Máy biến áp là một thiết bị điện từ dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều có hiệu điện thế và tần số thành dòng điện xoay chiều có hiệu điện thế khác (hoặc bằng) và cùng tần số.
Nội dung
Thiết bị và hoạt động của máy biến áp
Trong trường hợp đơn giản nhất máy biến áp chứa một cuộn sơ cấp có số vòng W1 và một thứ cấp với số lượt W2. Năng lượng được cung cấp cho cuộn sơ cấp, tải được nối với thứ cấp. Sự truyền năng lượng được thực hiện bằng hiện tượng cảm ứng điện từ. Để tăng cường khả năng ghép điện từ, trong hầu hết các trường hợp, các cuộn dây được đặt trên một lõi kín (mạch từ).
Nếu đặt một hiệu điện thế xoay chiều U vào cuộn sơ cấp thì1, sau đó một dòng điện xoay chiều I1, tạo ra một từ thông Ф có cùng dạng trong lõi.Từ thông này tạo ra EMF trong cuộn dây thứ cấp. Nếu mắc một tải vào mạch thứ cấp thì dòng điện thứ cấp I2.
Hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp được xác định bằng tỉ số vòng dây W1 và W2:
U2= U1* (W1/ W2) = U1/ k, k ở đâu tỷ lệ biến đổi.
Nếu k <1 thì U2> U1, và một máy biến áp như vậy được gọi là bước lên. Nếu k> 1, thì U2<U1, như là máy biến áp được gọi là bước xuống. Vì công suất đầu ra của máy biến áp bằng công suất đầu vào (trừ đi tổn thất trong chính máy biến áp), chúng ta có thể nói rằng Pout \ u003d Pin, U1*TÔI1= U2*TÔI2 và tôi2= Tôi1* k = tôi1* (W1/ W2). Do đó, trong máy biến áp không tổn hao, điện áp đầu vào và đầu ra tỷ lệ thuận với tỷ lệ số vòng dây quấn. Và các dòng điện tỷ lệ nghịch với tỷ lệ này.
Một máy biến áp có thể có nhiều hơn một cuộn thứ cấp với các tỷ số khác nhau. Vì vậy, một máy biến áp để cấp nguồn cho thiết bị đèn gia dụng từ mạng 220 vôn có thể có một cuộn dây thứ cấp, ví dụ, 500 vôn để cấp nguồn cho mạch anốt và 6 vôn để cấp nguồn cho mạch sợi đốt. Trong trường hợp đầu tiên k <1, trong trường hợp thứ hai - k> 1.
Máy biến áp chỉ hoạt động với điện áp xoay chiều - để xuất hiện EMF trong cuộn thứ cấp, từ thông phải thay đổi.
Các loại lõi cho máy biến áp
Trong thực tế, lõi không chỉ có hình dạng được chỉ định được sử dụng. Tùy thuộc vào mục đích của thiết bị, mạch từ có thể được thực hiện theo những cách khác nhau.
Lõi que
Các mạch từ của máy biến áp tần số thấp được làm bằng thép có đặc tính từ tính rõ rệt.Để giảm dòng điện xoáy, mảng lõi được ghép từ các tấm riêng biệt cách ly về điện với nhau. Để làm việc ở tần số cao, các vật liệu khác được sử dụng, ví dụ như sắt tây.
Lõi được xem xét ở trên được gọi là lõi và bao gồm hai thanh. Đối với máy biến áp một pha, mạch từ ba thanh cũng được sử dụng. Chúng có ít từ thông rò rỉ từ trường hơn và hiệu quả cao hơn. Trong trường hợp này, cả cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp đều nằm trên thanh trung tâm của lõi.
Máy biến áp ba pha cũng được chế tạo trên lõi ba thanh. Chúng có cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của mỗi pha, mỗi cuộn nằm trên lõi riêng của nó. Trong một số trường hợp, mạch từ năm que được sử dụng. Các cuộn dây của chúng được đặt theo cùng một cách - mỗi thanh chính và thứ cấp trên một thanh riêng của nó, và hai thanh cực ở mỗi bên chỉ nhằm mục đích đóng các từ thông ở một số chế độ nhất định.
bọc thép
Trong lõi bọc thép người ta chế tạo máy biến áp một pha - cả hai cuộn dây đều được đặt trên lõi trung tâm của mạch từ. Từ thông trong lõi như vậy đóng tương tự như cấu trúc ba thanh - xuyên qua các bức tường bên. Thông lượng rò rỉ là rất nhỏ trong trường hợp này.
Ưu điểm của thiết kế này bao gồm một số tăng về kích thước và trọng lượng do khả năng làm đầy cửa sổ lõi dày đặc hơn với cuộn dây, vì vậy sẽ có lợi khi sử dụng lõi bọc thép để sản xuất máy biến áp công suất thấp. Điều này cũng dẫn đến một mạch từ ngắn hơn, dẫn đến giảm tổn thất không tải.
Nhược điểm là khó tiếp cận các cuộn dây hơn để sửa đổi và sửa chữa, cũng như sự phức tạp tăng lên của việc chế tạo cách điện cho điện áp cao.
Hình xuyến
Trong lõi hình xuyến, từ thông hoàn toàn đóng bên trong lõi, và thực tế không có từ thông rò rỉ. Nhưng các máy biến áp như vậy rất khó cuộn dây, vì vậy chúng khá hiếm khi được sử dụng, ví dụ, trong các máy biến áp tự động có thể điều chỉnh công suất thấp hoặc trong các thiết bị tần số cao nơi khả năng chống ồn là quan trọng.
Autotransformer
Trong một số trường hợp, nên sử dụng các máy biến áp như vậy, không chỉ có kết nối từ tính giữa các cuộn dây mà còn là kết nối điện. Có nghĩa là, trong các thiết bị nâng cấp, cuộn dây chính là một phần của cuộn dây thứ cấp và trong các thiết bị bước xuống, là phần thứ cấp của cuộn dây sơ cấp. Một thiết bị như vậy được gọi là bộ biến đổi tự động (AT).
Máy biến áp tự động nấc xuống không phải là một bộ phân áp đơn giản - khớp nối từ cũng tham gia vào quá trình truyền năng lượng cho mạch thứ cấp.
Ưu điểm của máy biến áp tự động là:
- tổn thất nhỏ hơn;
- khả năng điều chỉnh điện áp trơn tru;
- chỉ số trọng lượng và kích thước nhỏ hơn (máy biến áp tự động rẻ hơn, vận chuyển dễ dàng hơn);
- chi phí thấp hơn do lượng vật liệu yêu cầu nhỏ hơn.
Những bất lợi bao gồm nhu cầu sử dụng cách điện của cả hai cuộn dây, được thiết kế cho điện áp cao hơn, cũng như thiếu sự cách ly điện giữa đầu vào và đầu ra, có thể chuyển ảnh hưởng của hiện tượng khí quyển từ mạch sơ cấp sang mạch thứ cấp. Trong trường hợp này, các phần tử của mạch thứ cấp không thể được nối đất.Ngoài ra, nhược điểm của AT được coi là tăng dòng ngắn mạch. Đối với máy biến áp tự ngẫu ba pha, các cuộn dây thường được nối hình sao với trung tính nối đất, có thể thực hiện các sơ đồ đấu nối khác, nhưng quá phức tạp và cồng kềnh. Đây cũng là nhược điểm làm thu hẹp phạm vi hoạt động của autotransformers.
Ứng dụng của máy biến áp
Tính chất tăng giảm điện áp của máy biến áp được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống hàng ngày.
Biến đổi điện áp
Các yêu cầu khác nhau được đặt ra đối với mức điện áp công nghiệp ở các giai đoạn khác nhau. Khi sản xuất điện, việc sử dụng máy phát điện cao áp là không có lợi vì nhiều lý do khác nhau. Vì vậy, ví dụ, máy phát điện 6 ... 35 kV được sử dụng tại các nhà máy thủy điện. Ngược lại, để vận chuyển điện, bạn cần tăng điện áp - từ 110 kV đến 1150 kV, tùy thuộc vào khoảng cách. Hơn nữa, điện áp này một lần nữa được giảm xuống mức 6 ... 10 kV, được phân phối đến các trạm biến áp địa phương, từ đó nó được giảm xuống 380 (220) vôn và đến tay người tiêu dùng cuối cùng. Trong các thiết bị gia dụng và công nghiệp, nó cũng phải được hạ xuống, thường là 3 ... 36 vôn.
Tất cả các hoạt động này được thực hiện với sử dụng máy biến áp. Chúng có thể khô hoặc gốc dầu. Trong trường hợp thứ hai, lõi có các cuộn dây được đặt trong bể chứa dầu, là môi trường cách điện và làm mát.
Cách ly điện
Galvanic cách ly làm tăng độ an toàn cho các thiết bị điện. Nếu thiết bị được cấp nguồn không trực tiếp từ mạng 220 vôn, nơi một trong các dây dẫn được nối với đất, mà thông qua một máy biến áp 220/220 vôn, thì điện áp nguồn sẽ giữ nguyên.Nhưng nếu chạm đồng thời vào đất và các bộ phận mang dòng điện thứ cấp của mạch để dòng điện chạy qua thì sẽ không có dòng điện chạy qua và nguy cơ điện giật sẽ thấp hơn nhiều.
Đo điện thế
Trong tất cả các hệ thống điện, cần phải kiểm soát mức điện áp. Nếu sử dụng cấp điện áp lên đến 1000 vôn, thì vôn kế được nối trực tiếp với các bộ phận mang điện. Trong các hệ thống điện trên 1000 vôn, điều này sẽ không hoạt động - các thiết bị có thể chịu được điện áp như vậy hóa ra lại quá cồng kềnh và không an toàn trong trường hợp có sự cố cách điện. Do đó, trong các hệ thống như vậy, vôn kế được kết nối với dây dẫn điện áp cao thông qua máy biến áp với tỷ số biến đổi thuận tiện. Ví dụ, đối với mạng 10 kV, máy biến áp dụng cụ 1: 100 được sử dụng, đầu ra là điện áp tiêu chuẩn 100 vôn. Nếu điện áp trên cuộn sơ cấp thay đổi biên độ thì trên cuộn thứ cấp biến thiên đồng thời. Thang đo vôn kế thường được chia độ trong dải điện áp sơ cấp.
Máy biến áp là một phần tử khá phức tạp và tốn kém cho quá trình sản xuất và bảo trì. Tuy nhiên, trong nhiều lĩnh vực, những thiết bị này là không thể thiếu và không có giải pháp thay thế chúng.
Các bài tương tự:
