Máy biến áp là thiết bị gì? Cấu tạo, thông số kỹ thuật và nguyên lý hoạt động

4.6/5 – (5 bình chọn)

Máy biến áp là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện. Với công nghệ ngày càng cao, chúng ta đã chế tạo ra nhiều loại máy biến áp công suất cực lớn. Cùng tìm hiểu chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, thông số kỹ thuật của các loại máy biến áp trong bài viết dưới đây nhé.

Máy biến áp là thiết bị gì?

Máy biến áp (còn gọi là máy biến thế) là thiết bị điện từ tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Máy biến áp sẽ biến đổi điện áp mà tần số không thay đổi.

Việc biến đổi điện áp trong máy biến thế chỉ thực hiện được khi là dòng xoay chiều hoặc biến đổi xung.

Máy biến áp được sử dụng làm phổ biến trong hệ thống truyền tải và phân phối điện áp, đặc biệt là ở những trạm biến áp. Bên cạnh đó, nó còn được dùng để đáp ứng một số yêu cầu khác như nối mạch chỉnh lưu, máy hàn, nguồn cấp cho lò điện,…

Một máy biến áp sẽ có hai hoặc nhiều dây cuốn đặt trên một mạch từ. Các cuộn dây quấn có thể được nối hoặc không nối điện với nhau. Khi chúng nối điện với nhau sẽ tạo ra máy biến áp tự ngẫu.

Cấu tạo máy biến áp gồm những bộ phận nào?

Một máy biến áp có cấu tạo với 3 phần chính đó là lõi thép, dây quấn và phần vỏ máy.

Lõi thép

Lõi thép có tác dụng dẫn từ thông. Chúng được làm từ những vật liệu có khả năng dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện. Các lá thép sẽ được ghép thành mạch có vòng khép kín. Những lá thép mỏng mặt ngoài được sơn cách điện với độ dày từ 0.3 – 0.5mm.

Lõi thép bao gồm trụ và gông. Phần trụ để quấn dây còn gông sẽ nối tiếp các trụ để tạo mạch từ kín.

Dây quấn trong máy biến áp

Dây quấn có chức năng nhận và truyền năng lượng. Chất liệu phổ biến làm dây quấn là đồng và nhôm với tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bọc cách điện bên ngoài.

Dây được quấn nhiều vòng quanh trụ thép. Giữa dây quấn, giữa các vòng dây, giữa dây và lõi thép đều được cách điện.

Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều cuộn dây quấn, số vòng mỗi cuộn tùy thuộc vào từng máy biến áp.

Có 2 cuộn dây quấn là sơ cấp và thứ cấp:

• Cuộn sơ cấp nhận năng lượng từ lưới điện

• Cuộn thứ cấp là cung cấp năng lượng cho phụ tải

Số vòng của 2 cuộn sơ cấp và thứ cấp không giống nhau. Điều này sẽ quyết định đến chức năng của máy đó là hạ áp hay tăng áp.

• Số vòng của cuộn sơ cấp lớn hơn thứ cấp thì là máy hạ áp.

• Số vòng của cuộn sơ cấp nhỏ hơn thứ cấp thì là máy tăng áp.

Về cách quấn sẽ được chia thành loại đồng tâm và xen kẽ:

• Dây quấn đồng tâm: Theo tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm với loại quấn hình trụ (hình a) hoặc hình xoắn cho hạ áp có nhiều sợi chập (hình b), dây quấn hình xoắn ốc liên tục cho cao áp có tiết diện chữ nhật (hình c)

• Dây quấn xen kẽ: Các bánh dây hạ áp và cao áp lần lượt xen kẽ nhau dọc theo lõi thép (hình d)

Vỏ máy biến áp

Chất liệu làm vỏ máy biến áp sẽ tùy theo từng loại máy, phổ biến là làm từ gỗ, nhựa, thép, gang hoặc tôn mỏng. Vỏ máy có công dụng bảo vệ các bộ phận trong máy bao gồm 2 bộ phận thùng và nắp thùng.

Trên nắp thùng có các bộ phận quan trọng như:

• Bình dãn dầu có ống thủy tinh để theo dõi mức dầu

• Sứ ra của dây quấn cao áp và hạ áp

• Ống bảo hiểm làm từ thép có hình trụ nghiêng. Một đầu sẽ nối với thùng và một đầu bịt bằng đĩa thủy tinh. Khi áp suất trong thùng tăng đột ngột sẽ gây vỡ đĩa thủy tinh, dầu sẽ thoát ra ngoài để biến áp không bị hỏng.

• Lỗ nhỏ để đặt nhiệt kế

• Rơ le hơi bảo vệ máy biến áp

• Bộ truyền động cầu dao đổi nối các đầu điện áp của dây quấn cao áp.

Thông số kỹ thuật của máy biến áp

Một số thông số kỹ thuật của máy biến thế mà bạn cần quan tâm đó là:

Điện áp định mức

Bao gồm điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp với ký hiệu lần lượt U1dm và U2dm. Giá trị này là giá trị điện áp dây và thường bằng giá trị điện áp danh định được Nhà nước quy định.

Công suất định mức

Là công suất toàn phần kVA, ký hiệu Sdm. Một số công suất phổ biến của máy biến áp đó là 50, 75, 100, 160, 180, 250, 560, 630, 750, 800kVA (loại nhỏ); 1000, 1250, 2500, 6300kVA (loại trung bình); 16, 25, 63,125, 150, 250, 450 MVA (loại lớn).

Tỉ số máy biến áp

Là tỉ số giữa điện áp sơ cấp và điện áp thứ cấp. Tỉ số biến áp được định nghĩa là tỉ số giữa số vòng dây sơ cấp và số vòng dây thứ cấp.

Dải điều chỉnh điện áp

Là dải điện áp có thể điều chỉnh được của máy biến áp. Điện áp đầu ra U2 = k*U1. Để điều chỉnh điện áp đầu ra theo mức mong muốn thì sẽ bố trí các nấc phân áp. Khi điện áp sơ cấp thay đổi thì sẽ điều chỉnh nấc phân áp để điện áp đầu ra U2 luôn ổn định. Mỗi nấc phân áp thường khoảng 2.5%U1dm. Mỗi máy thường có 5 nấc điều chỉnh.

Với máy biến áp công suất từ 110kV trở lên thì việc điều chỉnh nấc phân áp sẽ được thực hiện hoàn toàn tự động. Số nấc phân áp rất lớn với mỗi mức khoảng 1.78U1dm.

Tổn hao công suất

Khi vận hành sẽ có tổn hao công suất trong lõi thép do dòng điện xoáy và trong dây quấn do điện trở. Những tổn hao này sẽ biến thành nhiệt làm giảm hiệu suất của máy biến áp. Khi làm máy biến áp thì ngành điện sẽ quy đinh chặt chẽ thông số này.

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Máy biến thế hoạt động theo 2 hiện tượng vật lý là hiện tượng cảm ứng điện từ và dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường.

Cuộn dây N1 và N2 được quấn trên lõi thép kín. Khi đặt điện áp U1 vào cuộn N1 thì sẽ xuất hiện dòng điện I1 trong dây dẫn. Đồng thời, từ thông móc vòng cũng xuất hiện trong cả hai cuộn N1 và N2.

Khi N2 được  nối với tải thì sẽ xuất hiện dòng điện I2 và điện áp U2. Như vậy, năng lượng của dòng điện xoay chiều được truyền từ N1 sang N2. Đó là nguyên lý hoạt động của máy biến áp.

Công dụng máy biến áp

Máy biến áp có công dụng để thay đổi điện áp đầu ra từ điện áp đầu vào. Chủ yếu dùng để tăng điện áp từ máy phát điện để truyền tải điện đi xa. Đồng thời, dùng để giảm điện áp ở cuối đường dây để cấp nguồn cho phụ tải.

Bên cạnh đó, máy biến thế còn có nhiều ứng dụng khác như hàn điện, lò nung hoặc làm nguồn điện cấp cho các thiết bị điện và điện tử.

Phân loại máy biến thế

Có rất nhiều cách phân loại máy biến áp, một số cách phân loại như sau:

• Phân loại theo cấu tạo của máy: Máy biến áp 1 pha và 3 pha.

• Phân loại theo chức năng: Máy hạ áp và máy tăng áp

• Phân loại theo phương thức cách điện: Máy biến áp dầu và máy biến áp khô

• Phân loại theo công dụng: Máy biến áp đo lường, tự ngẫu, thí nghiệm,…

• Phân loại theo thông số kỹ thuật

Trên đây là những thông tin về cấu tạo, thông số, nguyên lý và phân loại máy biến áp. Đây là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện và trong nhiều ứng dụng khác. Mong rằng bài viết đã đem lại cho bạn nhiều kiến thức hữu ích.