Transformer

Máy biến áp là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các loại và ứng dụng

Như tên gọi, Máy biến áp điện chuyển đổi năng lượng điện từ mạch điện này sang mạch điện khác. Nó không thay đổi giá trị công suất.

  • Máy biến áp chỉ tăng hoặc giảm mức điện áp hoặc dòng điện.
  • Máy biến áp không thay đổi tần số mạch điện trong quá trình hoạt động.
  • Máy biến áp hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ.
  • Máy biến áp hoạt động khi cả hai mạch điện có tác dụng cảm ứng lẫn nhau.
  • Máy biến áp không thể tăng hoặc giảm mức điện áp hoặc dòng điện một chiều.
  • Máy biến áp chỉ có thể tăng hoặc giảm mức điện áp hoặc dòng điện xoay chiều.
  • Máy biến áp không thay đổi giá trị dòng chảy từ.
  • Máy biến áp sẽ không hoạt động với điện áp một chiều.

Nếu không có Máy biến áp, năng lượng điện được tạo ra tại các trạm phát điện sẽ không đủ để cung cấp điện cho một thành phố. Hãy tưởng tượng nếu không có Máy biến áp. Bạn nghĩ sẽ cần bao nhiêu nhà máy điện để cung cấp điện cho một thành phố? Việc xây dựng nhà máy điện không hề đơn giản, rất tốn kém.

Rất nhiều nhà máy điện phải được xây dựng để có đủ nguồn cung cấp. Máy biến áp giúp khuếch đại điện áp đầu ra (tăng hoặc giảm mức điện áp hoặc dòng điện).

Khi số vòng dây thứ cấp nhiều hơn số vòng dây sơ cấp, Máy biến áp đó được gọi là Máy biến áp tăng áp.

Tương tự, khi số vòng dây sơ cấp nhiều hơn số vòng dây thứ cấp, Máy biến áp đó được gọi là Máy biến áp hạ áp.

Cấu tạo của Máy biến áp (Các bộ phận của Máy biến áp)

Cấu tạo của bộ biến áp (Các bộ phận của bộ biến áp)

1. Van lọc dầu
2. Bình chứa dầu dự trữ
3. Công tắc báo hiệu Buchholz
4. Van lọc dầu
5. Van xả áp
6. Ống cách điện áp cao
7. Ống cách điện áp thấp
8. Móc treo
9. Đầu nối BCT
10. Thùng
11. Công tắc chuyển mạch không tải
12. Tay cầm công tắc chuyển mạch
13. Bu lông giữ lõi và cuộn dây
14. Móc nâng lõi và cuộn dây
15. Khung đầu cuối
16. Bu lông ép cuộn dây
17. Van xả dầu
18. Đế nâng
19. Thanh chặn
20. Bu lông neo đế
21. Đầu nối tiếp đất
22. Đế trượt
23. Cuộn dây
24. Đĩa ép cuộn dây
25. Lõi
26. Hộp đầu nối thiết bị bảo vệ
27. Nhãn công suất
28. Nhiệt kế đồng hồ
29. Bộ tản nhiệt
30. Cửa thăm
31. Móc nâng
32. Đồng hồ đo mức dầu

Nguyên lý hoạt động của Máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị tĩnh (không chứa bộ phận quay, do đó không có tổn thất ma sát), chuyển đổi năng lượng điện từ mạch này sang mạch khác mà không thay đổi tần số. Nó tăng hoặc giảm mức điện áp và dòng điện xoay chiều.

Máy biến áp hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng từ lẫn nhau của hai cuộn dây hoặc định luật cảm ứng điện từ của Faraday. Khi dòng điện trong cuộn dây sơ cấp thay đổi, dòng chảy từ liên kết với cuộn dây thứ cấp cũng thay đổi. Do đó, một suất điện động (EMF) được cảm ứng trong cuộn dây thứ cấp do định luật cảm ứng điện từ của Faraday.

Nguyên lý hoạt động của bộ biến áp

Máy biến áp dựa trên hai nguyên lý: thứ nhất, dòng điện có thể tạo ra từ trường (điện từ); thứ hai, từ trường thay đổi trong cuộn dây cảm ứng một điện áp xuyên qua hai đầu cuộn dây (cảm ứng điện từ). Thay đổi dòng điện trong cuộn dây sơ cấp thay đổi dòng chảy từ phát triển. Dòng chảy từ thay đổi cảm ứng một điện áp trong cuộn dây thứ cấp.

Một Máy biến áp đơn giản có lõi sắt mềm hoặc thép silicon và các cuộn dây quấn quanh nó (lõi sắt). Cả lõi và các cuộn dây đều được cách điện với nhau. Cuộn dây nối với nguồn cung cấp chính được gọi là sơ cấp và cuộn dây nối với mạch tải được gọi là thứ cấp.

Cuộn dây nối với điện áp cao hơn được gọi là cuộn dây áp cao, cuộn dây nối với điện áp thấp hơn được gọi là cuộn dây áp thấp. Đối với Máy biến áp tăng áp, cuộn dây sơ cấp là cuộn dây áp thấp, số vòng dây của cuộn dây thứ cấp nhiều hơn cuộn dây sơ cấp. Ngược lại đối với Máy biến áp hạ áp.

Nên biết:
Máy biến áp luôn được định mức theo kVA thay vì kW.

Như đã giải thích trước đó, EMF chỉ được cảm ứng bởi sự thay đổi biên độ của dòng chảy từ.

Nguyên lý hoạt động của bộ biến áp

Khi cuộn dây sơ cấp được nối với nguồn cung cấp xoay chiều, dòng điện chạy qua nó. Do cuộn dây liên kết với lõi, dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ tạo ra dòng chảy từ xoay chiều trong lõi. EMF được cảm ứng trong cuộn dây thứ cấp vì các cuộn dây liên kết với nhau, dòng chảy từ xoay chiều. Tần số của EMF cảm ứng giống với tần số của dòng chảy từ hoặc điện áp cung cấp.

Bằng cách đó (thay đổi dòng chảy từ), năng lượng được truyền từ cuộn dây sơ cấp sang cuộn dây thứ cấp thông qua cảm ứng điện từ mà không làm thay đổi tần số điện áp cung cấp cho Máy biến áp. Trong quá trình đó, một EMF tự cảm được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp để chống lại điện áp áp dụng. EMF tự cảm được gọi là EMF ngược.

Máy biến áp lý tưởng so với Máy biến áp thực tế

Trong bài viết trước đó, chúng tôi đã thảo luận về Máy biến áp lý tưởng với sơ đồ pha và mạch điện cũng như so sánh chi tiết với các Máy biến áp thực tế. Hãy ghi nhớ rằng Máy biến áp lý tưởng không có bất kỳ tổn thất nào, ví dụ: công suất đầu vào Máy biến áp bằng công suất đầu ra. Ngoài ra, cần lưu ý rằng Máy biến áp lý tưởng là một khái niệm trừu tượng (lý thuyết) không tồn tại trong thực tế.

Mạch điện tương đương của Máy biến áp

Trong bài giải thích về mạch điện tương đương của Máy biến áp điện – đó là biểu diễn đồ họa mạch điện của Máy biến áp, trong đó điện trở và điện kháng rò rỉ được tưởng tượng là bên ngoài cuộn dây. Mạch điện tương đương chính xác của Máy biến áp có thể được gọi là phía sơ cấp hoặc phía thứ cấp.

Phương trình EMF của Máy biến áp

Biên độ của EMF (hoặc Điện áp) cảm ứng trong Máy biến áp có thể được tìm thấy bằng phương trình EMF của Máy biến áp. Khi nguồn dòng điện xoay chiều (AC) được áp dụng cho cuộn dây sơ cấp của Máy biến áp, nó tạo ra dòng chảy từ xoay chiều trong lõi của Máy biến áp.

Tổn thất trong Máy biến áp

Không giống như Máy biến áp lý tưởng, Máy biến áp thực tế có một số tổn thất như tổn thất ôm, tổn thất dòng chảy từ, tổn thất đồng và lõi và năng lượng bị phân tán trong các cuộn dây, lõi và các cấu trúc xung quanh. Các Máy biến áp lớn hơn nói chung có hiệu suất cao hơn, và hiệu suất của Máy biến áp phân phối thường hoạt động tốt hơn 98%.

Hiệu suất Máy biến áp

Ở hệ số công suất và tải cụ thể, hiệu suất Máy biến áp và hiệu suất cả ngày có thể được tìm thấy bằng cách chia đầu ra trên đầu vào của nó (tương tự như các máy điện khác, tức là động cơ, máy phát điện, v.v.). Nhưng giá trị của cả Đầu vào và Đầu ra phải giống nhau trong đơn vị (nghĩa là ở Watt, kilowatt, megawatt, v.v.).

Các loại Máy biến áp

Có các loại Máy biến áp khác nhau dựa trên công dụng, thiết kế, cấu tạo của chúng như sau.

Các loại Máy biến áp dựa trên các pha của nó

  • Máy biến áp một pha
  • Máy biến áp ba pha

Các loại Máy biến áp dựa trên thiết kế lõi

  • Máy biến áp lõi loại
  • Máy biến áp vỏ loại
  • Máy biến áp loại Berry

Các loại Máy biến áp dựa trên lõi

  • Máy biến áp lõi không khí
  • Máy biến áp lõi sắt từ

Các loại Máy biến áp dựa trên công dụng

  • Máy biến áp công suất lớn
  • Máy biến áp phân phối
  • Máy biến áp công suất nhỏ
  • Máy biến áp chiếu sáng
  • Máy biến áp điều khiển và tín hiệu
  • Máy biến áp đèn phóng điện khí
  • Máy biến áp chuông điện thoại
  • Máy biến áp dụng cụ
  • Máy biến áp dòng điện không đổi
  • Máy biến áp hệ thống chiếu sáng đường phố

Các loại Máy biến áp dựa trên cách điện & làm mát

  • Máy biến áp tự làm mát khô kiểu khô
  • Máy biến áp khô kiểu thổi gió
  • Máy biến áp ngâm dầu, tự làm mát (OISC) hoặc ONAN (Dầu tự nhiên, không khí tự nhiên)
  • Máy biến áp ngâm dầu, kết hợp tự làm mát và thổi gió (ONAN)
  • Máy biến áp ngâm dầu, làm mát bằng nước (OW)
  • Máy biến áp ngâm dầu, làm mát bằng dầu ép
  • Máy biến áp ngâm dầu, kết hợp tự làm mát và làm mát bằng nước (ONAN + OW)
  • Máy biến áp ngâm dầu, làm mát bằng không khí và dầu ép (OFAC)
  • Máy biến áp ngâm dầu, làm mát bằng nước và dầu ép (FOWC)
  • Máy biến áp ngâm dầu, tự làm mát bằng dầu ép (OFAN)

Các loại Máy biến áp dụng cụ

  • Máy biến áp dòng điện
  • Máy biến áp điện áp
  • Máy biến áp dòng điện không đổi
  • Máy biến áp lõi quay hoặc bộ điều chỉnh
  • Bộ tự dòng
  • Máy biến áp hệ thống
  • Máy biến áp chuông điện thoại
  • Máy biến áp dụng cụ
  • Máy biến áp dòng điện không đổi
  • Máy biến áp chiếu sáng đường phố hệ thống

Các giới hạn của Máy biến áp

Để hiểu những điểm chính, chúng ta cần thảo luận một số thuật ngữ cơ bản liên quan đến hoạt động của Máy biến áp. Vì vậy hãy quay lại cơ bản một chút.

Một Máy biến áp là một máy xoay chiều có thể tăng hoặc giảm một điện áp hoặc dòng điện xoay chiều. Tuy nhiên, Máy biến áp với tư cách là một máy xoay chiều không thể tăng hoặc giảm điện áp hoặc dòng điện một chiều. Nghe có vẻ hơi kỳ lạ. Bạn có thể đang nghĩ “vậy có phải không có Máy biến áp một chiều?”

Để trả lời hai câu hỏi liệu có hay không có Máy biến áp một chiều và biết “tại sao Máy biến áp không thể tăng hoặc giảm điện áp một chiều” thì cần hiểu dòng điện và từ trường tương tác với nhau như thế nào trong hoạt động của Máy biến áp.

Quy tắc bàn tay phải của Fleming

Nó nêu rằng “nếu ngón cái, ngón trỏ và ngón giữa được giữ sao cho chúng vuông góc với nhau (tạo góc 90 độ), thì ngón trỏ chỉ hướng của trường, ngón cái chỉ hướng chuyển động của dây dẫn và ngón giữa chỉ hướng của dòng điện cảm ứng (từ EMF)”.

Quy tắc bàn tay phải của Fleming

Tại sao Máy biến áp không thể tăng hoặc giảm điện áp hoặc dòng điện một chiều?

Một Máy biến áp không thể tăng hoặc giảm điện áp một chiều. Không nên kết nối nguồn điện một chiều với Máy biến áp bởi vì nếu điện áp một chiều định mức được áp dụng vào cuộn dây (sơ cấp) của Máy biến áp, dòng chảy từ được tạo ra trong Máy biến áp sẽ không thay đổi về biên độ mà vẫn giữ nguyên và do đó EMF sẽ không được cảm ứng trong cuộn dây thứ cấp ngoại trừ thời điểm bật công tắc, vì vậy Máy biến áp có thể bắt đầu bốc khói và cháy do:

Trong trường hợp nguồn điện một chiều, tần số bằng không. Khi bạn áp điện áp xuyên qua một mạch cảm thuần túy, thì theo

XL= 2 π f L

Trong đó:

XL = Điện kháng cảm
L = Độ tự cảm
f = Tần số
nếu chúng ta đặt tần số = 0, thì tổng XL (điện kháng cảm) cũng sẽ bằng không.

Bây giờ đến dòng điện, I = V / R (và trong trường hợp mạch cảm, I = V / XL) …. Định luật Ôm cơ bản

Nếu chúng ta đặt điện kháng cảm bằng 0, thì dòng điện sẽ vô cùng (mạch ngắn mạch)…

Vì vậy, nếu áp dụng điện áp một chiều cho mạch cảm thuần túy, mạch có thể bắt đầu bốc khói và cháy.

Do đó, Máy biến áp không thể tăng hoặc giảm điện áp một chiều. Ngoài ra cũng sẽ không có EMF tự cảm trong các trường hợp đó trong cuộn dây sơ cấp mà chỉ có thể xảy ra với dòng chảy từ thay đổi để chống lại điện áp áp dụng. Điện trở của cuộn dây sơ cấp thấp và do đó dòng điện lớn chạy qua nó sẽ dẫn đến cuộn dây sơ cấp bị cháy do tạo ra quá nhiều nhiệt từ dòng điện.

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button