Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy biến áp

Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp rất đơn giản, chủ yếu dựa trên hiện tượng cảm ứng lẫn nhau giữa hai hoặc nhiều cuộn dây để truyền điện năng giữa các mạch. Bài viết này sẽ phân tích cụ thể hơn về nguyên tắc hoạt động máy biến áp và một số vấn đề khác liên quan. Nhà Thầu Cơ Điện Lạnh Phú Hải mong thông tin từ bài viết sẽ giúp khách hàng hiểu hơn về máy biến áp, từ đó có lựa chọn phù hợp.

 

Máy biến áp là gì?

 

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh để truyền năng lượng từ một mạch điện xoay chiều sang một hoặc nhiều mạch khác. Hiệu điện thế đi qua máy biến áp có thể tăng hoặc giảm tùy vào mục đích sử dụng của khách hàng. Máy biến áp có thể giảm điện áp của mạch điện dân dụng để vận hành các thiết bị điện áp thấp như: chuông cửa, camera giám sát, đồ chơi,... Ngoài ra, máy biến áp có thể làm tăng điện áp từ máy phát điện để công suất điện có thể truyền đi khoảng cách xa hơn.

 

Máy biến áp có thể thay đổi điện áp của dòng

 

Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp thông qua cảm ứng điện từ. Hiểu đơn giản là khi các đường sức từ (từ thông) hình thành và biến mất do sự thay đổi của dòng điện qua cuộn sơ cấp, dòng điện được cảm ứng trong cuộn dây thứ cấp. Lúc này, hiệu điện thế thứ cấp được tính như sau:

 

Hiệu điện thế thứ cấp = Điện áp sơ cấp*(Số vòng dây ở cuộn thứ cấp/số vòng dây ở cuộn sơ cấp).

 

Máy biến áp được thiết kế với mục đích truyền đi dòng điện vô tuyến bao gồm hai hoặc nhiều cuộn dây quấn quanh một chất cách điện rắn/cuộn cách điện. Máy biến áp lõi kim loại được sử dụng với chức năng tương tự và ứng dụng nhiều trong dải tần số âm thanh.

 

Cấu tạo của máy biến áp

 

Nguyên tắc cấu tạo của máy biến áp cơ bản được làm từ hai cuộn dây. Trong đó, cuộn sơ cấp kết nối với đầu vào xoay chiều và cuộn thứ cấp dẫn đến đầu ra xoay chiều. Các cuộn dây không được kết nối điện mà quấn quanh một lõi bằng sắt. Điều này dễ khiến hiện tượng từ hóa diễn ra và mang theo từ trường từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp. Chi tiết cấu tạo được phân tích bên dưới như sau:

 

• Lõi thép
• Cuộn dây
• Vỏ máy biến áp

 

Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp

 

Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào cảm ứng lẫn nhau, dòng điện xoay chiều qua cuộn dây tạo ra từ thông liên tục thay đổi và xoay chiều quanh cuộn dây. Giả sử khách hàng đưa một cuộn dây khác lại gần cuộn dây ban đầu thì một phần của từ thông xoay chiều sẽ liên kết với cuộn dây thứ 2. Vì từ thông này liên tục thay đổi về biên độ và hướng, sự biến thiên này tạo nên hiện tượng cảm ứng từ.

 

Theo định luật cảm ứng điện từ Faraday, sẽ có sức điện động (EMF) cảm ứng trong cuộn dây thứ 2. Nếu mạch của cuộn dây này được đóng lại sẽ xuất hiện một dòng điện chạy qua. 

 

Máy biến áp trên lý thuyết

 

📖 Giải thích định nghĩa:

 

• Cuộn dây sơ cấp: Cuộn dây nhận diện từ nguồn (cuộn dây đầu tiên)
• Cuộn dây thứ cấp: Cuộn dây cung cấp điện áp đầu ra do cảm ứng điện từ (cuộn dây thứ 2) 
• Máy biến áp tăng nấc (Step-Up Transformer): Máy biến áp làm tăng hiệu điện thế giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp.
• Máy biến áp hạ bậc (Step-Down Transformer): Máy biến áp làm giảm hiệu điện thế giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp.

 

Máy biến áp tăng hay giảm điện áp phụ thuộc vào số vòng dây tương đối giữa cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp của máy biến áp. Nếu vòng dây cuộn sơ cấp nhiều hơn thì hiệu điện thế sẽ giảm. Ngược lại, vòng dây cuộn thứ cấp nhiều hơn sẽ làm tăng hiệu điện thế.

 

Theo lý thuyết thì có thể xảy ra một máy biến áp như hình trên, nhưng trong môi trường không khí chỉ một phần nhỏ từ thông sinh ra từ cuộn sơ cấp sẽ liên kết với cuộn thứ cấp. Vì vậy, dòng điện chạy qua mạch đoạn mạch nối với cuộn thứ cấp sẽ rất nhỏ và khó đo được.

 

Mọi nhược điểm trên được khắc phục bằng cách sử dụng một máy biến áp loại lõi (core type transformer) để tất cả từ thông của cuộn sơ cấp được liên kết với cuộn thứ cấp. 

 

>>> Xem thêm thông tin về máy biến áp tại đây!

 

Bản vẽ một máy biến áp hoàn chỉnh 

 

Phân loại máy biến áp

 

Dựa trên nguyên tắc hoạt động của máy biến áp có các loại sau: 

 

Máy biến áp tăng áp và máy biến áp giảm áp: Máy biến áp tăng áp chuyển đổi điện áp thấp (LV) và dòng cao từ phía sơ cấp của máy biến áp thành điện áp cao (HV) và giá trị dòng điện thấp ở phía thứ cấp của máy biến áp. Máy biến áp giảm áp chuyển đổi điện áp cao (HV) và dòng điện thấp từ phía sơ cấp của máy biến áp thành điện áp thấp (LV) và giá trị dòng điện cao ở phía thứ cấp của máy biến áp.

 

Máy biến áp ba pha và máy biến áp một pha: Máy biến áp ba pha thường được sử dụng trong hệ thống điện ba pha vì nó tiết kiệm chi phí hơn máy biến áp một pha. Tuy nhiên, khi kích thước máy biến áp lớn, sử dụng một dãy máy biến áp ba pha so với máy biến áp ba pha sẽ tốt hơn, vì nó dễ vận chuyển hơn.

 

Máy biến áp ba pha

 

Máy biến áp lực, máy biến áp phân phối, máy biến áp đo lường:

 

• Máy biến áp áp lực được sử dụng trong mạng truyền tải để nâng hoặc hạ cấp điện áp. Nó hoạt động chủ yếu khi tải cao và có hiệu suất tối đa ở gần đầy tải.
• Máy biến áp phân phối hạ điện áp cho mục đích phân phối cho người sử dụng trong nước hoặc thương mại. Nó có khả năng điều chỉnh điện áp tốt và hoạt động 24 giờ một ngày với hiệu suất tối đa ở mức 50% khi đầy tải.
• Máy biến áp đo lường bao gồm CT và PT được sử dụng để giảm điện áp cao và dòng điện xuống các giá trị nhỏ hơn có thể được đo bằng các thiết bị thông thường.

 

Máy biến áp 2 cuộn dây và máy biến áp tự động: Máy biến áp hai cuộn dây thường được sử dụng khi tỷ số giữa phía điện áp cao và phía điện áp thấp lớn hơn 2. Nó sẽ hiệu quả hơn về mặt chi phí đối với máy biến áp tự động trong các trường hợp mà tỷ số giữa điện áp cao và điện áp thấp nhỏ hơn 2.

 

Máy biến áp ngoài trời và máy biến áp trong nhà: Máy biến áp ngoài trời được thiết kế để lắp đặt ngoài trời. Trong khi máy biến áp trong nhà được thiết kế để lắp đặt ở trong nhà.

 

Máy biến áp làm mát bằng dầu và máy biến áp khô: Phân loại này liên quan đến hệ thống làm mát máy biến áp. Trong máy biến áp làm mát bằng dầu, dung môi/chất làm mát là dầu máy biến áp. Trong khi ở máy biến áp kiểu khô, làm mát bằng không khí được sử dụng.

 

Máy biến áp loại Core type: Có hai loại cuộn dây chính của máy biến áp là loại lõi và loại vỏ. Ngoài ra còn có máy biến áp loại quả mọng. Máy biến áp kiểu lõi có hai chân đứng hoặc các chi với hai phần nằm ngang được đặt tên là chạc. Lõi có dạng hình chữ nhật mắc mạch từ chung. Các cuộn dây hình trụ (HV và LV) được đặt trên cả hai chi.

 

Máy biến áp loại Core type

 

Máy biến áp shell type: Máy biến áp kiểu vỏ có một chi giữa và hai chi ngoài. Cả hai cuộn dây HV, LV đều được đặt trên chi trung ương. 

 

Máy biến áp Berry type: Trong máy biến áp kiểu quả mọng, lõi trông giống như các nan của bánh xe. Các bể chứa tấm kim loại được lắp khít, sử dụng để làm nơi chứa máy biến áp, với dầu máy biến áp được đổ đầy bên trong.

 

Ứng dụng máy biến áp

 

Một số ứng dụng của máy biến áp trong đời sống có thể được bắt gặp như sau:

 

• Điều chỉnh dòng điện xoay chiều: Tất cả các máy biến áp đều có một chức năng cơ bản là tăng hoặc giảm dòng điện xoay chiều trong hệ thống điện. Bằng cách điều chỉnh lưu lượng dòng điện, máy biến áp cho phép tăng hiệu quả sử dụng năng lượng, điều chỉnh và cuối cùng là giảm hóa đơn tiền điện.
• Ngừng và bắt đầu dòng điện: Máy biến áp cũng rất hữu ích trong việc ngăn dòng điện và ngắt dòng điện. Máy biến áp thường có mặt trong các thiết bị ngắt mạch, nơi chúng sử dụng công tắc để tự động ngắt dòng điện và ngăn ngừa hư hỏng có thể xảy ra do điện áp cao.
• Sạc pin: Máy biến áp được sử dụng để kiểm soát điện áp đi vào pin trong quá trình sạc nhằm ngăn chặn bất kỳ hư hỏng nào có thể xảy ra đối với các bộ phận bên trong pin. Điều này rất quan trọng vì điện áp không được kiểm soát có thể dẫn đến điện áp cao trong quá trình sạc pin.
• Sản xuất thép: Các nhà máy sản xuất thép dựa vào hoạt động của máy biến áp cao thế để cung cấp một loạt điện áp cho quá trình sản xuất. Dòng điện cao được yêu cầu trong quá trình nấu chảy và hàn thép, và dòng điện thấp hơn được yêu cầu trong quá trình làm mát. Để cung cấp dải điện áp này, máy biến áp là cần thiết để điều chỉnh dòng điện trong hệ thống.
• Điện hóa: Trong các quy trình sản xuất và kỹ thuật hóa học, quá trình điện phân thường được cung cấp nhiên liệu nhờ hoạt động của máy biến áp. Các kim loại như đồng, kẽm và nhôm thường được sử dụng cho mục đích mạ điện. Trong quá trình này, máy biến áp cung cấp một dòng điện điều chỉnh được sử dụng để thúc đẩy phản ứng hóa học từ giai đoạn đầu cho đến khi hoàn thành. Do đó, dòng điện có thể được điều chỉnh khi phản ứng xảy ra.

 

Ứng dụng của máy biến áp

 

Kết luận

 

Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa trên hiện tượng đơn giản là cảm ứng điện từ. Nhìn chung, cấu tạo hoàn chỉnh của máy biến áp khá đơn giản nhưng để nghiên cứu ra được đã mất rất nhiều năm của các nhà khoa học. 

 

Ngày nay, máy biến áp có vai trò quan trọng trong mạch điện xoay chiều. Tính ứng dụng cũng cao, dẫn đến máy biến áp trở thành một phần không thể thiếu trong mạng điện dân dụng. Do đó, để đảm bảo máy biến áp hoạt động hiệu quả, khách hàng nên liên hệ với các đơn vị tổng thầu cơ điện uy tín.

 

>>> Xem thêm các dịch vụ điện khác của Nhà Thầu Cơ Điện Lạnh Phú Hải tại đây!

 

Nhà Thầu Cơ Điện Lạnh Phú Hải - đơn vị uy tín trong thi công lắp đặt hệ thống điện sẽ là lựa chọn giúp đảm bảo chất lượng khi lắp đặt máy biến áp. Chúng tôi sở đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm, có tay nghề cao, cùng nhiều kỹ sư chuyên môn sâu, nắm rõ nguyên tắc hoạt động của máy biến áp. Do đó, lựa chọn dịch vụ thi công tại Nhà Thầu Cơ Điện Lạnh Phú Hải sẽ giúp khách hàng an tâm về độ an toàn, bền bỉ của thiết bị. Quý khách hàng vui lòng liên hệ trước với Nhà Thầu Cơ Điện Lạnh Phú Hải để được hỗ trợ!