Khái niệm cơ bản về máy biến áp

Máy biến áp nói chung là thiết bị có khả năng biến đổi các đại lượng từ giá trị này sang giá trị khác. Đối với bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào Biến điện áp là một thành phần điện tĩnh có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều từ giá trị này sang giá trị khác mà không thay đổi tần số bằng cách sử dụng các nguyên tắc cảm ứng điện từ.

Trong một trong những bài viết trước của chúng tôi về Dòng điện xoay chiều, chúng tôi đã đề cập đến tầm quan trọng của máy biến áp, trong lịch sử của dòng điện xoay chiều. Đó là nguyên nhân chính tạo ra dòng điện xoay chiều. Ban đầu, khi các hệ thống dựa trên DC được sử dụng, chúng không thể được chuyển qua một khoảng cách xa do mất điện trên đường dây khi khoảng cách (chiều dài) tăng lên, có nghĩa là các trạm phát điện DC phải được đặt ở khắp mọi nơi, do đó mục tiêu chính của AC là để giải quyết vấn đề truyền tải và không có máy biến áp, điều đó sẽ không thể xảy ra vì tổn thất sẽ vẫn tồn tại ngay cả với AC.

Với máy biến áp tại chỗ, AC có thể được truyền từ các trạm phát điện ở điện áp rất cao nhưng dòng điện thấp, giúp loại bỏ tổn thất trong đường dây (dây dẫn) do giá trị I ² R (gây ra tổn thất điện năng trong đường dây). Sau đó, máy biến áp được sử dụng để chuyển đổi điện áp cao, năng lượng dòng điện thấp sang điện áp thấp, năng lượng dòng điện cao để phân phối cuối cùng trong cộng đồng mà không làm thay đổi tần số và ở cùng công suất được truyền từ trạm phát điện (P = IV).

Để hiểu rõ hơn về máy biến điện áp, tốt nhất bạn nên sử dụng mô hình đơn giản nhất của nó là máy biến áp một pha.

Máy biến áp một pha

Máy biến áp một pha là loại máy biến điện áp phổ biến nhất (về số lượng được sử dụng). Nó có mặt trong hầu hết các thiết bị "cắm điện" mà chúng ta sử dụng ở nhà và mọi nơi khác.

Nó được sử dụng để mô tả nguyên lý hoạt động, cấu tạo, v.v… của máy biến áp vì các máy biến áp khác giống như một biến thể hoặc biến đổi của máy biến áp một pha. Ví dụ, một số người gọi máy biến áp ba pha được tạo thành từ 3 máy biến áp một pha.

Máy biến áp một pha được tạo thành từ hai cuộn dây / cuộn dây (cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp). Hai cuộn dây này được bố trí theo cách không tồn tại mối liên hệ điện giữa chúng, do đó chúng được quấn quanh một Sắt có từ tính chung thường được gọi là lõi của máy biến áp, do đó hai cuộn dây chỉ có kết nối từ tính giữa chúng. Điều này đảm bảo rằng công suất chỉ được truyền qua cảm ứng điện từ và cũng làm cho máy biến áp hữu ích cho các kết nối Cách ly.

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp:

Như đã đề cập trước đó, máy biến áp bao gồm hai cuộn dây; các tiểu học và các cuộn dây thứ cấp. Cuộn sơ cấp luôn đại diện cho đầu vào của máy biến áp trong khi cuộn thứ cấp, đầu ra từ máy biến áp.

Hai tác động chính xác định hoạt động của máy biến áp:

Đầu tiên là dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường xung quanh dây dẫn. Độ lớn của từ trường luôn tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn. Độ lớn của từ trường tăng lên, nếu dây được quấn thành cuộn dây. Đây là nguyên tắc mà từ tính được gây ra bởi cuộn dây sơ cấp. Bằng cách đặt một điện áp vào cuộn sơ cấp, nó tạo ra một từ trường xung quanh lõi của máy biến áp.

Các hiệu ứng thứ hai mà khi kết hợp với người đầu tiên giải thích nguyên tắc hoạt động của máy biến áp mà là dựa trên thực tế là, nếu một dây dẫn được quấn quanh một miếng nam châm và những thay đổi từ trường, sự thay đổi trong từ trường sẽ tạo ra một trong hiện tại dây dẫn, độ lớn của nó sẽ được xác định bởi số vòng của cuộn dây dẫn. Đây là nguyên tắc mà cuộn thứ cấp được cấp điện.

Khi một điện áp được đặt vào cuộn sơ cấp, nó tạo ra một từ trường xung quanh lõi, cường độ phụ thuộc vào cường độ dòng điện đặt vào. Do đó, từ trường được tạo ra tạo ra dòng điện trong cuộn thứ cấp, là hàm số của độ lớn từ trường và số vòng của cuộn thứ cấp.

Nguyên lý hoạt động này của máy biến áp cũng giải thích tại sao phải phát minh ra điện xoay chiều vì máy biến áp chỉ hoạt động khi có điện áp hoặc dòng điện xoay chiều vì chỉ khi đó nguyên lý cảm ứng điện từ mới hoạt động. Do đó , máy biến áp không thể được sử dụng cho DC.

Cấu tạo của Máy biến áp

Về cơ bản, một máy biến áp được tạo thành từ hai phần bao gồm; hai cuộn dây cảm ứng và một lõi thép nhiều lớp. Các cuộn dây được cách điện với nhau và cũng được cách nhiệt để tránh tiếp xúc với lõi.

Do đó, cấu tạo của máy biến áp sẽ được kiểm tra dưới cấu tạo cuộn dây và lõi.

Lõi của máy biến áp

Lõi của máy biến áp luôn được cấu tạo bằng cách xếp chồng các tấm thép nhiều lớp lại với nhau, đảm bảo giữa chúng có khoảng cách không khí tối thiểu. Lõi máy biến áp trong thời gian gần đây luôn được làm bằng lõi thép dát mỏng thay vì lõi sắt để giảm tổn thất do dòng điện xoáy.

Có ba hình dạng chính của các tấm thép nhiều lớp để lựa chọn, đó là E, I và L.

Khi xếp chồng các cán với nhau để tạo thành lõi, chúng luôn được xếp chồng lên nhau sao cho các mặt của mối nối xen kẽ nhau. Ví dụ, trong số các tấm được lắp ráp như mặt trước trong lần lắp ráp đầu tiên, chúng sẽ được lắp mặt sau cho lần lắp ráp tiếp theo như thể hiện trong hình dưới đây. Điều này được thực hiện để ngăn chặn sự miễn cưỡng cao tại các khớp.

Xôn xao

Khi xây dựng một máy biến áp, điều rất quan trọng là xác định loại máy biến áp là bậc lên hoặc bậc xuống vì điều này xác định số vòng sẽ tồn tại trong cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp.

Các loại máy biến áp:

Chủ yếu có ba loại máy biến điện áp;

1. Step Down Transformers

2. Step Up Transformers

3. Máy biến áp cách ly

Máy biến áp bậc xuống là máy biến áp làm giảm giá trị điện áp đặt vào cuộn sơ cấp ở cuộn thứ cấp, còn đối với máy biến áp bậc, máy biến áp cho giá trị tăng của điện áp đặt vào cuộn sơ cấp, ở cuộn thứ cấp. xôn xao.

Máy biến áp cách ly là máy biến áp cung cấp cùng điện áp đặt vào cuộn sơ cấp ở cuộn thứ cấp và do đó về cơ bản được sử dụng để cách ly mạch điện.

Từ sự giải thích trên, việc tạo ra một loại máy biến áp cụ thể chỉ có thể đạt được bằng cách thiết kế số vòng dây trong mỗi cuộn dây sơ cấp và thứ cấp để tạo ra công suất yêu cầu, do đó có thể xác định điều này bằng tỷ số vòng dây. Bạn có thể đọc qua hướng dẫn được liên kết để tìm hiểu thêm về các loại máy biến áp khác nhau.

Tỷ lệ quay máy biến áp và phương trình EMF:

Tỷ số vòng dây của máy biến áp (n) được cho bởi phương trình;

n = Np / Ns = Vp / Vs

trong đó n = tỷ lệ vòng quay

Np = Số vòng ở cuộn sơ cấp

Ns = Số vòng ở cuộn thứ cấp

Vp = Điện áp áp dụng cho sơ cấp

Vs = Điện áp ở thứ cấp

Mối quan hệ được mô tả ở trên có thể được sử dụng để tính toán từng tham số trong phương trình.

Công thức trên được gọi là hành động điện áp của máy biến áp.

Vì chúng tôi đã nói sức mạnh vẫn như cũ sau khi biến đổi;

Công thức trên được gọi là hành động hiện tại của máy biến áp. Điều này làm bằng chứng rằng máy biến áp không chỉ biến đổi điện áp mà còn biến đổi dòng điện.

Phương trình EMF:

Số vòng của cuộn dây của cuộn sơ cấp hoặc cuộn thứ cấp quyết định lượng dòng điện mà nó cảm ứng hoặc do nó cảm ứng. Khi dòng điện đặt vào cuộn sơ cấp giảm, cường độ từ trường giảm và dòng điện cảm ứng trong cuộn thứ cấp cũng vậy.

E = N (dΦ / dt)

Điện áp gây ra ở cuộn thứ cấp được cho bởi phương trình:

Trong đó N là số vòng dây của cuộn thứ cấp.

Khi từ thông biến thiên hình sin, từ thông Φ = Φ sinwt _max

do đó

E = N * w * Φmax * cos (wt) Emax = NwΦmax

Giá trị bình phương căn bậc hai của Emf cảm ứng được nhận bằng cách chia giá trị lớn nhất của emf cho √2

Phương trình này được gọi là phương trình EMF của máy biến áp.

Trong đó: N là số vòng dây của cuộn dây

f là tần số từ thông tính bằng hertz

Φ là mật độ từ thông trong Weber

Với tất cả các giá trị này được xác định, do đó có thể chế tạo máy biến áp.

Năng lượng điện

Như đã giải thích trước đó, máy biến áp được tạo ra để đảm bảo giá trị công suất điện được tạo ra tại các trạm phát điện được cung cấp cho người dùng cuối với tổn thất ít hoặc không, do đó trong máy biến áp lý tưởng, công suất ở đầu ra (cuộn thứ cấp) luôn bằng nguồn điện đầu vào. Do đó, máy biến áp được gọi là thiết bị có công suất không đổi, trong khi chúng có thể thay đổi các giá trị điện áp và dòng điện, nó luôn được thực hiện theo cách sao cho có cùng công suất ở đầu vào ở đầu ra.

Như vậy

P _s = P _p

trong đó Ps là công suất ở cuộn thứ cấp và Pp là công suất ở cuộn sơ cấp.

Vì P = IvcosΦ nên I _s V _s cosΦ _s = I _p V _p cosΦ _p

Hiệu quả của Máy biến áp

Hiệu suất của một máy biến áp được cho bởi phương trình;

Hiệu quả = (công suất đầu ra / công suất đầu vào) * 100%

Trong khi đầu ra điện của máy biến áp Lý tưởng phải giống với đầu vào nguồn điện, hầu hết các máy biến áp khác xa máy biến áp Lý tưởng và bị tổn thất do một số yếu tố.

Dưới đây là một số tổn thất mà máy biến áp có thể gặp phải;

1. Tổn thất đồng

2. Tổn thất do trễ

3. Tổn thất dòng xoáy

1. Tổn thất đồng

Những tổn thất này đôi khi được gọi là tổn hao quanh co hoặc tổn thất I ² R. Những tổn thất này liên quan đến công suất tiêu tán của vật dẫn được sử dụng cho cuộn dây khi dòng điện chạy qua nó do điện trở của vật dẫn. Giá trị của tổn thất này có thể được tính bằng công thức;

P = I ² R

2. Tổn thất do trễ

Đây là một tổn thất liên quan đến sự miễn cưỡng của các vật liệu được sử dụng cho lõi của máy biến áp. Khi dòng điện xoay chiều đảo ngược hướng của nó, nó có tác động đến cấu trúc bên trong của vật liệu được sử dụng cho lõi vì nó có xu hướng trải qua những thay đổi vật lý cũng sử dụng hết một phần năng lượng

3. Tổn thất dòng điện xoáy

Đây là một tổn thất thường được khắc phục bởi việc sử dụng các tấm thép mỏng nhiều lớp. Suy hao dòng điện xoáy phát sinh do lõi cũng là một vật dẫn điện và sẽ tạo ra một emf trong cuộn thứ cấp. Các dòng điện cảm ứng trong lõi theo định luật faradays sẽ chống lại từ trường và dẫn đến sự tiêu tán năng lượng.

Chúng ta có bao gồm ảnh hưởng của những tổn thất này vào tính toán hiệu quả của máy biến áp;

Hiệu suất = (công suất đầu vào - tổn hao / công suất đầu vào) * 100% Tất cả các thông số được biểu thị bằng đơn vị công suất.