Các loại máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh chứa hai đến nhiều cuộn dây nằm trên một mạch từ chung và do đó được kết nối theo kiểu cảm ứng với nhau. Nó đóng vai trò là máy biến áp để biến đổi năng lượng điện từ dòng điện xoay chiều bằng hiện tượng cảm ứng điện từ mà không làm thay đổi tần số của dòng điện. Máy biến áp được sử dụng cho cả chuyển đổi điện áp xoay chiều và cách ly điện trong các lĩnh vực khác nhau của kỹ thuật điện và điện tử.

Công bằng mà nói, chúng tôi lưu ý rằng trong một số trường hợp, máy biến áp có thể chỉ chứa một cuộn dây (máy biến áp tự ngẫu) và lõi có thể hoàn toàn không có (HF - máy biến áp), nhưng hầu hết các máy biến áp đều có lõi (mạch từ) làm bằng vật liệu sắt từ mềm, và hai hoặc nhiều băng cách điện hoặc cuộn dây được bao phủ bởi một từ thông chung, nhưng trước tiên ở vị trí đầu tiên. Hãy xem chúng là những loại máy biến áp nào, chúng được sắp xếp như thế nào và chúng được sử dụng để làm gì.

Máy biến áp

Loại máy biến áp tần số thấp (50-60 Hz) này được sử dụng trong các mạng điện, cũng như trong các thiết bị tiếp nhận và chuyển đổi năng lượng điện. Tại sao gọi là sức mạnh? Bởi vì chính loại máy biến áp này được sử dụng để cung cấp và nhận điện từ và từ các đường dây điện, nơi điện áp có thể đạt tới 1150 kV.

Trong mạng điện đô thị, điện áp đạt tới 10 kV. Thông qua chính xác máy biến áp tần số thấp mạnh mẽ điện áp cũng giảm xuống 0,4 kV, 380/220 volt theo yêu cầu của người tiêu dùng.

Về mặt kết cấu, một máy biến áp điện điển hình có thể chứa hai, ba hoặc nhiều cuộn dây được bố trí trên lõi thép điện bọc thép, với một số cuộn dây điện áp thấp được cấp song song (máy biến áp tách cuộn).

Điều này rất hữu ích để tăng điện áp nhận được từ nhiều máy phát đồng thời. Theo quy định, máy biến áp nguồn được đặt trong bể chứa dầu máy biến áp và trong trường hợp mẫu vật đặc biệt mạnh, hệ thống làm mát tích cực được thêm vào.

Máy biến áp ba pha có công suất đến 4000 kVA được lắp đặt tại các trạm biến áp và nhà máy điện. Ba pha phổ biến hơn, vì tổn thất thu được ít hơn tới 15% so với ba pha một pha.

máy biến áp

Trong những năm 1980 và 1990, máy biến dòng có thể được tìm thấy trong hầu hết các thiết bị điện. Với sự trợ giúp của máy biến áp nguồn (thường là một pha), điện áp của mạng gia đình 220 volt có tần số 50 Hz được giảm xuống mức mà một thiết bị điện yêu cầu, chẳng hạn như 5, 12, 24 hoặc 48 volt.

Máy biến dòng thường được chế tạo với nhiều cuộn dây thứ cấp để có thể sử dụng nhiều nguồn điện áp để cấp nguồn cho các phần khác nhau của mạch điện. Đặc biệt, máy biến áp TN (máy biến áp sợi đốt) luôn có thể (và vẫn có thể) được tìm thấy trong các mạch có bóng đèn vô tuyến.

Các máy biến dòng hiện đại được chế tạo trên các lõi hình chữ W, hình que hoặc hình xuyến của một tập hợp các tấm thép điện mà các cuộn dây được quấn trên đó. Hình dạng hình xuyến của mạch từ cho phép thu được một máy biến áp nhỏ gọn hơn.

Nếu chúng ta so sánh các máy biến áp có cùng tổng công suất của lõi hình xuyến và hình chữ W, thì hình xuyến sẽ chiếm ít không gian hơn, ngoài ra, bề mặt của mạch từ hình xuyến được bao phủ hoàn toàn bởi các cuộn dây, không có ách trống. vỏ bọc với các hạt nhân hình chữ W hoặc hình que. Đặc biệt, mạng điện bao gồm các máy biến áp hàn có công suất lên tới 6 kW. Tất nhiên, máy biến áp nguồn được phân loại là máy biến áp tần số thấp.

máy biến áp tự ngẫu

Một loại máy biến áp tần số thấp là máy biến áp tự ngẫu trong đó cuộn thứ cấp là một phần của cuộn sơ cấp hoặc cuộn sơ cấp là một phần của cuộn thứ cấp. Đó là, trong máy biến áp tự ngẫu, các cuộn dây được kết nối không chỉ bằng từ tính mà còn bằng điện. Một số dây dẫn được tạo ra từ một cuộn dây và cho phép bạn nhận được các điện áp khác nhau chỉ từ một cuộn dây.

Ưu điểm chính của máy biến áp tự ngẫu là chi phí thấp hơn, vì sử dụng ít dây hơn cho cuộn dây, ít thép hơn cho lõi và do đó trọng lượng nhẹ hơn so với máy biến áp thông thường.Nhược điểm là thiếu sự cách ly điện của các cuộn dây.

Máy biến áp tự ngẫu được sử dụng trong các thiết bị điều khiển tự động và cũng được sử dụng rộng rãi trong mạng điện cao áp. Ngày nay, máy biến áp tự ngẫu ba pha với kết nối tam giác hoặc sao trong mạng điện đang có nhu cầu lớn.

Máy biến áp tự ngẫu có công suất lên đến hàng trăm megawatt. Máy biến áp tự ngẫu cũng được sử dụng để khởi động động cơ AC mạnh mẽ. Máy biến áp tự ngẫu đặc biệt hữu ích đối với các tỷ số biến đổi thấp.

Máy biến áp tự ngẫu phòng thí nghiệm

Một trường hợp đặc biệt của máy biến áp tự ngẫu là máy biến áp tự ngẫu trong phòng thí nghiệm (LATR). Nó cho phép bạn điều chỉnh trơn tru điện áp cung cấp cho người dùng. Thiết kế LATR là biến áp hình xuyến với một cuộn dây duy nhất có một "đường ray" không được cách điện từ lượt này sang lượt khác, nghĩa là có thể kết nối với từng lượt của cuộn dây. Tiếp xúc theo dõi được cung cấp bởi bàn chải carbon trượt được điều khiển bằng núm xoay.

Vì vậy, bạn có thể nhận được điện áp hiệu dụng với các cường độ khác nhau trên tải. Các ổ đĩa một pha điển hình cho phép bạn chấp nhận điện áp từ 0 đến 250 volt và ba pha - từ 0 đến 450 volt. LATR có công suất từ ​​0,5 đến 10 kW rất phổ biến trong các phòng thí nghiệm với mục đích điều chỉnh thiết bị điện.

máy biến dòng

máy biến dòng được gọi là máy biến áp mà cuộn sơ cấp được nối với nguồn dòng điện và cuộn thứ cấp nối với các thiết bị bảo vệ hoặc đo lường có điện trở trong thấp. Loại máy biến dòng phổ biến nhất là máy biến dòng dụng cụ.

Cuộn sơ cấp của máy biến dòng (thường chỉ có một vòng, một dây) được mắc nối tiếp trong mạch điện mà bạn muốn đo dòng điện xoay chiều. Nó chỉ ra rằng dòng điện của cuộn thứ cấp tỷ lệ thuận với dòng điện của cuộn sơ cấp, trong khi cuộn thứ cấp nhất thiết phải được tải, vì nếu không, điện áp của cuộn thứ cấp có thể đủ cao để phá vỡ lớp cách điện. Ngoài ra, nếu cuộn dây thứ cấp của CT mở ra, mạch từ sẽ đơn giản bị cháy do dòng điện không bù cảm ứng.

Cấu tạo của máy biến dòng là một lõi làm bằng thép điện cán nguội silic nhiều lớp, trên đó quấn một hoặc nhiều cuộn thứ cấp cách điện. Cuộn dây sơ cấp thường chỉ đơn giản là một thanh cái hoặc dây dẫn có dòng điện đo được đi qua cửa sổ của mạch từ (nhân tiện, nguyên tắc này được sử dụng bởi thước kẹp).Đặc điểm chính của máy biến dòng là tỷ số biến đổi, ví dụ 100/5 A.

Máy biến dòng được sử dụng rộng rãi để đo dòng điện và trong các mạch bảo vệ rơle. Chúng an toàn vì mạch đo và mạch thứ cấp được cách ly về mặt điện với nhau. Thông thường, máy biến dòng công nghiệp được sản xuất với hai hoặc nhiều nhóm cuộn dây thứ cấp, một trong số đó được nối với thiết bị bảo vệ, nhóm còn lại nối với thiết bị đo lường, chẳng hạn như đồng hồ đo.

biến áp xung

Trong hầu hết tất cả các nguồn điện chính hiện đại, trong các bộ biến tần khác nhau, trong máy hàn và trong các bộ chuyển đổi điện công suất thấp và công suất thấp khác, máy biến áp xung đều được sử dụng.Ngày nay, các mạch xung đã thay thế gần như hoàn toàn các máy biến áp tần số thấp nặng bằng lõi thép nhiều lớp.

Biến áp xung điển hình là biến áp lõi ferit. Hình dạng của lõi (mạch từ) có thể hoàn toàn khác nhau: vòng, thanh, cốc, hình chữ W, hình chữ U. Ưu điểm của ferit so với thép biến áp là rõ ràng — biến áp dựa trên ferit có thể hoạt động ở tần số lên tới 500 kHz trở lên.

Vì máy biến áp xung là máy biến áp tần số cao nên kích thước của nó bị giảm đáng kể khi tần số tăng. Cần ít dây hơn cho cuộn dây và dòng điện trường đủ để thu được dòng điện tần số cao trong vòng sơ cấp, IGBT hoặc một bóng bán dẫn lưỡng cực, đôi khi là một số, tùy thuộc vào cấu trúc liên kết của mạch cấp nguồn xung (chuyển tiếp - 1, kéo đẩy - 2, nửa cầu - 2, cầu - 4).

Công bằng mà nói, chúng tôi lưu ý rằng nếu sử dụng mạch cấp nguồn ngược, thì máy biến áp về cơ bản là một cuộn cảm kép, vì các quá trình tích lũy và giải phóng điện trong mạch thứ cấp được tách biệt theo thời gian, tức là chúng không diễn ra đồng thời với mạch điều khiển flyback thì nó vẫn là cuộn cảm chứ không phải biến áp.

Ngày nay, các mạch xung với máy biến áp và cuộn cảm ferit được tìm thấy ở khắp mọi nơi, từ chấn lưu của đèn tiết kiệm năng lượng và bộ sạc của nhiều thiết bị khác nhau, đến máy hàn và bộ biến tần mạnh mẽ.

biến dòng xung

Để đo cường độ và (hoặc) hướng của dòng điện trong các mạch xung, người ta thường sử dụng các máy biến dòng xung, là một lõi ferit, thường có hình vòng (hình xuyến), với một cuộn dây.Một sợi dây được luồn qua vòng lõi, dòng điện cần kiểm tra và bản thân cuộn dây được nạp vào một điện trở.

Ví dụ: vòng chứa 1000 vòng dây, thì tỷ lệ dòng điện của cuộn sơ cấp (dây ren) và cuộn thứ cấp sẽ là 1000 trên 1. Nếu cuộn dây của vòng được tải trên một điện trở có giá trị đã biết, thì hiệu điện thế đo được qua nó sẽ tỉ lệ với cường độ dòng điện qua cuộn dây, nghĩa là cường độ dòng điện đo được gấp 1000 lần cường độ dòng điện qua điện trở này.

Ngành công nghiệp sản xuất máy biến dòng xung với các tỷ số biến đổi khác nhau. Người thiết kế chỉ cần kết nối một điện trở và mạch đo với một máy biến áp như vậy. Nếu bạn muốn biết hướng của dòng điện chứ không phải cường độ của nó, thì cuộn dây của máy biến dòng chỉ cần được sạc bằng hai điốt zener đối diện.

Giao tiếp giữa máy điện và máy biến áp

Máy biến áp điện luôn được bao gồm trong các khóa học máy điện được nghiên cứu trong tất cả các chuyên ngành kỹ thuật điện của các cơ sở giáo dục. Về bản chất, máy biến áp điện không phải là một máy điện, mà là một thiết bị điện, vì không có bộ phận chuyển động nào, sự hiện diện của chúng là một tính năng đặc trưng của bất kỳ máy nào với tư cách là một loại cơ chế. để tránh hiểu lầm, nên gọi là “giáo trình máy điện và máy biến điện”.

Việc đưa máy biến áp vào tất cả các khóa học về máy điện là vì hai lý do.Một là do nguồn gốc lịch sử: chính các nhà máy chế tạo máy điện xoay chiều cũng chế tạo máy biến áp, bởi vì chỉ riêng sự hiện diện của máy biến áp đã mang lại lợi thế cho máy điện xoay chiều so với máy điện một chiều, điều này cuối cùng đã dẫn đến việc chúng chiếm ưu thế trong ngành. Và bây giờ không thể tưởng tượng được việc lắp đặt AC lớn mà không có máy biến áp.

Tuy nhiên, với sự phát triển của việc sản xuất máy biến áp và máy biến áp xoay chiều, việc tập trung sản xuất máy biến áp tại các nhà máy biến áp đặc biệt trở nên cần thiết. Thực tế là do khả năng truyền dòng điện xoay chiều bằng cách sử dụng máy biến áp trên một khoảng cách dài, sự gia tăng điện áp cao hơn của máy biến áp nhanh hơn nhiều so với sự gia tăng điện áp của máy điện xoay chiều.

Ở giai đoạn phát triển hiện tại của máy điện xoay chiều, điện áp hợp lý cao nhất đối với chúng là 36 kV. Đồng thời, điện áp cao nhất trong các máy biến áp điện được thực hiện trên thực tế đạt 1150 kV. Điện áp máy biến áp cao như vậy và hoạt động của chúng trên các đường dây điện trên cao tiếp xúc với sét đã dẫn đến các sự cố máy biến áp rất cụ thể mà máy móc điện không gặp phải.

Điều này dẫn đến việc sản xuất các vấn đề công nghệ khác với các vấn đề công nghệ của kỹ thuật điện đến mức việc tách máy biến áp thành sản xuất độc lập trở nên không thể tránh khỏi. Do đó, lý do đầu tiên - mối liên hệ công nghiệp khiến máy biến áp gần với máy điện - đã biến mất.

Lý do thứ hai có tính chất cơ bản và bao gồm thực tế là các máy biến áp điện được sử dụng trong thực tế, cũng như các máy điện, đều dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ (định luật Faraday), — vẫn là một mối ràng buộc không thể lay chuyển giữa họ. Đồng thời, để hiểu được nhiều hiện tượng trong máy điện xoay chiều, kiến ​​thức về các quá trình vật lý xảy ra trong máy biến áp là vô cùng cần thiết, và hơn nữa, lý thuyết về một loại lớn máy điện xoay chiều có thể được rút gọn thành lý thuyết về máy biến áp, do đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc xem xét lý thuyết của họ.

Do đó, trong lý thuyết về máy điện xoay chiều, lý thuyết về máy biến áp chiếm một vị trí vững chắc, tuy nhiên, không thể suy ra rằng máy biến áp có thể được gọi là máy điện. Ngoài ra, cần lưu ý rằng máy biến áp có quá trình thiết lập mục tiêu và chuyển đổi năng lượng khác với máy điện.

Mục đích của máy điện là chuyển đổi cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại, điện năng thành cơ năng (động cơ), trong khi đó ở máy biến áp, chúng ta đang xử lý việc chuyển đổi một loại năng lượng điện xoay chiều thành xoay chiều. năng lượng điện hiện tại. dòng điện khác loại.