Máy biến áp – Cấu tạo, nguyên lý, công dụng và phân loại

Máy biến áp là gì?

Máy biến áp hay thường gọi với tên khác là máy biến thế. Đây là thiết bị điện từ loại tĩnh, hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ giúp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành hệ thống điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không đổi.

• Thiết bị có vai trò truyền tải hoặc phân phối năng lượng (không biến đổi năng lượng)
• Khi cuộn dây sơ cấp (cuộn dây đặt vào điện áp xoay chiều) thì sinh ra từ thông có biên độ phụ thuộc vào điện áp và số vòng dây quấn sơ cấp.
• Tỷ số vòng dây quấn cuộn sơ cấp và thứ cấp sẽ có tỷ lệ tương ứng với điện áp sơ cấp và điện áp thứ  cấp.

Ký hiệu máy biến áp trong mạch điện

Giống như các thiết bị điện khác, máy biến áp cũng được quy tính với ký hiệu riêng cho sơ đồ mạch điện. Vì vậy bạn cần nắm bắt và nhớ ký hiệu này giúp việc lắp đặt và đọc sơ đồ dễ dàng. Dựa vào từng loại, máy biến áp sẽ có các ký hiệu riêng như sau:

Ký hiệu máy biến áp trong mạch điện

Cấu tạo máy biến áp

Nhìn chung, tất cả các loại máy biến áp cũng được cấu tạo với 3 phần chính như sau:

Lõi thép

Thường làm từ các vật liệu dẫn từ tốt chủ yếu là thép, dùng để dẫn từ thông. Các lá thép kỹ thuật được ghép thành mạch vòng kín, mặt ngoài phủ sơn cách điện dày 0.3 – 0.5mm. Lõi thép được chia làm 2 phần:

• Phần trụ: Dùng để đặt dây quấn
• Phần gông: Nối liền các trụ để tạo thành mạch kín

Dây quấn

Có vai trò nhận và truyền tải năng lượng, thường làm từ dây đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn/chữ nhật được bọc cách điện bên ngoài

• Có nhiều vòng dây được lồng vào trụ thép, giữa các vòng dây quấn cũng như vòng dây với lõi thép đều có cách điện. Số lượng dây cuốn từ 2 trở lên, vòng dây của các cuộn khác nhau tùy thuộc vào từng loại máy biến áp.
• Được phân làm 2 loại: Dây quấn sơ cấp – nhận năng lượng từ lưới, Dây quấn thứ cấp – cung cấp năng lượng cho phụ tải. Hoặc người ta cũng có thể phân loại thành dây quấn cao áp (dây quấn có điện áp cao) và dây quấn hạ áp (dây quấn có điện áp thấp).

• • Vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp khác nhau
  • Số vòng dây cuộn sơ cấp > số vòng dây cuộn thứ cấp ⇒ Máy biến áp hạ thế
  • Số vòng dây cuộn sơ cấp < số vòng dây cuộn thứ cấp ⇒ Máy biến áp tăng thế

• Theo cấu tạo thì chúng được chia thành 2 loại: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ. Trong đó:
  • Dây quấn đồng tâm: Có tiết diện ngang là các vòng tròn đồng tâm được chia thành các loại khác theo kiểu dây quấn:
    • Dây quấn hình trụ: Dùng cho dây quấn hạ áp và cao áp
    • Dây quấn hình xoắn: Dùng cho dây quấn hạ áp có nhiều sợi chập.
    • Dây quấn hình xoắn ốc liên tục: Dùng cho dây quấn cao áp, tiết diện dây dẫn chữ nhật
  • Dây quấn xen kẽ: Các bánh dây cao áp và hạ áp lần lượt xen kẽ nhau dọc theo khe trụ thép

Vỏ máy

Vỏ máy biến thế được làm từ các chất liệu khác nhau tùy theo từng loại. Một số chất liệu thường được sử dụng như nhựa. gỗ, gang, thép, tôn mỏng,… dùng để bảo vệ các bộ phận bên trong với phần thùng và nắp kín kẽ. Trong đó nắp thùng thiết kế bên trong giúp che đậy bề mặt, gồm có các bộ phận như sau:

• Sứ cách điện của dây quấn cao áp và hạ áp
• Bình dãn dầu có ống thủy tinh để theo dõi mức dầu
• Ống bảo hiểm làm bằng thép, hình trụ nghiêng 1 đầu nối với thùng và 1 đầu bịt bằng đĩa thủy tinh. Khi có áp suất tăng lên đột ngột trong thùng thì đĩa thủy tinh sẽ vỡ, dầu tràn ra hạn chế việc hỏng hóc máy biến thế.
• Bộ truyền động cầu dao đổi nối các đầu điều chỉnh điện của dây quấn cao áp
• Rơ le hơi để bảo vệ thiết bị
• Có 1 lỗ nhỏ để đặt nhiệt kế theo dõi nhiệt độ.

Cấu tạo máy biến áp

Phân loại máy biến áp

Máy điện áp hiện nay có rất nhiều loại khác nhau dùng trong các mục đích và nhu cầu sử dụng khác nhau. Dựa theo cấu tạo, chức năng và nhiệm vụ mà thiết bị này được chia thành nhiều loại khác nhau. Cụ thể:

Phân loại theo cấu tạo

• Máy biến thế 1 pha: Được cấu tạo với các bộ phận quan trọng như là lõi thép, dây quấn, 2 ổ lấy điện ra, vôn kế, ampe kế, núm điều chỉnh, aptomat.
• Máy biến thế tự ngẫu 2 pha: Cấu tạo với cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp ghép rời nhau , thông qua từ và cách biệt, độc lập nhau về điện.
• Máy biến thế 3 pha: Thiết kế với lõi thép có 3 trụ tù phủ sơn cách điện, có 6 dây quấn đồng bọc cách điện.

Phân loại theo chức năng hoạt động

• Máy biến áp hạ thế: Giảm hiệu điện thế điện áp từ đầu từ nơi này đến nơi khác.
• Máy biến áp tăng thế: Tăng hiệu điện thế điện áp từ đầu từ nơi này đến nơi khác.

Phân loại theo nhiệm vụ của máy

• Máy biến áp dùng trong điện lực: Chuyên sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện nguyên tử giúp chuyển tiếp điện năng ở các mức khác nhau.
• Máy biến áp dùng trong dân dụng: Có công suất tương đối thấp, sử dụng trong các hộ gia đình.
• Máy biến áp hàn: Thiết kế để phù hợp lắp đặt trong các ngành cơ khí chế tạo máy hàn điện, xoay chiều từ thông sử dụng bộ tự cảm riêng của thiết bị.
• Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm điện áp và dòng điện lớn để đo lường.
• Máy biến thí nghiệm: Có các đặc điểm riêng được sử dụng để dùng trong các phòng thí nghiệm.

Ngoài ra, dựa theo công suất máy biến áp mà người ta phân ra thành các loại như 50kVA – 100kVA – 110kVA – 320kVA – 1000kVA – 1800kVA,…

Phân loại máy biến áp

Công dụng của máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị sử dụng để biến đổi điện áp, có  công dụng cụ thể như say:

• Tăng điện áp từ máy phát phát điện ở nguồn để đưa tới sử dụng cho các hộ gia đình giúp giảm tải phù hợp với nhu cầu sử dụng và đảm bảo an toàn cho con người.
• Đóng vai trò không nhỏ trong việc tiết kiệm điện tiêu thụ, đồng thời bảo vệ các thiết bị sử dụng hằng ngày, giảm thiểu rủi ro về cháy nổ, hư hại thiết bị và các tình huống bất ngờ xảy ra.

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Để hiểu rõ hơn về máy biến áp, hãy cùng AME Group tìm hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động như sau:

Ta có: Dây quấn 1 có số vòng dây N1, dây quấn 2 có số vòng dây N2 đều được quấn trên lõi thép. Đặt điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn 1 sẽ có dòng điện i1 chạy qua.

Khi này trong lõi sinh ra từ thông Φ móc vòng với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2. Dây quấn 2 (dây thứ cấp) có sức điện động e2 tạo ra dòng điện i2, điện áp xoay chiều u2.

⇒ Khi đó năng lượng của dòng điện xoay chiều được đưa từ dây quấn 1 sang dây quấn 2. Khi đó, ta có

• N2> N1 thì U2> U1, I2< I1: Đây là máy tăng áp
• N2< N1 thì U2 < U1, I2> I1: Đây là máy giảm áp.

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Ứng dụng của máy biến thế trong đời sống

Máy biến áp là thiết bị được sử dụng đa dạng trong cuộc sống, mang đến lại nhiều ích lợi khác nhau như giảm tải hao hụt điện năng, đảm bảo mức hiệu điện thế phù hợp sử dụng với các mục đích. Cụ thể:

• Máy biến thế được ứng dụng để biến đổi điện áp phù hợp, cụ thể chuyển từ đường dây trung thế 10kV xuống hạ thế 220V hay 400V để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong sinh hoạt.
• Ứng dụng trong nhà máy phát điện để nâng điện áp từ 10kV -50kV lên đến mức cao thế 110kV – 500kV trước khi truyền tải lên đường dây cao thế. Đặc biệt trong truyền tải điện năng thì khoảng cách xa, hiệu điện thế càng cao thì giảm hao hụt càng lớn.
• Máy biến áp ứng dụng trong các thiết bị sinh hoạt hằng ngày, sử dụng trong các lò nung với điện áp cao, sử dụng trong các thiết bị điện tử hay lắp đặt với đèn LED bể bơi để chuyển dòng điện từ 220V về 12V đảm bảo an toàn.
• Dạng biến áp phổ biến thường gặp đó là sử dụng trong sạc điện thoại giúp giảm hiệu điện thế từ 220V xuống còn 5V giúp bảo vệ vfa phù hợp với thiết bị điện.

Ứng dụng của máy biến thế trong đời sống

Tóm lại, máy biến áp là thiết bị điện có cấu tạo phức tạp, được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa vào đặc điểm, tính năng. Hy vọng với các thông tin chi tiết AME Group cung cấp trên đây sẽ giúp quý vị hiểu hơn về thiết bị điện này. Hãy tiếp tục theo dõi chúng tôi trong các bài viết tiếp theo để nhận được nhiều thông tin hữu ích nhất nhé!