Thiết kế máy biến áp

Máy biến áp là một loại máy điện biến đổi dòng điện xoay chiều có hiệu điện thế này thành dòng điện xoay chiều có hiệu điện thế khác.

Các yếu tố cấu trúc chính của máy biến áp lực: thân máy, lõi, cuộn dây, thiết bị làm mát, ống lót và thiết bị bảo vệ (giãn nở, ống xả và rơle khí).

Các cuộn dây của máy biến áp được bố trí sao cho từ thông do cuộn sơ cấp tạo ra xuyên qua hầu hết các cuộn thứ cấp. Yêu cầu này được đảm bảo nhờ cấu tạo của lõi thép là một mạch từ kín. Tùy thuộc vào sự sắp xếp lẫn nhau của các cuộn dây và hệ thống từ tính, có hai loại máy biến áp chính: thanh truyền và phần ứng.

Trong một máy biến áp thanh, các cuộn dây nằm trên các thanh lõi, được nối với nhau bằng các chạc đóng mạch từ. Loại thanh truyền được sử dụng cho bộ nguồn và một số máy biến áp đặc biệt. Máy biến áp bọc thép sử dụng mạch từ phân nhánh bao phủ cuộn dây, như thể "bọc thép" cho nó.Cấu trúc lõi giống như áo giáp được sử dụng đặc biệt cho máy biến áp một pha nhỏ.

Máy biến áp thanh ba pha:

Mạch từ của máy biến áp, được gọi là lõi, được lắp ráp từ các tấm thép hợp kim. Để không đóng các tờ giấy, chúng được phủ trước một lớp vecni mỏng hoặc dán bằng giấy.

Lõi bao gồm các thanh mang cuộn dây và một cái ách đóng mạch từ. Mặt cắt ngang của lõi phải càng gần với hình dạng của cuộn dây càng tốt.

Trong cuộn dây hình chữ nhật, mặt cắt ngang của lõi được làm hình chữ nhật. Với vòng — lõi có một phần đa cấp. Nếu lõi có tiết diện lớn, thì các kênh không khí dọc được tạo ra để loại bỏ nhiệt, chia lõi thành các gói riêng biệt.

Các tấm được kéo lại với nhau bằng ghim hoặc đinh tán. Không được kết nối các tấm riêng lẻ với nhau vì có thể xuất hiện dòng điện xoáy trong mặt phẳng tiếp xúc. Để ngăn các tấm đóng lại thông qua các chốt và đinh tán, các ống cách điện được đặt trên chúng. Các đai ốc và đầu đinh tán được cách ly khỏi các tấm ép lõi bằng vòng đệm các tông điện.

Hai loại cuộn dây được sử dụng trong máy biến áp: đĩa và hình trụ.

Với thiết kế dây quấn hình đĩa, dây quấn sơ cấp và thứ cấp được chia thành nhiều dây quấn hình đĩa phẳng xếp xen kẽ nối tiếp trên lõi máy biến áp.

Trong dây quấn hình trụ, dây quấn sơ cấp và thứ cấp được bố trí đồng tâm với nhau. Cuộn dây điện áp thấp thường được đặt gần lõi hơn vì dễ cách điện hơn với thép.

Khi chế tạo cuộn dây, phải phân biệt giữa cách điện của các dây riêng lẻ, cách điện giữa các lớp và cuộn dây, cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp (thứ cấp) và cách điện của cuộn dây so với lõi.

Các cuộn dây của máy biến áp được làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Để cách điện cho dây quấn, người ta sử dụng giấy, đôi khi là sợi tơ bông, giấy bạc (men) hoặc một số lớp cách điện, ví dụ, một lớp dầu bóng và một lớp sợi tơ, một lớp giấy và một lớp sợi bông. , vân vân.

Dải phân cách giấy được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt giữa các lớp. Các cuộn dây được cách điện bằng vòng đệm hoặc miếng đệm các tông điện được quấn bằng băng, giấy hoặc vải thấm dầu.

Các đầu của cuộn dây máy biến áp được đưa ra ngoài với sự trợ giúp của ống lót cách ly chúng với thân nối đất (bể chứa).

Thiết bị biến áp:

Có hai cách cơ bản để kết nối các cuộn dây của máy biến áp ba pha: kết nối tam giác và kết nối sao. Khi các cuộn dây được kết nối tam giác, điện áp pha bằng điện áp đường dây và dòng điện pha nhỏ hơn 1,73 lần so với dòng điện đường dây. Khi các cuộn dây được nối sao, điện áp pha nhỏ hơn 1,73 lần so với điện áp dây và dòng điện pha bằng dòng điện.

Phương pháp kết nối các cuộn dây trong máy biến áp ba pha có tầm quan trọng rất lớn, vì góc pha của điện áp thứ cấp so với sơ cấp phụ thuộc vào nó. Sự lệch pha giữa điện áp cuộn sơ cấp và thứ cấp cũng phụ thuộc vào chiều quấn của cuộn dây. Để biết thêm chi tiết xem tại đây: Sơ đồ và nhóm kết nối cuộn dây của máy biến áp

Trường hợp máy biến áp được thiết kế cho công việc song song chung, điều cần thiết là điện thế tức thời của các pha của các máy biến áp này là như nhau. Các máy biến áp có cùng độ lệch pha giữa điện áp dây của cuộn dây cao áp và thấp áp được gán cho cùng một nhóm kết nối cuộn dây, được gán một số theo ký hiệu giờ.

Để cách ly cuộn dây với lõi và cách ly cuộn dây cao áp với cuộn dây hạ áp, người ta sử dụng các xi lanh cứng ép từ giấy nung hoặc xi lanh làm bằng bìa cứng điện, còn gọi là xi lanh mềm.

Trong xây dựng máy biến áp, một loại dầu khoáng đặc biệt (dầu mỏ) được sử dụng rộng rãi, được gọi là máy biến thế… Các thùng chứa đầy dầu máy biến áp và một lõi có cuộn dây được ngâm trong đó. Thiết kế này được áp dụng cho máy biến áp công suất cao, máy biến áp chỉnh lưu công suất cao, máy biến áp xung công suất cao.

Dầu máy biến áp, đã loại bỏ độ ẩm và tạp chất, tức là đã được sấy khô và tinh chế, là chất cách điện tốt giữa các cuộn dây và vỏ kim loại. Ngoài ra, dầu máy biến áp có tính dẫn nhiệt cao hơn không khí nên dẫn nhiệt tốt từ các bộ phận đang hoạt động của máy biến áp ra các bề mặt bên ngoài của thùng.

Khi công suất của máy biến áp tăng lên, tổn thất tăng nhanh hơn kích thước hình học của nó, dẫn đến nhu cầu tăng bề mặt làm mát của nó. Xem chi tiết tại đây: Hệ thống làm mát cho máy biến áp

Trong thực tế, các thiết bị chuyển đổi điện áp xoay chiều được sử dụng, trong đó các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được kết nối bằng điện. Các thiết bị này được gọi là máy biến áp tự ngẫu.

Máy biến áp tự ngẫu khác với máy biến áp thông thường ở chỗ các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của nó không chỉ được kết nối bằng điện cảm (như trong máy biến áp thông thường) mà còn bằng điện.

Xem thêm: Đặc tính hiệu suất của máy biến áp điện