Máy Biến áp Là Gì - Thiết Bị đo Lường

Hôm nay trong bài viết này mình sẽ cùng nhau tìm hiểu về một thiết bị điện công nghiệp. Đó chính là máy biến áp, là một trong những thiết bị khá quan trọng trong các công tác truyền tải điện năng mạng lưới điện quốc gia. Nội dung bài viết mình chia sẻ gồm:

• Máy biến áp là gì?
• Công thức tính máy biến áp
• Nguyên lý làm việc của máy biến áp
• Công dụng máy biến áp
• Phân loại máy biến áp- biến thế
• Ứng dụng thực tế của máy biến áp
• ….Và các vấn đề khác liên quan đến máy biến áp

Thông qua bài viết này mình mong sẽ giúp ích cho việc học tập cũng như làm việc của các bạn.

Table of Contents

Toggle

• Máy biến áp là gì?
• Cấu tạo của máy biến áp
  • 1. Vỏ máy của máy biến áp
  • 2. Lõi thép ( Mạch từ) của máy biến áp
  • 3. Dây quấn
• Nguyên lý làm việc của máy biến áp
• Công thức tính máy biến áp
• Phân loại máy biến áp- biến thế
• Công dụng máy biến áp
  • Ứng dụng trong các bộ nguồn & bộ sạc
  • Tăng và hạ áp cho công tác phân phối điện
  • Ứng dụng cấp nguồn cho nhà máy
• Tại sao phải đóng điện không tải của máy biến áp trước khi nối phụ tải vào
• Tại sao phải nối đất dây trung tính của máy biến áp
• Đơn vị công suất của máy biến áp 3 pha
• Lời kết: 

Máy biến áp là gì?

Máy biến áp còn gọi là máy biến thế là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống điện áp với tần số không đổi. Là một loại máy móc quan trọng được dùng trong các lĩnh vực điện lực.

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. Áp biến máy được dùng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng.

Ngoài ra máy biến áp cũng được dùng cho một số yêu cầu khác như nối mạch chỉnh lưu; làm nguồn cấp điện cho lò điện; máy hàn; máy thử nghiệm.

Máy biến áp có hai hay nhiều dây quấn đặt chung trên một mạch từ, các dây quấn có thể nối điện hoặc không nối điện với nhau, khi chúng nối điện với nhau ta gọi là máy biến áp tự ngẫu.

Trong quá trình truyền tải điện năng đi đến các nơi khác nhau, thì cần phải thay đổi mức điện áp xoay chiều sao cho phù hợp. Và máy biến áp có nhiệm vụ thay đổi điện áp theo hướng tăng hoặc giảm để đảm bảo quá trình truyền tải điện năng được diễn ra thuận lợi.

Thực tế có 2 loại máy biến áp, khác nhau đó là máy tăng áp và máy hạ áp. Tuy nhiên về cấu tạo và bản chất thì chúng tương tự nhau. Điểm khác nhau có lẽ nằm ở số vòng dây quấn và vật liệu cấu thành nên.

Cấu tạo của máy biến áp

Cấu tạo của máy biến áp gồm 3 thành phần chính đó là; Lõi thép, dây quấn và vỏ máy. Và chúng có các đặc điểm như sau:

1. Vỏ máy của máy biến áp

Tùy theo từng loại máy biến áp mà vỏ máy biến áp được làm bằng chất liệu khác nhau như nhựa; gỗ; thép; gang; tôn mỏng.

=> Giúp bảo vệ các phần tử của máy biến áp ở bên trong là nắp thùng và thùng.

2. Lõi thép ( Mạch từ) của máy biến áp

Lõi thép hay lõi sắt dùng để dẫn từ thông, được chế tạo từ các vật liệu dẫn từ tốt. Được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện thành mạch vòng khép kín, các lá thép mỏng mặt ngoài có sơn cách điện với bề dày từ 0,3 – 0,5mm. Chúng là một khối hình chữ U đối với máy biến áp có 2 cuộn dây. Được phủ lên một lớp silic có nhiệm vụ cách điện

Lõi thép gồm 2 phần gồm Trụ và Gông. Trụ là phần để đặt dây quấn còn Gông là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch từ kín.

3. Dây quấn

Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép, giữa các vòng dây. Giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi ép đều có cách điện. Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn, và số vòng dây của các cuộn là khác nhau, tùy thuộc vào nhiệm vụ của máy biến áp. Các vật liệu dây quấn thường được làm bằng đồng hoặc nhôm,…tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài có bọc cách điện.

=>Nhiệm vụ của dây quấn là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra.

Ngoài ra người ta cũng có thể phân biệt dây quấn máy biến áp thành dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp.

• Dây quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp
• Dây quấn có điện áp thấp hơn gọi là dây quấn hạ áp

Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Mình sẽ giới thiệu chi tiết đặc tính từng loại máy biến áp. Phần này có liên quan đến kiến thức ” hiện tưởng cảm ứng điện từ “ mà mình đã chia sẻ trước đó, nếu bạn nào chưa xem hãy link vào link tìm hiểu nhé. Quay lại nguyên lý làm việc của máy biến áp.

Máy biến áp hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lý:

• Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường ( từ trường)
• Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng hay còn gọi là cảm ứng điện từ.

• Cuộn dây N1 và cuộn dây N2 được quấn trên lõi thép khép kín. Đặt một điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây N1, trên cuộn dây này sẽ xuất hiện dòng điện I1 chạy trong dây dẫn, đồng thời trong dây dẫn sẽ xuất hiện từ thông móc vòng cho cả hai cuộn N1 và N2.
• Cuộn dây N2 được nối với tải thì trên cuộn N2 sẽ xuất hiện dòng điện I2 với điện áp U2. Như vậy, năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2.

Công thức tính máy biến áp

Trong đó:

• U1 và N1 là điện áp và số vòng dây cuộn sơ cấp
• U2 và N2 là điện áp và số vòng dây cuộn thứ cấp.

Thông qua công thức chúng ta thấy được tỷ lệ thuận giữa điện áp và số vòng dây của từng cuộn cụ thể.

• Nếu hệ số k > 1 (tức là U1 > U2 hoặc N1 > N2) thì chúng ta có máy tăng áp.
• Nếu hệ số k < 1 (tức là U1 < U2 hoặc N1 < N2) thì chúng ta có máy hạ áp.

=> Với công thức tính máy biến áp nêu trên các bạn có thể dễ dàng tính được tỉ số máy biến áp.

Phân loại máy biến áp- biến thế

Sẽ có nhiều yếu tố khác nhau để có thể phân loại được máy biến áp, chung quy lại chúng ta sẽ có các loại như:

• Phân loại theo cấu tạo: máy biến áp 1 pha và máy biến áp 3 pha
• Phân loại theo chức năng: máy biến áp tăng áp và máy biến áp giảm áp
• Theo cách thức cách điện: máy biến áp khô và máy biến áp dầu hay nói cách khác máy biến áp lõi dầu, máy biến áp lõi không khí.
• Phân loại theo công dụng: máy biến áp thí nghiệm; máy biến áp đo lường; máy biến áp tự ngẫu; máy biến áp điện lực; máy biến áp dân dụng;  máy biến áp hàn; máy biến áp xung;…
• Ngoài ra còn phân loại theo thông số kỹ thuật, phân theo công suất, hiệu điện thế.

Công dụng máy biến áp

Máy biến áp có thể được dùng để tăng điện áp từ máy phát điện lên đường dây tải điện để đi xa, và giảm điện áp ở cuối đường dây để cung cấp nguồn điện áp phù hợp cho tải. Được dùng trong việc tăng áp để truyền tải điện năng trên các đường dây cao thế, trung thế hay hạ thế…

Ngoài ra, chúng còn được dùng trong các lò nung, hàn điện, đo lường hoặc làm nguồn điện cho các thiết bị điện, điện tử.

Cụ thể các bạn có thể tham khảo qua một số ứng dụng của máy biến áp trong đời sống bên dưới:

Ứng dụng trong các bộ nguồn & bộ sạc

Trong cuộc sống hằng ngày chúng ta dùng khá nhiều thiết bị điện tử. Nhất là các thiết bị cần nạp pin như: điện thoại, laptop, máy tính bàn, ipad,…Chúng có nguồn nuôi thấp chỉ khoảng 5V, 12V, và không thể dùng đến nguồn điện gia đình 220V để cung cấp được. Đó là lý do mà các thiết bị sạc, dây sạc điều có các adapter chuyển đổi nguồn điện sao cho phù hợp. Và chúng không gì khác chính là các máy biến áp cỡ nhỏ.

Tăng và hạ áp cho công tác phân phối điện

Ở các nhà máy sản xuất điện như: thủy điện, điện gió, nhiệt điện,…Muốn truyền tải điện đi xa và tránh xảy ra thất thoát thì bắt buộc phải dùng đến máy tăng áp để đưa chúng trở thành đường dây cao thế và truyền đi. Trong quá trình truyền thì tại từng trạm nhỏ luôn có một máy tăng áp để có nhiệm vụ kích áp lên đến giá trị ổn định để tránh sụt áp khi đến nơi sử dụng. Tiếp theo khi đến nơi sử dụng như trong thành phố thì ta cần máy hạ áp để đưa chúng về dạng trung thế.

Ví dụ:

Từ đường dây trung thế 10kV của các nhà máy phát điện sang mức hạ thế 220V hay 400V dùng trong sinh hoạt dân cư. Tại các nhà máy phát điện, máy biến áp thường được dùng để chuyển hiệu điện thế mức trung thế từ máy phát điện (10 kV đến 50 kV), sang mức cao thế (110 kV đến 500 kV hay cao hơn) trước khi truyền tải lên đường dây điện cao thế.

Bởi vì:

Theo nghiên cứu thì trong truyền tải điện năng với khoảng cách xa, nếu hiệu điện thế càng cao thì hao hụt càng ít.

Ứng dụng cấp nguồn cho nhà máy

Trong các nhà máy hay xí nghiệp để có thể khởi động và vận hành được các máy móc và thiết bị công suất cao thì cần phải dùng đến điện trung thế hay dòng điện 3 pha. Vì thế để có thể sử dụng cần kéo dây trung thế từ mạng điện cao thế thông qua một máy biến áp để có thể sử dụng được.

=> Ngoài ra thì còn rất nhiều ứng dụng khác nữa mà mình chưa thể nói hết trong bài viết này. Tuy nhiên thì lợi ích mà máy biến thế mang lại là không thể phủ nhận được.

Tại sao phải đóng điện không tải của máy biến áp trước khi nối phụ tải vào

Vấn đề này sẽ có nhiều bạn sinh viên hỏi lúc mới ra trường làm việc và tiếp xúc với các loại máy biến áp. Được áp dụng cho các loại máy mới được khởi động sử dụng lần đầu, cụ thể nó là thao tác để đảm bảo an toàn điện năng vì các nguyên nhân như sau:

• Nếu chúng ta đóng điện máy biến áp có tải thì sẽ dễ phát sinh dòng điện hồ quang tại vị trí thiết bị đóng / ngắt sẽ gây nguy hiểm cho người vận hành.
• Các dòng xung kích có giá trị rất lớn, gấp 8 lần với dòng điện vận hành của máy biến áp. Điều này sẽ ảnh hưởng lớn đến những trạm biến áp cao thế, hạ thế và sau đó nữa.
• Bên cạnh đó đảm bảo bảo chế độ vận hành an toàn tin cậy. Thử nghiệm được độ cách điện của máy biến thế, mạch động lực, hệ thống làm mát trước khi cho máy chạy.
• Để cho lượng dầu cách điện ngấm vào; Vì là máy mới xuất xưởng nên họ chỉ đổ 1 lượng nhỏ dầu mà thôi. Các bọt khí sẽ tan và thoát ra bên ngoài.

Tại sao phải nối đất dây trung tính của máy biến áp

Thực tế ở các lưới điện từ 110kV trở lên, việc nối đất dây trung tính để tạo vật cách điện bên trong theo áp pha & chúng sẽ có các tác động như sau:

• Giảm chi phí
• Với lưới điện hạ thế thì việc nối đất dây trung tính sẽ có tác dụng an toàn cho con người.
• Với lưới điện cao thế & trung thế thì nối đất giúp bảo vệ chạm đất được hiệu quả hơn; giảm vật liệu cách điện các pha với đất và tiết kiệm vật liệu trên đường dây.

Đơn vị công suất của máy biến áp 3 pha

Vì sao đơn vị công suất của máy biến áp được tính theo KVA  mà không phải là KW?

Khi đi mua máy biến áp, thông số chúng ta cần quan tâm nhất đó chính là bao nhiêu kVA.

Vậy lý do là gì nhỉ ?

Một máy biến áp –  biến thế để có thể hoạt động tốt phải cần đáp ứng được 2 tiêu chí sau đây:

1. Mức độ tổn thất về điện năng của máy biến áp – biến thế  phải nằm trong giới hạn Un% (phần trăm).
2. Mức nhiệt độ của cuộn dây quấn & lõi thép trong máy biến thế không cao quá mức cho phép của cách điện.

Hai điều trên cho ta thấy được là; khi máy biến áp hoạt động ta cần quan tâm đến giá trị dòng điện của chúng. Trên thực tế thì từng loại máy sẽ có các cấp điện thế khác nhau; ứng với mỗi dòng điện ta có các công suất khác nhau.

Hơn nữa, nếu chỉ dùng công suất thực (kW) thì chỉ biết độ tăng nhiệt độ do tổn thất trong dây quấn. Thế nhưng tuổi thọ của máy biến áp sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như nhiệt độ của mạch từ cũng như của cuộn dây.

Trong quá trình truyền tải điện năng đi thì có 2 thành phần đó là;

• Công suất phản kháng (kVAr)
• Công suất tác dụng (kW).

=> Chính vì thế, mà các máy biến áp thường có đơn vị là KVA, tức là được gộp lại từ 2 thành phần công suất trong quá trình truyền tải mà có.

Lời kết: 

Như vậy Dung đã chia sẻ với các bạn kiến thức về máy biến áp là gì – máy biến thế. Hy bọng bài viết sẽ giúp ích cho các bạn đang tìm hiểu.Vì kiến thức trong bài viết được Dung tổng hợp từ các trang mạng và thể hiện một cách đơn giản nhất để các bạn có thể dễ hiểu hơn nên không tránh khỏi sơ sót, mong các bạn thông cảm.

Đây là bài viết chia sẻ kiến thức, bên mình không kinh doanh mặt hàng này. Xin cám ơn !