Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Để chuyển đổi điện áp có độ lớn này thành điện áp có độ lớn khác, nghĩa là chuyển đổi năng lượng điện, hãy sử dụng máy biến áp điện.

Máy biến áp chỉ có thể chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện xoay chiều, do đó, để có được dòng điện một chiều, dòng điện xoay chiều từ máy biến áp được chỉnh lưu nếu cần. Đối với mục đích này họ phục vụ chỉnh lưu.

Bằng cách này hay cách khác, mọi máy biến áp (có thể là máy biến điện áp, máy biến dòng hoặc máy biến xung) đều hoạt động nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ, hiện tượng này thể hiện chính xác trong tất cả vinh quang của nó bằng dòng điện xoay chiều hoặc xung.

thiết bị biến áp

Ở dạng đơn giản nhất, máy biến áp một pha chỉ bao gồm ba phần chính: lõi sắt từ (mạch từ), cũng như cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Về nguyên tắc, một máy biến áp có thể có nhiều hơn hai cuộn dây, nhưng ít nhất phải có hai cuộn dây trong số đó. Trong một số trường hợp, chức năng của cuộn thứ cấp có thể được thực hiện bằng một phần của các vòng của cuộn sơ cấp (xem hình. các loại máy biến áp), nhưng những giải pháp như vậy khá hiếm so với những giải pháp thông thường.

Phần chính của máy biến áp là lõi sắt từ. Khi máy biến áp hoạt động, từ trường thay đổi nằm trong lõi sắt từ. Nguồn gốc của từ trường thay đổi trong máy biến áp là dòng điện xoay chiều của cuộn sơ cấp.

Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp

Được biết, mọi dòng điện đều kèm theo từ trường; theo đó, một dòng điện xoay chiều đi kèm với một từ trường xoay chiều (thay đổi về độ lớn và hướng).

Do đó, bằng cách cung cấp dòng điện xoay chiều cho cuộn sơ cấp của máy biến áp, chúng ta có được từ trường thay đổi của dòng điện cuộn sơ cấp. Và do đó từ trường chủ yếu tập trung ở lõi của máy biến áp, lõi này được làm bằng vật liệu có độ từ thẩm cao, lớn hơn không khí hàng nghìn lần nên phần từ thông chủ yếu của cuộn sơ cấp sẽ là đóng chính xác bên trong lõi, không thông qua không khí.

Do đó, từ trường xoay chiều của cuộn sơ cấp tập trung vào thể tích của lõi máy biến áp, được làm bằng thép biến áp, ferit hoặc vật liệu phù hợp khác, tùy thuộc vào tần số hoạt động và mục đích của một máy biến áp cụ thể.

Cuộn thứ cấp của máy biến áp nằm trên một lõi chung với cuộn sơ cấp. Do đó, từ trường xoay chiều của cuộn sơ cấp cũng xuyên qua các vòng của cuộn thứ cấp.

MỘT hiện tượng cảm ứng điện từ nó đơn giản nằm ở chỗ một từ trường biến thiên theo thời gian gây ra một điện trường biến thiên trong không gian xung quanh nó. Và vì có một dây cuộn thứ hai trong không gian này xung quanh từ trường thay đổi, nên điện trường xoay chiều cảm ứng tác dụng lên các hạt mang điện bên trong dây này.

Hoạt động của điện trường này gây ra một EMF với mỗi vòng quay của cuộn thứ cấp. Kết quả là, một điện áp xoay chiều xuất hiện giữa các cực của cuộn thứ cấp. Khi cuộn dây thứ cấp của máy biến áp được kết nối không tải, máy biến áp trống.

Vận hành máy biến áp có tải

Nếu một tải nhất định được kết nối với cuộn dây thứ cấp của máy biến áp đang vận hành, thì một dòng điện sẽ phát sinh qua tải trong toàn bộ mạch thứ cấp của máy biến áp.

Dòng điện này tạo ra từ trường riêng của nó, theo định luật Lenz, có hướng chống lại "nguyên nhân gây ra nó". Điều này có nghĩa là từ trường của dòng điện cuộn thứ cấp tại bất kỳ thời điểm nào cũng có xu hướng làm giảm từ trường đang tăng của cuộn sơ cấp hoặc có xu hướng hỗ trợ từ trường của cuộn sơ cấp khi nó giảm, nó luôn hướng về từ trường. trường của cuộn sơ cấp.

Do đó, khi cuộn thứ cấp của máy biến áp được tải, EMF ngược xảy ra trong cuộn sơ cấp của nó, buộc cuộn sơ cấp của máy biến áp phải lấy thêm dòng điện từ mạng cung cấp.

yếu tố chuyển đổi

Tỷ số vòng dây của cuộn sơ cấp N1 và cuộn thứ cấp N2 của máy biến áp xác định tỷ số giữa điện áp đầu vào U1 và đầu ra U2 và dòng điện I1 đầu vào và đầu ra I2 khi máy biến áp hoạt động có tải. Tỷ lệ này được gọi là tỷ số biến đổi của máy biến áp:

Hệ số biến đổi lớn hơn một nếu giảm bậc máy biến áp và nhỏ hơn một nếu tăng bậc máy biến áp.

biến điện áp

Máy biến điện áp là một loại máy biến áp giảm thế được thiết kế để cách ly điện các mạch điện áp cao với các mạch điện áp thấp.

Thông thường, khi nói đến điện áp cao, chúng có nghĩa là 6 kilovolt trở lên (trên cuộn sơ cấp của máy biến điện áp) và điện áp thấp có nghĩa là các giá trị ở mức 100 volt (trên cuộn thứ cấp).

Một máy biến áp như vậy được sử dụng, như một quy luật, cho mục đích đo lường… Ví dụ, nó giảm điện áp cao của đường dây điện xuống điện áp thấp thuận tiện cho việc đo lường, đồng thời có thể cách ly điện các mạch đo lường, bảo vệ, điều khiển với mạch điện áp cao. Các loại máy biến áp này thường hoạt động ở chế độ không tải.

Về cơ bản, bất cứ thứ gì cũng có thể được gọi là máy biến điện áp máy biến ápdùng để biến đổi năng lượng điện.

máy biến dòng

Trong máy biến dòng, cuộn sơ cấp, thường chỉ gồm một vòng dây, được mắc nối tiếp với mạch nguồn dòng. Chỗ rẽ này có thể là một phần của dây mạch nơi cần đo dòng điện.

Dây đơn giản được luồn qua cửa sổ của lõi máy biến áp và trở thành vòng quay duy nhất này—vòng quay của cuộn sơ cấp. Cuộn thứ cấp của nó, có nhiều vòng, được nối với thiết bị đo có điện trở trong thấp.

Máy biến áp loại này dùng để đo trị số dòng điện xoay chiều trong mạch công suất. Ở đây dòng điện và điện áp của cuộn thứ cấp tỷ lệ thuận với dòng điện đo được của cuộn sơ cấp (mạch dòng).

Máy biến dòng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị rơ le bảo vệ cho hệ thống điện nên có độ chính xác cao. Chúng làm cho các phép đo trở nên an toàn, vì chúng cách ly đáng tin cậy về mặt điện hóa giữa mạch đo với mạch sơ cấp (thường là điện áp cao - hàng chục và hàng trăm kilovolt).

biến áp xung

Máy biến áp này được thiết kế để chuyển đổi dạng xung của dòng điện (điện áp). Các xung ngắn, thường là hình chữ nhật, được đưa vào cuộn sơ cấp của nó làm cho máy biến áp hoạt động thực tế trong điều kiện quá độ.

Các máy biến áp như vậy được sử dụng trong các bộ chuyển đổi điện áp xung và các thiết bị xung khác, cũng như trong các máy biến áp phân biệt.

Việc sử dụng máy biến áp xung cho phép giảm trọng lượng và giá thành của thiết bị sử dụng chúng, đơn giản là do tần số chuyển đổi tăng (hàng chục và hàng trăm kilohertz) so với máy biến áp mạng hoạt động ở tần số 50-60 Hz. Các xung hình chữ nhật, có thời gian tăng nhỏ hơn nhiều so với thời lượng xung, thường được biến đổi với độ méo thấp.