Máy biến áp một pha

1. Khái niệm

Máy biến áp 1 pha là thiết bị điện tĩnh dùng để biến đổi điện áp của dòng xoay chiều 1 pha từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác mà vẫn giữ nguyên tần số.

Hình 1. Các loại MBA 1 pha

2. Cấu tạo

Máy biến áp 1 pha cấu tạo gồm 3 phần chính:

  • Lõi thép.
  • Dây quấn.
  • Vỏ máy.

2.1. Lõi thép máy biến áp

Lõi thép MBA dùng để dẫn từ thông, được chế tạo từ các vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện có bề dày từ 0,35 ÷ 0,5mm, mặt ngoài các lá thép có sơn cách điện rồi ghép lại với nhau thành lõi thép.

Hình 2. Lõi thép MBA 1 pha (lõi E, I)

2.2. Dây quấn máy biến áp

Nhiệm vụ của dây quấn MBA là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Dây quấn MBA thường làm bằng dây dẫn đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện. Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép. Giữa các vòng dây và các lớp dây đều có cách điện. Khi các dây quấn đặt trên cùng 1 trụ, thì dây quấn điện áp thấp đặt sát trụ thép, còn dây quấn điện áp cao đặt bên ngoài. Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện.

Đối với MBA 1 pha thì dây quấn gồm 2 phần chính: Dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp.

  • Dây quấn sơ cấp: được nối với nguồn có giá trị điện áp và số vòng dây quấn lần lượt là U1 , N1.
  • Dây quấn thứ cấp: được nối với tải có giá trị điện áp và số vòng dây quấn lần lượt là U2 , N2.

Hình 3. Dây quấn MBA

2.3. Vỏ máy biến áp

Vỏ MBA làm bằng thép có nhiệm vụ bảo vệ lõi thép và dây quấn. Ngoài ra trên vỏ máy còn có ổ lấy điện cho tải, vôn kế, ampe kế, núm điều chỉnh,…vv.

Hình 4. Vỏ MBA 1 pha

3. Nguyên lý hoạt động

Ta hãy xét sơ đồ nguyên lý của máy biến áp 1 pha 2 dây quấn như hình 5 gồm: Cuộn sơ cấp có số vòng dây N1 và cuộn thứ cấp có số vòng dây N2 được quấn trên lõi thép.

Khi ta nối cuộn dây sơ cấp N1 vào nguồn điện xoay chiều u1(t) thì sẽ xuất hiện dòng điện i1(t) chạy trong dây quấn N1.

Dòng điện i1(t) sinh ra từ thông φ chạy trong lõi thép (chiều từ thông xác định theo quy tắc vặn nút chai).

Từ thông φ này sẽ móc vòng xuyên qua 2 cuộn 1 và 2 được gọi là từ thông chính.

Theo định luật cảm ứng điện từ, khi từ thông biến thiên sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng: e1 (phía sơ cấp) và e2 (phía thứ cấp).

Khi dây quấn 2 hở mạch nghĩa là dòng i2(t) = 0, MBA làm việc ở chế độ không tải, khi đó từ thông φ chỉ do dòng điện sơ cấp sinh ra. Gọi i10(t) là dòng điện sơ cấp hoạt động ở chế độ không tải.

Khi dây quấn 2 nối với tải, dưới tác động của sức điện động e2(t) thì có dòng điện i2(t) ra tải. Khi đó từ thông chính do cả 2 dòng điện i1(t) và i2(t) sinh ra.

Do điện áp nguồn u1(t) hình sin nên từ thông chính cũng hình sin.

Do mạch từ khép kín nên từ thông này sẽ móc vòng qua hai cuộn dây tạo nên trong đó các sức điện động E1 và E2.

Nếu MBA có: U1 > U2, N> N2 => MBA hạ áp.

Nếu MBA có: U1 < U2, N1 < N2 => MBA tăng áp.

Hình 5. Sơ đồ nguyên lý của MBA

Để hiểu rõ hơn về chế độ làm việc của MBA 1 pha chúng ta cùng xem video sau nhé:

4. Các chế độ làm việc của máy biến áp

4.1. Chế độ không tải

 

Hình 6. Sơ đồ thí nghiệm không tải của MBA

4.2. Chế độ mang tải

 

Hình 7. Sơ đồ tương đương của MBA khi mang tải

5. Các đại lượng định mức

Hình 8. Các đại lượng định mức của MBA

6. Ứng dụng

MBA 1 pha có thể chuyển đổi hiệu điện thế với đúng giá trị mong muốn, chính vì thế người ta thường sử dụng MBA 1 pha để làm ổn định đường điện tại các gia đình, nhà máy và xí nghiệp,…vv.

Bên cạnh việc sử dụng MBA 1 pha tại các đường dây cao áp, sử dụng trong nhà thì MBA 1 pha còn được ứng dụng trong việc điều chỉnh ổn áp cho 1 số cục sạc, cục biến áp,…dùng cho các thiết bị điện có điện thế cực nhỏ.

Hình 9. Sơ đồ truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ

7. Câu hỏi

7.1. Nêu khái niệm và công dụng của MBA 1 pha ?

7.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của MBA 1 pha ?