Máy biến áp là thiết bị rất phổ biến trong hệ thống điện và có vai trò quan trọng trong truyền tải điện. Ngoài ra máy còn ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: công nghiệp, điện tử, tự động hoá ... Bài viết này tìm hiểu kỹ hơn về thiết bị này cũng như vai trò ứng dụng trong hệ thống tự động hoá .
Cấu tạo máy biến áp
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ nhằm biến đổi điện áp này sang điện áp khác (giữ nguyên tần số). Máy biến áp có cấu tạo chung gồm 3 bộ phận chính là lõi thép, dây quấn và vỏ máy.Lõi thép: hay còn gọi là lõi từ 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 được ghép thành hình dạng khác nhau: hình chữ Nhật, hình xuyến, hình trụ... tùy vào chức năng ứng dụng cụ thể.
Lõi thép máy biến áp được chế tạo từ nhiều lá thép Silic mỏng từ 0,3-0,5 mm được sơn cách điện và ghép với nhau để giảm dòng điện xoáy trong lõi (dòng Fuco), vật liệu thường dẫn từ tốt thường là thép Sillic. 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.
Dây quấn: vật liệu thường được chế tạo bằng đồng hoặc nhôm bên ngoài bọc cách điện để truyền tải năng lượng vào, ra. Với biến áp quấn bằng dây đồng thì sẽ dẫn điện tốt hơn, tránh được ôxi hoá, tăng tuổi thọ của biến áp.
Máy biến áp thường có 2 cuộn dây: cuộn sơ cấp là cuộn nhận điện năng từ lưới và cuộn thứ cấp là cuộn cấp điện cho phụ tải.
Với máy biến áp 3 pha: thường được ký hiệu
Dây cuốn cao áp: Pha A(A,X) pha B(B, Y) pha C(C, Z)
Dây cuốn hạ áp: Pha A(a,x) pha B(b.y) pha C(c,z)
Dây trung áp nếu có: Pha A(Am, Xm) pha B(Bm.Ym) pha C(Cm, Zm)
Máy biến áp thường có 2 cuộn dây: cuộn sơ cấp là cuộn nhận điện năng từ lưới và cuộn thứ cấp là cuộn cấp điện cho phụ tải.
- Gọi W1 là cuộn sơ cấp và N1 là số vòng dây
- Gọi W2 là cuộn thứ cấp và N2 là số vòng dây thứ cáp
Với máy biến áp 3 pha: thường được ký hiệu
Dây cuốn cao áp: Pha A(A,X) pha B(B, Y) pha C(C, Z)
Dây cuốn hạ áp: Pha A(a,x) pha B(b.y) pha C(c,z)
Dây trung áp nếu có: Pha A(Am, Xm) pha B(Bm.Ym) pha C(Cm, Zm)
Vỏ máy: Tùy theo từng loại máy biến áp mà chúng được làm bằng các chất liệu khác nhau. Chúng thường được làm từ nhựa, gỗ, 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.
Với máy biến áp công suất lớn ( máy biến thế điện lực) vỏ máy còn có chức năng chứa dầu cách điện. Trên vỏ có hàn cánh tản nhiệt nhằm tăng diện tích dầu máy với không khí. Nhờ vào việc đối lưu dầu dẫn nhiệt ra ngoài không khí thông qua thùng máy.
Nguyên lý làm việc máy biến áp
Khi có dòng điện đặt vào cuộn dây sơ cấp W1, trong cuộn sơ cấp xuất hiện dòng điện I1. Dòng I1 cảm ứng trong lõi thép tạo từ thông biến thiên Φ1. Từ thông Φ1 móc vòng qua cuộn dây thứ cấp W2 sinh ra suất điện động cảm ứng. Do cuộn dây thứ cấp có trở kháng nên suất điện động trong cuộn thứ cấp:E2 = I2(Z0+Z2) = I2.Z0 + I2.Z2 = U0 +U2
Trong đó:
U0: điện áp trên cuộn dây W2
U2: điện áp trên phụ tải Z2
Mỗi máy biến áp có nhiệm vụ cung cấp trực tiếp cho phụ tải, nó có vai trò là trung gian phân phối nguồn điện. Với mỗi máy thì có dung lượng nhất định và có lượng tiêu thụ nhất định(tổn thất): Máy tiêu thụ ít khi là công suất không tải P0 và lớn nhất khi ngắn mạch Pn.
Thông số kỹ thuật với mỗi máy biến áp
Các thông số thường đi kèm với mỗi máy gồm:Sđm(KVA): công suất định mức máy biến áp
Uđm1, Uđm2 (KV) điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp máy biến áp.
Iđm1, Iđm2 (KA) dòng điện định mức cuộn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp.
Un%: điện áp ngắn mạch tính theo %
I0%: dòng điện không tải khi máy vận hành
P0(W, KW): tổn thất không tải trị số này không đổi với mỗi máy biến áp.
Pk(W, KW) tổn hao có tải của máy biến áp
F(HZ) tần số làm việc của máy
Trọng lượng của máy: gam. Kg, tấn...
Phân loại máy biến áp
Cũng giống như nhiều các thiết bị điện khác, ta cũng có nhiều cách để phân loại máy biến áp.Theo cấu tạo ta sẽ phân chia thành máy biến áp một pha và máy biến áp ba pha
Theo chức năng có máy biến áp hạ thế hay tăng thế
Theo cách thức cách điện: máy biến áp lõi dầu, máy biến áp lõi không khí,…
Theo mối quan hệ cuộn dây ta chia thành biến áp tự ngẫu và biến áp cảm ứng
Theo nhiệm vụ: máy biến áp điện lực, máy biến áp cho dân dụng, máy biến áp hàn, máy biến áp xung... Ngoài ra cũng có thể phân loại dựa vào công suất hay hiệu điện thế.
Máy biến áp là thiết bị trung gian truyền tải điện năng cho thiết bị điện. Với những thiết bị khác nhau cần những điện áp và dạng nguồn khác nhau tùy theo những ứng dụng cụ thể: Mạ, điện lực, ổn áp... Trong ngành tự động hóa thì rất cần nguồn điện ổn định ( thông số dòng điện, điện áp và tần số ) cần sự chính xác cao. Vì vậy máy biến áp là thành phần không thể thiếu trong hệ thống tự động hóa hiện đại ngày nay.
Nguyễn An
0 nhận xét: