Máy biến áp

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp đo lường , biến áp 1 pha, 3 pha

 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp đo lường , máy biến áp 1 pha, 3 pha . Các loại máy biến áp ,đặc biệt là biến áp đo lường

Máy biến áp đo lường :

Máy biến áp khô là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều từ điện áp này sang điện áp khác mà vẫn giữ nguyên tần số.

Cấu tạo của máy biến áp

Máy biến áp gồm ba bộ phận chính: lõi thép (bộ phần dẫn từ), dây quấn (bộ phận dẫn điện) và vỏ máy. Ngoài ra máy còn có các bộ phận khác như: cách điện, đồng hồ đo, bộ phận điều chỉnh, bảo vệ , máy biến tần... 
a) Lõi thép
Lõi thép được làm từ thép kĩ thuật điện, được cán thành các lá thép dày 0,3; 0,35; 0,5 mm, hai mặt có phủ sơn cách điện để giảm tổn hao do dòng điện xoáy (dòng Phucô). 
Lõi thép gồm hai phần: trụ và gông. 
- Trụ là phần trên đó có quấn dây quấn, 
- Gông là phần lõi thép nối các trụ với nhau để khép kín mạch từ (hình 3-3 c và d). 
Tiết diện ngang của trụ có thể là hình vuông, hình chữ nhật, hay hình tròn có bậc. Loại hình tròn có bậc thường dùng cho máy biến áp công suất lớn. Tiết diện ngang của gông có thể là hình chữ nhật, hình chữ thập hay hình chữ T (hình 3-4). 
b) Dây quấn
Dây quấn máy biến áp thường được làm bằng đồng hoặc làm bằng nhôm, có tiết diện hình tròn hay hình chữ nhật, xung quanh dây dẫn có bọc cách điện bằng êmay hoặc sợi amiăng hay côtông.
Dây quấn máy biến áp gồm dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp:
Dây quấn nối với nguồn nhận năng lượng từ nguồn vào gọi là dây quấn sơ cấp.
Dây quấn nối với phụ tải, cung cấp điện cho phụ tải gọi là dây quấn thứ cấp.
Dây quấn sơ cấp và thứ cấp thường không nối điện với nhau, máy biến áp có hai như vậy gọi là máy biến áp phân ly hay máy biến áp cảm ứng (hình 3-5a).
Nếu máy biến áp có hai dây quấn nối điện với nhau và có phần chung gọi là máy biến áp tự ngẫu (hình 3-5b). 
c) Vỏ máy
Vỏ máy được làm bằng thép, dùng để bảo vệ máy. Với các máy biến áp dùng để truyền tải và phân phối điện năng, vỏ máy gồm hai bộ phận: thùng và nắp thùng.
Thùng máy làm bằng thép, tuỳ theo công suất mà hình dáng và kết cấu vỏ máy có khác nhau, có loại thùng phẳng, có loại thùng có ống hoặc cánh tản nhiệt.
Nắp thùng dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết quan trọng của máy như: các sứ đầu ra của dây quấn cao áp và hạ áp, bình giãn dầu, ống bảo hiểm, bộ phận truyền động của bộ điều chỉnh điện áp…

Các loại máy biến áp theo công dụng:

Máy biến đổi tăng điện áp được gọi là máy biến áp tăng áp.
Máy biến đổi giảm điện áp được gọi là máy biến áp giảm áp

Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Máy biến áp đông anh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
Máy biến áp một pha hai dây quấn như hình 3-7. 
Dây quấn sơ cấp 1 có W1 vòng dây, dây quấn thứ cấp 2 có W2 vòng dây. Hai dây quấn được quấn trên lõi thép 3. 
Đặt vào dây quấn sơ cấp một điện áp xoay chiều hình sin U1, trong cuộn dây sơ cấp có dòng điện xoay chiều I1. Dòng I1 sinh ra trong lõi thép từ thông biến thiên . Từ thông này móc vòng qua cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng nên trong chúng các sức điện động cảm ứng E1 và E2. Nếu máy biến áp không tải (thứ cấp hở mạch) thì điện áp tại hai đầu cuộn thứ cấp bằng sức điện động E2:
U20 = E2 
Nếu thứ cấp được nối với phụ tải Zt, trong cuộn dây thứ cấp có dòng điện I2, dòng I2 lại sinh ra từ thông thứ cấp chạy trong mạch từ, từ thông này có khuynh hướng chống lại từ thông do dòng sơ cấp tạo nên, làm cho từ thông trong lõi thép (gọi là từ thông chính) giảm biên độ. Để giữ cho từ thông chính không đổi, dòng sơ cấp phải tăng lên một lượng khá lớn để từ thông tăng thêm bù vào sự suy giảm do từ thông thứ cấp gây nên. Điện áp thứ cấp khi máy có tải là U2 
Như vậy năng lượng điện đã được truyền từ sơ cấp sang thứ cấp.
Bỏ qua sụt áp trong máy biến áp ta có:
U1 ≈ E1 và U2 ≈ E2
Trong đó: 
E1 = 4,44fW1m là trị số hiệu dụng của sức điện động sơ cấp;
E2 = 4,44fW­22 là trị số hiệu dụng của sức điện động thứ cấp;
U1, U2 là trị số hiệu dụng của điện áp sơ cấp và thứ cấp máy biến áp (V, kV);
f - tần số của điện áp đặt vào cuộn sơ cấp;
W1 và W2 - là số vòng của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp;
m - biên độ từ thông chính trong lõi thép.
Từ đó ta có: E1/E2 ≈ U1/U2 = W1/W2 = k
k - gọi là tỉ số biến đổi của máy biến áp (tỉ số biến áp).
Máy biến áp có k > 1 (U1 > U2) gọi là máy biến áp giảm áp.
Máy biến áp có k < 1 (U1 < U2) gọi là máy biến áp tăng áp. 
Nếu bỏ qua tổn hao công suất trong máy biến áp thì S1 = S2, và ta có:
U1.I1 = U2.I2 
và U1/U2 = I2/I1 = k