Power Transformers: Máy biến áp điện là một thiết bị tĩnh có chức năng truyền năng lượng điện từ mạch này sang mạch khác mà không làm thay đổi tần số. Nó hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ và có thể tăng hoặc giảm mức điện áp của nguồn điện xoay chiều (AC). Máy biến áp điện rất cần thiết cho việc truyền tải, phân phối và sử dụng điện trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Máy biến áp điện là gì?
Máy biến áp điện là một thiết bị hoạt động với điện áp cao trong hệ thống điện, chủ yếu để điều chỉnh mức điện áp giữa các máy phát điện và mạch phân phối. Nó bao gồm hai hoặc nhiều cuộn dây được liên kết từ tính thông qua một lõi. Các biến thiên dòng điện trong một cuộn dây gây ra các thay đổi trong từ thông trong lõi, do đó tạo ra điện áp trong các cuộn dây khác. Tỷ lệ điện áp giữa các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp phụ thuộc vào tỷ số vòng dây của chúng.
Máy biến áp điện được phân loại là thiết bị tĩnh vì chúng không có bộ phận chuyển động hoặc quay. Chúng cũng là thiết bị thụ động vì chúng không tạo ra hoặc tiêu thụ năng lượng điện, mà chỉ truyền năng lượng từ mạch này sang mạch khác. Máy biến áp điện có thể hoạt động với hiệu suất và độ tin cậy cao trong thời gian dài.
Tại sao máy biến áp điện được sử dụng?
Máy biến áp điện được sử dụng vì nhiều lý do trong hệ thống điện. Một số lý do là:
- Để giảm tổn thất điện năng trên đường dây truyền tải: Điện năng được tạo ra ở mức điện áp thấp, dẫn đến dòng điện cao và tổn thất đường dây cao do nhiệt Ohmic (Ohmic heating). Bằng cách sử dụng máy biến áp tăng áp tại trạm phát điện, có thể tăng mức điện áp và giảm dòng điện, giúp giảm tổn thất đường dây và cải thiện hệ số công suất. Tương tự như vậy, ở đầu nhận, có thể sử dụng máy biến áp hạ áp để hạ mức điện áp xuống giá trị phù hợp để phân phối và tiêu thụ.
- Cung cấp khả năng cách ly điện: Máy biến áp điện đảm bảo cách ly điện giữa các mạch có điện thế hoặc tần số khác nhau. Bảo vệ này ngăn ngừa đoản mạch, lỗi tiếp đất và hư hỏng thiết bị do nhiễu điện.
- Điều hợp trở kháng: Bằng cách điều chỉnh mức điện áp và dòng điện, máy biến áp nguồn sẽ điều hợp trở kháng tải với trở kháng nguồn, tăng cường truyền tải điện năng và hiệu suất mạch.
- Điều chỉnh mức điện áp: Máy biến áp điện cung cấp nhiều mức điện áp khác nhau phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau—chiếu sáng, sưởi ấm và truyền thông. Ví dụ, máy biến áp ba pha có thể cung cấp cả điện ba pha cho công nghiệp và điện một pha cho gia đình.
Các loại máy biến áp điện
Máy biến áp điện có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, chẳng hạn như cấu tạo, chức năng, ứng dụng, v.v. Một số loại máy biến áp điện phổ biến là:
- Máy biến áp tăng áp và hạ áp: Các máy biến áp này được sử dụng để tăng hoặc giảm mức điện áp của nguồn cung cấp AC. Máy biến áp tăng áp có vòng dây ở cuộn thứ cấp nhiều hơn ở cuộn sơ cấp, trong khi máy biến áp giảm áp có số vòng dây ở cuộn thứ cấp ít hơn ở cuộn sơ cấp.
- Máy biến áp một pha và ba pha: Các máy biến áp này được sử dụng để xử lý nguồn điện xoay chiều một pha hoặc ba pha. Máy biến áp một pha có một cuộn dây sơ cấp và một cuộn dây thứ cấp, trong khi máy biến áp ba pha có ba cuộn dây sơ cấp và ba cuộn dây thứ cấp được kết nối theo cấu hình sao hoặc tam giác.
- Máy biến áp hai cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu: Các máy biến áp này có hai cuộn dây riêng biệt hoặc một cuộn dây chung cho cả mạch sơ cấp và thứ cấp. Máy biến áp hai cuộn dây được sử dụng khi tỷ số điện áp lớn hơn 2, trong khi máy biến áp tự ngẫu được sử dụng khi tỷ số điện áp nhỏ hơn 2.
- Máy biến áp phân phối và máy biến áp điện: Những máy biến áp này được sử dụng cho các mục đích khác nhau trong mạng lưới hệ thống điện. Máy biến áp phân phối được sử dụng để hạ điện áp để phân phối cho người dùng gia đình hoặc thương mại. Nó có khả năng điều chỉnh điện áp tốt và hầu hết thời gian hoạt động ở mức đầy tải hoặc gần đầy tải. Máy biến áp điện được sử dụng để tăng hoặc giảm điện áp để truyền tải giữa các trạm phát điện và trạm biến áp. Nó có khả năng điều chỉnh điện áp kém và hoạt động ở các mức tải khác nhau tùy theo nhu cầu.
- Máy biến áp đo lường: Các máy biến áp này được sử dụng để đo điện áp và dòng điện cao trong mạch bằng cách hạ chúng xuống các giá trị thấp hơn có thể đo được bằng các thiết bị đo thông thường. Chúng bao gồm máy biến dòng điện (CT) và máy biến áp điện thế (PT).
- Máy biến áp làm mát bằng dầu và máy biến áp khô: Các máy biến áp này khác nhau về phương pháp làm mát. Máy biến áp làm mát bằng dầu sử dụng dầu khoáng làm môi trường làm mát tuần hoàn qua bộ tản nhiệt hoặc bộ trao đổi nhiệt. Máy biến áp loại khô sử dụng không khí làm môi chất làm mát chảy qua các lỗ thông hơi hoặc quạt.
- Máy biến áp loại lõi (Core type) và loại vỏ (shell type): Các máy biến áp này khác nhau về hình dạng lõi và cách sắp xếp cuộn dây. Máy biến áp loại lõi có lõi hình chữ nhật với hai nhánh thẳng đứng và một ách nằm ngang. Các cuộn dây có dạng hình trụ, đồng tâm và được đặt trên cả hai nhánh. Máy biến áp kiểu vỏ có một nhánh trung tâm và hai nhánh bên ngoài tạo thành một lớp vỏ bao quanh các cuộn dây. Các cuộn dây được kẹp giữa các nhánh và có nhiều lớp.
- Máy biến áp ngoài trời và trong nhà: Máy biến áp ngoài trời, được thiết kế cho các điều kiện khắc nghiệt, được làm mát bằng dầu và được đặt trong thùng kim loại. Ngược lại, máy biến áp trong nhà hoạt động trong môi trường được kiểm soát và thường là loại khô, được bao bọc trong tủ kim loại.
Thông số kỹ thuật của máy biến áp điện
Máy biến áp điện có nhiều thông số kỹ thuật khác nhau mô tả đặc điểm và hiệu suất của chúng. Một số thông số kỹ thuật phổ biến là:
- Điện áp định mức: Đây là điện áp danh định mà máy biến áp được thiết kế để hoạt động. Nó thường được biểu thị bằng kilovolt (kV) hoặc volt (V).
- Công suất định mức: Đây là công suất biểu kiến tối đa mà máy biến áp có thể cung cấp ở điện áp và tần số định mức của nó. Nó thường được biểu thị bằng kilovolt-ampe (kVA) hoặc megavolt-ampe (MVA).
- Dòng điện định mức: Đây là dòng điện tối đa mà máy biến áp có thể mang ở điện áp và tần số định mức của nó. Nó thường được biểu thị bằng ampe (A) hoặc kiloampe (kA).
- Tỷ số điện áp: Đây là tỷ số giữa điện áp thứ cấp và điện áp sơ cấp của máy biến áp. Nó cho biết máy biến áp tăng hay giảm điện áp bao nhiêu.
- Tỷ số vòng: Đây là tỷ số giữa số vòng trong cuộn thứ cấp với số vòng trong cuộn sơ cấp của máy biến áp. Nó liên quan đến tỷ số điện áp theo phương trình: Vs/Vp=Ns/Np
Trong đó Vs và Vp là điện áp thứ cấp và sơ cấp, và Ns và Np là vòng thứ cấp và sơ cấp.
- Trở kháng: Đây là sự cản trở dòng điện trong máy biến áp. Nó thường được biểu thị dưới dạng phần trăm của điện áp định mức chia cho dòng điện định mức hoặc dưới dạng giá trị ohm.
- Hiệu suất: Đây là tỷ số giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của máy biến áp. Nó cho biết máy biến áp chuyển đổi năng lượng điện từ mạch này sang mạch khác tốt như thế nào.
- Điều chỉnh điện áp: Đây là sự thay đổi điện áp thứ cấp khi tải thay đổi từ đầy tải sang không tải, được biểu thị bằng phần trăm của điện áp không tải. Nó cho biết máy biến áp duy trì điện áp đầu ra không đổi tốt đến mức nào.
Ứng dụng của máy biến áp điện
Máy biến áp điện được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như:
- Phát điện: Máy biến áp điện được sử dụng để tăng điện áp do nhà máy điện tạo ra để truyền tải đến các trạm biến áp. Điều này làm giảm dòng điện và tổn thất đường dây trong quá trình truyền tải.
- Truyền tải điện: Máy biến áp điện được sử dụng để tăng hoặc giảm điện áp tại các điểm khác nhau của mạng lưới truyền tải nhằm cung cấp điện hiệu quả. Chúng cũng cung cấp khả năng cách ly điện và kết hợp trở kháng giữa các mạch khác nhau.
- Phân phối điện: Máy biến áp điện được sử dụng để hạ điện áp để phân phối cho người dùng gia đình hoặc thương mại. Nó hoạt động ở tải thay đổi tùy theo nhu cầu và có khả năng điều chỉnh điện áp tốt. Chúng cũng cung cấp nhiều mức điện áp cho các ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như chiếu sáng, sưởi ấm, làm mát, truyền thông, v.v.
- Chiếu sáng: Máy biến áp điện được sử dụng để cung cấp điện áp thấp và dòng điện cao cho hệ thống chiếu sáng, chẳng hạn như đèn huỳnh quang, biển hiệu neon, v.v.
- Hệ thống âm thanh: Máy biến áp nguồn được sử dụng để cách ly và khuếch đại tín hiệu âm thanh trong loa, bộ khuếch đại, micro, v.v.
- Thiết bị điện tử: Máy biến áp điện được sử dụng để cung cấp nguồn điện áp thấp và ổn định cho các thiết bị điện tử như máy tính, tivi, radio, v.v.
Máy biến áp điện là thiết bị tĩnh truyền năng lượng điện từ mạch này sang mạch khác mà không thay đổi tần số. Chúng hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ và có thể tăng hoặc giảm mức điện áp của nguồn cung cấp AC. Máy biến áp điện rất cần thiết cho việc truyền tải, phân phối và sử dụng điện trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Chúng có nhiều loại, thông số kỹ thuật và ứng dụng khác nhau tùy thuộc vào thiết kế, chức năng và mục đích của chúng.
