Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp 3 pha

1. Máy biến áp 3 pha là gì?

Máy biến áp 3 pha là một thiết bị điện từ tĩnh có chức năng biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều 3 pha mà không thay đổi tần số. Nó được sử dụng để điều chỉnh và cung cấp điện áp ổn định cho các thiết bị và hệ thống trong mạng lưới điện ba pha. Máy biến áp 3 pha có thể tăng hoặc hạ điện áp của một hệ thống điện xoay chiều 3 pha mà không làm thay đổi tần số.

Cấu tạo của máy biến áp 3 pha gồm có ba cuộn dây độc lập với nhau, mỗi cuộn dây đại diện cho một pha của hệ thống điện ba pha. Cuộn dây đầu vào được kết nối với nguồn điện áp đầu vào và cuộn dây đầu ra cung cấp điện áp đầu ra mong muốn. Các cuộn dây này có thể được cấu hình để tăng hoặc giảm điện áp theo yêu cầu của hệ thống.

Máy biến áp 3 pha được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, các tòa nhà thương mại và các hệ thống điện công cộng để cung cấp điện áp cho các thiết bị và hệ thống khác nhau. Nó có nhiều ứng dụng, bao gồm điều chỉnh điện áp, cung cấp điện cho các máy móc công nghiệp, truyền tải điện trong mạng lưới điện và cung cấp điện áp cho hệ thống chiếu sáng và các thiết bị điện trong các tòa nhà.

2. Cấu tạo của máy biến áp 3 pha:

Máy biến áp 3 pha được cấu tạo gồm 3 thành phần chính là vỏ máy, lõi thép và dây quấn. Vỏ máy bảo vệ các bộ phận bên trong, lõi thép dẫn từ thông, dây quấn nhận và truyền tải năng lượng. 

Máy biến áp 3 pha có cấu trúc cơ bản gồm các thành phần chính sau:

– Cuộn dây: Máy biến áp 3 pha có ba cuộn dây độc lập được đặt trong một khung chắn để tạo thành ba pha A, B và C. Cuộn dây này có vai trò chuyển đổi và biến đổi điện áp từ nguồn vào thành điện áp đầu ra mong muốn. Dây quấn là thành phần nhận và truyền năng lượng, được làm bằng đồng hoặc nhôm có cách điện. Dây quấn gồm có 6 dây quấn đồng hoặc nhôm được bọc cách điện, quấn quanh 3 trụ từ. Dây quấn được quấn quanh trụ thép và có thể có hai loại: dây quấn sơ cấp (nhận năng lượng từ lưới) và dây quấn thứ cấp (cung cấp năng lượng cho phụ tải).

– Lõi sắt: Lõi sắt là một thành phần quan trọng trong máy biến áp, giúp tạo ra đường dẫn từ cuộn dây vào cuộn dây ra và tăng hiệu suất biến áp. Lõi sắt thường được làm từ tấm sắt có chất lượng cao để giảm mất công suất và hiệu suất của máy biến áp. Lõi sắt gồm có 3 trụ từ được làm từ những lá thép kỹ thuật điện, có gông từ để khép kín mạch từ.

– Vỏ bảo vệ: Máy biến áp 3 pha thường được đặt trong một vỏ bảo vệ để bảo vệ các thành phần bên trong khỏi tác động bên ngoài và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành. Vỏ bảo vệ thường được làm bằng vật liệu cách điện và chống cháy để đảm bảo tính an toàn và bền vững cho máy biến áp.

– Bộ điều chỉnh: Một số máy biến áp 3 pha có thể được trang bị bộ điều chỉnh để điều chỉnh và kiểm soát điện áp đầu ra. Bộ điều chỉnh này có thể giúp duy trì điện áp ổn định và kiểm soát tỷ lệ biến đổi điện áp theo yêu cầu của hệ thống.

– Hệ thống làm mát: Máy biến áp 3 pha thường được trang bị hệ thống làm mát để giải nhiệt và duy trì nhiệt độ hoạt động an toàn. Hệ thống làm mát có thể bao gồm quạt làm mát hoặc hệ thống tuần hoàn dòng chảy chất làm mát để làm giảm nhiệt độ của máy biến áp.

Cấu tạo của máy biến áp 3 pha có thể có sự khác biệt tùy thuộc vào loại và mục đích sử dụng của nó. Tuy nhiên, các thành phần chính như cuộn dây, lõi sắt, vỏ bảo vệ, bộ điều chỉnh và hệ thống làm mát thường được tìm thấy trong hầu hết các máy biến áp 3 pha.

3. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp 3 pha:

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp 3 pha là hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ của Faraday, Khi dòng điện chạy qua dây quấn sơ cấp, nó sẽ tạo ra một từ trường biến thiên trong lõi thép. Từ trường này sẽ cảm ứng ra một hiệu điện thế thứ cấp trong dây quấn thứ cấp. Hiệu điện thế này có thể cao hơn hoặc thấp hơn hiệu điện thế sơ cấp, tùy thuộc vào tỉ số số vòng dây của hai cuộn.

Dưới đây là nguyên lý hoạt động cơ bản của máy biến áp 3 pha:

– Nguyên tắc cơ bản: Máy biến áp 3 pha hoạt động dựa trên nguyên tắc cơ bản của cảm ứng điện từ. Ba cuộn dây độc lập trong máy biến áp 3 pha tạo ra ba pha điện áp (A, B và C). Khi một pha của nguồn điện áp đầu vào được kết nối với cuộn dây đầu vào, sự thay đổi trong dòng điện trong cuộn dây tạo ra một trường từ cảm ứng điện từ. Trường từ này sẽ tương tác với cuộn dây đầu ra và tạo ra điện áp pha ra tương ứng.

– Biến đổi điện áp: Máy biến áp 3 pha có thể biến đổi điện áp từ mức vào thành mức ra mong muốn. Tỷ lệ biến đổi điện áp được xác định bởi số lượt cuộn dây và mối quan hệ giữa các pha trong máy biến áp. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây đầu vào, nó sẽ tạo ra một trường từ cảm ứng điện từ và truyền điện áp vào cuộn dây đầu ra. Điện áp đầu ra sẽ phụ thuộc vào tỷ lệ số lượt cuộn dây giữa các pha.

– Tính cân bằng và ổn định: Máy biến áp 3 pha cũng giúp duy trì cân bằng và ổn định trong hệ thống điện ba pha. Bằng cách sử dụng ba pha độc lập, nó cung cấp điện áp ổn định và cân bằng cho các thiết bị và hệ thống trong mạng lưới điện. Điều này giúp đảm bảo rằng các thiết bị hoạt động hiệu quả và giảm nguy cơ hư hỏng do điện áp không ổn định.

– Hiệu suất: Máy biến áp 3 pha thường có hiệu suất cao và ít mất công suất khi biến áp điện áp. Điều này giúp giảm tác động lên mạng lưới điện và tiết kiệm năng lượng trong quá trình chuyển đổi điện áp.

4. Công dụng của máy biến áp 3 pha:

– Biến đổi điện áp: Công dụng chính của máy biến áp 3 pha là biến đổi điện áp từ mức vào thành mức ra mong muốn. Nó cho phép điều chỉnh và cung cấp điện áp ổn định cho các thiết bị và hệ thống trong mạng lưới điện. Máy biến áp 3 pha được sử dụng để tăng hoặc giảm điện áp để đáp ứng yêu cầu của các thiết bị khác nhau.

– Cân bằng tải: Máy biến áp 3 pha cũng được sử dụng để cân bằng tải trong hệ thống điện ba pha. Bằng cách sử dụng biến áp 3 pha, dòng điện và công suất có thể được phân phối đồng đều giữa các pha, giúp đảm bảo sự cân bằng và ổn định trong mạng lưới điện.

– Điều chỉnh áp suất: Máy biến áp 3 pha cũng được sử dụng để điều chỉnh áp suất trong hệ thống điện. Khi có biến động áp suất, máy biến áp 3 pha có thể tăng hoặc giảm điện áp để đảm bảo áp suất ổn định và đạt được mục tiêu của hệ thống.

– Bảo vệ thiết bị: Máy biến áp 3 pha cũng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thiết bị điện khác. Nó giúp cung cấp điện áp ổn định và giảm nguy cơ hư hỏng do điện áp không ổn định hoặc biến động đột ngột.

– Sử dụng trong công nghiệp: Máy biến áp 3 pha được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và các công trình xây dựng lớn. Nó cung cấp điện áp ổn định cho các máy móc, thiết bị và hệ thống trong quá trình sản xuất và vận hành.

Máy biến áp 3 pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và các công trình xây dựng lớn để cung cấp điện áp ổn định và đáng tin cậy.

5. Các loại máy biến áp 3 pha phổ biến:

5.1. Máy biến áp 3 pha kiểu kín:

Máy biến áp 3 pha kiểu kín là loại máy biến áp dùng để truyền tải và phân phối điện năng với công suất lớn, thường được lắp đặt ở ngoài trời tại các nhà máy, công xưởng và những khu đô thị, chung cư. 

Máy biến áp 3 pha kiểu kín có khả năng làm mát bằng cách tự giãn nở các cánh giúp tản nhiệt cho ruột máy. Khi nhiệt độ trong vỏ hộp tăng cao, các cánh sẽ tự giãn nở ra và không khí sẽ thổi trực tiếp qua các cánh để hạ nhiệt cho máy. 

Máy biến áp 3 pha kiểu kín có ưu điểm về tính thẩm mỹ, an toàn môi trường, khả năng chịu tải và ngắn mạch tốt, phù hợp với khí hậu nhiệt đới ở Việt Nam. 

Máy biến áp 3 pha kiểu kín hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi điện áp từ sơ cấp sang thứ cấp thông qua lõi thép và dây quấn. Máy biến áp 3 pha kiểu kín được sản xuất theo tiêu chuẩn IEC-60076 hoặc theo yêu cầu của khách hàng.

Ví dụ, máy biến áp kiểu kín được lắp đặt tại trung tâm thương mại Vincom Center Hà Nội để cung cấp điện cho các cửa hàng, nhà hàng và rạp chiếu phim.  

5.2. Máy biến áp 3 pha kiểu hở:

Máy biến áp 3 pha kiểu hở là một loại thiết bị điện dùng để biến đổi điện áp và dòng điện xoay chiều 3 pha từ một mức cao sang một mức thấp hoặc ngược lại. Máy biến áp 3 pha kiểu hở có cấu tạo gồm hai cuộn dây đặt gần nhau trên một cốt từ chung, trong đó cuộn dây có số vòng dây nhiều hơn được gọi là cuộn dây thứ cấp, còn cuộn dây có số vòng dây ít hơn được gọi là cuộn dây sơ cấp. Khi có dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây sơ cấp, sẽ tạo ra từ trường thay đổi liên tục xung quanh cuộn dây. Từ trường này cắt qua cuộn dây thứ cấp và tạo ra điện áp xoay chiều ở hai đầu của cuộn dây thứ cấp. Tỷ lệ giữa điện áp sơ cấp và điện áp thứ cấp bằng tỷ lệ giữa số vòng dây sơ cấp và số vòng dây thứ cấp.

Máy biến áp 3 pha kiểu hở khác với máy biến áp 3 pha kiểu kín ở chỗ máy biến áp kiểu hở có chu trình làm mát qua bình dầu phụ, có cách tản nhiệt theo dạng nan quạt. Bình dầu phụ có chức năng chứa và làm mát dầu cách điện trong máy biến áp, giúp giảm nhiệt độ của ruột máy và kéo dài tuổi thọ của máy. Nan quạt có chức năng tăng diện tích tiếp xúc giữa không khí và bề mặt của ruột máy, giúp tăng hiệu quả làm mát của máy. Máy biến áp 3 pha kiểu hở thường được sử dụng ở các nhà máy, xí nghiệp, trạm biến áp có diện tích rộng và không yêu cầu cao về thẩm mỹ.

5.3. Máy biến áp khô:

Máy biến áp khô là loại máy biến áp có công dụng làm thay đổi điện áp của dòng điện và có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt có nhiệt độ, độ ẩm cao. Khác với máy biến áp thông thường, sản phẩm này không sử dụng chất lỏng cách điện bên trong nơi có cuộn dây và mạch điện từ. Các cuộn dây và lõi từ chịu áp lực bằng không khí. 

Máy biến áp khô có hệ thống làm mát thông qua thông gió tự nhiên trái ngược với việc sử dụng dầu, silicon hoặc chất lỏng để làm mát cuộn dây và lõi điện như máy biến áp dầu. Máy biến áp khô có ưu điểm là thân thiện với môi trường, không tạo ra dầu hay khí độc gây ô nhiễm bầu không khí, an toàn về phòng cháy chữa cháy và có khả năng quá tải cao. 

Máy biến áp khô được ứng dụng rộng rãi trong các tòa nhà, những công trình cần có độ an toàn cao như trường học, bệnh viện, trung tâm thương mại, nhà máy, công nghiệp hóa chất, luyện kim, dầu khí…