NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY BIẾN ÁP – KIẾN THỨC CƠ BẢN KHÔNG THỂ BỎ QUA

Máy biến áp là một thiết bị điện không thể thiếu trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng. Chúng ta có thể bắt gặp máy biến áp ở khắp nơi – từ các trạm biến áp công nghiệp đến các thiết bị điện dân dụng. Trong bài viết này, hãy cùng tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy biến áp, cấu tạo cơ bản, và tại sao nó lại đóng vai trò quan trọng đến vậy.

1. Máy biến áp là gì?

Máy biến áp (Transformer) là thiết bị điện thụ động, có chức năng chuyển đổi mức điện áp từ mạch này sang mạch khác bằng hiện tượng cảm ứng điện từ.

Tùy theo nhu cầu sử dụng, máy biến áp có thể:

Tăng điện áp (gọi là máy biến áp tăng áp – Step-Up Transformer)
Giảm điện áp (gọi là máy biến áp hạ áp – Step-Down Transformer)

2. Cấu tạo cơ bản của máy biến áp

Lõi thép (Core)

Lõi là phần trung tâm và được ví như “trái tim” của máy biến áp. Nó được làm từ sắt hoặc thép silic, dưới dạng lá mỏng cách điện bằng vecni hoặc giấy.
Trong máy biến áp 3 pha, lõi có 3 trụ (limb), mỗi trụ đều có:

Cuộn dây điện áp thấp (LV winding)
Cuộn dây điện áp cao (HV winding)

Lõi có nhiệm vụ dẫn từ thông – yếu tố quan trọng để truyền năng lượng giữa các cuộn dây.

Cuộn dây (Winding)

Cuộn dây là phần dẫn điện, được quấn quanh lõi thép. Có hai loại:

Cuộn sơ cấp (Primary winding): nhận điện từ nguồn
Cuộn thứ cấp (Secondary winding): tạo ra điện áp đầu ra mong muốn

3. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Máy biến áp hoạt động dựa trên định luật cảm ứng điện từ của Faraday. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn sơ cấp, nó tạo ra từ thông biến thiên. Từ thông này liên kết với cuộn thứ cấp và sinh ra suất điện động cảm ứng (EMF).

Nếu mạch thứ cấp được đóng, dòng điện sẽ chạy qua – đây chính là cách máy biến áp truyền năng lượng mà không cần kết nối điện trực tiếp giữa hai mạch.

Tăng hoặc giảm điện áp

Nếu số vòng dây cuộn thứ cấp > sơ cấp, máy sẽ tăng điện áp (Step-Up)
Nếu số vòng dây cuộn thứ cấp < sơ cấp, máy sẽ giảm điện áp (Step-Down)

4. Cách điện và làm mát máy biến áp

Để đảm bảo an toàn, giữa các cuộn dây cần có vật liệu cách điện nhằm ngăn chạm chập. Các đầu nối cách điện (Insulated bushings) cũng giúp đưa điện ra ngoài an toàn.

Trong quá trình hoạt động, máy biến áp sinh ra các tổn hao năng lượng:

Tổn hao do dòng xoáy (Eddy current loss)
Tổn hao do từ trễ (Hysteresis loss)
Tổn hao đồng (Copper loss)

Các tổn hao này tạo ra nhiệt, vì vậy bên trong máy biến áp có chứa dầu cách điện (Transformer oil) với 2 chức năng:

Làm mát cuộn dây
Cách điện nội bộ

Ngoài ra, máy còn có két tản nhiệt (radiator) giúp tăng tốc độ làm mát và nâng cao khả năng chịu tải.

5. Thiết bị bảo vệ

Để phát hiện và xử lý sự cố bên trong, máy biến áp được trang bị rơ-le Buchholz – một thiết bị an toàn quan trọng, giúp ngắt mạch khi có sự cố.

6. Kết luận

Máy biến áp là thiết bị đóng vai trò cốt lõi trong hệ thống điện hiện đại. Nhờ vào nguyên lý cảm ứng điện từ, máy biến áp giúp truyền tải và phân phối điện năng một cách hiệu quả, an toàn. Việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp không chỉ hữu ích với kỹ sư điện mà còn cần thiết với những ai quan tâm đến lĩnh vực công nghiệp và năng lượng.