Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem cách thức hoạt động của máy biến áp, cách tạo ra từ trường bằng điện và tại sao chỉ có dòng điện xoay chiều có thể được sử dụng trong máy biến áp.
Máy biến áp hoạt động như thế nào?
Hiện tại có 2 loại điện cơ bản đó là điện một chiều và điện xoay chiều, máy biến áp chỉ có thể hoạt động bằng cách sử dụng dòng điện xoay chiều. Khi chúng ta kết nối máy phát điện xoay chiều với 1 vòng cáp kín, dòng điện có thể chạy qua sợi cáp này và hướng của dòng điện sẽ luân phiên thay đổi ngược xuôi tương ứng với vòng quay của máy phát điện.
Khi dòng điện chạy qua sợi dây cáp, nó sẽ phát ra từ trường, nếu chúng ta truyền dòng điện 1 chiều qua dây cáp từ trường sẽ không thay đổi. Nhưng nếu chúng ta truyền dòng điện xoay chiều qua dây cáp thì từ trường sẽ tăng/giảm cường độ và thay đổi cực tính khi dòng điện đổi hướng. Nếu chúng ta đặt nhiều dây cáp với nhau và truyền dòng điện qua chúng thì từ trường trong mỗi sợi dây cáp sẽ kết hợp lại với nhau để tạo ra từ trường mạnh hơn.
Khi chúng ta quấn 1 sợi dây thành 1 cuộn dây, thì mỗi vòng dây sẽ lại tạo ra 1 từ trường nhưng lúc này tất cả chúng sẽ hợp nhất với nhau và tạo thành 1 từ trường mạnh hơn rất nhiều. Bây giờ, nếu chúng ta đặt 1 cuộn dây thứ 2 gần với cuộn thứ nhất và truyền dòng điện xoay chiều qua cuộn thứ nhất thì từ trường mà nó tạo ra sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng ở bên cuộn dây thứ 2. Điểm quan trọng ở đây là từ trường đang thay đổi cường độ và phân cực. Sự thay đổi cường độ và hướng của từ trường liên tục sẽ làm rung động các electron tự do trong cuộn dây thứ cấp và điều này buộc chúng phải di chuyển. Chuyển động này được gọi là lực điện động hoặc EMF
Lực điện động không xảy ra khi chúng ta truyền dòng điện 1 chiều qua cuộn sơ cấp, đó là do từ trường không thay đổi nên các electron trong cuộn thứ cấp không bị buộc phải di chuyển.
Bạn vẫn có thể tạo ra dòng điện cảm ứng với nguồn điện 1 chiều bằng cách tắt/mở nguồn điện liên tục như bạn có thể thấy trên hình minh họa. Mỗi khi mạch sơ cấp tắt hoặc mở, tương ứng với điện áp tăng hoặc giảm nó sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng bên cuộn thứ cấp vì mỗi khi bạn mở hoặc tắt điện cho cuộn sơ cấp là bạn đã tạo ra sự thay đổi từ trường. Đó là lí do tại sao chúng ta cần dòng điện xoay chiều để cấp cho cuộn sơ cấp.
Quay trở lại với mô hình máy biến áp, với cách thiết lập cuộn sơ cấp và thứ cấp như vậy sẽ gây lãng phí rất nhiều từ trường do cuộn sơ cấp tạo ra bởi vì phần lớn từ trường này không nằm trong phạm vi ảnh hưởng của cuộn thứ cấp. Để khắc phục sự lãng phí này, các kỹ sư đặt 1 lõi thép vào giữa các cuộn sơ cấp và thứ cấp làm bằng vật liệu dẫn từ. Vòng thép này giúp từ trường đi vòng theo 1 đường dẫn đến cuộn thứ cấp do đó chúng sẽ chia sẻ từ trường và điều này làm cho máy biến áp hoạt động hiệu quả hơn nhiều. Tuy nhiên việc sử dụng 1 lõi sắt chưa phải là 1 giải pháp hoàn hảo vì 1 phần năng lượng vẫn bị mất đi thông qua 1 thứ gọi là dòng điện Foucault
Dòng điện này luôn chống lại nguyên nhân đã tạo ra nó và là nguyên nhân làm nóng máy biến áp, điều này có nghĩa là năng lượng sẽ bị mất đi dưới dạng nhiệt. Để khắc phục được vấn đề này, thay vì sử dụng 1 lõi thép dày, các kỹ sư đã sử dụng nhiều lá sắt mỏng ghép lại với nhau để tạo thành 1 lõi thép dày để làm giảm đáng kể dòng điện Foucault.
Máy biến áp được sử dụng để tăng/ giảm điện áp bằng cách tăng/ giảm số lượng vòng dây được cuốn ở phía cuộn thứ cấp. Cụ thể để tăng điện áp thì số lượng vòng dây ở cuộn thứ cấp phải nhiều hơn ở cuộn sơ cấp. Nếu muốn giảm điện áp thì số lượng vòng dây trong cuộn thứ cấp phải ít hơn ở cuộn sơ cấp.
Ví dụ, các nhà máy sản xuất điện thường được đặt ở rất xa khu dân cư, để có thể truyền tải dòng điện đi xa người ta phải kết nối nguồn điện từ nhà máy sản xuất điện đến máy biến áp để tăng điện áp lên cao thường được gọi là điện cao thế hay điện cao áp. Mục đích của việc sử dụng điện cao áp để truyền đi xa là nhằm giảm thiểu những tổn thất điện trên đường dây trong quá trình truyền. Do dây dẫn điện thường được làm bằng nhôm hoặc dây đồng có tỷ lệ điện trở nhất định và điện trở này sẽ biến điện năng thành nhiệt năng trong quá trình truyền điện. Điều này làm cho 1 phần điện năng sẽ bị tổn thất trong quá trình truyền tải. Vì đường truyền tải điện rất dài nên lượng điện năng tổn thất do điện trở gây nên rất lớn do đó phương pháp tốt nhất giảm tổn hao trên đường dây truyền tải điện hiện nay là dùng điện cao áp để truyền tải.
Sau khi được hòa lưới điện, dòng điện sẽ được tải tới các thị trấn và thành phố. Ngay khi các dòng điện này đến các khu vực, nó sẽ được kết nối với 1 máy biến áp khác để hạ mức điện áp xuống thấp hơn, an toàn cho những hộ dân sống xung quanh, mức điện áp này gọi là điện trung thế. Từ đây, nguồn điện được phân phối cục bộ trong các mạch nhỏ hơn ở đường phố.
Máy biến áp dùng cho các tòa nhà thương mại và trạm điện thường là loại ba pha. Các máy biến áp 3 pha này có thể được chế tạo từ 3 máy biến áp riêng biệt và được ghép với nhau hoặc chúng có thể được chế tạo thành 1 đơn vị lớn với lõi sắt dùng chung.
Để hiểu rõ hơn về cách hoạt động cơ bản của 1 máy biến áp, bạn có thể liên hệ với chúng tôi để được tư vấn:
CÔNG TY TNHH CÔNG NGHIỆP VÀ NĂNG LƯỢNG GUAVA
Hotline: 0912 535 538
Email: guava.helpdesk@gmail.com hoặc capdiencosmolink@gmail.com
