Máy biến áp 1 pha là loại có công suất nhỏ, có tính phổ cập nhất hiện nay. Nó vừa phù hợp với nhu cầu dân dụng, vừa đáp ứng nhu cầu sản xuất công nghiệp. Để lý giải tại sao lại có sử phổ cập nêu trên, Nhà thầu cơ điện Galaxy sẽ giới thiệu tới quý bạn đọc khái niệm, cấu tạo, hoạt động của máy biến áp 1 pha.

1. Khái niệm về máy biến áp 1 pha

Máy biến áp 1 pha là một thiết bị điện từ loại tĩnh, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi.

Do đó máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không biến đổi năng lượng. Thực tế một máy biến áp gồm có hai chiều hoặc nhiều cuộn dây liên hệ với nhau bởi từ thông móc vòng. Nếu một cuộn dây được đặt vào một điện áp xoay chiều (cuộn sơ cấp) thì sẽ có một từ thông sinh ra với biên độ phụ thuộc vào điện áp sơ cấp và số vòng dây quấn sơ cấp. Từ thông này sẽ móc vòng các cuộn dây cuốn khác (cuộn thứ cấp) và cảm ứng trong dây cuốn thứ cấp có một suất điện động mới, có giá trị phụ thuộc vào số vòng dây cuốn thứ cấp.

Với tỷ số tương ứng giữa số vòng dây sơ cấp và thứ cấp ta sẽ có tỷ lệ tương ứng giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp.

Cấu tạo của máy biến áp 1 pha.

2. Cấu tạo của máy biến áp

Máy biến áp nói chung được cấu tạo bởi 3 thành phần: Lõi từ, Dây cuốn, vỏ máy. Ngoài 3 thành phần này, máy biến áp còn có các bộ phận như sứ cách điện, đồng hồ đo điện áp, đo nhiệt độ, đo áp suất, ống xả khí (với máy biến áp làm mát bằng dầu), đèn báo…

Lõi từ kiểu trụ (hay gọi là kiểu lõi): Dây cuốn bao quanh trụ thép (lõi từ). Loại này thông dụng cho máy biến áp 1 pha.

Lõi từ kiểu bọc.

2.1. Lõi từ

Lõi từ hay còn gọi là lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để cuốn dây cuốn. Thông thường, để giảm tổn hao do dòng điện xoáy sinh ra, lõi từ có cấu tạo bao gồm các lá thép kỹ thuật điện (tole silic) dày khoảng 0.35 mm ghép lại với nhau. Đối với máy biến áp dùng trong lĩnh vực thông tin, tần số cao, lõi từ được cấu tạo bởi thép permalloy ghép lại. Theo hình dạng lõi từ, có hai kiểu mạch từ:

- Kiểu trụ (hay gọi là kiểu lõi): Dây cuốn bao quanh trụ thép (lõi từ). Loại này thông dụng cho các máy biến áp 1 pha.

- Kiểu bọc: Mạch từ được phân nhánh hai bên và bọc lấy một phần dây cuốn. Loại này thường dùng trong các lĩnh vực như vô tuyến điện (hoặc áp dụng cho máy biến áp 3 pha)..

Dây cuốn đồng tâm của máy biến áp.

2.2. Dây cuốn

Dây cuốn của máy biến áp làm nhiệm vụ truyền dẫn năng lượng. Vật liệu làm dây cuôn thường là bằng đồng lá, đồng sợi hoặc đồng sợi dạng bản. Với một số loại máy biến áp có giá thành thấp, thay vì cuốn dây đồng, để thích hợp với khả năng chi trả của khách hàng, nhà sản xuất sử dụng dây nhôm.

Theo cách sắp xếp và ố trí của dây cuốn cao cáp và hạ áp, người ta chia thành hai loại dây cuốn chính là dây cuốn đồng tâm và dây cuốn xen kẽ.

Dây cuốn đồng tâm: Có tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm. Dây cuốn hạ áp thướng cuốn phía trong gần trụ thép (lõi từ). Dây cuốn cao áp cuốn phía ngoài bọc lấy dây cuốn hạ áp.

Dây cuốn xen kẽ: Các bánh dây của dây cuốn cao áp và hạ áp cuốn xen kẽ nhau theo trụ thép. Kiểu dây cuốn này dùng cho dây cuốn kiểu bọc.

2.3. Vỏ máy

Vỏ máy gồm 2 bộ phận thùng và nắp thùng.

Thùng máy biến áp: Thường cấu tạo bằng thép, có hình dạng tròn/trụ hoặc chữ nhật. Đối với máy biến áp 1 pha sử dụng cho gia đình, do công suất sử dụng thấp nên việc làm mát chủ yếu dựa vào không khí. Ngược lại với máy biến áp 1 pha sử dụng cho nhà xưởng công nghiệp, đòi hỏi công suất cao, để đảm bảo tuổi thọ vận hành của máy biến áp, nhà sản xuất phải tăng cường làm mát bằng cách ngâm máy biến áp vào trong thùng đựng dầu. Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệt truyền từ các bộ phận bên trong máy biến áp sang dầu rồi từ dầu qua vỏ thùng tản nhiệt ra môi trường xung quanh. Tùy theo dung lượng máy biến áp, hình dáng của thùng dầu là khác nhau. Đối với máy biến áp 1 pha, công suất từ 30 kVA trở xuống, thùng dầu có vỏ nhẵn, phẳng.

Nắp thùng: Dùng để đạy kín thùng dầu (đối với loại máy làm mát bằng dầu). Trên nắp thùng có các chi tiết khác như: Sứ cách điện đầu ra của dây cuốn hạ thế và cao thế. Ngoài ra có gắn thêm đồng hồ đo điện áp và áp suất bên trong thùng máy.

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp.

3. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Máy biến áp hoạt động dựa trên ý niệm về cảm ứng điện từ. Để tăng hiệu quả, mạch từ được cấu tạo bởi vật liệu dẫn từ tốt (tôn silic).

Dây quấn 1 có N₁ vòng dây và dây quấn 2 có N₂ vòng dây được cuốn trên lõi thép 3. Khi đặt một điện áp xoay chiều U₁ vào dây cuốn 1 (cuộn sơ cấp) sẽ có dòng điện I₁ chạy trong dây cuốn 1. Trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông Ф móc vòng với cả hai dây cuốn 1 và 2, cảm ứng ra các suất điện động e₁ và e₂. Dây cuốn 2 có suất điện động e₂ sẽ sinh ra dòng điện I₂, đưa ra tải với điện áp xoay chiều U₂. Như vậy, năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây cuốn 1 sang dây cuốn 2.

Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm Sin th từ thông do nó sinh ra cũng là một hàm số hình Sin.

 Ф = Ф_msinωt. Do đó, theo định luật cảm ứng điện từ, suất điện động cảm ứng trong các dây cuốn 1 và 2 sẽ là:

Công thức tính suất điện động dựa theo định luật cảm ứng điện từ.

Với E₁ và E₂ lần lượt là các trị số hiệu dụng của suất điện động e₁ và e₂. Các biểu thức (1) cho thấy sức điện động cảm ứng trong dây cuốn luôn chậm pha với từ thông sinh nó một góc π/2.

Tỷ số biến đổi của máy biến áp được định nghĩa như sau: k = E₁/E_{2 =} N₁/N_2. Nếu bỏ quan điện áp rơi trên các dây cuốn thì có thể xem U₁ ≠ E₁ và U₂ ≠ E₂, do đó k được xem như là tỷ số biến áp giữa dây cuốn 1 và dây cuốn 2 với k = E₁/U₂ = U₁/E₂.

4. Các đại lượng định mức của máy biến áp 1 pha

Thông thường những đại lượng định mức của máy biến áp do nhà sản xuất quy định, chúng cho biết các tính năng kỹ thuật của máy biến áp 1 pha.

- Công suất định mức: Đây là công suất toàn phần ở đầu ra phía thứ cấp của máy biến áp 1 pha. Đơn vị tính là VA hoặc kVA;

- Điện áp sơ cấp định mức: Là điện áp cho phép được đặt vào cuộn dây sơ cấp của máy biến áp, đơn vị tính là V - kV;

- Điện áp thứ cấp định mức: Là điện áp đo được ở đầu ra thứ cấp khi không tải, đơn vị tính là V - kV;

- Dòng điện định mức sơ cấp, thứ cấp: Là dòng điện cho phép chạy qua các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất, điện áp định mức của máy. Đơn vị tính là A hay kA.

5. Những lưu ý khi sử dụng máy biến áp 1 pha

Khi sử dụng máy biến áp 1 pha, hộ sử dụng cần lưu ý:

- Điện áp đưa vào không được vượt quá điện áp định mức của máy biến áp;

- Không để máy biến áp làm việc quá công suất định mức;

- Đặt máy biến áp ở nơi khô ráo, thoáng mát và ít bụi. Đặc biệt không được để nơi ẩm thấp dẫn đến hư hại máy biến áp và có thể gây ra những tai nạn chết người;

- Tuyệt đối tuân thủ hướng dẫn sử dụng do nhà sản xuất đưa ra;

- Nếu quá trình sử dụng phát sinh hỏng hóc, sụt áp hoặc có hiện tường rò điện, ngay lập tức phải ngắt ngu điện và thông báo cho nhà cung cấp máy biến áp hoặc đơn vị sản xuất. Trong trường hợp không liên hệ được với nhà cung cấp, hô sử dụng cần liên hệ với các kỹ sư chuyên ngành cơ điện để được tư vấn và cung cấp các giải pháp khắc phục;

- Tuyệt đối không tự ý sửa chữa, thay đổi kết cấu máy biến áp nếu không có chuyên môn về cơ điện và máy biến áp.

Trên đây là thông tin cơ bản về máy biến áp 1 pha. Việc cung cấp thông tin này không nằm ngoài mục đích của Galaxy M&E góp phần cùng quý khách hàng và toàn xã hội sử dụng điện an toàn hơn trên cơ sở hiểu biết đầy đủ về các kiến thức cơ - điện. Ngoài máy biến áp 1 pha - loại phổ cập và gần gũi nhất với cuộc sống thường ngày, trong thực tế truyền tải và phân phối điện, các loại máy biến thế 3 pha, trạm biến áp có cấu tạo phức tạp hơn, đòi hỏi nhiều kiến thức và công nghệ sản xuất hơn loại 1 pha. Cấu tạo về máy biến áp 3 pha sẽ được Cơ - Điện Galaxy gửi tới bạn đọc trong những bài tiếp theo.

Galaxy M&E