Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp 1 pha

1. Khái niệm

Máy biến áp 1 pha là thiết bị điện tĩnh dùng để biến đổi mức điện áp của dòng điện xoay chiều (AC) từ giá trị này sang giá trị khác trong cùng một tần số. Máy hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, được phát hiện bởi nhà khoa học Michael Faraday. Trong hệ thống điện dân dụng và công nghiệp nhẹ, máy biến áp 1 pha thường được sử dụng để hạ điện áp từ mức cao về mức phù hợp cho thiết bị tiêu thụ hoặc để nâng điện áp phục vụ truyền tải.

2. Cấu tạo máy biến thế 1 pha

Cấu tạo của máy biến thế 1 pha bao gồm hai phần chính là lõi từ và hai cuộn dây:

– Cuộn dây sơ cấp (Primary Winding): được nối với nguồn điện đầu vào, nhận năng lượng điện để tạo ra từ thông biến thiên trong lõi từ.
– Cuộn dây thứ cấp (Secondary Winding): được nối với tải, nhận năng lượng cảm ứng từ từ thông để cung cấp điện áp đầu ra.
– Lõi từ (Core): thường được làm bằng thép kỹ thuật điện (silicon steel) ghép lớp nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy (eddy current). Lõi từ dẫn từ thông giữa hai cuộn dây và tăng hiệu quả truyền năng lượng.

Các máy biến áp 1 pha có thể được thiết kế kiểu lõi (core type) hoặc kiểu vỏ (shell type) tùy theo yêu cầu về công suất và hiệu suất.

3. Máy biến áp 1 pha có mấy loại dây quấn?

Xét theo số lượng dây quấn, máy biến áp 1 pha có hai loại chính:

• Máy biến áp 1 pha một dây quấn: Hay còn gọi là máy biến áp tự ngẫu. Cuộn dây vừa làm cuộn sơ cấp vừa làm cuộn thứ cấp, nhưng có nhiều đầu ra để thay đổi điện áp.

  

• Máy biến áp 1 pha hai dây quấn: Gồm cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp độc lập, cách ly hoàn toàn về điện, chỉ liên kết từ thông qua lõi thép. Đây là loại phổ biến nhất hiện nay.

  

Ngoài ra, còn có loại máy biến áp tự ngẫu 1 pha, trong đó cuộn sơ cấp và thứ cấp dùng chung một phần dây quấn, giúp giảm kích thước và chi phí chế tạo.

4. Các cách sử dụng

Máy biến áp 1 pha có nhiều ứng dụng trong đời sống và công nghiệp. Một số cách sử dụng phổ biến gồm:

• Trong gia đình: Dùng để hạ áp điện từ 220V xuống 110V phục vụ các thiết bị nhập khẩu như nồi cơm điện, tủ lạnh, máy giặt.

• Trong điện tử: Làm nguồn cấp cho mạch điện tử, thiết bị y tế, máy hàn điện.

• Trong công nghiệp: Sử dụng trong các xưởng sản xuất nhỏ, máy CNC, thiết bị tự động hóa cần nguồn điện ổn định.

• Trong giáo dục: Dùng trong các phòng thí nghiệm điện để nghiên cứu nguyên lý cảm ứng điện từ.

Khi sử dụng, cần chọn máy biến áp có công suất phù hợp với tải, lắp đặt nơi khô ráo, thoáng mát, đồng thời tuân thủ các quy định an toàn điện.

5. Công thức tính toán

Để thiết kế hoặc tính toán máy biến áp một pha, người ta thường dựa vào các công thức cơ bản sau:

Để thiết kế hoặc tính toán máy biến áp 1 pha, người ta thường dựa vào các công thức cơ bản sau:

1. Công thức điện áp:

U1/U2=N1/N2​​

Trong đó:

• U1​: điện áp sơ cấp

• U2​: điện áp thứ cấp

• N1: số vòng dây cuộn sơ cấp

• N2: số vòng dây cuộn thứ cấp

2. Công thức công suất:

S=U×I 

Trong đó:

• $S$: công suất biểu kiến (VA)

• $U$: điện áp (V)

• I: dòng điện (A)

3. Công thức hiệu suất máy biến áp:

η=P2/P1×100%

Trong đó:

• P22​: công suất ra

• P1​: công suất vào

Các công thức trên giúp xác định tỷ số biến áp, công suất cần thiết và đánh giá hiệu suất hoạt động.

3. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp 1 pha dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi một điện áp xoay chiều được cấp vào cuộn sơ cấp, dòng điện xoay chiều tạo ra từ thông biến thiên trong lõi sắt. Từ thông này móc vòng qua cuộn thứ cấp và cảm ứng ra một điện áp xoay chiều trên đó.

Tỉ số giữa điện áp sơ cấp (U1) và điện áp thứ cấp (U2) phụ thuộc vào tỉ số số vòng dây giữa hai cuộn:

U1 / U2 = N1 / N2

Trong đó:
– U1: điện áp cuộn sơ cấp
– U2: điện áp cuộn thứ cấp
– N1: số vòng dây cuộn sơ cấp
– N2: số vòng dây cuộn thứ cấp

Nếu N2 > N1 thì U2 > U1 (máy tăng áp); nếu N2 < N1 thì U2 < U1 (máy hạ áp).

4. Thông số kỹ thuật

Một số thông số quan trọng của máy biến thế 1 pha bao gồm:
– Công suất định mức (VA hoặc kVA)
– Tỉ số biến điện áp
– Điện áp sơ cấp và thứ cấp danh định
– Tổn hao không tải và tổn hao ngắn mạch
– Hệ số hiệu suất
– Tần số làm việc

5. Ứng dụng

Máy biến áp 1 pha có nhiều ứng dụng trong thực tế như:
– Cấp nguồn cho hộ gia đình từ lưới điện trung thế
– Trong các bộ nguồn điện tử, sạc, bộ chuyển đổi AC-DC
– Biến áp cách ly để bảo vệ an toàn cho thiết bị
– Máy biến áp đo lường dùng trong thiết bị đo điện áp, dòng điện

6. Ưu nhược điểm máy biến áp 1 pha

Ưu điểm:

– Kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt
– Hiệu suất cao đối với các ứng dụng tải nhỏ
– Chi phí thấp

Nhược điểm:

– Không phù hợp cho hệ thống truyền tải công suất lớn
– Bị ảnh hưởng bởi dao động điện áp nguồn

Xem thêm:

Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba pha

Các công thức máy biến áp cơ bản