Để truyền tải điện đi xa, phân phối đến từng khu vực và cung cấp nguồn điện cho thiết bị, máy biến áp được xem là thiết bị quen thuộc, giữ vai trò quan trọng trong mạng lưới điện. Không chỉ xuất hiện tại các trạm điện, thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong nhà máy, khu công nghiệp, tòa nhà và công trình dân dụng. Tùy vào mục đích sử dụng, máy có nhiều mức công suất, điện áp, kết cấu và phương thức làm mát khác nhau. Cùng tìm hiểu “cầu nối” giữa các cấp điện áp trong hệ thống điện.
1. Máy biến áp là gì? Các loại phổ biến
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, có chức năng truyền tải năng lượng điện xoay chiều từ mạch điện này sang mạch điện khác thông qua hiện tượng cảm ứng điện từ. Thiết bị gồm mạch từ và các cuộn dây được bố trí trên mạch từ.
Khi dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây đầu vào, từ thông biến thiên được tạo ra trong lõi thép. Từ thông này liên kết với cuộn dây phía đầu ra, tạo ra sức điện động cảm ứng, hình thành điện áp ở phía thứ cấp. Tùy theo phân loại, máy biến áp gồm:
- Phân theo cấu tạo: Máy biến áp 3 pha và máy biến áp 1 pha.
- Phân theo chức năng: Máy biến áp giảm áp và máy biến áp tăng áp.
- Phân theo công dụng: Máy biến áp thí nghiệm, máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp đo lường,…
2. Cấu tạo của máy biến áp
2.1. Lõi thép
Là bộ phận quan trọng nhất của thiết bị - mạch từ của máy biến áp, lõi thép đảm nhiệm tạo thành đường dẫn từ cho từ thông do các cuộn dây sinh ra. Thay vì sử dụng khối kim loại đặc, lõi được ghép từ nhiều lá thép điện kỹ thuật có độ dày phù hợp và được cách điện với nhau. Lõi gồm 2 phần:
- Trụ: Phần đặt dây quấn.
- Gông: Phần nối liền giữa các trụ, tạo thành mạch từ kín.
2.2. Dây quấn máy biến áp
Dây quấn là bộ phận trực tiếp tham gia vào quá trình truyền - nhận năng lượng điện giữa phía đầu vào và đầu ra. Dây được làm bằng đồng hoặc nhôm, được bố trí với nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép, tạo ra mức điện áp theo yêu cầu.
Song, cuộn dây nối với nguồn điện gọi là cuộn sơ cấp, còn cuộn dây cung cấp điện cho tải thường được gọi là cuộn thứ cấp. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn sơ cấp, tạo ra từ thông biến thiên trong lõi thép. Đây là cơ sở để tăng hoặc giảm điện áp.
2.3. Vỏ máy biến áp
Vỏ máy đảm nhiệm bảo vệ các phần tử của máy biến áp, bao gồm: Nắp thùng và thùng. Vỏ máy thường được làm từ gỗ, thép, gang, tôn mỏng hoặc nhựa. Với máy biến áp dầu, thùng máy còn có chức năng chứa dầu cách điện và hỗ trợ quá trình truyền nhiệt ra môi trường.
Tùy từng loại thiết bị, bên ngoài có thể tích hợp nhiều bộ phận phụ trợ như sứ đầu vào và đầu ra, bộ phận điều chỉnh điện áp, thiết bị đo lường, van, bộ chỉ thị mức dầu hoặc các cơ cấu bảo vệ.
3. Nguyên lý hoạt động máy biến áp
Nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường. Biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng.
Khi đặt điện áp xoay chiều vào cuộn sơ cấp, dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây sẽ tạo ra từ thông biến thiên trong lõi thép. Từ thông này truyền qua mạch từ và liên kết với các cuộn dây khác.
- Cuộn dây N1 và N2: Quấn trên lõi thép khép kín.
- Đặt điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây N1, trên cuộn dây xuất hiện dòng điện I1 chạy trong dây dẫn. Trong dây dẫn, xuất hiện từ thông móc vòng cho cuộn N1 và N2.
- Cuộn dây N2 nối với tải thì trên cuộn N2, xuất hiện dòng điện I2 với điện áp U2.
4. Công dụng của máy biến áp
Thay đổi cấp điện áp trong hệ thống điện là công dụng nổi bật nhất của máy biến áp. Khi truyền tải điện năng trên khoảng cách lớn, việc sử dụng điện áp cao giúp giảm dòng điện tương ứng với cùng mức công suất, giúp giảm tổn hao trên đường dây. Sau quá trình truyền tải, điện áp tiếp tục giảm để phù hợp với mạng phân phối và nhu cầu sử dụng.
Song song đó, máy biến áp được dùng trong hàn điện, đo lường, lò nung, làm nguồn điện cho các thiết bị điện.
Kết luận
Máy biến áp là mắt xích quan trọng trong quá trình truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng. Từ lõi thép, dây quấn đến vỏ máy và hệ thống phụ trợ, mỗi bộ phận đều đảm nhận chức năng riêng, giúp máy vận hành ổn định, an toàn và hiệu quả. Hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động, giúp người dùng phân biệt loại thiết bị và có phương thức sử dụng phù hợp.
