Máy biến áp tăng áp là gì? Cấu tạo, ưu và nhược điểm

Máy biến áp tăng áp là thiết bị giúp nâng điện áp xoay chiều lên cao hơn để truyền tải điện hiệu quả. Sài Gòn Sinco sẽ cùng bạn tìm hiểu chi tiết máy biến áp tăng áp là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và những ứng dụng quan trọng của nó trong thực tế qua bài viết bên dưới.

Máy biến áp tăng áp là gì?

Máy biến áp tăng áp (hay còn gọi là biến áp tăng áp) là thiết bị điện từ có khả năng chuyển đổi điện áp thấp ở đầu vào thành điện áp cao hơn ở đầu ra mà không làm thay đổi tần số. Đây là một trong những loại máy biến áp phổ biến nhất, được thiết kế để nâng cao điện áp phục vụ cho quá trình truyền tải điện năng đường dài hoặc các nhu cầu cụ thể trong công nghiệp và đời sống.

Nguyên tắc cơ bản của máy biến áp tăng áp là tỷ số giữa số vòng dây ở cuộn thứ cấp lớn hơn số vòng dây ở cuộn sơ cấp. Điều này dẫn đến điện áp ở đầu ra cao hơn so với điện áp đầu vào, theo đúng quy luật của cảm ứng điện từ.

Máy biến áp tăng áp là gì

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp tăng áp

Máy biến áp tăng áp hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ được phát hiện bởi Michael Faraday. Nguyên lý này bao gồm các điểm chính sau:

• Cảm ứng điện từ: Khi dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây sơ cấp, nó tạo ra từ trường biến thiên.

• Truyền dẫn từ thông: Từ trường này được dẫn qua lõi thép silicon (lõi từ) đến cuộn dây thứ cấp.

• Cảm ứng điện động: Từ trường biến thiên tạo ra điện áp cảm ứng trong cuộn dây thứ cấp.

• Tỷ số biến đổi: Tỷ số điện áp giữa đầu ra và đầu vào tỷ lệ thuận với tỷ số số vòng dây giữa cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp.

Công thức tính điện áp đầu ra: U2 = U1 × (N2/N1)

Trong đó:

• U2: Điện áp đầu ra (cuộn thứ cấp)

• U1: Điện áp đầu vào (cuộn sơ cấp)

• N2: Số vòng dây cuộn thứ cấp

• N1: Số vòng dây cuộn sơ cấp

Đối với máy biến áp tăng áp, N2 luôn lớn hơn N1, dẫn đến U2 lớn hơn U1.

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp tăng áp

Cấu tạo chi tiết của máy biến áp tăng áp

Mặc dù có chức năng tăng áp, cấu tạo cơ bản của máy biến áp tăng áp không khác biệt nhiều so với các loại máy biến áp khác. Các bộ phận chính bao gồm:

Lõi thép (Lõi từ)

• Chức năng: Dẫn từ thông chính của máy, được tạo bởi dòng điện trong cuộn sơ cấp và cảm ứng sang cuộn thứ cấp.

• Cấu tạo: Thường được ghép từ nhiều lá thép kỹ thuật điện mỏng (có phủ lớp cách điện bên ngoài) để giảm tổn hao do dòng điện Foucault (dòng điện xoáy). Lõi thép có thể có dạng trụ (cho máy biến áp kiểu lõi) hoặc dạng hình khối chữ nhật (cho máy biến áp kiểu vỏ).

Dây quấn (Cuộn dây)

• Chức năng: Nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra.

• Cấu tạo: Bao gồm hai cuộn dây chính là cuộn sơ cấp (nhận điện áp đầu vào) và cuộn thứ cấp (cung cấp điện áp đầu ra). Đối với máy biến áp tăng áp, cuộn thứ cấp luôn có số vòng dây nhiều hơn cuộn sơ cấp. Dây quấn thường được làm bằng đồng hoặc nhôm, có tiết diện phù hợp với dòng điện định mức và được bọc cách điện cẩn thận.

Vỏ máy

• Chức năng: Bảo vệ các bộ phận bên trong (lõi thép, dây quấn) khỏi tác động của môi trường, đồng thời có thể chứa dầu cách điện và hệ thống làm mát (đối với máy biến áp dầu).

• Cấu tạo: Thường làm bằng thép, có độ bền cơ học cao. Trên vỏ máy thường có các bộ phận phụ như cánh tản nhiệt (giúp làm mát), sứ đầu vào/ra (cách điện cho các đầu nối dây), bộ chỉ thị mức dầu, van an toàn (đối với máy biến áp dầu).

Ngoài ra, tùy thuộc vào loại và công suất máy biến áp, có thể có thêm các bộ phận phụ trợ như bộ điều chỉnh điện áp, hệ thống làm mát bằng quạt hoặc dầu tuần hoàn cưỡng bức, các thiết bị đo lường và bảo vệ.

Cấu tạo chi tiết của máy biến áp tăng áp

Ưu và nhược điểm của máy biến áp

Máy biến áp tăng áp mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng có những hạn chế nhất định:

Ưu điểm

• Giảm tổn hao truyền tải: Tăng điện áp giúp giảm dòng điện, dẫn đến giảm tổn hao điện năng trên đường dây.

• Hiệu suất cao: Máy biến áp hiện đại có thể đạt hiệu suất lên đến 98-99%.

• Tuổi thọ dài: Nếu được bảo dưỡng tốt, có thể hoạt động liên tục trong nhiều thập kỷ.

• Không có bộ phận chuyển động: Giảm khả năng hư hỏng cơ khí và nhu cầu bảo trì.

• Khả năng truyền tải điện năng xa: Cho phép truyền tải điện năng đi xa với tổn hao thấp.

• Vận hành ổn định: Hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau.

Nhược điểm

• Chỉ hoạt động với dòng điện xoay chiều (AC): Nguyên lý cảm ứng điện từ yêu cầu từ trường biến thiên, do đó máy biến áp không thể hoạt động với dòng điện một chiều (DC).

• Kích thước và trọng lượng lớn: Đặc biệt là các máy biến áp công suất lớn và điện áp cao, chúng thường rất cồng kềnh và nặng nề, gây khó khăn cho vận chuyển và lắp đặt.

• Yêu cầu cách điện cao: Điện áp đầu ra rất cao đòi hỏi hệ thống cách điện phức tạp và tốn kém để đảm bảo an toàn, tránh phóng điện.

• Chi phí đầu tư ban đầu: Máy biến áp công suất lớn, đặc biệt là loại tăng áp với yêu cầu cách điện nghiêm ngặt, có chi phí chế tạo và đầu tư ban đầu đáng kể.

• Tiếng ồn: Khi hoạt động, đặc biệt là các máy lớn, có thể phát ra tiếng ồn (tiếng kêu ù) do hiện tượng từ giảo của lõi thép và rung động cơ học.

Ưu và nhược điểm của máy biến áp

Các yếu tố kỹ thuật quan trọng khi lựa chọn máy biến áp tăng áp

Việc lựa chọn máy biến áp tăng áp phù hợp đòi hỏi phải xem xét kỹ lưỡng các thông số kỹ thuật để đảm bảo hiệu quả vận hành, an toàn và tương thích với hệ thống. Các yếu tố chính bao gồm:

• Công suất định mức (kVA hoặc MVA): Phải phù hợp với công suất yêu cầu của tải hoặc hệ thống mà nó cung cấp/kết nối. Chọn công suất quá nhỏ sẽ gây quá tải, chọn quá lớn sẽ gây lãng phí.

• Điện áp định mức (Sơ cấp/Thứ cấp - V hoặc kV): Điện áp đầu vào (sơ cấp) phải phù hợp với nguồn cấp, và điện áp đầu ra (thứ cấp) phải đúng với yêu cầu của hệ thống truyền tải hoặc thiết bị sử dụng.

• Tần số định mức (Hz): Phải tương thích với tần số của lưới điện (ví dụ: 50Hz tại Việt Nam).

• Tổ đấu dây: Quy định cách nối các cuộn dây pha ở phía sơ cấp và thứ cấp (ví dụ: Y/yn, D/yn). Yếu tố này rất quan trọng khi cần vận hành song song các máy biến áp hoặc kết nối vào hệ thống phức tạp.

• Cấp cách điện: Phải đủ cao để chịu được điện áp làm việc và các quá điện áp có thể xảy ra trong hệ thống, đồng thời phù hợp với điều kiện môi trường lắp đặt.

• Điều kiện làm mát: Lựa chọn loại làm mát phù hợp (ONAN - dầu đối lưu tự nhiên, không khí đối lưu tự nhiên; ONAF - dầu đối lưu tự nhiên, không khí thổi cưỡng bức; OFAF, ODAF...) dựa trên công suất và môi trường lắp đặt.

• Tiêu chuẩn chế tạo: Đảm bảo máy biến áp được sản xuất và kiểm nghiệm theo các tiêu chuẩn uy tín (TCVN, IEC...) để đảm bảo chất lượng và an toàn.

• Hiệu suất: Ưu tiên máy có hiệu suất cao để giảm tổn thất năng lượng vận hành.

Các yếu tố kỹ thuật quan trọng khi lựa chọn máy biến áp tăng áp

Ứng dụng quan trọng của máy biến áp tăng áp trong thực tế

Máy biến áp tăng áp đóng vai trò không thể thay thế trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là:

• Tại các nhà máy điện: Đây là ứng dụng phổ biến và quan trọng nhất. Điện năng tạo ra từ các máy phát điện thường có điện áp tương đối thấp (vài kV đến vài chục kV). Máy biến áp tăng áp được sử dụng để nâng điện áp này lên mức rất cao (110kV, 220kV, 500kV hoặc cao hơn) trước khi hòa vào lưới điện quốc gia để truyền tải đi xa hàng trăm, hàng ngàn km.

• Trong hệ thống truyền tải điện: Dọc theo các đường dây truyền tải dài, đôi khi cần các trạm biến áp tăng áp trung gian để bù sụt áp hoặc kết nối các cấp điện áp khác nhau.

• Kết nối các nguồn năng lượng tái tạo: Các trang trại điện gió, điện mặt trời thường tạo ra điện ở cấp điện áp trung áp. Máy biến áp tăng áp được dùng để nâng điện áp lên cấp cao áp, phù hợp với việc hòa vào lưới điện truyền tải.

• Trong công nghiệp và phòng thí nghiệm: Một số quy trình công nghiệp đặc thù hoặc các thí nghiệm điện cao áp yêu cầu nguồn điện áp rất cao. Máy biến áp tăng áp được sử dụng để đáp ứng các nhu cầu này (ví dụ: thử nghiệm độ bền cách điện của thiết bị, lò hồ quang...).

Ứng dụng quan trọng của máy biến áp tăng áp trong thực tế

Phân loại máy biến áp tăng áp phổ biến

Máy biến áp tăng áp có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, phổ biến nhất là:

Máy biến áp tăng áp được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau:

Theo phương thức làm mát

• Máy biến áp khô: Làm mát bằng không khí, thường dùng cho công suất nhỏ và trung bình.

• Máy biến áp dầu: Sử dụng dầu cách điện làm chất làm mát và cách điện, phù hợp với công suất lớn.

• Máy biến áp khí SF6: Sử dụng khí SF6 làm chất cách điện và làm mát, thân thiện với môi trường hơn.

Theo số pha

• Máy biến áp 1 pha: Thường dùng trong các ứng dụng công suất nhỏ, phòng thí nghiệm hoặc trong một số hệ thống điện đặc biệt.

• Máy biến áp 3 pha: Loại phổ biến nhất trong hệ thống truyền tải và phân phối điện công nghiệp, vì hầu hết lưới điện hiện nay là lưới điện 3 pha.

Theo kết cấu lõi

• Máy biến áp lõi kiểu E-I: Cấu trúc đơn giản, chi phí thấp.

• Máy biến áp lõi kiểu C: Giảm từ trở, hiệu suất cao hơn.

• Máy biến áp lõi toroidal (hình xuyến): Hiệu suất cao nhất, ít từ trường rò.

Theo công suất

• Máy biến áp công suất nhỏ: Dưới 100 kVA.

• Máy biến áp công suất trung bình: Từ 100 kVA đến 10 MVA.

• Máy biến áp công suất lớn: Trên 10 MVA.

Theo mục đích sử dụng

• Máy biến áp lực: Dùng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện.

• Máy biến áp đo lường: Cung cấp thông tin điện áp hoặc dòng điện cho thiết bị đo lường.

• Máy biến áp đặc biệt: Máy biến áp thử nghiệm, máy biến áp lò, máy biến áp hàn...

Hướng dẫn bảo trì và sửa chữa máy biến áp tăng áp cơ bản

Bảo trì định kỳ và đúng cách là yếu tố then chốt để đảm bảo máy biến áp tăng áp hoạt động an toàn, tin cậy và kéo dài tuổi thọ. Dưới đây là một số công việc kiểm tra và bảo trì cơ bản:

Kiểm tra bên ngoài

• Quan sát tổng thể tình trạng vỏ máy, các mối hàn, các bulông xem có dấu hiệu rỉ sét, biến dạng hay lỏng lẻo không.

• Kiểm tra mức dầu trong bình giãn nở (đối với MBA dầu) đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép.

• Kiểm tra các sứ đầu vào/ra xem có bị nứt vỡ, bám bẩn quá mức hay có dấu hiệu phóng điện không.

• Kiểm tra tình trạng các đầu nối cáp, đảm bảo chắc chắn và không có dấu hiệu quá nhiệt.

• Lắng nghe tiếng kêu của máy khi vận hành, phát hiện các tiếng ồn bất thường (kêu to, rè rè...).

Kiểm tra hệ thống làm mát

• Vệ sinh các cánh tản nhiệt, đảm bảo không bị bám bụi bẩn cản trở quá trình tỏa nhiệt.

• Kiểm tra hoạt động của quạt làm mát (nếu có).

• Kiểm tra hệ thống bơm dầu tuần hoàn (đối với các hệ thống làm mát cưỡng bức bằng dầu).

Kiểm tra dầu cách điện (Đối với MBA dầu)

• Kiểm tra màu sắc, độ trong của dầu qua kính thăm dầu.

• Định kỳ lấy mẫu dầu để kiểm tra các chỉ tiêu hóa lý (điện áp đánh thủng, độ ẩm, độ axit...) theo quy định. Việc này cần thực hiện bởi các phòng thí nghiệm chuyên nghiệp.

Đo lường và thí nghiệm định kỳ

• Đo điện trở cách điện của các cuộn dây.

• Đo điện trở một chiều của các cuộn dây.

• Kiểm tra tỷ số biến áp.

• Các thí nghiệm chuyên sâu khác theo quy trình bảo dưỡng.

Lưu ý quan trọng: Bất kỳ dấu hiệu bất thường nào như rò rỉ dầu, tiếng kêu lạ, nhiệt độ tăng cao, sứ bị nứt vỡ... đều cần được báo cáo và xử lý kịp thời. Tuyệt đối không tự ý sửa chữa nếu không có chuyên môn.

Hướng dẫn bảo trì và sửa chữa máy biến áp tăng áp cơ bản

Máy biến áp tăng áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng. Việc hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm và cách bảo trì máy biến áp tăng áp sẽ giúp người sử dụng vận hành thiết bị an toàn, hiệu quả và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Hy vọng bài viết này của Sài Gòn Sinco đã cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích về máy biến áp tăng áp.

CTY TNHH TM XÂY LẮP CÔNG NGHIỆP SÀI GÒN (SINCO ENGINEERING): 

Công Ty TNHH Thương Mại Xây Lắp Công Nghiệp SÀI GÒN Sinco - nhà sản xuất và phân phối thiết bị điện hàng đầu tại Việt Nam. Chúng tôi cung cấp tủ điện, máy biến áp và nhiều sản phẩm chất lượng khác.

• Địa chỉ: 489/9 Mã Lò, Khu phố 1, Phường Bình Hưng Hòa A, Bình Tân, Hồ Chí Minh
• Hotline: 0946556058 - 0914510058
• Email: saigonsinco@gmail.com
• Website: https://www.saigonsinco.com

MỜI QUÝ KHÁCH XEM THÊM CÁC SẢN PHẨM KHÁC CỦA CHÚNG TÔI TẠI ĐÂY: