Chức năng của máy biến áp điện lực

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. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu cụ thể những thông tin về máy biến áp qua bài viết dưới đây bạn nhé!

Máy biến áp là gì ?

Máy biến áp hay còn gọi là máy biến thế là một loại máy móc quan trọng thường được dùng trong các lĩnh vực điện lực. Trong quá trình truyền tải điện năng đi đến các nơi khác nhau thì chúng ta cần phải thay đổi mức điện áp xoay chiều sao cho phù hợp. Và máy biến áp có nhiệm vụ là thay đổi điện áp theo hướng tăng hoặc giảm để đảm bảo quá trình truyền tải điện năng được diễn ra thuận lợi.

Máy biến áp là gì ?

Trên thực tế chúng ta sẽ có 2 loại máy biến áp khác nhau đó là máy tăng áp và máy hạ áp. Tuy nhiên thì về cấu tạo và bản chất thì chúng hoàn toàn tương tự nhau. Điểm khác nhau có lẽ nằm ở số vòng dây quấn và vật liệu cấu thành nên. Và về vấn đề này mình sẽ trình bày rõ hơn trong phần tiếp theo nhé.

Cấu tạo của máy biến áp

Cấu tạo của máy biến áp

Thông thường thì một máy biến áp cơ bản sẽ được cấu thành từ 2 thành phần chính đó là lõi thép và dây quấn. Và chúng có các đặc điểm như sau:

• Với dây quấn thì chúng bao gồm 1 cuộn dây sơ cấp nhận điện áp đầu vào và 1 hay nhiều cuộn thứ cấp có nhiệm vụ đưa ra điện áp đã được thay đổi. Các vật liệu dây quấn thường được làm bằng đồng hoặc nhôm,…
• Với lõi thép hay lõi sắt thì chúng là một khối hình chữ U đối với loại máy biến áp có 2 cuộn dây. Khối này được cấu thành từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau và chúng được phủ lên một lớp silic có nhiệm vụ cách điện.

Nguyên lý hoạt động?

Ở trên mình có giới thiệu sơ lược về hai loại máy biến áp, tuy nhiên trong phần này mình sẽ giới thiệu chi tiết hơn về đặc tính của từng loại. Cũng như dựa vào yếu tố nào mà ta có thể chế tạo ra máy tăng áp hay giảm áp. Và để có thể trả lời được câu hỏi này chúng ta sẽ quay lại 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 [từ trường]

Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng hay còn gọi là cảm ứng điện từ.

Và chúng được thể hiện thông qua một công thức như sau:

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 chúng ta thấy được tỷ lệ thuận giữa điện áp và số vòng dây của từng cuộn cụ thể. 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.

Phân loại máy biến áp – biến thế

Sẽ có nhiều yếu tố khác nhau để có thể phân loại được máy biến áp, tuy nhiên chung quy lại chúng ta sẽ có các loại như:

• Theo cấu tạo: ta có MBA một pha và MBA ba pha
• Theo chức năng: ta có MBA hạ thế và MBA tăng thế
• Theo cách thức cách điện: ta có MBA lõi dầu, lõi không khí…
• Theo nhiệm vụ: ta có MBA Điện lực, MBA dân dụng, MBA hàn, MBA xung…
• Bên cạnh đó thì ta còn phân theo công suất hay hiệu điện thế

Ứng dụng của máy biến áp trong đời sống

Thông thường các máy biến áp sẽ được ứng dụng trong các quá trình truyền tải điện năng là chủ yếu. Chúng có thể được dùng trong việc tăng áp để truyền tải điện năng trên các đường dây cao thế, trung thế hay hạ thế,…Bên cạnh đó thì chúng còn được dùng như một công cụ hạ áp. Cụ thể thì các bạn có thể tham khảo qua một số ứng dụng tiêu biểu của chúng như sau:

Tăng và hạ áp cho công tác phân phối điện

Ở các nhà máy sản xuất điện như thủy điện, nhiệt điện, điện gió,…Chúng ta muốn truyền tải điện đi xa và tránh xảy ra thất thoát thì bắt buộc phải dùng đến máy tăng áp để đưa chúng trở thành đường dây cao thế và truyền đi. Trong quá trình truyền thì tại từng trạm nhỏ chúng ta vẫn cần một máy tăng áp để có nhiệm vụ kích áp lên đến giá trị ổn định để tránh sụt áp khi đến nơi sử dụng. Và tiếp theo khi đến nơi sử dụng như trong thành phố thì ta cần máy hạ áp để đưa chúng về dạng trung thế.

Một máy biến áp tại trạm biến áp

Ví dụ từ đường dây trung thế 10kV của các nhà máy phát điện sang mức hạ thế 220V hay 400V dùng trong sinh hoạt dân cư. Tại các nhà máy phát điện, máy biến áp thường được dùng để chuyển hiệu điện thế mức trung thế từ máy phát điện [10 kV đến 50 kV] sang mức cao thế [110 kV đến 500 kV hay cao hơn] trước khi truyền tải lên đường dây điện cao thế. Bởi vì theo nghiên cứu thì trong truyền tải điện năng với khoảng cách xa, nếu hiệu điện thế càng cao thì hao hụt càng ít.

Ứng dụng trong các bộ nguồn – bộ sạc

Ứng dụng trong các bộ nguồn – bộ sạc

Chúng ta dùng khá nhiều thiết bị điện tử trong cuộc sống hằng ngày đúng không nào. Nhất là các thiết bị cần nạp pin như điện thoại, laptop, máy tính bàn, ipad,…Chúng có nguồn nuôi rất thấp chỉ khoảng 5V, 12V mà thôi và tuyệt nhiên là không thể dùng đến nguồn điện gia đình 220V để cung cấp được. Đó là lý do mà các thiết bị sạc, dây sạc điều có các adapter chuyển đổi nguồn điện sao cho phù hợp. Và chúng không gì khác chính là các máy biến áp cỡ nhỏ.

Ứng dụng cấp nguồn cho nhà máy

Ứng dụng cấp nguồn cho nhà máy

Thông thường thì các nhà máy hay xí nghiệp để có thể khởi động và vận hành được các máy móc và thiết bị công suất cao thì cần phải dùng đến điện trung thế hay dòng điện 3 pha. Vì thế để có thể sử dụng ta cần kéo dây trung thế từ mạng điện cao thế thông qua một máy biến áp để có thể sử dụng được.

Bên cạnh đó thì còn rất nhiều ứng dụng khác nữa mà mình chưa thể nói hết trong bài viết này. Tuy nhiên thì lợi ích mà máy biến thế mang lại là không thể phủ nhận được.

Đơn vị công suất của máy biến áp 3 pha

Tại sao đơn vị công suất của máy biến áp lại là kVA chứ không phải là kW ? Khi nhắc đến công suất thì người ta sẽ nghĩ đến ngay là bao nhiêu oát hay kilo oát đúng không nào. Tuy nhiên thì khi đi mua máy biến áp, thông số chúng ta cần quan tâm nhất đó chính là bao nhiêu kVA. Vậy lý do là gì nhỉ ? Chúng ta có thể lý giải vấn đề này như sau nhé.

Một máy biến áp hay biến thế để có thể hoạt động tốt phải cần 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 hai điều kiện trên cho chúng ta thấy được là khi máy biến áp hoạt động ta cần quan tâm đến giá trị dòng điện của chúng. Trên thực tế thì từng loại máy sẽ có các cấp điện thế khác nhau, ứng với mỗi dòng điện ta có các công suất khác nhau. Hơn nữa, nếu chỉ dùng công suất thực [kW] thì chỉ cho chúng ta biết độ tăng nhiệt độ do tổn thất trong dây quấn. Thế nhưng tuổi thọ của máy biến áp sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như nhiệt độ của mạch từ cũng như của cuộn dây.

Và vì trong quá trình truyền tải điện năng đi thì chúng ta có 2 thành phần đó là công suất phản kháng [kVAr] và công suất tác dụng [kW], và 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 mà có.

Tại sao phải đóng điện không tải của máy biến áp trước khi nối phụ tải vào

Máy biến áp

Vấn đề này sẽ có nhiều bạn học sinh sinh viên hỏi lúc mới ra trường làm việc và tiếp xúc với các loại máy biến áp. Nó cũng thường được áp dụng cho các loại máy mới được khởi động sử dụng lần đầu, cụ thể nó là thao tác để đảm bảo an toàn điện năng vì các nguyên nhân như sau:

• Nếu chúng ta 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.
• Các dòng xung kích có giá trị rất lớn, 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.
• Bên cạnh đó thì thao tác này còn có ý nghĩa là đảm bảo 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 vì là máy mới xuất xưởng nên họ chỉ đổ 1 lượng nhỏ dầu mà thôi. Các bọt khí sẽ tan và thoát ra bên ngoài.

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

Trước đây thì vấn đề này còn gây tranh cãi khá nhiều, tuy nhiên bây giờ thì đã có câu trả lời thích đáng. Thực tế thì ở các lưới điện từ 110kV trở lên, việc nối đất dây trung tính để tạo vật cách điện bên trong theo áp pha và chúng sẽ có các tác động 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 vật liệu cách điện các pha với đất và tiết kiệm vật liệu trên đường dây.

Trên đây là những thông tin liên quan đến máy biến áp do thegioidienco.vn đã tổng hợp và chia sẻ đến các bạn. Hy vọng rằng với những chia sẻ trên đây sẽ giúp bạn có thêm nhiều thông tin hơn về máy biến áp bạn nhé!

Video liên quan

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.

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

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