Máy biến áp là gì? Cấu tạo và chức năng của máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh có vai trò vô cùng quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng hiện đại. Hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, máy biến áp giúp biến đổi điện áp xoay chiều từ mức này sang mức khác mà không làm thay đổi tần số, từ đó đảm bảo cung cấp điện ổn định và hiệu quả cho các thiết bị và hệ thống điện. Nhờ khả năng điều chỉnh điện áp linh hoạt, máy biến áp đã trở thành thiết bị không thể thiếu trong mạng lưới điện hiện nay. Trên đây là chi tiết về Máy biến áp là gì? Cấu tạo và chức năng của máy biến áp. Cùng Cáp điện Việt Nam tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.

Máy biến áp là gì?

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp xoay chiều từ mức này sang mức khác mà không làm thay đổi tần số của dòng điện. Thiết bị này gồm hai cuộn dây quấn trên một lõi thép dẫn từ: cuộn sơ cấp nối với nguồn điện và cuộn thứ cấp nối với tải. Khi điện áp xoay chiều chạy qua cuộn sơ cấp, nó tạo ra từ trường biến thiên trong lõi thép, từ đó cảm ứng ra điện áp ở cuộn thứ cấp theo tỉ lệ số vòng dây quấn giữa hai cuộn.

Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng, giúp tăng điện áp để truyền tải đi xa giảm tổn thất, hoặc hạ điện áp để cung cấp cho các thiết bị điện phù hợp. Ngoài ra, máy biến áp còn được ứng dụng trong các thiết bị điện công nghiệp, nguồn cấp cho máy hàn, lò điện, và các hệ thống năng lượng tái tạo.

Cấu tạo của máy biến áp

Máy biến áp gồm ba bộ phận chính:

Lõi thép (Core):

• Được làm từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng ghép lại với nhau để giảm tổn thất do dòng điện xoáy.
• Lõi thép có hình dạng thường là chữ E hoặc chữ U, tạo thành mạch từ kín giúp dẫn từ thông hiệu quả.
• Lõi thép có vai trò dẫn từ thông biến thiên sinh ra bởi dòng điện trong cuộn dây, tăng hiệu suất cảm ứng điện từ.

Cuộn dây (Windings):

Bao gồm cuộn sơ cấp (primary winding) và cuộn thứ cấp (secondary winding).

• Cuộn sơ cấp nhận điện áp đầu vào và tạo ra từ trường biến thiên trong lõi thép.
• Cuộn thứ cấp nhận từ trường biến thiên và cảm ứng ra điện áp đầu ra.
• Số vòng dây quấn của mỗi cuộn quyết định tỷ lệ biến đổi điện áp.
• Dây quấn thường làm bằng đồng hoặc nhôm có lớp cách điện bên ngoài.

Vỏ máy (Enclosure):

• Bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi tác động của môi trường như bụi, ẩm, va đập cơ học.
• Thường làm bằng thép, nhôm hoặc vật liệu cách điện.
• Đối với máy biến áp dầu, vỏ còn chứa dầu cách điện giúp làm mát và cách điện.

Ngoài ra, một số máy biến áp còn có các bộ phận phụ trợ như bình dầu, bộ phận làm mát, thiết bị chống sét, rơle bảo vệ để đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định.

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Máy biến áp hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây sơ cấp, nó tạo ra một từ trường biến thiên trong lõi thép của máy biến áp. Từ trường biến thiên này tạo ra từ thông biến thiên xuyên qua cả cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Theo định luật cảm ứng điện từ, từ thông biến thiên này sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp, tạo ra dòng điện và điện áp ở cuộn thứ cấp.

Điện áp ở cuộn thứ cấp tỉ lệ thuận với số vòng dây quấn của cuộn thứ cấp so với cuộn sơ cấp theo công thức: U1/U2 = N1/N2

Trong đó:

• U1, U2 là điện áp ở cuộn sơ cấp và thứ cấp
• N1, N2  là số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp

Nếu số vòng dây cuộn thứ cấp lớn hơn cuộn sơ cấp thì điện áp ở cuộn thứ cấp sẽ tăng lên (máy biến áp tăng áp). Ngược lại, nếu số vòng dây cuộn thứ cấp nhỏ hơn thì điện áp sẽ giảm xuống (máy biến áp hạ áp).

Chức năng của máy biến áp

Máy biến áp có các chức năng chính sau:

• Biến đổi điện áp xoay chiều: Máy biến áp giúp tăng hoặc giảm điện áp của dòng điện xoay chiều sao cho phù hợp với yêu cầu truyền tải hoặc sử dụng điện.
• Truyền tải điện năng hiệu quả: Bằng cách tăng điện áp lên cao để truyền tải đi xa giảm tổn thất, sau đó hạ áp về mức an toàn cho người dùng và thiết bị.
• Cách ly điện: Giúp cách ly mạch điện sơ cấp và thứ cấp, đảm bảo an toàn cho hệ thống và người sử dụng.
• Phục vụ nhiều ứng dụng công nghiệp và dân dụng: Máy biến áp được sử dụng trong các hệ thống điện, thiết bị điện tử, công nghiệp, truyền thông và năng lượng tái tạo.

Vai trò của máy biến áp trong hệ thống nhà máy điện

Máy biến áp giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong hệ thống nhà máy điện, cụ thể như sau:

• Biến đổi điện áp để truyền tải hiệu quả: Tại nhà máy điện, máy biến áp thường được sử dụng để tăng điện áp từ mức trung thế (khoảng 10 kV đến 50 kV) lên mức cao thế (có thể từ 110 kV đến 500 kV hoặc hơn) trước khi điện năng được truyền tải đi xa qua các đường dây cao thế. Việc tăng điện áp giúp giảm tổn thất điện năng trên đường dây, nâng cao hiệu suất truyền tải điện năng.
• Hạ áp phục vụ tiêu thụ: Khi điện năng đến gần khu vực sử dụng, máy biến áp sẽ hạ điện áp từ mức cao thế hoặc trung thế xuống mức hạ thế (220 V hoặc 400 V) phù hợp với các thiết bị điện dân dụng và công nghiệp, đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng.
• Ổn định và điều chỉnh điện áp: Máy biến áp giúp duy trì điện áp ổn định trong hệ thống, điều chỉnh tỷ lệ biến đổi điện áp đầu ra theo điện áp đầu vào, giảm thiểu sự sụt áp và biến động điện áp trong quá trình truyền tải và phân phối điện.
• Bảo vệ hệ thống điện: Máy biến áp góp phần bảo vệ hệ thống điện khỏi các sự cố như quá áp, ngắn mạch, dao động điện áp, từ đó đảm bảo an toàn cho thiết bị và người sử dụng.
• Cách ly mạch điện: Máy biến áp tạo ra sự cách ly điện giữa mạch sơ cấp và thứ cấp, tăng tính an toàn và giảm thiểu nhiễu điện từ trong hệ thống.

Tóm lại, máy biến áp là thiết bị không thể thiếu trong hệ thống nhà máy điện, giúp chuyển đổi điện áp phù hợp cho truyền tải và phân phối điện năng hiệu quả, ổn định và an toàn, từ đó đảm bảo nguồn điện đến tay người tiêu dùng với chất lượng cao và tổn thất thấp nhất.

Trên đây là những thông tin về máy biến áp là gì? Cấu tạo và chức năng của máy biến áp. Máy biến áp là thiết bị chủ chốt trong việc biến đổi điện áp xoay chiều, góp phần giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải và phân phối điện. Hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của máy biến áp giúp chúng ta sử dụng và bảo trì thiết bị một cách hiệu quả, đồng thời nâng cao độ tin cậy và an toàn cho hệ thống điện. Máy biến áp thực sự là một mắt xích quan trọng, đảm bảo sự vận hành ổn định của toàn bộ mạng lưới điện hiện đại.