Biến áp nguồn là gì và nó hoạt động như thế nào?

Trong một số bài viết trước của chúng tôi, chúng tôi đã thảo luận về những điều cơ bản của máy biến áp và các loại khác nhau của nó. Một trong những Máy biến áp quan trọng và được sử dụng phổ biến là Máy biến áp nguồn. Nó được sử dụng rất rộng rãi để nâng và giảm điện áp tại trạm phát điện và trạm phân phối (hoặc trạm biến áp) tương ứng.

Ví dụ, hãy xem xét sơ đồ khối được hiển thị ở trên. Ở đây máy biến áp được sử dụng hai lần để cung cấp điện năng cho người tiêu dùng ở xa trạm phát điện.

Lần đầu tiên là ở trạm phát điện để nâng cấp điện áp do máy phát điện tạo ra.
Thứ hai là tại trạm phân phối (hoặc trạm biến áp) để hạ bậc điện áp nhận được ở cuối đường dây tải điện.

Tổn thất điện năng trong đường truyền

Có nhiều lý do để sử dụng máy biến áp trong hệ thống điện. Nhưng một trong những lý do quan trọng và đơn giản nhất của việc sử dụng máy biến áp là để giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải điện năng.

Bây giờ chúng ta hãy xem làm thế nào mất điện được giảm đáng kể bằng cách sử dụng một máy biến áp điện:

Đầu tiên, phương trình Tổn thất công suất P = I * I * R.

Ở đây I = dòng điện qua dây dẫn và R = Điện trở của dây dẫn.

Vì vậy, tổn thất điện năng tỷ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn hoặc đường dây tải điện. Vì vậy, giảm cường độ của dòng điện đi qua dây dẫn thì tổn thất điện năng ít hơn.

Làm thế nào chúng ta sẽ tận dụng lý thuyết này được giải thích dưới đây:

Giả sử điện áp ban đầu = 100V và tải rút ra = 5A & công suất cung cấp = 500watt. Khi đó các đường dây tải điện ở đây phải mang dòng điện có cường độ 5A từ nguồn đến tải. Nhưng nếu chúng ta tăng hiệu điện thế ở giai đoạn đầu lên 1000V thì đường dây tải điện chỉ phải mang 0,5A để cung cấp cùng một công suất 500Watt.
Vì vậy, chúng ta sẽ tăng điện áp ở đầu đường dây tải điện bằng máy biến áp và sử dụng máy biến áp khác để giảm điện áp ở cuối đường dây tải điện.
Với thiết lập này, cường độ dòng điện chạy qua đường truyền 100 km + được giảm đáng kể, do đó giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải.

Sự khác biệt giữa máy biến áp và máy biến áp phân phối

Máy biến áp thường được vận hành ở chế độ đầy tải vì nó được thiết kế để có hiệu suất cao ở 100% tải. Mặt khác, Máy biến áp phân phối có hiệu suất cao khi phụ tải duy trì từ 50% đến 70%. Vì vậy, MBA phân phối không thích hợp chạy liên tục 100% tải.
Vì máy biến áp điện dẫn đến điện áp cao trong quá trình nâng lên và hạ xuống, các cuộn dây có cách điện cao khi so sánh với máy biến áp phân phối và máy biến áp dụng cụ.
Vì chúng sử dụng vật liệu cách nhiệt cao cấp nên chúng có kích thước rất cồng kềnh và cũng rất nặng.
Vì máy biến áp điện lực thường không được kết nối trực tiếp với nhà nên chúng ít bị biến động tải hơn, trong khi máy biến áp phân phối lại bị dao động tải nặng.
Chúng được nạp đầy trong 24 giờ một ngày, vì vậy lượng đồng và sắt hao hụt diễn ra suốt cả ngày và chúng giữ nguyên trong suốt thời gian.
Mật độ từ thông trong Máy biến áp công suất cao hơn Máy biến áp phân phối.

Nguyên lý làm việc của máy biến áp điện

Máy biến áp hoạt động dựa trên nguyên lý 'định luật Faraday về cảm ứng điện từ'. Đó là định luật cơ bản của điện từ học giải thích nguyên lý làm việc của cuộn cảm, động cơ, máy phát điện và máy biến điện.

Định luật nêu rõ ' Khi một vòng dây kín hoặc dây dẫn bị ngắn mạch đưa đến gần một từ trường thay đổi thì dòng điện được tạo ra trong vòng kín đó' .

Để hiểu rõ hơn về luật chúng ta hãy cùng trao đổi cụ thể hơn. Đầu tiên, hãy xem xét một kịch bản dưới đây.

Coi một nam châm vĩnh cửu và một vật dẫn được đưa lại gần nhau trước.

Sau đó mắc ngắn mạch hai đầu dây dẫn như hình vẽ bên.
Trong trường hợp này, sẽ không có dòng điện chạy trong dây dẫn hoặc vòng dây vì từ trường cắt vòng dây là đứng yên và như đã đề cập trong định luật, chỉ một từ trường biến thiên hoặc thay đổi mới có thể tạo ra dòng điện trong vòng dây.
Vì vậy, trong trường hợp đầu tiên của từ trường đứng yên, sẽ không có dòng chảy trong vòng dây dẫn.

thì từ trường cắt vòng dây không ngừng thay đổi. Vì có một từ trường thay đổi trong trường hợp này, nên định luật Faraday sẽ phát huy tác dụng và do đó chúng ta có thể thấy dòng điện chạy trong vòng dây dẫn.

Như bạn có thể thấy trong hình, sau khi nam châm chuyển động qua lại, chúng ta sẽ thấy dòng điện 'I' chạy qua dây dẫn và vòng kín.

để thay thế nó bằng các nguồn từ trường khác nhau như bên dưới.

Bây giờ, một nguồn điện áp xoay chiều và một dây dẫn được sử dụng để tạo ra một từ trường thay đổi.
Sau khi vòng dây dẫn được đưa đến gần phạm vi từ trường, thì chúng ta có thể thấy EMF được tạo ra trên dây dẫn. Do EMF cảm ứng này, chúng ta sẽ có một dòng điện 'I'.
Độ lớn của điện áp cảm ứng tỷ lệ với cường độ trường mà vòng thứ hai trải qua, vì vậy cường độ từ trường càng cao thì cường độ dòng điện trong vòng kín càng lớn.

Mặc dù có thể sử dụng một dây dẫn đơn được thiết lập để hiểu định luật Faraday. Nhưng để có hiệu suất thực tế tốt hơn, bạn nên sử dụng cuộn dây ở cả hai bên.

Ở đây, một dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây sơ cấp1, tạo ra từ trường biến thiên xung quanh cuộn dây dẫn. Và khi cuộn dây2 đi vào trong phạm vi của từ trường tạo ra bởi cuộn dây1 thì điện áp EMF được tạo ra trên cuộn dây2 do định luật cảm ứng điện từ Faraday. Và do điện áp đó trong cuộn dây2 một dòng điện 'I' chạy qua mạch thứ cấp kín.

Bây giờ bạn phải nhớ rằng cả hai cuộn dây đều lơ lửng trong không khí nên môi trường dẫn điện được sử dụng bởi từ trường là không khí. Và không khí có điện trở cao hơn so với kim loại trong trường hợp dẫn từ trường, vì vậy nếu chúng ta sử dụng một lõi kim loại hoặc ferit để làm môi trường cho trường điện từ thì chúng ta có thể cảm ứng điện từ triệt để hơn.

Vì vậy, bây giờ chúng ta hãy thay thế môi trường không khí bằng môi trường sắt để hiểu thêm.

Như hình vẽ ta có thể dùng lõi sắt hoặc lõi ferit để giảm tổn thất từ thông trong quá trình truyền tải điện năng từ cuộn dây này sang cuộn dây khác. Trong thời gian này, từ thông bị rò rỉ vào khí quyển sẽ ít hơn đáng kể so với thời gian chúng ta sử dụng môi trường không khí làm lõi là một chất dẫn rất tốt của từ trường.

Một khi trường được tạo ra bởi cuộn dây1, nó sẽ chảy qua lõi sắt đến cuộn dây2 và do quy luật khác nhau, cuộn dây2 tạo ra EMF sẽ được đọc bởi điện kế nối qua cuộn dây2.

Bây giờ nếu quan sát kỹ bạn sẽ thấy cách thiết lập này tương tự như máy biến áp một pha. Và tất cả các máy biến áp hiện nay đều hoạt động trên cùng một nguyên tắc.

Bây giờ chúng ta hãy xem xét cấu tạo đơn giản của máy biến áp ba pha.

Máy biến áp ba pha

Khung của máy biến áp được thiết kế bằng cách khoanh các tấm kim loại nhiều lớp được sử dụng để mang từ thông. Trong sơ đồ, bạn có thể thấy khung xương được sơn màu xám. Bộ xương có ba cột trên đó cuộn dây của ba pha được quấn.
Cuộn dây điện áp thấp hơn được quấn đầu tiên và được quấn gần lõi hơn trong khi cuộn dây điện áp cao hơn được quấn trên đầu cuộn dây điện áp thấp hơn. Hãy nhớ rằng, cả hai cuộn dây đều được ngăn cách bởi một lớp cách nhiệt.
Ở đây mỗi cột biểu thị một pha, vì vậy đối với ba cột, chúng ta có cuộn dây ba pha.
Toàn bộ thiết lập khung và cuộn dây này được ngâm trong một bể kín chứa đầy dầu công nghiệp để cách ly và dẫn nhiệt tốt hơn.
Sau khi cuộn dây, các đầu cuối của tất cả sáu cuộn dây được đưa ra khỏi thùng kín thông qua một chất cách điện HV.
Các thiết bị đầu cuối được cố định cách xa nhau một khoảng hợp lý để tránh hiện tượng nhảy tia lửa.

Đặc điểm của Máy biến áp điện

Công suất định mức	3 MVA lên đến 200 MVA
Điện áp chính thường	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV
Điện áp thứ cấp thường	3.3, 6.6, 11, 33, 66, 132 kV hoặc thông số kỹ thuật tùy chỉnh
Giai đoạn	Máy biến áp một pha hoặc ba pha
Tần số định mức	50 hoặc 60 Hz
Khai thác	Bộ thay đổi vòi khi tải hoặc không tải
Tăng nhiệt độ	60 / 65C hoặc đặc điểm kỹ thuật tùy chỉnh
Loại làm mát	ONAN (không khí tự nhiên dầu) hoặc các loại làm mát khác như KNAN (tối đa 33kV) theo yêu cầu
Bộ tản nhiệt	Tấm tản nhiệt làm mát gắn trong két
Nhóm vectơ	Dyn11 hoặc bất kỳ nhóm vectơ nào khác theo IEC 60076
Điều chỉnh điện áp	Thông qua bộ thay đổi vòi khi tải (với rơ le AVR là tiêu chuẩn)
Thiết bị đầu cuối HV & LV	Loại hộp cáp khí (tối đa 33kV) hoặc ống lót hở
Cài đặt	Trong nhà hoặc ngoài trời
Mức âm thanh	Theo ENATS 35 hoặc NEMA TR1

Các ứng dụng của chuyển điện

Máy biến áp được sử dụng chủ yếu trong phát điện và tại các trạm phân phối.
Nó cũng được sử dụng trong máy biến áp cách ly, máy biến áp nối đất, sáu xung và mười hai máy biến áp chỉnh lưu xung, máy biến áp trang trại PV năng lượng mặt trời, máy biến áp trang trại gió và trong bộ khởi động máy biến áp tự động Korndörfer.
Nó được sử dụng để giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải điện năng.
Nó được sử dụng cho bước tăng điện áp cao và bước xuống điện áp cao.
Nó được ưu tiên trong các trường hợp tiêu dùng đường dài.
Và ưu tiên trong trường hợp tải chạy hết công suất 24x7.