Biến áp

Máy biến áp hay máy biến thế, tên ngắn gọn là biến áp, là thiết bị điện thực hiện truyền đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện thông qua cảm ứng điện từ.

Máy biến áp gồm có một cuộn dây sơ cấp và một hay nhiều cuộn dây thứ cấp liên kết qua trường điện từ. Khi đưa dòng điện với điện áp xác định vào cuộn sơ cấp, sẽ tạo ra trường điện từ. Theo định luật cảm ứng Faraday trường điện từ tạo ra dòng điện cảm ứng ở các cuộn thứ cấp. Để đảm bảo sự truyền đưa năng lượng thì bố trí mạch dẫn từ qua lõi cuộn dây. Vật liệu dẫn từ phụ thuộc tần số làm việc.
Ở tần số thấp như biến áp điện lực, âm tần thì dùng lá vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao như thép silic, permalloy,... và mạch từ khép kín như các lõi ghép bằng lá chữ E, chữ U, chữ I.
Ở tần số cao, vùng siêu âm và sóng radio thì dùng lõi ferrit khép kín mạch từ.

Ở tần số siêu cao là vùng vi sóng và sóng truyền hình, vẫn có các biến áp dùng lõi không khí và thường không khép mạch từ. Tuy nhiên quan hệ điện từ của chúng khác với hai loại nói trên, và không coi là biến áp thật sự.

Các cuộn sơ cấp và thứ cấp có thể cách ly hay nối với nhau về điện, hoặc dùng chung vòng dây như trong biến áp tự ngẫu. Thông thường tỷ số điện áp trên cuộn thứ cấp với điện áp trên cuộn sơ cấp tỷ lệ với số vòng quấn, và gọi là tỷ số biến áp. Khi tỷ số này >1 thì gọi là hạ áp, ngược lại N_P, U_P, I_P, \Phi_P và N_S, U_S, I_S, \Phi_S là số vòng quấn, hiệu điện thế, dòng điện và từ thông trong mạch điện sơ cấp và thứ cấp (primary và secondary) thì theo Định luật Faraday ta có:
:{U_P} = {N_P} \frac {d \Phi_P}{dt} và {U_S} = {N_S} \frac {d \Phi_S}{dt}
Nếu \Phi_S = \Phi_P thì \frac{U_P}{U_S}=\frac{N_P}{N_S},

ngoài ra \frac{I_P}{I_S}=\frac{N_S}{N_P}

Như vậy \frac{U_P}{U_S}=\frac{N_P}{N_S}=\frac{I_S}{I_P} (máy biến thế lý tưởng).

Ví dụ, 1 máy biến thế có công suất 400 W, tỉ lệ biến thế 80:5
Phía sơ cấp 80 V, 5 A, 160 vòng
Phía thứ cấp 5 V, 80 A, 10 vòng

Phân loại máy biến áp
Máy biến áp (MBA) có thể phân làm nhiều loại khác nhau dựa vào:
Cấu tạo: MBA một pha và MBA ba pha
Chức năng: MBA hạ thế và MBA tăng thế
Cách thức cách điện: MBA lõi dầu, lõi không khí...
Nhiệm vụ: MBA Điện lực, MBA dân dụng, MBA hàn, MBA xung...
Công suất hay hiệu điện thế
...

Ký hiệu trong mạch điện

1
Máy biến thế (máy biến áp)với 2 cuộn dây và 1 lõi sắt.

2
Máy biến thế với 3 cuộn dây và 1 lõi sắt.

3
Máy tăng thế hoặc hạ thế.

4
Máy biến thế có thiết bị chống lại ảnh hưởng trường điện từ.

Lĩnh vực sử dụng

Biến áp được dùng trong việc dẩn điện , tăng điện và giảm điện tùy thuộc vào tỉ lệ vòng quấn ở 2 cổng nhập xuất theo công thức sau
: v_o = v_i \times \frac{N_o}{N_i}

Dẩn điện
: v_o = v_i khi N_o = N_i

Tăng điện
: v_o = A v_i khi N_o > N_i

Giảm điện
: v_o = \frac{1}{A} v_i khi N_o

Máy biến áp có thể chuyển đổi hiệu điện thế (điện áp) đúng với giá trị mong muốn . Thí dụ , từ đường dây trung thế 10 kV sang mức hạ thế 220 V hay 400 V dùng trong sinh hoạt dân cư. Tại các nhà máy phát điện, máy biến áp thường chuyển hiệu điện thế mức trung thế từ máy phát điện (10 kV đến 50 kV) sang mức cao thế (110 kV đến 500 kV hay cao hơn) trước khi truyền tải lên đường dây điện cao thế. Trong truyền tải điện năng với khoảng cách xa, hiệu điện thế càng cao thì hao hụt càng ít.

Ngoài ra còn có các máy biến thế có công suất nhỏ hơn, máy biến áp (ổn áp) dùng để ổn định điện áp trong nhà, hay các cục biến thế, cục sạc,... dùng cho các thiết bị điện với hiệu điện thế nhỏ (230 V sang 24 V, 12 V, 3 V,...).

Tham khảo

Xem thêm

Liên kết ngoài

Máy biến áp - Hướng dẫn Java Tương tác Phòng thí nghiệm Cao từ trường Quốc gia
Bên trong Máy biến áp của Đại học Denver
Hiểu Máy biến áp: Đặc điểm và Hạn chế của Tạp chí Conformity
3 Thông tin và cấu trúc pha của Máy biến áp — Điểm cấp nguồn 3 pha

ứng dụng Java cho máy biến áp