Máy biến áp là gì ? Transformer là gì ? Máy biến thế là gì ?

Máy biến áp là gì

Các dòng máy biến áp có tên tiếng anh là transformer hay còn có tên gọi là máy biến thế, là một thiết bị rất quan trọng trong dây chuyền sản xuất tự động hóa.

Hôm nay; mình sẽ dành thời gian đi sâu chi tiết nhất về dòng biến áp này. Vậy câu hỏi đặt ra: Máy biến áp dùng để làm gì ? Và cách thức tự chế máy biến áp của riêng mình thông qua công thức tính số vòng dây quấn

Máy biến áp dùng để làm gì

Đây là một loại máy biến dòng điện áp giúp làm tăng hoặc hạ thế tín hiệu điện áp xoay chiều AC để phù hợp với nguồn cấp vào cho một thiết bị khác. Đồng thời; có một số loại biến áp có khả năng cách ly tín hiệu điện áp di chuyển trên đường chuyền trên cùng một tần số.

Đây chính là công dụng của các loại máy biến áp ( máy biến thế ) trên thị trường hiện nay.

Ví dụ bài tập ứng dụng của máy biến áp

Giả sử chúng ta có một nguồn điện áp xoay chiều AC 220V. Vậy muốn chuyển về 12V ta phải làm thế nào. Một là ta thông qua một bộ chuyển đổi tín hiệu đưa dòng 220V to 12V hoặc sử dụng máy biến áp chuyển dòng điện AC 220V về dòng 12V đây gọi là hiện tượng hạ áp

Hoặc đang có nguồn 110V nhưng thiết bị chúng ta đang sử dụng cần nguồn 380V. Lúc này ta chỉ việc sử dụng biến áp tăng thế trung gian cấp nguồn 110V vào để output ra nguồn 380V mới

Ký hiệu máy biến áp

Trong ngành công nghiệp hoặc tại các giảng đường người ta thường ký hiệu máy biến là ( MBA)

Ví dụ: Người ta ký hiệu trên máy MBA cách ly 380/220. Điều này có nghĩa là may bien ap cách ly đầu vào 380V và đầu ra 220V

Các loại máy biến áp

Về phân loại máy biến áp chuẩn thông dụng thì ta có 2 loại biến áp chính:

• Máy biến áp 1 pha
• Máy biến áp 3 pha ( Bao gồm 3 pha 2 cuộn dây và 3 pha 3 cuộn dây)

Còn bình thường biến áp 3 pha có nhiều dạng như theo nguồn output ta có biến áp 3 pha 30kva, 50kva, 75kva, 100kva, 200kva, 250kva….

Tùy vào công suất của mỗi máy biến thếdùng cho những ứng dụng nhỏ; như sử dụng cho các thiết bị điện trong nhà; thì sử dụng loại công suất nhỏ hoặc lớn như dùng trong môi trường máy phát điện; thì sử dụng công suất lớn

Theo cấu tạo; ưu nhược điểm hay tác dụng khác nhau người ta sẽ bán dòng máy biến áp cao thế, hạ thế hay các loại máy biến áp tự ngẫu, biến thế xung, cách ly tín hiệu chống giật hoặc biến áp dầu, biến áp khô…..Và chúng đều hoạt động dựa trên một nguyên lý nhất định

Cấu tạo máy biến áp 1 pha

Máy biến thế một pha nó được tạo nên từ 2 thành phần chính

• Lõi thép
• Cuộn dây quấn
• + 1 phần phụ là lớp vỏ bọc bên ngoài

Lõi thép máy biến áp

Phần lõi thép máy biến áp ( dân kỹ thuật thường gọi là fe biến áp ) được tập kết từ các lá thép mỏng dạng kim loại có phủ một lớp cách điện trên từng lá thép và tạo thành một khổi lớn như hình. Mục đích chính của phần lõi thép dùng để chắn từ trường cho máy

Dây cuốn máy biến áp

Dây cuốn được thiết kế bằng đồng phủ lớp cách điện mỏng. Trên một máy biến áp ta có 2 loại dây cuốn sơ cấp và thứ cấp. Mục đích tích hợp dây quấn nhằm tăng thế hoặc hạ thế dòng điện áp

Cách xác định cuộn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp

Việc xác định 2 cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp khá đơn giản. Ta chỉ cần để ý thông thường cuộn dây thứ cấp sẽ được nối sẵn với phụ tải

Dây còn lại là dây thứ cấp. Đây là nơi tiếp nhận dòng điện áp input đầu vào.

Lưu ý: Khi chúng ta muốn tạo một máy biến áp dạng tự chế thì khi cuốn 2 cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Chúng ta không được cho 2 dây này nối liền thành một mạch với nhau

Nguyên lý làm việc của maáy biến áp 1 pha

Một điều tất yếu ! Chính tất cả các loại máy biến áp có trên thị trường hiện nay đều hoạt động dựa trên nguyên tắc của định luật faraday về cảm ứng điện từ trường

Như hình khi ta cấp vào một dòng điện áp xoay chiều Vp ( Đây là ký hiệu riêng mình thường dùng; các bạn có thể sử dụng ký hiệu khác tùy ý ) vào cuộn dây sơ cấp. Thì lập tức sẽ xuất hiện dòng điện Ip chạy tuần hoàn trên cuộn dây này. Trong quá trình di chuyển thì Ip sẽ vô tình tạo ra một từ thông Φ

Và thằng từ thông Φ ( Phần gạch từng đoạn tạo thành ô vuông trên hình ) sẽ sẽ là điểm nối giữa 2 cuộn dây sơ và thứ cấp; biến thiên tạo ra dòng điện Vs chạy trên dây thứ cấp; và output ra 1 điện áp mới Is. Tất nhiên; trong trường hợp này dây thứ cấp vẫn nối cố định với phụ tải

Kết luận: Mặc dù nguyên lý khá vòng vong. Nhưng chúng ta hiểu ngắn gọn như thế này: Khi cấp dòng xoay chiều AC vào cuộn sơ cấp sẽ sản sinh ra một dòng điện áp mới tại cuộn thứ cấp

Và dòng từ thông Φ chạy qua một mạch điện phụ thuộc vào dòng điện của mạch điện đó

Cấu tạo của máy biến áp 3 pha

Dòng máy biến áp 3 pha có 2 loại: 3 pha 2 cuộn dây hoặc 3 pha 3 cuộn dây

Đối với máy biến áp 3 pha thì cấu tạo cũng là lõi thép; và cuộn dây như các dòng biến áp 1 pha. Hấn chỉ khác máy biến áp 3 pha sẽ có tới 3 cuộn dây. Trong khi 1 pha chỉ có 1 cuộn dây

Phần lõi thép thì được kết cấu gồm 3 lõi như hình. Và phần dây cuốn thay vì ở biến áp 3 pha chỉ có 1 trụ dây. Ở biến áp 3 pha sẽ có 3 trụ dây cuốn

Quy trình cuốn dây như sau:

Đầu tiên bọc 1 lớp cách điện quanh 3 trụ cuốn sau đó cuốn lớp cuộn dây sơ cấp vào.

Tiếp theo; bọc 1 một lớp cách điện thứ 2 và cuốn cuộn dây thứ cấp.

Cuối cùng tạo lớp cách điện thứ 3 + Lớp vỏ bằng inox hoặc nhôm bọc lớp cách điện bảo vệ bên ngoài

Nguyên lý làm việc của biến áp 3 pha

sơ đồ nguyên tắc hoạt động của dòng máy biến thế 3 pha cũng gần giống như dòng 1 pha. Cũng dựa trên tư tưởng hạ áp hoặc tăng áp 3 pha

Ví dụ như hình trên ta thấy máy biến áp 3 pha với input đầu vào 380V. Và output đầu ra được các dòng 200v-220v. Tùy vào người sử dụng hiệu chuẩn muốn nó ra bao nhiêu

Cách nhìn máy biến áp biết CB tổng bao nhiêu

Công thức các bạn học khá ok. Nhưng để mà nhìn một máy biến áp mà đoán ra ngay dòng CB tổng là bao nhiêu nếu theo công thức tính máy móc là không thể

Với kinh nghiệm thiết kế máy biến áp và một vài năm làm việc tại các trạm điện. Tôi rút ra cho bạn đọc một công thức riêng giúp bạn đọc tính toán nhanh CB tổng

Và tôi đã đối chiếu kết quá với công thức nhiều lần. Kết quả nó ra chính xác đến 99,9% áp dụng cho cả máy biến áp 3 pha hoặc 1 pha

Công thức tính CB tổng máy biến áp

S = I / 1,5 => I = S*1,5

Và tôi chắc chắn ! -> ” Không một công thức nào chuẩn và nhanh như công thức trên “

Tại các trạm truyền tải điện năng thông qua máy biến áp; hoặc tại các tòa nhà khi nhìn vào ta có thể biết ngay CB tổng của nó là bao nhiêu ?

Ví dụ :

Máy biến áp 3 KVA => CB tổng = 3000 VA * 1,5 = 4500

Hoặc máy biến áp cách ly 1kva => CB tổng = 1500

Cách tính công suất máy biến áp 3 pha

Dưới đây là công thức tính công xuất máy biến áp 3 pha:

P = √3 u1. i1.cosφ

Trong đó theo chuẩn nhà nước thì đường dây điện 3 pha sẽ có cosφ mặc định = 0,8

• u1 là điện áp dây
• P là công suất máy biến áp
• i1 là dòng điện

Phía trên chỉ là công thức tính máy biến áp chúng ta học ở vật lý 12

Và theo kinh nghiệm sẵn có tôi có thể mặc định dòng điện I tải = 2 A trong trường hợp tải lớn nhất

Nếu trong trường hợp I tải lớn nhất ta có:

Công thức I CB tổng = P * I tải ( Công thức tính dùng cho máy biến áp 1 pha hoặc 3 pha đều được )

Nếu trường hợp không phải là động cơ và công suất giả sử 100 Kw thì => I CB tổng = 100 *2 = 200 A

Và từ đó ta cũng tính được máy biến áp bao nhiêu KVA bằng cách: S = I/1,5 = 200/1,5 = 0,133 KVA

” Đây là công thức nhanh thể hiện cách làm việc chuyên nghiệp + Khôn ngoan nếu bạn là một người bán hàng “

Công thức tính số vòng dây máy biến áp

Khi ta bàn về các công thức tính vòng dây để quấn vào máy biến áp giúp hạ thế hoặc tăng thế hoặc xung, cách lý thì có khá nhiều cách tính. Tuy nhiên; chúng ta nên chú ý đến 2 loại công thức thường dùng chuẩn nhất

Diện tích phần lõi thép máy biến áp

Ta lôi cục lõi thép ra và đo kích thước xem nó rộng hoặc dài bao nhiêu. Cứ chỗ nào cuốn dây thì các bạn tính chiều dài và rộng chỗ đó

Sau khi tính được diện tích của phần lõi dây quấn. Ta đi đến tính công suất P xem thử với diện tích lõi thép đó đạt tối đa công suất bao nhiêu W sau khi biến dòng điện ( Dòng điện biến thiên )

Công thức tính như sau:

P = (S / K)2 ( Bình phương )

Trong đó:

• P là công suất W cần tính
• S là diện tích lõi thép
• Và K là một hệ số mặc định 1,2

Ví dụ:

Lõi thép quấn dây có chiều dài 5cm và rộng 3cm chẳng hạn. ta sẽ > S = 3*5 = 12 cm2

Khi đó P = (12 / 1,2)2 = 100 (W)

Tính số vòng dây sơ cấp và thứ cấp quấn vào biến áp

Bước này khá đơn giản. Bạn chỉ cần xác định được mình phải quấn bao nhiêu vòng dây cho 1V là ok

Công thức được thể hiện như sau:

N = K / S

Trong đó:

• N biểu thị cho số vòng dây cuốn máy biến áp
• K là hệ số thẩm thấu hay còn gọi là độ từ thẩm ( Tùy từng loại dây quấn mà ta có hệ số thẩm thấu dao động từ 30-50 ). Trong đó; lõi được xem là chuẩn và tốt nhất ta nên chọn độ thẩm thấu K tầm 30-35
• S là diện tích lõi

-> Cũng ví dụ trên. Trong trường hợp này ta giả sử hệ số thẩm thấu K = 36 => N = 36/ 12 = 3

Vậy trong ví dụ trên cứ quấn 3 vòng dây trên lõi thép thì ta sẽ được 1V

Ví dụ cách tính số vòng dây quấn máy biến áp

Máy biến áp bạn cần input đầu vào 110V và output 24V thì trong ví dụ trên bạn sẽ lấy 110V * 3 = 330 vòng dây Và lấy 24V * 3 = 72 Vòng.

Kết luận: Số vòng dây sơ cấp cần quấn là 330 vòng và số vòng dây thứ cấp cần quấn cho máy biến áp là 72 vòng

Hoặc hướng dẫn quấn máy biến áp đầu ra 12V cũng vậy. Với ví dụ trên: lấy 12*3 = 36 vòng quấn dây thứ cấp

Tỷ số vòng tổ nối dây dây quấn vào máy biến áp ta có thể thay đổi tùy ý chỉ cấn xác định input đầu vào và output đầu ra của dòng máy này

Tính cường độ dòng điện I chạy qua cuộn dây

Công thức tính như sau:

I = P / U

Trong đó:

• I là cường độ dòng điện
• P là công suất W
• U là điện áp input hoặc output

Cũng ví dụ trên ta có: P = 100 W và U đầu vào 110V / U đầu ra 24V

=> I đầu vào = 100/110 = 0,91 A

=> I đầu ra = 4,2 A

Tính đường kính dây đồng quấn máy biến áp Φ bao nhiêu ?

Ta có công thức:

Φ = 0,72√I ( Căn bậc 2 của I )

Trong đó:

Φ là đường kính dây dẫn

I là cường độ dòng điện đầu vào input và đầu ra output

Theo công thức và ví dụ trên ta có:

Φ đầu vào = 0,72√0,91

Φ đầu ra = 0,72√4,2

Từ ví dụ trên ta thấy điểm mấu chốt quyết định chính là diện tích lõi thép chúng ta quấn dây vào; vì nó liên quan đến đường kính và số vòng dây cần quấn. Chính vì vậy ta phải đo chuẩn chiều dài và chiều rộng của lõi thép. Đây cũng chính là cách quấn dây máy biến áp tăng áp hoặc hạ áp chuẩn xác nhất

ở bài chia sẻ tiếp theo mình sẽ hướng dẫn các bạn cách truyền tải điện từ một trạm điện điện năng được truyền tải đến nơi tiêu thụ bằng đường dây tải điện một pha hoặc 3 pha; và sơ đồ cách đấu dây cho máy biến áp 3 pha

Tiếp bài máy biến áp là gì ? Mời bạn đọc tham khảo thêm:

[ Tổng Hợp ] Cách đo kiểm tra các loại transistor công suất lớn