Máy biến áp là một thiết bị quan trọng trong hệ thống điện và được sử dụng để chuyển đổi điện năng từ một mức điện áp sang một mức điện áp khác. Trong hệ thống điện, máy biến áp là một phần không thể thiếu, đặc biệt là trong các hệ thống điện lớn như nhà máy, trạm biến áp hoặc các công trình xây dựng.
Mục lục bài viết
1. Máy biến áp là gì?
Máy biến áp là một thiết bị điện từ tính quan trọng trong hệ thống điện, được thiết kế để hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Thiết bị này có chức năng biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều ở mức nào đó sang mức điện áp khác nhưng vẫn đảm bảo tần số không đổi. Cụ thể, máy biến áp có thể tăng hoặc giảm điện áp, tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thống điện.
Một cách đơn giản để hiểu về máy biến áp là thiết bị dựa trên nguyên lý hoạt động cảm ứng điện từ để truyền tín hiệu hoặc năng lượng xoay chiều giữa các mạch trong hệ thống điện. Máy biến áp có thể được sử dụng trong nhiều mục đích khác nhau, bao gồm cung cấp điện cho các thiết bị điện tử, lò nung, hàn điện, đo lường và kiểm tra các thông số điện.
2. Công dụng của máy biến áp:
Máy biến áp có nhiều công dụng khác nhau, giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện. Công dụng đầu tiên của máy biến áp là tăng điện áp của máy phát điện trước khi đưa dòng điện lên đường dây. Điều này giúp dòng điện đi xa hơn và giảm điện áp của cuối đường dây, từ đó đảm bảo nguồn điện được cung cấp một cách phù hợp hơn cho các thiết bị điện trong nhà máy hoặc doanh nghiệp.
Bên cạnh đó, máy biến áp còn được sử dụng trong các lò nung để điều chỉnh nhiệt độ, giúp sản xuất ra các sản phẩm chất lượng cao. Nó cũng được sử dụng trong lĩnh vực đo lường để đảm bảo các thông số điện được đo chính xác và cho kết quả đúng nhất. Máy biến áp cũng có thể được sử dụng để cung cấp nguồn điện cho các trang thiết bị điện tử, giúp chúng hoạt động ổn định và bảo vệ chúng khỏi các tác động của sự cố điện.
Ngoài ra, máy biến áp còn được sử dụng trong các thiết bị y tế, tàu thủy, hệ thống điện mặt trời và nhiều lĩnh vực khác. Máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn điện ổn định và an toàn cho các thiết bị và hệ thống điện, đồng thời giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của chúng.
Ngoài những công dụng trên, máy biến áp còn có thể được sử dụng trong các hệ thống điện thông minh, như các hệ thống điều khiển tòa nhà, điều khiển thiết bị gia dụng thông minh, hệ thống điện giám sát và quản lý. Máy biến áp cung cấp nguồn điện ổn định và an toàn cho các thiết bị và hệ thống này, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động và tiết kiệm năng lượng.
3. Một số loại máy biến áp phổ biến:
Máy biến áp tụ
Máy biến áp tụ là một loại máy biến áp được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại. Nó được thiết kế để tăng áp đầu vào bằng cách sử dụng một tụ điện, và sau đó giảm áp đầu ra đến mức mong muốn. Máy biến áp tụ có khả năng điều chỉnh áp suất đầu ra một cách chính xác, giúp đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống điện.
Máy biến áp dầu
Máy biến áp dầu là một loại máy biến áp được sử dụng phổ biến nhất trong các ứng dụng công nghiệp và hạ tầng. Nó được thiết kế để tăng hoặc giảm điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều và được làm mát bằng dầu. Dầu được sử dụng để làm mát và bôi trơn cho các bộ phận bên trong máy biến áp, giúp tăng tuổi thọ và độ bền của máy.
Máy biến áp khô
Máy biến áp khô là một loại máy biến áp được thiết kế để hoạt động mà không cần dầu làm mát. Thay vào đó, nó sử dụng một lớp chất điện cách ly để bảo vệ các bộ phận bên trong máy. Máy biến áp khô có nhiều ưu điểm như không gây ô nhiễm môi trường, tuổi thọ cao và an toàn.
4. Cấu tạo máy biến áp hiện nay:
4.1. Phần lõi thép:
Phần lõi thép là một phần quan trọng trong máy biến áp, nó được sử dụng để dẫn từ và chuyển đổi điện năng. Lõi thép được chế tạo từ các vật liệu có đặc tính dẫn từ cực tốt. Thông thường, phần lõi thép sẽ được ghép bởi các lá thép kỹ thuật điện để tạo thành một mạch vòng khép kín. Các lá thép này có độ dày khá mỏng, khoảng từ 0.3 – 0.5mm và được sơn cách điện phía người.
Phần lõi thép được chia thành 2 phần là trụ và gông. Trụ được dùng để đặt dây quấn, còn phần gông để nối các trụ lại với nhau nhằm tạo ra một mạch từ khép kín.
4.2. Phần dây quấn:
Phần dây quấn là phần nhận năng lượng và truyền ra năng lượng của máy biến áp. Dây quấn có thể được làm bằng chất liệu đồng hoặc nhôm, với tiết diện hình chữ nhật hoặc tròn, bên ngoài thường được bọc lớp cách điện. Dây quấn sẽ được quấn nhiều vòng quanh trụ thép và giữa dây quấn với lõi, dây quấn với dây quấn đều có lớp cách điện.
Máy biến áp thường có từ 2 hoặc nhiều dây quấn, số vòng dây khác nhau và tùy thuộc vào nhiệm vụ biến áp của mỗi máy. Hiện nay, có 2 loại dây quấn là sơ cấp và thứ cấp, với chức năng tương ứng.
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, dây quấn còn được phân loại thành dây quấn hạ áp có điện áp thấp và dây quấn cao áp có điện áp cao. Để tạo hình dạng cho dây quấn, có 2 loại là dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ.
Dây quấn đồng tâm thường có tiết diện ngang hình vòng tròn đồng tâm. Để tạo hình dạng vòng 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.
4.3. Phần vỏ máy:
Phần vỏ máy biến áp là một trong những phần quan trọng nhất của máy biến áp, bảo vệ các thành phần bên trong khỏi những tác động bên ngoài. Vỏ máy biến áp được làm bằng nhiều loại chất liệu khác nhau, tùy thuộc vào từng loại máy. Các chất liệu phổ biến nhất cho vỏ máy biến áp bao gồm thép, nhựa, gỗ, tôn mỏng và gang.
Chức năng chính của vỏ máy biến áp là bảo vệ các thành phần bên trong máy khỏi các yếu tố môi trường như nước, bụi, côn trùng, ẩm thấp, ánh sáng mặt trời, … Vỏ máy biến áp được thiết kế để chịu được các tác động ngoài lực mà không bị hư hỏng.
Ngoài chức năng bảo vệ, vỏ máy biến áp còn có nhiều bộ phận khác nhau như thùng và nắp thùng để bảo vệ máy. Trên bộ phận nắp thùng của máy biến áp, chúng ta có thể thấy rất nhiều các bộ phận quan trọng như:
Bình dầu với tác dụng để người dùng có thể kiểm tra mức dầu. Bình dầu thường được làm bằng thủy tinh để dễ dàng quan sát.
Sứ ra của dây quấn hạ áp và cao áp, để điều chỉnh điện áp hạ áp và cao áp đến các đầu điều chỉnh.
Ống bảo hiểm được thiết kế có hình trụ nghiêng và được làm bằng thép, với một đầu được bịt bằng đĩa thủy tinh và một đầu nối với thùng. Đĩa thủy tinh được chế tạo để có thể vỡ khi máy biến áp bị áp suất bất thường và dầu tràn ra ngoài, giúp bảo vệ máy khỏi những rủi ro tiềm ẩn.
Lỗ nhỏ để đặt nhiệt kế, giúp người dùng kiểm tra nhiệt độ của máy.
Rơle hơi, được sử dụng để giảm áp suất trong thùng máy biến áp.
Bộ truyền động gồm cầu dầu được đấu nối với các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn áp cao, giúp điều chỉnh dòng điện và áp suất của máy biến áp.
Tất cả các bộ phận trên nắp thùng đều có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định của máy biến áp.
Các tính năng và bộ phận trên nắp thùng của máy biến áp sẽ phụ thuộc vào loại máy biến áp được sử dụng. Nếu bạn cần biết thêm về các tính năng và bộ phận của máy biến áp cụ thể, hãy tham khảo tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất hoặc tìm kiếm thông tin trực tuyến.
5. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp:
Máy biến áp được tạo ra dựa theo 2 hiện tượng của vật lý đó là:
– Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường.
– Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (hiện tượng cảm ứng điện từ)
Điện từ và dòng điện xoay chiều là một trong những chủ đề quan trọng trong lĩnh vực điện tử. Hiện tượng đầu tiên của chúng ta là khi dòng điện chạy qua dây dẫn, nó sẽ tạo ra một từ trường. Hiện tượng này đã được phát hiện từ rất lâu và được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ máy phát điện đến động cơ điện.
Thứ hai, là hiện tượng cảm ứng điện từ, được sinh ra bởi sự biến thiên từ thông trong cuộn dây. Khi thông trong cuộn dây thay đổi, điện trường trong và xung quanh cuộn dây sẽ thay đổi và tạo ra một hiệu điện thế có tính cảm ứng. Hiện tượng này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử, chẳng hạn như máy ảnh kỹ thuật số, điện thoại di động và các cảm biến.
Để thực hiện thí nghiệm, chúng ta sử dụng một cuộn dây N1 và N2 quấn quanh một lõi tạo thành một vòng tròn khép kín. Khi đặt điện áp xoay chiều U1 vào đầu dây N1, dòng điện L1 sẽ xuất hiện và chạy trong dây dẫn. Ngoài ra, dòng điện L1 cũng sẽ tạo ra từ trường móc vòng cho 2 cuộn dây N1 và N2. Từ đó, khi chúng ta nối cuộn N2 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. Với cách thức này, chúng ta có thể tạo ra năng lượng điện từ và chuyển đổi nó thành các dạng năng lượng khác nhau.
Trong tổng quát, hiện tượng điện từ và dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ các thiết bị gia dụng cho đến công nghiệp sản xuất. Chúng ta có thể sử dụng chúng để tạo ra năng lượng điện và chuyển đổi nó thành các dạng năng lượng khác nhau, giúp tăng tính hiệu quả và giảm thiểu tác động đến môi trường.
