35kV trở xuống.

 + BU dầu: Sử dụng cho mọi yêu cầu.

 – Với cấp điện áp cao người ta chế tạo theo kiểu phân cấp, phân áp:

 + Phân cấp bằng cuộn dây: Gồm nhiều tầng lõi từ, cuộn dây sơ cấp được chia đều trên các lõi, cuộn thứ cấp chỉ được cuốn trên lõi cuối cùng .

 + Phân áp bằng tụ: Dùng bộ phân áp bằng tụ lấy một phần điện áp cao đưa vào cuộn sơ cấp . v Máy biến dòng điện (BI hoặc TI):

 – Máy biến dòng điện có tác dụng cách ly giữa sơ cấp với thứ cấp, có nhiệm vụ dùng để biến đổi dòng điện từ trị số lớn xuống trị số nhỏ hơn để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, bảo vệ, tự động hoá. Thường BI có dòng định mức thứ cấp là 1; 5A hoặc 10A.

Tổng kết

Bài viết trình bày những đặc điểm nguyên lý, cấu tạo cũng như ứng dụng của máy trong cuộc sống để độc giả hiểu rõ hơn về máy biến áp là gì. Nếu độc giả quan tâm và muốn tìm hiểu kỹ hơn có thể để lại lời nhắn hoặc gửi yêu cầu tới Email: [email protected] để đóng góp ý kiến.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

%d bloggers like this: