Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba pha
Máy biến áp (MBA) ba pha là một thiết bị điện từ quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng. Nó có nhiệm vụ thay đổi điện áp của dòng điện xoay chiều ba pha sao cho phù hợp với nhu cầu truyền tải hoặc sử dụng. MBA ba pha được sử dụng phổ biến trong các nhà máy điện, trạm biến áp và hệ thống công nghiệp lớn.
1. Cấu tạo cơ bản của máy biến áp ba pha
Máy biến áp ba pha có thể được cấu tạo theo hai dạng chính:
– Loại ba pha gộp (một khối): gồm một lõi sắt chung cho cả ba pha và ba cuộn dây sơ cấp – thứ cấp quấn trên cùng một khối từ.
– Loại ba máy một pha ghép lại: sử dụng ba máy biến áp một pha riêng biệt, ghép lại để tạo thành một hệ thống ba pha.
Cấu tạo cơ bản gồm 3 phần chính:
– Lõi thép: Được làm từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại thành khối, có nhiệm vụ dẫn từ thông.
– Cuộn dây: Mỗi pha có một cuộn sơ cấp và một cuộn thứ cấp, quấn trên lõi thép. Dây dẫn thường bằng đồng hoặc nhôm, cách điện cẩn thận.
– Vỏ máy và phụ kiện: Vỏ bọc bảo vệ, hệ thống cách điện, làm mát (bằng dầu hoặc khí), đồng hồ đo, cầu đấu…
2. Nguyên lý làm việc
Máy biến áp ba pha hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, được phát biểu bởi định luật Faraday: “Khi từ thông biến thiên xuyên qua một vòng dây dẫn điện, thì trong vòng dây sẽ xuất hiện một suất điện động cảm ứng.”
Cụ thể:
1. Dòng điện xoay chiều ba pha được cấp vào ba cuộn sơ cấp (cuộn vào) của máy biến áp. Ba dòng điện này có cùng tần số, biên độ nhưng lệch nhau 120 độ về pha.
2. Từ thông sinh ra trong lõi thép: Khi dòng điện chạy qua các cuộn sơ cấp, nó tạo ra từ thông biến thiên trong lõi sắt. Từ thông này được dẫn hướng trong lõi thép, truyền sang cuộn thứ cấp tương ứng.
3. Cảm ứng điện từ tạo ra điện áp ở cuộn thứ cấp: Do từ thông biến thiên xuyên qua cuộn thứ cấp nên theo định luật Faraday, trong cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện một điện áp cảm ứng.
4. Điện áp được biến đổi: Tùy thuộc vào số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp mà điện áp ở đầu ra sẽ được tăng hoặc giảm so với đầu vào.
Công thức:
U1/U2 = N1/N2
Trong đó:
– U1, U2: điện áp sơ cấp và thứ cấp
– N1, N2: số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp
Ví dụ: nếu cuộn thứ cấp có số vòng gấp đôi cuộn sơ cấp, thì điện áp đầu ra sẽ gấp đôi – tức là máy biến áp tăng áp.
3. Sơ đồ nối dây
Máy biến áp ba pha có nhiều kiểu nối dây cuộn sơ cấp và thứ cấp, phổ biến nhất là:
– Nối hình sao (Y): các đầu dây cùng loại nối chung lại, tạo điểm trung tính.
– Nối hình tam giác (Δ): ba cuộn dây nối thành một vòng kín.
Một số sơ đồ nối dây thường dùng:
– Y/Y (sao – sao)
– Y/Δ (sao – tam giác)
– Δ/Y (tam giác – sao)
– Δ/Δ (tam giác – tam giác)
4. Hiệu suất và tổn hao
Máy biến áp ba pha có hiệu suất rất cao, thường từ 95% – 99%. Tuy nhiên vẫn có tổn hao năng lượng, chủ yếu gồm:
– Tổn hao sắt: do dòng điện xoáy và từ trễ trong lõi thép.
– Tổn hao đồng: do dòng điện chạy qua cuộn dây gây ra nhiệt.
– Tổn hao phụ khác: do rò rỉ từ thông, dao động cơ khí…
Việc thiết kế và chọn vật liệu tốt giúp giảm thiểu tổn hao, tăng hiệu suất hoạt động.
5. Ứng dụng
Máy biến áp ba pha được ứng dụng rộng rãi trong:
– Truyền tải điện năng cao áp – trung áp – hạ áp
– Trạm biến áp công nghiệp, nhà máy điện
– Cấp điện cho động cơ, thiết bị ba pha
– Tăng hoặc giảm điện áp trước khi phân phối đến người dùng cuối
6. Kết luận
Máy biến áp ba pha là một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống điện hiện đại. Nhờ nguyên lý cảm ứng điện từ đơn giản nhưng hiệu quả, nó cho phép truyền tải điện năng trên quãng đường xa với tổn thất thấp, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong cung cấp điện. Hiểu rõ nguyên lý làm việc của máy biến áp không chỉ giúp người kỹ thuật vận hành tốt thiết bị mà còn hỗ trợ trong việc bảo dưỡng và xử lý sự cố kịp thời.
