Khám phá Máy Biến Áp - Cấu tạo và tác dụng trong cuộc sống

Máy biến áp là gì? Cấu tạo của nó như thế nào? Đây là những câu hỏi thường gặp khi nhắc đến lĩnh vực điện năng, nơi mà máy biến áp đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc chuyển đổi điện năng từ một mức điện áp này sang một mức điện áp khác.. Hãy cùng tham khảo bài viết dưới đây của Bảo An.

1. Máy biến áp là gì?

Hiểu một cách đơn giản nhất, máy biến áp hay còn gọi là máy biến thế là một thiết bị từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Có chức năng biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp này sang điện áp khác với giá trị tần số không đổi. 

Ở các loại máy biến áp, việc biến đổi điện áp chỉ thực hiện khi dòng điện là dòng xoay chiều hoặc dòng điện có biến đổi xung. Chúng không chỉ được dùng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng mà còn dùng cho các ứng dụng khác như nối mạch chỉnh lưu, cấp nguồn cho lò điện, máy hàn, máy thí nghiệm,...

Hình 1: Máy biến áp là gì?

Mời bạn tham khảo hình ảnh cũng như thông số kỹ thuật của sản phẩm Máy biến áp hạ thế CHINT NDK-50VA IEC (415/380/220-220/110/48/24/12) hiện được phân phối ở Bảo An tại đây.

2. Cấu tạo máy biến áp

Cấu tạo máy biến áp bao gồm ba bộ phận chính đó là: Lõi thép, dây quấn và vỏ máy. Cụ thể các bộ phận như sau:

• Lõi thép: Được chế tạo từ các loại vật liệu có từ tính tốt. Lõi thép thường được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện thành mạch khép kín, các lá mỏng mặt ngoài được sơn cách điện với độ dày từ 0,3 đến 0,5mm. Lõi thép gồm có phần trụ và gông được dùng lần lượt để đặt dây quấn và nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch kín.
• Dây quấn: Có chức năng nhận và truyền năng lượng. Vật liệu làm dây quấn thường là đồng hoặc nhôm, có tiết diện tròn hoặc hình chữ nhật, có bọc cách điện bên ngoài. Dây quấn có nhiều vòng dây được quấn vào trụ thép. Ở giữa các vòng dây, giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi thép đều có lớp cách điện. Máy biến áp thường có 2 loại dây quấn là dây quấn sơ cấp (để nhận năng lượng) và dây quấn thức cấp (để cấp năng lượng cho phụ tải).
• Vỏ máy: Vỏ máy thường được làm từ các chất liệu khác nhau, vd như: nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng. Tác dụng của vỏ máy là để bảo vệ các bộ phận bên trong. 

3. Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Máy biến áp là máy điện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Cụ thể như sau: 

• Khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây sơ cấp, nó tạo ra từ trường biến đổi xung quanh lõi thép. Từ trường biến đổi này cảm ứng vào cuộn dây thứ cấp, khiến cuộn dây thứ cấp sinh ra dòng điện.
• Điều thú vị là dòng điện sinh ra ở cuộn thứ cấp sẽ có điện áp phụ thuộc vào tỷ lệ số vòng giữa hai cuộn dây. Nếu cuộn dây thứ cấp có số vòng ít hơn cuộn sơ cấp, điện áp sẽ được giảm và ngược lại.

Công thức cơ bản:

U₁/U₂ = N₁/N₂

Trong đó:

• U₁ và U₂ lần lượt là điện áp sơ cấp và điện áp thứ cấp.
• N₁ và N₂ lần lượt là số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.

 

Hình 2: Nguyên lý làm việc của máy biến áp

4. Các loại máy biến áp

Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều loại máy biến áp khác nhau với cấu tạo và công dụng khác nhau được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau. Dưới đây là những loại phổ biến nhất được phân loại theo các tiêu chí như sau:

4.1. Phân loại theo cấu tạo

Theo cấu tạo, có 2 loại chính là: máy biến áp 1 pha và máy biến áp 3 pha. Cụ thể:

a. Máy biến áp 1 pha

• Có một cuộn dây sơ cấp và một cuộn dây thứ cấp.
• Dễ dàng kiểm soát và bảo trì, thiết kế đơn giản.
• Thường sử dụng cho hệ thống điện nhỏ, hộ gia đình, thiết bị đo lường, lò luyện kim và các ứng dụng công nghiệp có tải nhẹ.
• Có kích thước nhỏ nên còn gọi là máy biến áp mini, máy biến áp nhỏ; phù hợp với các ứng dụng có công suất không quá lớn.

b. Máy biến áp 3 pha

• Bao gồm ba bộ cuộn dây sơ cấp và ba bộ cuộn dây thứ cấp, làm việc cùng nhau theo nguyên lý đối xứng.
• Thiết kế phức tạp hơn, cho phép cung cấp nguồn điện ổn định và liên tục với tải trọng cao.
• Ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp, nhà máy sản xuất, hệ thống truyền tải và phân phối điện quy mô lớn.
• Đáp ứng tốt các yêu cầu về hiệu suất và độ tin cậy khi cung cấp điện cho nhiều thiết bị đồng thời.

4.2. Phân loại theo chức năng

Theo chức năng, có các loại bao gồm:

a. Máy biến áp tăng áp

Chuyển đổi điện áp từ mức thấp lên mức cao.

• Được sử dụng chủ yếu trong các nhà máy phát điện để nâng cao điện áp trước khi truyền tải đường dài, giảm tổn thất năng lượng.
• Cấu tạo chịu được mức điện áp cao, thường có kích thước lớn và yêu cầu hệ thống cách điện tiên tiến.
• Hiệu suất chuyển đổi cao nhằm đảm bảo nguồn điện ổn định cho quá trình truyền tải.

b. Máy biến áp hạ áp

Chuyển đổi điện áp từ mức cao xuống mức thấp

• Thường dùng tại trạm biến áp và các hộ tiêu dùng cuối cùng để hạ điện áp về mức an toàn sử dụng cho sinh hoạt, sản xuất và kinh doanh.
• Thiết kế tập trung vào khả năng cung cấp điện áp ổn định, dễ dàng lắp đặt và vận hành trong hệ thống phân phối.
• Kích thước có thể nhỏ gọn hơn so với máy tăng áp, phù hợp với các ứng dụng dân dụng và công nghiệp nhẹ.

4.3. Phân loại theo kiểu cách điện

Theo kiểu cách điện, có 2 loại phổ biến là: máy biến áp khô và máy biến áp dầu.

a. Máy biến áp dầu

Máy biến áp dầu là loại máy có sử dụng dầu để bảo quản lõi làm mát và có khả năng cách điện giúp tránh được các tia lửa điện phát sinh trong quá trình hoạt động. Máy biến áp sử dụng dầu để hoạt động do đó chất lượng dầu sẽ quyết định đến độ tin cậy và tuổi thọ của máy biến áp.

b. Máy biến áp khô

Máy biến áp khô hay còn gọi là máy biến áp nhựa đúc. Đây là loại máy có cuộn dây quấn được đặt trong nhựa epoxy. Khác với các loại máy biến áp thông thường, các cuộn dây và lõi từ của máy biến áp khô chịu áp lực bằng không khí. Các loại máy biến áp khô khắc phục được các nhược điểm của máy biến áp dầu. Máy biến áp khô có thể sử dụng trong các điều kiện khắc nghiệt như: ô nhiễm môi trường nặng, độ ẩm không khí trên 95% hay nhiệt độ môi trường xuống dưới -25°C.

5. Ứng dụng của máy biến áp

Các loại máy biến áp có rất nhiều ứng dụng trong đời sống thực tế. Các ứng dụng có thể kể đến như sau:

Trong truyền tải và phân phối điện năng:

• Trong các hệ thống điện, máy biến áp được dùng để tăng điện áp để truyền tải đi xa và giảm điện áp khi phân phối cho các khu vực tiêu thụ.
• Ví dụ: Máy biến áp 22kV/0.4kV là thiết bị phân phối điện chủ lực, chuyển đổi điện năng từ mức điện áp trung (22kV) xuống mức điện áp thấp (0.4kV) để phục vụ các ứng dụng dân dụng, công nghiệp và thương mại.

Hình 3: Ứng dụng máy biến áp trong truyền tải và phân phối điện năng

Trong công nghiệp:

• Dùng để cung cấp điện áp phù hợp cho các thiết bị công nghiệp.
• Ví dụ: Trong công nghiệp các thiết bị thường dùng nguồn cấp 3 pha 380V, như vậy tại các vị trí chỉ có nguồn cấp 1 pha 220V cần lắp thêm biến áp 1 pha ra 3 pha 380v.

Thiết bị điện dân dụng:

• Nhiều thiết bị điện như máy lạnh, tủ lạnh, và các thiết bị sử dụng điện hiệu suất cao đều cần biến áp để đảm bảo hoạt động ổn định.
• Ví du: 1 số gia đình sử dụng thiết bị điện nội đia nhật sử dụng nguồn 110V, cần lắp thêm máy biến áp 220v sang 110v để phù hợp với thiết bị

6. Những lưu ý khi lựa chọn máy biến áp

Khi lựa chọn máy biến áp, cần xem xét các yếu tố sau để đảm bảo phù hợp với nhu cầu sử dụng:

Xác định công suất và tải yêu cầu

• Công suất máy biến áp: Trước tiên, cần tính toán tải tiêu thụ điện của hệ thống hoặc thiết bị cần cấp nguồn. Chọn máy có công suất phù hợp để tránh hiện tượng quá tải hay hoạt động không hiệu quả.
• Sự biến đổi của tải: Xem xét mức tải điện khi hoạt động bình thường và khi khởi động, đặc biệt đối với các ứng dụng công nghiệp yêu cầu tải khởi động cao.

Kiểu máy biến áp và kiểu cách điện

• Máy biến áp dầu cách điện vs. máy biến áp khô cách điện: Máy biến áp dầu thường có khả năng chịu tải và tản nhiệt tốt, phù hợp với ứng dụng công nghiệp quy mô lớn. Máy biến áp khô có ưu điểm về an toàn, giảm nguy cơ rò rỉ dầu và thân thiện với môi trường, thích hợp cho khu vực dân cư, bệnh viện, trung tâm thương mại.

• Máy biến áp ép nhựa (Cast Resin Transformer): Lựa chọn nếu bạn cần thiết bị có hiệu quả cách điện cao, chống ẩm và giảm chi phí bảo trì.

Hiệu suất và tiết kiệm năng lượng

• Hiệu suất chuyển đổi điện: Hiệu suất cao giúp giảm tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải.
• Tiết kiệm điện năng: Lựa chọn loại máy có mức tổn hao điện năng thấp và thiết kế tối ưu để giảm chi phí vận hành lâu dài.

Điều kiện môi trường và lắp đặt

• Nhiệt độ và độ ẩm: Xác định môi trường hoạt động; Biến áp cần được bảo vệ khỏi nhiệt độ quá cao, độ ẩm hoặc bụi bẩn nếu lắp đặt ngoài trời hoặc trong môi trường khắc nghiệt.
• Dự phòng và an toàn: Kiểm tra các hệ thống bảo vệ như cầu chì, van tự động ngắt, hệ thống làm mát và cách điện, đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng như hệ thống điện.

Các tiêu chuẩn kỹ thuật và chất lượng

• Chứng nhận quốc tế: Ưu tiên lựa chọn Biến áp có chứng nhận chất lượng (ISO, IEC, UL, CE...) để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn an toàn và hiệu suất.
• Độ bền và thời gian bảo hành: Tìm hiểu kỹ thông số kỹ thuật, đánh giá về tuổi thọ và chính sách bảo hành của nhà sản xuất. Một biến áp chất lượng cao sẽ giúp giảm chi phí bảo trì và thay thế trong tương lai.

Uy tín của nhà cung cấp và dịch vụ hậu mãi

• Đánh giá nhà cung cấp: Chọn nhà cung cấp có uy tín, kinh nghiệm và hỗ trợ kỹ thuật tốt. Các thương hiệu nổi tiếng thường có sản phẩm ổn định và dịch vụ khách hàng tận tình.
• Dịch vụ bảo trì và hỗ trợ kỹ thuật: Xem xét các gói dịch vụ bảo trì định kỳ và hỗ trợ kỹ thuật sau bán hàng, đảm bảo sản phẩm hoạt động liên tục và an toàn.

Kết luận: Trên đây là những kiến thức hữu ích về máy biến áp cũng như ứng dụng của nó trong thực tế mà Bảo An đã đưa đến cho các bạn. Hy vọng, những kiến thức bổ ích này sẽ giúp ích cho công việc của bạn.