Máy biến áp là một thiết bị điện vô cùng phổ biến không chỉ trong lĩnh vực công nghệ kỹ thuật mà cả trong lĩnh vực
Máy biến áp hay máy biến thế là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp, với tần số không đổi.
Ở máy biến áp, việc biến đổi điện áp chỉ thực hiện được khi dòng điện là xoay chiều hoặc dòng điện biến đổi xung. Máy biến áp được dùng chủ yếu trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng.
Cấu tạo máy biến áp
Máy biến áp có cấu tạo chung gồm 3 bộ phận chính là lõi thép, cuộn dây và vỏ máy.
- Lõi thép: Lõi thép gồm có trụ và gông. Trụ là phần để đặt dây quấn còn gông là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành một mạch từ kín. Lõi thép của máy biến áp được chế tạo từ nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau và thường được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt. Lõi thép có chức năng dẫn từ thông đồng thời làm khung để đặt dây cuốn. Đối với các loại biến áp dùng trong lĩnh vực thông tin, tần số cao thường được cấu tạo bởi các lá thép permalloy ghép lại.
- Cuộn dây: Thường được chế tạo bằng đồng hoặc nhôm, bên ngoài bọc cách điện để nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Với biến áp dây đồng thì sẽ dẫn điện tốt hơn, tránh được ôxi hoá, tăng tuổi thọ của biến áp. Phần có nhiệm vụ nhận năng lượng vào nối với mạch điện xoay chiều được gọi là cuộn dây sơ cấp, còn phần có nhiệm vụ truyền năng lượng ra nối với tải tiêu thụ được gọi là cuộn dây thứ cấp. Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại.
- Vỏ máy: Tùy theo từng loại máy biến áp mà chúng được làm bằng các chất liệu khác nhau. Chúng thường được làm từ thép, gang hoặc tôn mỏng, có công dụng để bảo vệ các phần tử của máy biến áp ở bên trong nó, bao gồm: Nắp thùng và thùng. Nắp thùng để đậy trên thùng.
Nguyên lý hoạt hoạt động của máy biến áp.
Một máy biến áp giữ cho tổng công suất không đổi khi điện áp tăng hoặc giảm. Khi điện áp tăng lên, dòng điện giảm xuống:
P=I1V1=I2V2
Máy biến áp sử dụng cảm ứng điện từ để thay đổi điện áp và dòng điện. Sự thay đổi này được gọi là hoạt động của máy biến áp và mô tả cách máy biến áp thay đổi tín hiệu xoay chiều từ thành phần sơ cấp sang thành phần thứ cấp của nó [như trong phương trình trên]. Khi một tín hiệu xoay chiều được đưa vào cuộn sơ cấp, dòng điện thay đổi làm cho từ trường thay đổi [lớn hơn hoặc nhỏ hơn]. Từ trường thay đổi này [và từ thông liên kết ] sẽ đi qua cuộn thứ cấp tạo ra điện áp trên cuộn thứ cấp, do đó ghép hiệu quả đầu vào AC từ thành phần sơ cấp với thành phần thứ cấp của máy biến áp. Điện áp đặt vào thành phần sơ cấp cũng sẽ có trong thành phần thứ cấp.
Như đã đề cập trước đây, máy biến áp không cho phép đầu vào DC chạy qua. Điều này được gọi là cách ly DC. Điều này là do sự thay đổi dòng điện không thể được tạo ra bởi DC, nghĩa là không có từ trường thay đổi để tạo ra điện áp trên thành phần thứ cấp.
Hình minh họa. Một máy biến áp vận hành đơn giản. Dòng điện Ip đi kèm với một điện áp Vp. Dòng điện đi qua các cuộn dây Np tạo ra từ thông trong lõi sắt. Từ thông này truyền qua Ns vòng dây trên mạch kia. Điều này tạo ra một dòng điện Is và một hiệu điện thế trong mạch thứ hai là Vs. Công suất điện [V × I] vẫn giữ nguyên
Nguyên tắc cơ bản cho phép máy biến áp thay đổi hiệu điện thế của dòng điện xoay chiều là mối quan hệ trực tiếp giữa tỷ số số vòng dây ở cuộn sơ cấp với cuộn thứ cấp và tỷ số của điện áp sơ cấp trên điện áp ra. Tỷ số giữa số vòng [hoặc số vòng] ở cuộn sơ cấp với số vòng ở cuộn thứ cấp được gọi là tỷ số vòng . Tỷ số vòng dây thiết lập mối quan hệ sau đây với điện áp:
Np/Ns=Vp/Vs=Is/Ip
Trong đó:
- Np= Số vòng dây ở cuộn sơ cấp
- Ns= Số vòng dây ở cuộn thứ cấp
- Vp= Điện áp trên cuộn sơ cấp
- Vs= Điện áp trên cuộn thứ cấp
- Ip= Dòng điện qua cuộn sơ cấp
- Is= Dòng điện qua cuộn thứ cấp
Từ phương trình này, nếu số vòng ở cuộn sơ cấp lớn hơn số vòng ở cuộn thứ cấp [Np>Ns] thì hiệu điện thế trên cuộn thứ cấp sẽ nhỏ hơn ở cuộn sơ cấp. Điều này được gọi là một máy biến áp “giảm áp”, bởi vì nó làm giảm hoặc giảm điện áp. Bảng dưới đây trình bày các loại máy biến áp thường dùng trên lưới điện .
|
Loại máy biến áp |
Điện áp |
Tỷ lệ |
Dòng điện |
Công suất |
|
Để giảm điện áp |
điện áp đầu vào [sơ cấp]> điện áp đầu ra [thứ cấp] |
Np>Ns |
Ip Chủ Đề |