1. Cấu tạo máy biến thế
Máy biến thế là một thiết bị điện tĩnh dùng để biến đổi điện áp xoay chiều mà không làm thay đổi tần số. Cấu tạo của máy biến thế bao gồm các thành phần chính sau:
-
Lõi thép: Lõi thép được làm từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng ghép cách điện với nhau. Vật liệu này có tính dẫn từ cao, dùng để dẫn từ thông, đồng thời giảm tổn hao do dòng điện Foucault (dòng điện xoáy). Lõi thép có hai phần chính: trụ từ (nơi đặt cuộn dây) và gông từ (kết nối các trụ từ tạo thành mạch kín).
-
Cuộn dây: Cuộn dây được làm từ dây dẫn điện (thường là đồng hoặc nhôm) và được quấn quanh trụ từ của lõi thép. Máy biến thế có ít nhất hai cuộn dây: cuộn sơ cấp (cuộn vào) và cuộn thứ cấp (cuộn ra). Số vòng dây của mỗi cuộn quyết định tỷ lệ biến áp. Các cuộn dây được cách điện với nhau và với lõi thép.
-
Vỏ máy: Vỏ máy có chức năng bảo vệ các bộ phận bên trong máy biến thế khỏi tác động của môi trường bên ngoài như bụi bẩn, nước, và các tác động cơ học. Vỏ máy thường được làm bằng thép hoặc gang.
2. Nguyên tắc hoạt động của máy biến thế
Máy biến thế hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi đặt một điện áp xoay chiều vào cuộn sơ cấp, dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơ cấp tạo ra một từ thông biến thiên trong lõi thép. Từ thông này móc vòng qua cả cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động xoay chiều trong cả hai cuộn.
Sức điện động cảm ứng trong mỗi cuộn dây tỉ lệ với số vòng dây của cuộn đó. Do đó, tỷ số giữa điện áp ở cuộn sơ cấp (U1) và điện áp ở cuộn thứ cấp (U2) bằng tỷ số giữa số vòng dây của cuộn sơ cấp (n1) và số vòng dây của cuộn thứ cấp (n2):
U1/U2 = n1/n2
Nếu n1 > n2, ta có máy hạ thế (U1 > U2).
Nếu n1 < n2, ta có máy tăng thế (U1 < U2).
Máy biến thế chỉ hoạt động với dòng điện xoay chiều vì chỉ dòng điện xoay chiều mới tạo ra từ thông biến thiên, cần thiết cho hiện tượng cảm ứng điện từ. Dòng điện một chiều không tạo ra từ thông biến thiên, do đó không thể sử dụng để vận hành máy biến thế.
3. Ứng dụng của máy biến thế trong truyền tải điện năng
Trong hệ thống truyền tải điện năng, máy biến thế đóng vai trò quan trọng trong việc tăng điện áp ở đầu đường dây truyền tải và giảm điện áp ở nơi tiêu thụ. Việc tăng điện áp giúp giảm dòng điện trên đường dây, từ đó giảm tổn hao năng lượng do hiệu ứng Joule (tỏa nhiệt trên dây dẫn).
Tại các nhà máy điện, máy biến thế tăng thế được sử dụng để tăng điện áp lên hàng trăm kilovolt trước khi truyền tải đi xa. Đến gần khu vực tiêu thụ, máy biến thế hạ thế được sử dụng để giảm điện áp xuống mức phù hợp với các thiết bị điện dân dụng (ví dụ: 220V hoặc 110V).
4. Các loại máy biến thế
Máy biến thế được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm:
- Theo chức năng: Máy biến thế tăng thế, máy biến thế hạ thế, máy biến thế tự ngẫu.
- Theo cấu trúc: Máy biến thế lõi, máy biến thế vỏ.
- Theo môi trường làm việc: Máy biến thế khô, máy biến thế dầu.
- Theo số pha: Máy biến thế một pha, máy biến thế ba pha.
Việc lựa chọn loại máy biến thế phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng.
