Máy biến áp là gì? Máy biến thế dùng để làm gì?

Trong công nghiệp, máy biến áp không phải là 1 thiết bị xa lạ. Nó được lắp tại các hệ thống điện, phục vụ cho các máy móc hoạt động. Hãy cùng ThuyKhiDien tìm hiểu về công dụng, cấu tạo, nguyên lý và phân loại của nó trong bài viết ngày hôm nay nhé.

Máy biến áp là gì?

Nếu giải nghĩa theo những gì được học và nghiên cứu trong sách vở thì máy biến áp là 1 thiết bị điện từ tĩnh. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý cơ bản là cảm ứng điện từ. Mục đích nhằm biến đổi 1 hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành 1 dòng điện, 1 hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác. Nhưng nó sẽ có tần số không thay đổi.

Nếu cách hiểu kia khiến bạn cảm thấy khó khăn thì hãy hiểu đơn giản rằng: Những máy biến thế hiện nay đều là thiết bị điện, dùng chính cảm ứng điện từ để truyền hoặc đưa năng lượng, tín hiệu dòng điện xoay chiều ở giữa các mạch điện theo 1 nguyên lý nhất định.

Từ những máy biến áp nhỏ hay chính là máy biến áp khô tản nhiệt bằng gió mà con người đã nghiên cứu và phát minh thêm biến áp với công suất 2000KVA hay những máy biến áp lớn mà cuộn dây sẽ được đặt trong dầu. Dầu lúc này sẽ dùng để cách điện, tản nhiệt nên nó phải đặt ngập dầu.

Những hãng thiết bị điện khi sản xuất máy biến áp đều tuân theo tiêu chuẩn ISO để khi hoàn thành có thể xuất khẩu đến nhiều nước trên thế giới và mang lại hiệu quả khi làm việc.

Máy biến áp có tác dụng gì?

Đầu tiên thì chúng tôi phải công nhận rằng, các máy biến áp được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp ở nước ta. Con người dùng nó để có thể tăng điện áp từ máy phát điện lên trên đường dây tải điện để truyền đi xa. Trong 1 số hệ thống thì nó được dùng để giảm điện áp ở cuối đường dây và cấp nguồn điện áp sao cho phù hợp với nhu cầu, đặc điểm của tải.

Thiết bị này sẽ dùng tại các hệ thống hàn điện, các lò nung, lò sấy hay các máy móc đo lường, làm nguồn cấp cho những thiết bị điện tử, điện vận hành. Máy được dùng ở mọi nơi từ các quạt điện, máy hấp sấy, trong các mainboard điện tử… Những máy biến thế dân dụng, máy biến thế để ổn áp, đặc biệt là dùng trong trạm biến áp điện lực để tăng hạ áp nhằm truyền tải điện đến nhiều vùng.

Một số nhà máy sử dụng thiết bị này như: Nhà máy cao su, nhà máy gạch, luyện kim, sản xuất sắt thép, hóa chất, chế biến gỗ, cơ khí chế tạo máy móc…

Xem thêm: Ngành điện công nghiệp là gì? Tương lai của ngành này

Cấu tạo máy biến áp

Như chúng ta đã biến, máy biến áp là 1 thiết bị điện. Nó không phải là 1 khối đúc mà sẽ được hình thành từ các bộ phận, chi tiết. Chúng lắp ghép lại với nhau để tạo nên 1 chỉnh thể. Máy biến áp có các bộ phận chính như sau:

Lõi thép

Lõi thép có nhiệm vụ dẫn từ thông và được làm từ chất liệu có thể dẫn từ tốt. Nó chính là các lá thép kỹ thuật điện ghép lại thành mạch vòng khép kín. Những lá thép này mỏng, mặt ngoài có sơn cách điện. Bề dày từ 0,3 – 0,5mm. Lõi thép sẽ gồm phần gông và phần trụ. Nếu phần trụ là nơi đặt dây quấn thì phần gông là phần nối giữa các trụ để tạo nên mạch kín.

Dây quấn (Cuộn dây)

Cuộn dây sẽ nhận năng lượng vào và truyền nguồn năng lượng ra. Dây quấn làm bằng nhôm hay đồng, bên ngoài được bọc lớp cách diện và có dạng tiết diện hình chữ nhật, hình tròn.

Dây quấn có nhiều vòng dây, lồng vào trụ thép. Ở giữa vòng dây, giữa lõi ép và dây quấn đều có cách điện. Một máy sẽ có từ 2 dây quấn trở lên, số vòng dây trên mỗi cuộn sẽ tùy thuộc vào loại máy.

+ Dây quấn sơ cấp: Đây là loại dây quấn nhận năng lượng từ lưới.

+ Dây quấn thứ cấp: Là loại dây cung cấp năng lượng cho phụ tải.

Một số nơi thì họ quan niệm đơn giản hơn:

+ Dây quấn có điện áp cao là dây quấn cao áp.

+ Dây quấn có điện áp thấp hơn thì sẽ gọi dây quấn hạ áp.

Nếu phân chia theo cấu tạo thì sẽ có các loại:

+ Dây quấn đồng tâm: Nó với kiểu quấn hình trụ, quấn hình xoắn, quấn hình xoắn ốc. Nó có tiết diện ngang là các vòng tròn có đồng tâm.

+ Dây quấn xen kẽ: Những dây cao áp, dây hạ áp sẽ lần lượt xen kẽ với nhau dọc theo trụ thép.

Vỏ máy

Mỗi máy biến áp lại có vỏ được làm từ chất liệu khác nhau. Đó có thể là thép, gang hay nhựa, gỗ, tôn mỏng… Những chất liệu này sẽ bảo vệ phần bên trong của máy được an toàn. Vỏ máy gồm thùng và nắp thùng.

+ Nắp thùng để đậy trên thùng. Nó có 1 số bộ phận như:

Bình dầu phụ có kèm ống thủy tinh xem mức dầu.

Sứ ra của dây quấn hạ áp, dây quấn cao áp, có nhiệm vụ cách điện.

Lỗ nhỏ đặt nhiệt kế.

Bộ truyền động cầu dao để đổi nối đầu điều chỉnh điện áp của những dây quấn cao áp.

Ống bảo hiểm: Được làm bằng thép hoàn toàn, hình dạng trụ nghiêng. Nó có một đầu bịt bằng một đĩa thủy tinh và một đầu nối với thùng. Khi áp suất tăng lên trong thùng 1 cách đột ngột thì sẽ làm đĩa thủy tinh vỡ. Dầu theo chảy ra ngoài để giúp biến áp không bị hư hại.

Rờ le hơi dùng để bảo vệ máy biến thế.

Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Các máy hiện nay đều hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lý:

+ Sự biến thiên của từ thông trong cuộn dây để tạo nên 1 hiệu điện thế cảm ứng. Người ta gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

+ Dòng điện chạy qua dây dẫn để tạo nên từ trường.

Với cuộn dây N1, cuộn dây N2 thì nó sẽ quấn trên lõi thép 1 cách khép kín. Khi đặt 1 điện áp xoay chiều vào U1 lên cuộn dây N1 thì trên cuộn dây này sẽ xuất hiện 1 dòng điện mà chúng ta gọi tạm là I1. Dòng này sẽ chạy trong dây dẫn và lúc này trong dây dẫn sẽ xuất hiện 1 từ thông móc vòng cho cả cuộn N2 và cuộn dây N1.

Đối với cuộn dây N2 thì nó sẽ được nối với tải thì trên cuộn N2 sẽ xuất hiện các dòng điện gọi là I2 với điện áp xác định U2. Năng lượng của dòng điện xoay chiều được cung cấp đã truyền từ dây quấn N1 sang dây quấn N2.

Hiệu suất của máy biến áp

Hiệu suất của máy biến áp chính là tỉ số của dòng công suất đi vào và dòng công suất ra khỏi máy biến áp. Hiệu suất là thông số rất quan trọng và thường được tính theo công thức.

Đối với những máy biến thế chuyên phân phối, cung cấp điện chiếu sáng và những mạch điện làm việc tư tự như vậy thì dòng điện công suất cung cấp cho cuộn dây cơ cấp trong 24h. Nhưng ở cuộn thứ cấp thì nó không nhận được dòng điện công suất đó trong 1 toàn bộ thời gian 24 tiếng.

Có thể hiểu thì thứ cấp thì nhận công suất vào buổi tối để cung cấp mạch chiếu sáng vận hành. Cuộn thứ cấp thì nó sẽ cung cấp công suất cho tải hay hoạt động không tải trong 1 phần thời gian 24 tiếng. Nếu tổn thất lõi thép đều đặn trong suốt 24 tiếng thì tổn thất đồng chỉ xuất hiện khi máy biến áp có tải.

Người dùng có thể sử dụng công suất sau để tính toán:

Hiệu suất = η = Aout (kWh) / Ain(kWh)

Các loại máy biến thế

Trên thị trường, tìm kiếm máy biến thế thì chúng ta có rất nhiều kết quả. Sự đa dạng model máy sẽ giúp người mua có được 1 thiết bị phù hợp. Có nhiều cách để phân loại máy như:

+ Theo chức năng: Máy biến áp giảm áp, tăng áp.

+ Theo cấu tạo: Máy biến áp 3 pha, 1 pha.

+ Theo công dụng từng loại: Máy biến áp đo lường, thí nghiệm, tự ngẫu.

+ Theo cách thức cách điện: Ta có máy biến áp dầu, khô.

+ Phân loại theo thông số kỹ thuật.

Chính vì nhiều loại nên khi lựa chọn người dùng cần tính toán và cân nhắc kỹ trước khi mua để tránh việc lãng phí thời gian và tiền bạc nhưng không đem lại hiệu quả.

Ứng dụng của máy biến áp

Tăng và hạ áp cho quá trình phân phối điện

Con người muốn truyền tải điện đi và hạn chế những thất thoát điện, lãng phí tại các nhà máy sản xuất điện: nhiệt điện, thủy điện, điện gió… thì họ phải dùng máy tăng áp.

Với máy này thì nó sẽ đảm nhiệm công việc đưa điện trở thành điện đường dây cao thế và truyền điện đi. Tất nhiên, trong quá trình truyền thì tại những trạm nhỏ khác nhau chúng ta vẫn cần thiết có 1 máy tăng áp. Máy tăng áp lúc này sẽ kích áp lên đến 1 mức giá trị ổn định. Việc làm này sẽ giúp tránh sụt áp khi truyền điện đến nơi sử dụng. Sau khi dòng điện đến nơi sử dụng thì chúng ta lắp 1 máy hạ áp. Mục đích để hạ áp điện và đưa chúng về dạng dòng điện trung thế.

Trong các bộ nguồn – bộ sạc

Trong đời sống dân sinh thì chúng ta sử dụng các thiết bị điện tử như 1 phần không thể thiếu. Chúng ta thường sử dụng những thiết bị sạc pin như: loa, điện thoại, đèn, quạt… Những thiết bị này sẽ có nguồn điện nuôi rất nhỏ, chỉ khoảng 5v, 12v nên chắc chắn không thể sử dụng dòng điện xoay chiều điện 220v.

Chính vì thế mà hầu hết các loại sạc, dây sạc đều cần có 1 adapter để chuyển đổi nguồn điện từ 220v xuống 5v, xuống 12v. Chúng tôi lấy ví dụ này để giới thiệu cho các bạn, đó chính là 1 máy biến thế cỡ nhỏ (mini).

Cấp nguồn cho nhà máy

Ứng dụng mà chúng ta thường thấy nhất của biến áp 1 pha, biến áp 3 pha đó là trong các xưởng, nhà máy, xí nghiệp. Khi họ muốn khởi động và bắt đầu cho các máy móc, thiết bị công suất cao làm việc thì cần có dòng điện 3 pha, điện trung thế. Sự cấp nguồn ổn định, thông suốt là 1 trong những yếu tố rất cần thiết để máy móc đạt năng suất cao, ít hỏng hóc.

Người dùng nên kéo 1 dây trung thế từ mạng điện cao thế đi qua các máy biến áp rồi đến các thiết bị. Cách này chính là cách đơn giản mà bạn có thể điều khiển những máy móc được tốt hơn.

Đơn vị công suất máy biến áp 3 pha

Muốn máy hoạt động tốt thì con người phải đáp ứng các tiêu chí như:

+ Mức nhiệt độ của cuộn dây quấn, lõi thép trong máy biến thế không thể vượt qua giới hạn cách điện đã quy định trước đó.

+ Mức độ tổn thất về điện năng của máy, biến thể phải luôn nằm trong giới hạn Un.

Khi máy làm việc thì con người cần quan tâm đến chính giá trị dòng điện. Từng loại máy khác nhau thì cấp điện thế cũng sẽ khác nhau.

Mỗi 1 dòng điện thì ta lại có 1 thiết bị với công suất khác nhau mới đáp ứng được nhu cầu. Tuổi thọ của các máy dài hay ngắn phụ thuộc rất nhiều vào độ tổn thất của dây quấn, nhiệt độ của cuộn dây, nhiệt độ của mạch từ.

Trong 1 quá trình truyền tải điện năng thì 2 đơn vị mà ta cần nắm là công suất tác dụng (kW) và công suất phản kháng (kVAr). Đó là lý do mà các máy biến thế sẽ có đơn vị là KVA. Đó là đơn vị gộp lại từ 2 thành phần chính của công suất trong quá trình truyền tải điện.

Tại sao phải nối đất dây trung tính của máy biến thế?

Có rất nhiều khách hàng đặt câu hỏi cho chúng tôi đó là: Có nhất thiết phải nối đất dây trung tính của máy biến thế hay không?

Theo chúng tôi thì đó là cần thiết, hầu như các lưới điện 110 kV trở lên đều có 1 dây nối đất. Nó sẽ tạo vật cách điện ở bên trong theo áp pha và giúp con người có thể giảm chi phí.

Những lưới điện hạ thế thì nối đất dây trung tính sẽ đảm bảo an toàn cho con người và vật ở xung quanh.

Việc bảo vệ chạm đất được hiệu quả hơn ngay cả với lưới điện cao thế, lưới điện trung thế. Từ đó, giảm thiểu được vật liệu cách điện cho các pha với đất cũng như tiết kiệm vật liệu dùng trên đường dây.

Chắc hẳn đọc đến đây bạn cũng đã trang bị cho mình được 1 ít kiến thức về máy biến áp để có thể ứng dụng trong việc mua, lắp đặt, bảo dưỡng.