Máy biến áp là thiết bị điện đóng vai trò không thể thiếu trong việc biến đổi điện áp xoay chiều từ mức điện áp này sang mức điện áp khác, đáp ứng nhu cầu sử dụng cho đa dạng thiết bị điện. Với thiết kế đa dạng và tính năng vượt trội, máy biến áp đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Cùng tìm hiểu chi tiết hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các ứng dụng của máy biến áp.
Máy biến áp là gì?
Máy biến áp hay còn gọi là máy biến thế, là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ với mục đích là biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không đổi.
Máy biến áp chỉ có thể biến đổi điện áp khi dòng điện xoay chiều hoặc biến đổi xung. Thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và phân phối điện năng của hệ thống. Ngoài ra, máy biến áp còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác như cung cấp nguồn điện cho lò điện, máy hàn, mạch chỉnh lưu và các thiết bị thử nghiệm, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đa dạng,…
Cấu tạo máy biến áp
Về cơ bản, cấu tạo của máy biến áp gồm có 3 thành phần chính là lõi thép, dây quấn và vỏ.
Lõi thép của máy biến áp
Lõi thép của máy biến áp bao gồm 2 phần chính: Trụ và Gông. Trụ là nơi đặt các cuộn dây quấn, trong khi Gông đóng vai trò liên kết giữa các trụ để tạo thành một mạch từ khép kín. Lõi thép được cấu tạo từ nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau để giảm tổn thất do dòng điện xoáy. Thông thường, các vật liệu có khả năng dẫn từ tốt được sử dụng để đảm bảo mang lại hiệu suất cao cho máy biến áp.
Dây quấn của máy biến áp
Phần dây quấn của máy biến áp thường được làm từ đồng hoặc nhôm, với lớp cách điện bao bọc bên ngoài để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động. Dây quấn có nhiệm vụ tiếp nhận năng lượng đầu vào và truyền năng lượng đầu ra. Cuộn dây nhận năng lượng vào được gọi là cuộn sơ cấp và cuộn truyền năng lượng ra được gọi là cuộn thứ cấp. Số vòng dây ở 2 cuộn này khác nhau tùy theo chức năng của máy biến áp. Nếu số vòng dây sơ cấp (N1) lớn hơn số vòng dây thứ cấp (N2), đó là máy hạ áp, ngược lại, nếu N1 nhỏ hơn N2 thì đó là máy tăng áp.
Vỏ của máy biến áp
Phần vỏ của máy biến áp được thiết kế từ nhiều loại vật liệu như nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng. Vỏ máy có nhiệm vụ quan trọng trong việc bảo vệ các bộ phận bên trong, giúp máy hoạt động bền bỉ và an toàn. Cấu trúc vỏ bao gồm nắp thùng và thùng, đảm bảo che chắn, bảo vệ tránh khỏi tác động bên ngoài cũng như các yếu tố môi trường.
Ký hiệu máy biến áp
Mỗi loại máy biến áp sẽ được đánh dấu bằng các ký hiệu đặc trưng. Sau các ký hiệu này là số thứ tự của máy biến áp, giúp người dùng dễ dàng nhận biết loại máy và vị trí của nó. Theo quy định, ký hiệu của các loại máy biến áp như sau:
- Máy biến áp tự dùng: TD
- Máy biến áp lực: T
- Máy biến áp tự ngẫu: AT
Ví dụ: Nếu thấy ký hiệu AT3 trên máy biến áp, điều đó có nghĩa đây là máy biến áp tự ngẫu số 3. Tương tự, T1 là máy biến áp lực số 1, TD1 là máy biến áp tự dùng số 1.
Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp
Máy biến áp hoạt động dựa trên hai hiện tượng vật lý:
- Dòng điện chạy qua dây dẫn sinh ra từ trường.
- Sự biến thiên của từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (hiện tượng cảm ứng điện từ).
Cuộn dây N1 và N2 được quấn quanh một lõi thép khép kín. Khi đặt một điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây N1, dòng điện I1 sẽ chạy qua và sinh ra từ thông móc vòng qua cả 2 cuộn dây N1 và N2. Nếu cuộn N2 được kết nối với tải, dòng điện I2 sẽ xuất hiện ở cuộn dây N2 cùng với điện áp U2. Nhờ vậy, năng lượng điện xoay chiều sẽ được truyền từ cuộn dây quấn sơ cấp N1 sang cuộn dây quấn thứ cấp N2.
Công thức máy biến áp
Một máy biến áp lý tưởng sẽ có điện áp hiệu dụng ở 2 đầu cuộn dây sơ cấp là U₁ và ở hai đầu cuộn dây thứ cấp là U₂. Số vòng quấn của cuộn sơ cấp là N₁ và cuộn thứ cấp là N₂. Dưới đây là công thức tính toán của máy biến áp trong hai trường hợp:
Máy biến áp không tải
Khi máy biến áp không tải, ta có công thức:
U2/U1=N2/N1
Do cuộn dây thứ cấp của máy để hở nên không có dòng điện trong cuộn này. Dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp rất nhỏ, gần như không đáng kể.
Máy biến áp có tải
Công thức tính vẫn là:
U2/U1=N2/N1
Tuy nhiên, máy biến áp có tải sẽ hoạt động trong 2 trường hợp:
- Nếu N2<N1 thì U2<U1, máy biến áp này được gọi là máy hạ áp.
- Nếu N2>N1 thì U2>U1, máy biến áp này được gọi là máy tăng áp.
Ngoài ra, có thêm công thức:
U2/U1=I1/I2 ⇒ I2/I1=N1/N2
Từ công thức này, ta có thể thấy rằng nếu máy biến áp tăng điện áp lên bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện sẽ giảm đi bấy nhiêu lần và ngược lại.
Các loại công suất máy biến áp
Công suất định mức của máy biến áp còn gọi là dung lượng của máy biến áp, được đo bằng công suất toàn phần và ký hiệu là Sđm, tính theo đơn vị kVA. Lý do không sử dụng đơn vị kW là vì máy biến áp truyền tải công suất toàn phần cho các thiết bị tiêu thụ điện bao gồm kW và kVar.
Thông thường, các máy biến áp được sản xuất theo thang chuẩn do Nhà nước quy định, phân chia thành các loại công suất sau:
- Loại nhỏ với công suất: 50, 75, 100, 160, 180, 250, 560, 630, 750, 800kVA
- Loại trung bình với công suất: 1000, 1250, 2500, 6300kVA
- Loại lớn với công suất: 16, 25, 63, 125, 150, 250, 450MVA
Ứng dụng của máy biến áp
Máy biến áp được sử dụng phổ biến trong đời sống bởi mang lại nhiều lợi ích như giảm hao hụt điện năng và điều chỉnh điện áp để phù hợp với từng mục đích sử dụng. Cụ thể:
- Trong sinh hoạt: Máy biến áp dùng biến đổi điện áp từ mức trung thế (10kV) xuống hạ thế (220V hoặc 400V), đáp ứng nhu cầu sử dụng điện hàng ngày.
- Trong các nhà máy phát điện: Máy biến áp nâng điện áp từ 10 – 50kV lên mức cao thế (110 – 500kV) trước khi truyền tải trên các đường dây cao thế, giúp giảm tổn thất điện khi truyền tải qua khoảng cách xa.
- Trong thiết bị sinh hoạt: Máy biến áp được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị như lò nung, thiết bị điện tử và đèn LED bể bơi, giúp chuyển đổi dòng điện từ 220V xuống 12V nhằm đảm bảo an toàn.
- Trong sạc điện thoại: Máy biến áp được sử dụng để giảm điện áp từ 220V xuống 5V, bảo vệ thiết bị điện và đảm bảo an toàn cho người dùng.
Một số câu hỏi liên quan về máy biến áp
Giải đáp một số câu hỏi thường gặp liên quan đến máy biến áp, giúp bạn có cái nhìn tổng quan hơn về thiết bị này cũng như cách chúng hoạt động trong đời sống hàng ngày.
Máy biến áp hoạt động dựa trên hiện tượng gì?
Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp đó là dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Tốc độ thay đổi điện áp của máy biến áp là gì?
Tốc độ biến đổi điện áp của bộ điều chỉnh là một trong những thông số quan trọng quyết định hiệu suất hoạt động của một máy biến áp. Khi máy biến áp cung cấp điện cho tải thì chắc chắn sẽ xảy ra hiện tượng sụt áp ở đầu tải. Tỷ lệ giữa mức sụt áp so với điện áp định mức, tính theo phần trăm đó chính là chỉ số tốc độ thay đổi điện áp.
Máy biến áp nhỏ thường dùng là gì? Nó được sử dụng ở nơi đâu?
Máy biến áp nhỏ là loại máy biến áp một pha có công suất dưới 1 kVA. Loại máy này được sử dụng cho các ứng dụng điều khiển thiết bị điện, máy biến áp điện tử và máy biến áp chiếu sáng an toàn.
Từ khái niệm máy biến áp là gì, thông tin về các loại công suất máy biến áp trên, hy vọng bạn đã có thể lựa chọn được loại máy biến áp phù hợp với nguồn điện bạn đang dùng. Với nhiều ứng dụng từ sinh hoạt cho đến công nghiệp, máy biến áp không chỉ nâng cao hiệu suất năng lượng mà còn góp phần đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
