Trong vận hành biến đổi và phân phối điện năng, máy biến áp là thiết bị không thể thiếu, việc nắm vững và hiểu rõ những kiến thức cơ bản về máy biến áp là rất cần thiết.
1. Máy biến áp là gì?
Trong mạch điện xoay chiều, thiết bị dùng để tăng hoặc giảm điện áp được gọi là máy biến áp. Máy biến áp có thể biến đổi điện áp từ bất kỳ giá trị nào thành giá trị điện áp chúng ta cần với cùng tần số, nhằm đáp ứng yêu cầu truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng. Ví dụ, điện từ nhà máy điện có cấp điện áp thấp, cần phải tăng điện áp lên để truyền tải đến các khu vực tiêu thụ điện ở xa. Tại khu vực tiêu thụ điện, điện áp phải được hạ xuống mức phù hợp để cung cấp cho thiết bị điện và các thiết bị dùng điện hàng ngày.
2. Máy biến áp biến đổi điện áp như thế nào?
Máy biến áp được chế tạo dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Nó bao gồm một lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện (hoặc tôn silic) và hai cuộn dây quấn quanh lõi thép. Lõi thép và các cuộn dây được cách điện với nhau, không có kết nối điện nào. Cuộn dây nối giữa máy biến áp và phía nguồn điện được gọi là cuộn sơ cấp (hoặc phía sơ cấp), cuộn dây nối giữa máy biến áp và thiết bị điện được gọi là cuộn thứ cấp (hoặc phía thứ cấp). Khi cuộn sơ cấp của máy biến áp được kết nối với nguồn điện xoay chiều, các đường sức từ biến đổi sẽ được tạo ra trong lõi thép.
Do cuộn thứ cấp cũng được quấn trên cùng một lõi thép, đường sức từ sẽ cắt qua cuộn thứ cấp, và nhất thiết phải tạo ra một suất điện động cảm ứng trên cuộn thứ cấp, khiến một điện áp xuất hiện ở hai đầu cuộn dây. Vì đường sức từ là biến đổi, nên điện áp của cuộn thứ cấp cũng là xoay chiều. Và tần số hoàn toàn trùng khớp với tần số lưới điện.
Lý thuyết đã chứng minh rằng, tỷ số điện áp giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của máy biến áp có liên quan đến tỷ số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, có thể biểu diễn bằng công thức sau: Điện áp cuộn sơ cấp / Điện áp cuộn thứ cấp = Số vòng cuộn sơ cấp / Số vòng cuộn thứ cấp. Điều này cho thấy số vòng dây càng nhiều thì điện áp càng cao. Do đó, có thể thấy nếu cuộn thứ cấp có ít vòng dây hơn cuộn sơ cấp, đó là máy biến áp hạ áp. Ngược lại là máy biến áp tăng áp.
3. Có những loại thiết kế máy biến áp nào?
(1) Theo số pha, có máy biến áp một pha và máy biến áp ba pha
(2) Theo mục đích sử dụng, có máy biến áp điện lực, máy biến áp chuyên dụng cho thiết bị đặc biệt, máy biến áp điều chỉnh điện áp, máy biến áp đo lường (biến áp đo lường điện áp, biến dòng đo lường), máy biến áp công suất nhỏ (cho thiết bị công suất thấp), và máy biến áp an toàn.
(3) Theo kết cấu, có hai loại: kiểu lõi và kiểu vỏ. Về cuộn dây có loại hai cuộn dây và nhiều cuộn dây, máy biến áp tự ngẫu.
(4) Theo phương thức làm mát, có loại ngâm dầu và làm mát bằng không khí.
4. Các bộ phận cấu thành của máy biến áp là gì?
Các bộ phận chính của máy biến áp bao gồm lõi thép và cuộn dây, ngoài ra còn có thùng dầu, bình dãn dầu, sứ cách điện và đầu phân áp.
5. Dầu máy biến áp có tác dụng gì?
Tác dụng của dầu máy biến áp là:
(1) Tác dụng cách điện
(2) Tản nhiệt
(3) Loại bỏ hiệu ứng hồ quang
6. Máy biến áp tự ngẫu là gì?
Máy biến áp tự ngẫu chỉ có một bộ cuộn dây, và cuộn dây thứ cấp được lấy ra từ cuộn dây sơ cấp. Ngoài việc truyền cảm ứng điện từ, cuộn dây thứ cấp còn truyền điện trực tiếp. Loại máy biến áp này sử dụng ít lá thép silic và dây đồng hơn so với máy biến áp thông thường, thường được dùng để điều chỉnh điện áp.
7. Bộ ổn áp được điều chỉnh như thế nào?
Cấu trúc của bộ ổn áp giống với máy biến áp tự ngẫu, nhưng lõi sắt được chế tạo thành dạng hình xuyến và cuộn dây được quấn quanh lõi sắt hình xuyến.
Đầu ra của cuộn dây thứ cấp sử dụng tiếp điểm chổi than trượt, cho phép tiếp điểm trượt vòng theo bề mặt cuộn dây để đạt được điều chỉnh điện áp mượt mà.
8. Mối quan hệ dòng điện giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của máy biến áp là gì?
Khi máy biến áp vận hành có tải, sự thay đổi dòng điện cuộn thứ cấp sẽ gây ra sự thay đổi tương ứng ở dòng điện cuộn sơ cấp. Theo nguyên lý cân bằng từ thế, dòng điện của cuộn sơ cấp và thứ cấp tỉ lệ nghịch với số vòng dây, bên có nhiều vòng dòng nhỏ hơn và bên có ít vòng dòng lớn hơn. Có thể biểu diễn bằng công thức: Dòng điện cuộn sơ cấp / Dòng điện cuộn thứ cấp = Số vòng cuộn thứ cấp / Số vòng cuộn sơ cấp.
9. Tỷ lệ thay đổi điện áp của máy biến áp là gì?
Tỷ lệ thay đổi điện áp là một trong những chỉ số hiệu suất chính của máy biến áp. Khi máy biến áp cấp điện cho tải, điện áp ở đầu ra tải của máy biến áp chắc chắn sẽ giảm. So sánh giá trị điện áp giảm với giá trị điện áp định mức, phần trăm đó chính là tỷ lệ thay đổi điện áp, có thể biểu diễn bằng công thức: Tỷ lệ thay đổi điện áp = [(Điện áp định mức thứ cấp - Điện áp đầu tải) / Điện áp định mức thứ cấp] × 100%. Đối với máy biến áp điện lực thông thường khi kết nối với tải định mức, tỷ lệ thay đổi điện áp là từ 4 đến 6%.
10. Làm thế nào để đảm bảo máy biến áp có điện áp đầu ra định mức?
Điện áp quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng đến hoạt động bình thường và tuổi thọ của máy biến áp, do đó phải điều chỉnh điện áp.
Phương pháp điều chỉnh điện áp là tạo ra một số đầu ra (tap) trong cuộn dây sơ cấp và kết nối chúng với bộ chuyển đổi đầu ra. Bộ chuyển đổi này thay đổi số vòng dây bằng cách xoay các tiếp điểm. Chỉ cần xoay vị trí của bộ chuyển đổi, có thể đạt được giá trị điện áp định mức mong muốn. Cần lưu ý rằng việc điều chỉnh điện áp thường nên được thực hiện sau khi ngắt tải kết nối với máy biến áp.
11. Máy biến áp nhỏ thường dùng là gì? Ứng dụng ở đâu?
Máy biến áp nhỏ chỉ các máy biến áp một pha có công suất dưới 1 kVA, thường được sử dụng làm máy biến áp nguồn cho điều khiển thiết bị điện, máy biến áp nguồn cho thiết bị điện tử và máy biến áp nguồn cho chiếu sáng an toàn.
12. Máy biến áp có những tổn hao nào trong quá trình vận hành? Làm thế nào để giảm tổn hao?
Tổn hao trong vận hành máy biến áp bao gồm hai phần:
(1) Do lõi sắt gây ra. Khi cuộn dây được cấp điện, từ trường xoay chiều gây ra dòng điện xoáy và tổn hao trễ trong lõi sắt. Tổn hao này được gọi chung là tổn hao sắt.
(2) Do điện trở của chính cuộn dây gây ra. Khi có dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của máy biến áp, sẽ xảy ra tổn hao công suất. Tổn hao này được gọi là tổn hao đồng.
Tổng của tổn hao sắt và tổn hao đồng là tổn hao máy biến áp, và những tổn hao này liên quan đến dung lượng, điện áp và mức độ sử dụng thiết bị của máy biến áp. Do đó, khi chọn máy biến áp, dung lượng của thiết bị nên phù hợp với mức sử dụng thực tế càng nhiều càng tốt để nâng cao tỷ lệ sử dụng thiết bị, và cần lưu ý không để máy biến áp vận hành dưới tải nhẹ.
13. Bảng tên máy biến áp là gì? Các số liệu kỹ thuật chính trên bảng tên là gì?
Bảng tên của máy biến áp cho biết hiệu suất, thông số kỹ thuật và phạm vi ứng dụng của máy biến áp, nhằm đáp ứng việc lựa chọn của người dùng. Thông thường, các số liệu kỹ thuật chính cần lưu ý là:
(1) Công suất định mức tính bằng KVA. Tức là công suất đầu ra của máy biến áp trong điều kiện định mức. Ví dụ, công suất định mức máy biến áp một pha = U dây × I dây; công suất máy biến áp ba pha = U dây × I dây.
(2) Điện áp định mức tính bằng vôn. Điện áp đầu cuối cuộn dây sơ cấp và điện áp đầu cuối cuộn dây thứ cấp (khi không kết nối tải) được ghi riêng biệt. Lưu ý rằng điện áp đầu cuối của máy biến áp ba pha đề cập đến giá trị điện áp dây U dây.
(3) Dòng điện định mức tính bằng ampe. Chỉ giá trị dòng điện dây I dây mà cuộn dây sơ cấp và thứ cấp cho phép dẫn lâu dài trong điều kiện công suất định mức và độ tăng nhiệt cho phép.
(4) Tỷ số điện áp. Chỉ tỷ lệ giữa điện áp định mức của cuộn dây sơ cấp và điện áp định mức của cuộn dây thứ cấp.
(5) Phương thức đấu dây. Máy biến áp một pha chỉ có một bộ cuộn dây cao áp và hạ áp, chỉ dùng cho mạch một pha, trong khi máy biến áp ba pha có kiểu đấu Y/△. Ngoài các số liệu kỹ thuật trên, còn có tần số định mức của máy biến áp, số pha, độ tăng nhiệt, tỷ lệ phần trăm trở kháng của máy biến áp, v.v.
14. Làm thế nào để chọn máy biến áp? Làm thế nào để xác định dung lượng hợp lý của máy biến áp?
Trước tiên, cần khảo sát điện áp nguồn cung cấp tại nơi sử dụng điện, phụ tải điện thực tế của người dùng và điều kiện địa điểm, sau đó chọn lựa từng cái một theo các số liệu kỹ thuật được ghi trên bảng tên máy biến áp. Nói chung, cần xem xét toàn diện dung lượng, điện áp, dòng điện và điều kiện môi trường của máy biến áp. Trong đó, việc chọn dung lượng là quan trọng. Dung lượng máy biến áp nên được chọn dựa trên dung lượng, tính chất và thời gian sử dụng của thiết bị điện của người dùng để xác định phụ tải yêu cầu. Trong vận hành bình thường, tải công suất của máy biến áp nên vào khoảng 75-90% dung lượng định mức của máy biến áp. Trong quá trình vận hành, nếu đo được tải thực tế của máy biến áp nhỏ hơn 50%, nên thay thế bằng máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn. Nếu công suất định mức của tải lớn hơn công suất định mức của máy biến áp, nên thay thế ngay bằng máy biến áp lớn hơn.
Đồng thời, khi chọn máy biến áp, giá trị điện áp của cuộn dây sơ cấp được xác định theo nguồn điện đường dây, và giá trị điện áp của cuộn dây thứ cấp được chọn theo thiết bị điện. Tốt nhất nên chọn nguồn điện ba pha bốn dây hạ áp. Điều này có thể cung cấp đồng thời điện động lực và điện chiếu sáng.
Đối với việc lựa chọn dòng điện, cần lưu ý rằng tải có thể đáp ứng yêu cầu của động cơ khi khởi động (vì dòng khởi động của động cơ lớn hơn từ 4 đến 7 lần so với dòng vận hành ổn định).
15. Tại sao máy biến áp không được quá tải?
Vận hành quá tải đề cập đến việc máy biến áp hoạt động vượt quá giá trị dòng điện quy định trên bảng tên.
Quá tải được chia thành quá tải bình thường và quá tải sự cố. Quá tải bình thường chỉ việc tiêu thụ điện của người dùng tăng lên trong điều kiện cung cấp điện bình thường. Nó thường làm tăng nhiệt độ của máy biến áp, đẩy nhanh quá trình lão hóa cách điện của máy biến áp và giảm tuổi thọ sử dụng. Do đó, không cho phép máy biến áp vận hành quá tải.
Trong những trường hợp đặc biệt, việc vận hành quá tải của máy biến áp trong thời gian ngắn không được vượt quá 30% tải định mức (vào mùa đông) và không được vượt quá 15% vào mùa hè.
16. Máy biến áp cần thực hiện những loại kiểm tra nào trong quá trình vận hành?
Để đảm bảo máy biến áp vận hành bình thường, cần thường xuyên tiến hành các kiểm tra sau:
(1) Kiểm tra nhiệt độ. Trạng thái vận hành của máy biến áp có bình thường hay không, nhiệt độ là yếu tố rất quan trọng. Quy định yêu cầu nhiệt độ dầu trên không vượt quá 85°C (tức độ tăng nhiệt là 55°C). Thông thường, máy biến áp được trang bị thiết bị đo nhiệt độ chuyên dụng.
(2) Xác định tải. Để nâng cao hệ số sử dụng máy biến áp và giảm tổn thất điện năng, trong quá trình vận hành, phải xác định công suất cung cấp thực tế mà máy biến áp có thể chịu được. Công việc đo đạc này thường được thực hiện trong thời gian cao điểm sử dụng điện của mỗi mùa, sử dụng ampe kìm để đo trực tiếp. Giá trị dòng điện nên ở mức 70% đến 80% dòng điện định mức của máy biến áp. Khi vượt quá, có nghĩa là quá tải và cần điều chỉnh ngay lập tức.
(3) Đo điện áp. Quy định yêu cầu phạm vi biến thiên điện áp phải nằm trong khoảng ±5% điện áp định mức. Nếu vượt quá phạm vi này, cần sử dụng đầu phân áp để điều chỉnh, đưa điện áp về trong phạm vi quy định. Thông thường, sử dụng vôn kế để đo điện áp đầu ra của cuộn dây thứ cấp và điện áp tại đầu cuối người sử dụng.
(4) Xác định điện trở cách điện. Để duy trì máy biến áp ở trạng thái vận hành bình thường, phải tiến hành đo điện trở cách điện nhằm ngăn ngừa lão hóa cách điện và sự cố. Khi đo, cố gắng dừng vận hành máy biến áp, sử dụng máy đo cách điện (megohmmet) để đo giá trị điện trở cách điện của máy biến áp. Yêu cầu điện trở đo được không thấp hơn 70% so với giá trị đã đo trước đó. Khi chọn máy đo cách điện, cuộn dây hạ áp có thể sử dụng cấp điện áp 500 volt.
17. Cực tính của máy biến áp là gì? Vai trò của nó trong thực tế sử dụng?
Cực tính của máy biến áp dùng để đánh dấu mối quan hệ tương đối giữa điện thế tại các đầu cuộn dây sơ cấp và điện thế tại các đầu cuộn dây thứ cấp tại cùng một thời điểm. Vì độ lớn và chiều của sức điện động thay đổi liên tục, tại một thời điểm nhất định, cuộn sơ cấp và thứ cấp phải có hai đầu cùng có điện thế cao và hai đầu cùng có điện thế thấp. Đầu tương ứng có điện thế cao được gọi là đầu cùng cực tính của máy biến áp. Có thể thấy, cực tính của máy biến áp quyết định chiều quấn của cuộn dây, và khi chiều quấn thay đổi thì cực tính cũng thay đổi. Trong thực tế, cực tính của máy biến áp là cơ sở để đấu song song các máy biến áp. Dựa vào cực tính, có thể kết hợp thành nhiều dạng điện áp khác nhau. Nếu đấu ngược cực tính, thường sẽ xảy ra dòng ngắn mạch lớn, làm cháy máy biến áp. Do đó, khi sử dụng máy biến áp, phải chú ý đến các ký hiệu trên nhãn máy.
18. Làm thế nào để xác định cực tính của máy biến áp?
Khi nhãn máy biến áp không rõ ràng hoặc đối với máy biến áp cũ, có thể xác định bằng cách kiểm tra. Có hai phương pháp:
(1) Phương pháp một chiều (DC).
Khi kiểm tra máy biến áp một pha, đấu một pin khô 1.5 volt vào phía sơ cấp, sau đó đấu một milivôn kế một chiều vào phía thứ cấp. Khi đóng công tắc K, kim dao động theo chiều dương (hoặc kim dao động theo chiều âm khi mở công tắc), điều đó cho thấy cực dương của pin và đầu dương của milivôn kế là cùng cực tính, hay còn gọi là đầu cùng tên. Để kiểm tra cực tính và cấp của máy biến áp ba pha, chủ yếu sử dụng phương pháp một chiều.
(2) Phương pháp xoay chiều (AC).
Kết nối một cặp đầu cùng tên của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp bằng dây dẫn. Sau đó, đưa một điện áp xoay chiều thấp vào giữa các cuộn sơ cấp AX để dễ dàng đo lường. Sử dụng vôn kế để đo giá trị điện áp V1 giữa AX, giá trị điện áp V2 giữa XX và giá trị điện áp V3 giữa ax. Nếu giá trị của V2 là hiệu số điện áp của V1 và V3, thì Aa là đầu cực cùng cực tính; nếu giá trị của V2 là tổng điện áp của V1 và V3, thì AX là đầu cực cùng cực tính. Nội dung trong Kiểm tra Tuần tra Máy biến áp. Âm thanh của máy biến áp có bình thường không; có hiện tượng thấm dầu và rò rỉ dầu không; dấu dầu và mức dầu có bình thường không; có khí bên trong rơle khí không; bộ hô hấp có nguyên vẹn không; chất hút ẩm có bị hỏng và đổi màu không; âm thanh bên trong máy biến áp có bình thường không; cáp và thanh dẫn có bị quá nhiệt, dịch chuyển, biến dạng, v.v.
Công ty TNHH Thiết bị Máy biến áp Kingrun
Thêm các Thiết bị Kiểm tra Máy biến áp từ Kingrun
