Máy biến áp là gì ?
Máy biến áp hay còn gọi là máy biến thế là một loại máy móc quan trọng thường được dùng trong các lĩnh vực điện lực. Trong quá trình truyền tải điện năng đi đến các nơi khác nhau thì chúng ta cần phải thay đổi mức điện áp xoay chiều sao cho phù hợp. Và máy biến áp có nhiệm vụ là thay đổi điện áp theo hướng tăng hoặc giảm để đảm bảo quá trình truyền tải điện năng được diễn ra thuận lợi.
Trên thực tế chúng ta sẽ có 2 loại máy biến áp khác nhau đó là máy tăng áp và máy hạ áp. Tuy nhiên thì về cấu tạo và bản chất thì chúng hoàn toàn tương tự nhau. Điểm khác nhau có lẽ nằm ở số vòng dây quấn và vật liệu cấu thành nên. Và về vấn đề này mình sẽ trình bày rõ hơn trong phần tiếp theo nhé.
Cấu tạo của máy biến áp:
Thông thường thì một máy biến áp cơ bản sẽ được cấu thành từ 2 thành phần chính đó là lõi thép và dây quấn. Và chúng có các đặc điểm như sau:
- Với dây quấn thì chúng bao gồm 1 cuộn dây sơ cấp nhận điện áp đầu vào và 1 hay nhiều cuộn thứ cấp có nhiệm vụ đưa ra điện áp đã được thay đổi. Các vật liệu dây quấn thường được làm bằng đồng hoặc nhôm,…
- Với lõi thép hay lõi sắt thì chúng là một khối hình chữ U đối với loại máy biến áp có 2 cuộn dây. Khối này được cấu thành từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau và chúng được phủ lên một lớp silic có nhiệm vụ cách điện.
Nguyên lý hoạt động?
Ở trên mình có giới thiệu sơ lược về hai loại máy biến áp, tuy nhiên trong phần này mình sẽ giới thiệu chi tiết hơn về đặc tính của từng loại. Cũng như dựa vào yếu tố nào mà ta có thể chế tạo ra máy tăng áp hay giảm áp. Và để có thể trả lời được câu hỏi này chúng ta sẽ quay lại định luật cảm ứng trường điện từ của Faraday. Bao gồm 2 hiện tượng vật lý đó là:
- 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.
Và chúng được thể hiện thông qua một công thức như sau:
Trong đó:
Thông qua công thức chúng ta thấy được tỷ lệ thuận giữa điện áp và số vòng dây của từng cuộn cụ thể. Từ đó chúng ta có thể nhận xét được mối quan hệ của chúng như sau:
- 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.
Phân loại máy biến áp – biến thế:
Sẽ có nhiều yếu tố khác nhau để có thể phân loại được máy biến áp, tuy nhiên chung quy lại chúng ta sẽ có các loại như:
- Theo cấu tạo: ta có MBA một pha và MBA ba pha
- Theo chức năng: ta có MBA hạ thế và MBA tăng thế
- Theo cách thức cách điện: ta có MBA lõi dầu, lõi không khí…
- Theo nhiệm vụ: ta có MBA Điện lực, MBA dân dụng, MBA hàn, MBA xung…
- Bên cạnh đó thì ta còn phân theo công suất hay hiệu điện thế
Ứng dụng của máy biến áp trong đời sống:
Thông thường các máy biến áp sẽ được ứng dụng trong các quá trình truyền tải điện năng là chủ yếu. Chúng có thể được dùng trong việc tăng áp để truyền tải điện năng trên các đường dây cao thế, trung thế hay hạ thế,…Bên cạnh đó thì chúng còn được dùng như một công cụ hạ áp. Cụ thể thì các bạn có thể tham khảo qua một số ứng dụng tiêu biểu của chúng như sau:
Tăng và hạ áp cho công tác phân phối điện:
Ở các nhà máy sản xuất điện như thủy điện, nhiệt điện, điện gió,…Chúng ta 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 chúng ta vẫn cần 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. Và 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 trong các bộ nguồn – bộ sạc:
Chúng ta dùng khá nhiều thiết bị điện tử trong cuộc sống hằng ngày đúng không nào. Nhất là các thiết bị cần nạp pin như điện thoại, laptop, máy tính bàn, ipad,…Chúng có nguồn nuôi rất thấp chỉ khoảng 5V, 12V mà thôi và tuyệt nhiên là 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.
Ứng dụng cấp nguồn cho nhà máy:
Thông thường thì 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 ta cần kéo dây trung thế từ mạng điện cao thế thông qua một máy biến áp để có thể sử dụng được.
Bên cạnh đó 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.
Đơn vị công suất của máy biến áp 3 pha:
Tại sao đơn vị công suất của máy biến áp lại là kVA chứ không phải là kW ? Khi nhắc đến công suất thì người ta sẽ nghĩ đến ngay là bao nhiêu oát hay kilo oát đúng không nào. Tuy nhiên thì 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 ? Chúng ta có thể lý giải vấn đề này như sau nhé.
Một máy biến áp hay biến thế để có thể hoạt động tốt phải cần đáp ứng được 2 tiêu chí sau đây:
- Mức độ tổn thất về điện năng của máy biến áp – biến thể phải nằm trong giới hạn Un(phần trăm).
- Mức nhiệt độ của cuộn dây quấn và lõi thép trong máy biến thế không được vượt quá giới hạn cách điện.
Từ hai điều kiện trên cho chúng 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 cho chúng ta 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.
Và vì trong quá trình truyền tải điện năng đi thì chúng ta có 2 thành phần đó là công suất phản kháng (kVAr) và công suất tác dụng (kW), và 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.
Tại sao phải đóng điện không tải của máy biến áp trước khi nối phụ tải vào:
Vấn đề này sẽ có nhiều bạn học sinh sinh viên hỏi lúc mới ra trường làm việc và tiếp xúc với các loại máy biến áp. Nó cũng thường 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 so với dòng điện vận hành của máy biến áp. Điều này sẽ ảnh hưởng rất lớn đến những trạm biến áp cao thế, hạ thế và sau đó nữa.
- Bên cạnh đó thì thao tác này còn có ý nghĩa là 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:
Trước đây thì vấn đề này còn gây tranh cãi khá nhiều, tuy nhiên bây giờ thì đã có câu trả lời thích đáng. Thực tế thì ở các lưới điện từ 110kV trở lên, việc nối đất dây trung tính để tạo vật cách điện bên trong theo áp pha và 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 và 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.
