Máy biến áp tăng áp làm tăng điện áp thứ cấp và giảm dòng điện, trong khi máy biến áp giảm áp làm giảm điện áp và tăng dòng điện; bản thân thiết bị biến áp đôi khi có thể thực hiện cả hai vai trò, nhưng lớp cách điện, các đầu phân áp, hệ thống nối đất, dòng điện khởi động và sự phê duyệt của nhà sản xuất phải phù hợp với hướng sử dụng dự kiến. Tỷ số vòng dây xác định xấp xỉ tỷ số điện áp, trong khi công suất kVA gần như không đổi trừ các tổn thất. Việc lựa chọn ứng dụng cũng phải giải quyết các yếu tố về pha, tần số, đấu nối, trở kháng, điều áp và bảo vệ.
Tỷ số vòng dây, Điện áp và Dòng điện
Đối với một máy biến áp lý tưởng, V₂/V₁ = N₂/N₁. Cuộn thứ cấp có nhiều vòng dây hơn cuộn sơ cấp sẽ tạo ra điện áp cao hơn; ít vòng dây hơn sẽ tạo ra điện áp thấp hơn. Công suất biểu kiến được bảo toàn xấp xỉ, do đó I₂/I₁ = N₁/N₂. Các thành phần thực tế bổ sung điện trở cuộn dây, điện kháng tản, dòng điện kích thích và tổn thất.
Sử dụng các đại lượng dây và pha định mức phù hợp với cách đấu dây. Trong thiết bị ba pha, các mối quan hệ tam giác và sao có thể làm cho tỷ số điện áp dây khác với tỷ số vòng dây của từng cuộn dây riêng lẻ.
Các ứng dụng tăng áp và hạ áp tiêu biểu
Các nhà máy phát điện và năng lượng tái tạo sử dụng máy biến áp tăng áp để kết nối các máy phát hoặc bộ nghịch lưu có điện áp thấp hơn với các hệ thống thu gom và truyền tải. Các nhà máy công nghiệp có thể tăng điện áp từ 480 V lên cấp phân phối trung thế khi khoảng cách đường dây cấp nguồn dài hoặc tải lớn đòi hỏi điều đó.
Phân phối tiện ích và cơ sở hạ tầng sử dụng máy biến áp hạ áp để cung cấp hệ thống 480 V, 400 V, 208Y/120 V hoặc các hệ thống sử dụng điện khác. Máy biến áp điều khiển và cách ly cung cấp điện áp thấp hơn cho máy móc đồng thời duy trì sự cách ly theo thiết kế.
Máy biến áp có thể được cấp điện ngược không?
Một số máy biến áp hai cuộn dây có thể được cấp điện từ cuộn dây thường được đánh dấu là thứ cấp, nhưng điện áp đầu ra thu được có thể không bằng định mức sơ cấp ban đầu vì các đầu phân áp và quy định điện áp được thiết kế cho chiều bình thường. Dòng điện khởi động có thể thay đổi đáng kể và cuộn dây hạ áp trước đây có thể không có bố trí bảo vệ hoặc nối đất như dự kiến.
Không cấp điện ngược trừ khi có sự chấp thuận bằng văn bản của nhà sản xuất. Xác nhận cách điện, khả năng tiếp cận trung tính, các đầu ra (tap), màn chắn tĩnh điện, nhãn đầu cực, bảo vệ và việc nghiêm cấm cấp điện cho các đầu cực để hở không sử dụng.
So sánh máy biến áp tăng áp và hạ áp
| Yếu tố | Ứng dụng nâng cao | Ứng dụng giảm dần | Kiểm tra |
|---|---|---|---|
| Điện áp | Thứ cấp cao hơn sơ cấp | Thấp hơn nguồn thứ cấp | Công suất định mức (vào/ra) và các đầu vòi |
| Hiện tại | Dòng điện đầu ra thấp hơn cho cùng công suất kVA | Dòng điện đầu ra lớn hơn cho cùng mức kVA | Khả năng mang dòng điện của dây dẫn và thiết bị |
| Sử dụng phổ biến | Phát điện và truyền tải điện năng khoảng cách xa | Sử dụng tiện ích và cơ sở vật chất | Hồ sơ phụ tải và kiến trúc hệ thống |
| Trọng tâm bảo vệ | Cách điện điện áp cao và khả năng chịu quá áp | Dòng sự cố thứ cấp cao và chế độ làm việc của dây dẫn | Nghiên cứu ngắn mạch và phối hợp bảo vệ |
| Cấp liệu ngược dòng | Có thể được đề xuất cho các trường hợp đặc biệt | Hướng thông thường cho nhiều bộ phân phối | Sự chấp thuận bằng văn bản của nhà sản xuất |
Tuyển chọn, Quy định và Bảo vệ
Xác định dải điện áp đầu vào/đầu ra, công suất tải kVA, số pha, tần số, kiểu đấu nối, dây trung tính và nối đất. Đánh giá hệ số công suất tải, sóng hài, dòng khởi động động cơ, nhiệt độ môi trường, độ cao và khả năng mở rộng trong tương lai. Tổng trở ảnh hưởng đến sụt áp và dòng sự cố khả dụng.
Thiết bị sơ cấp và thứ cấp yêu cầu các mức dòng điện định mức khác nhau. Hệ thống bảo vệ phải chịu được dòng điện khởi động và phối hợp với các giới hạn chịu đựng hư hỏng của máy biến áp. Ứng dụng tăng áp có thể đòi hỏi điện áp đóng cắt cao hơn, bảo vệ quá điện áp và các yêu cầu phối hợp cách điện.
Máy biến áp hạ áp làm tăng cường độ dòng điện hay làm giảm cường độ dòng điện? *(Lưu ý: Nếu bạn muốn dịch chính xác câu hỏi gốc "What does a step-down transformer do to current?"):* Máy biến áp hạ áp làm gì với dòng điện?
Máy biến áp hạ áp làm giảm điện áp xoay chiều và cho phép dòng điện thứ cấp có định mức cao hơn đối với cùng một công suất biểu kiến xấp xỉ. Nó không ép dòng điện đó chạy qua tải. Dòng điện thực tế phụ thuộc vào tải được kết nối; định mức của máy biến áp cho biết nó có thể cung cấp bao nhiêu theo các điều kiện được chỉ định của nó. Sự khác biệt này rất quan trọng khi một tải điện tử nhỏ được kết nối với nguồn điện lớn hơn nhiều.
Trong một máy biến áp một pha lý tưởng, VpIp = VsIs. Nếu điện áp giảm đi bốn lần, dòng điện đầy tải tương ứng sẽ tăng lên bốn lần. Công suất đầu vào thực tế cũng cung cấp tổn thất lõi và cuộn dây. Do đó, điện áp thấp hơn không tạo ra năng lượng miễn phí, và cuộn thứ cấp không thể vượt quá định mức nhiệt của nó chỉ đơn giản là vì thiết bị đóng cắt sơ cấp có công suất dự phòng.
Ví dụ tính toán từ 480V xuống 120V
Xét một máy biến áp một pha có công suất định mức 2 kVA, sơ cấp 480 V và thứ cấp 120 V. Tỷ số điện áp danh định của nó là 480 ÷ 120 = 4. Dòng điện sơ cấp đầy tải lý tưởng là 2.000 ÷ 480 = 4,17 A; dòng điện thứ cấp định mức là 2.000 ÷ 120 = 16,67 A. Những dòng điện đó mô tả hai phía của cùng một mức công suất biểu kiến. Chúng không phải là kích thước cầu chì được quy định.
Nếu một tải yêu cầu 1.000 VA ở 120 V, dòng điện danh định của nó là 8,33 A và dòng điện sơ cấp lý tưởng là 2,08 A. Máy biến áp vẫn có công suất định mức 2 kVA, nhưng nó chỉ cung cấp đúng mức mà tải yêu cầu, cộng với tổn thất của chính nó. Các phép đo thực tế phụ thuộc vào điện áp nguồn, dạng sóng, độ điều chỉnh điện áp và hệ số công suất. Các thiết bị bảo vệ bổ sung phải tính đến dòng điện khởi động khi cấp nguồn, định mức của dây dẫn và tính phối hợp.
Mối quan hệ lý tưởng và sự suy ra của nó được giải thích trong Vật lý Đại cương OpenStax: Máy biến áp. Những ví dụ này áp dụng mối quan hệ đó cho các mức định mức giả định; chúng không mô tả một mô hình LBAJI được cung cấp hoặc đảm bảo một điện áp đo được cụ thể.
Công suất ba pha cần có hệ số pha
Đối với tải ba pha đối xứng, S = √3 × VLL × TôiL. Sử dụng nhất quán điện áp dây-dây và dòng điện dây. Một máy 30 kVA có điện áp thứ cấp dây-dây là 208 V có dòng điện dây định mức khoảng 83,3 A. Việc chia 30.000 cho 208 mà không có hệ số căn bậc hai của ba sẽ phóng đại dòng điện. Tương tự, việc nhầm lẫn giá trị dây-trung tính 120 V với giá trị dây-dây 208 V tạo ra một sai số khác.
Tỷ số vòng dây áp dụng cho các cuộn dây riêng lẻ, trong khi tỷ số điện áp dây trên nhãn máy cũng phụ thuộc vào các đấu nối tam giác hoặc đấu sao. Do đó, một máy biến áp đấu tam giác - sao không thể chỉ được giải thích bằng cách chia các điện áp dây và giả định kết quả đó bằng với tỷ số vòng dây. Nhóm véc-tơ, dây trung tính và độ lệch pha là một phần của thông số kỹ thuật, đặc biệt là khi đấu nối một máy biến áp vào một hệ thống ba pha hiện hữu.
Tại sao đầu ra đo được lại khác với nhãn
Máy biến áp không nhất thiết là một nguồn điện ổn áp. Khi không tải, điện áp thứ cấp có thể cao hơn giá trị định mức khi có tải; khi dòng điện tăng lên, điện kháng rò và điện trở cuộn dây góp phần gây sụt áp. Hệ số công suất tải ảnh hưởng đến kết quả. Sự biến động điện áp nguồn cũng xuất hiện ở cuộn thứ cấp thông qua tỉ số biến áp. Một đầu phân áp (tap) có thể điều chỉnh mối quan hệ danh định, nhưng nó không tự động cung cấp sự ổn áp liên tục.
Kiểm tra dải điện áp cho phép của tải khi khởi động và trong quá trình hoạt động ổn định. Cáp thứ cấp dài có thể gây sụt áp đáng kể do dòng điện cao hơn ở phía điện áp thấp. Nếu bộ truyền động hoặc Contactor không hút được, cả sự sụt áp của biến áp và sụt áp trên cáp đều có thể là nguyên nhân. Việc tăng nấc điện áp mà không kiểm tra mạch điện có thể làm quá áp các tải khác khi tải nặng được ngắt ra.
Giảm bậc không nhất thiết có nghĩa là cô lập
Một máy biến áp cuộn dây riêng biệt thông thường có thể giảm điện áp đồng thời cung cấp khả năng cách ly điện. Một máy tự ngẫu cũng có thể giảm điện áp, nhưng cuộn dây chung của nó tạo ra một kết nối dẫn điện trực tiếp. Các từ “giảm áp” mô tả hướng điện áp, không phải bố cục cách điện. Một thông số kỹ thuật đòi hỏi cả việc giảm điện áp và cách ly phải nêu rõ cả hai yêu cầu.
Bộ chuyển đổi du lịch là một nguồn gây nhầm lẫn khác. Đầu cắm chuyển đổi thay đổi kết nối vật lý và có thể hoàn toàn không thay đổi điện áp. Một số thiết bị điện tử chấp nhận dải điện áp nguồn rộng, trong khi những thiết bị khác yêu cầu nguồn chuyển đổi phù hợp. Kiểm tra nhãn đầu vào của thiết bị và yêu cầu về nguồn điện. Không nên đề xuất máy biến áp công nghiệp cho thiết bị tiêu dùng di động chỉ vì các điện áp có vẻ khớp nhau.
Tần số và loại tải có thể loại trừ một trường hợp khớp rõ ràng
Máy biến áp thông thường giữ nguyên tần số. Cấp nguồn 60 Hz tạo ra đầu ra 60 Hz và máy biến áp điện áp không chuyển đổi nguồn 50 Hz thành 60 Hz. Từ thông lõi phụ thuộc vào mối quan hệ giữa điện áp và tần số. Hoạt động ở tần số thấp hơn với điện áp không đổi có thể làm tăng từ thông và nhiệt lượng vượt quá giới hạn thiết kế trừ khi nhãn thông số và nhà sản xuất cho phép.
Dòng điện một chiều liên tục không hỗ trợ hoạt động biến áp bình thường sau quá trình quá độ ban đầu và có thể gây ra dòng điện và hiện tượng quá nhiệt quá mức. Hãy sử dụng bộ chuyển đổi phù hợp cho việc chuyển đổi điện áp một chiều. Các bộ chỉnh lưu, ổ đĩa tốc độ biến thiên, bộ nguồn LED và các tải phi tuyến tính khác cũng tạo ra các dòng điện mà tổng kW đơn thuần không thể mô tả đầy đủ. Hãy nêu rõ các yêu cầu về sóng hài và hệ số làm việc khi lựa chọn máy biến áp.
Kiểm tra lựa chọn cho một hệ thống lắp đặt thực tế
Bắt đầu với điện áp đầu ra có tải yêu cầu, tổng công suất VA, số pha, tần số và đặc tính khởi động của tải. Xác định xem có cần dây trung tính hay không và có yêu cầu cách điện hay không. Kiểm tra nhiệt độ môi trường, độ cao, thông gió, vỏ bảo vệ và không gian lắp đặt. Các điều kiện này ảnh hưởng đến công suất sử dụng và khả năng làm mát; cùng một mức kVA danh định không làm cho mọi vỏ bảo vệ hoặc vị trí lắp đặt trở nên tương đương nhau.
Sau đó, xác nhận trở kháng, các đầu phân áp cho phép, các cực đấu nối và các yêu cầu về thiết bị bảo vệ. So sánh sụt áp và dòng sự cố khả dụng với định mức của thiết bị hạ lưu. Yêu cầu sơ đồ đấu nối và dữ liệu kiểm tra cho đúng mẫu máy đó. Yêu cầu lắp đặt hệ thống điện của OSHA cung cấp bối cảnh liên quan cho sự phù hợp của thiết bị và việc sử dụng trong phạm vi định mức dự kiến của thiết bị. Việc lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ cuối cùng thuộc về thiết kế lắp đặt có liên quan.
Ngữ cảnh kỹ thuật bổ sung: Nguyên lý máy biến áp và quan hệ điện áp.
Các hướng dẫn về máy biến áp liên관 và bối cảnh sản phẩm
Xem lại Hướng dẫn cơ bản về Transformer về các nguyên tắc cơ bản. Đối với các câu hỏi liên quan, hãy đọc Biến áp tự ngẫu là gì? Nguyên lý, ứng dụng và giới hạn và Biến áp cách ly là gì? An toàn, Ứng dụng và Lựa chọn. Đối với các thông số kỹ thuật của thiết bị phân phối, hãy xem Máy biến áp ngâm dầu 35 kV; xác nhận phạm vi sản phẩm thực tế và các thông số định mức trước khi sử dụng trong một dự án.
Video: nguyên lý cơ bản của transformer
Tư duy kỹ thuật minh họa nguyên lý điện được thảo luận ở đây. Phần giải thích nền tảng này bổ sung cho bài viết; nó không chứng minh hoặc cho phép thực hiện công việc hiện trường.
Các câu hỏi thường gặp
Máy biến áp giảm áp có tác dụng gì?
Nó làm giảm điện áp xoay chiều thông qua tỷ số vòng dây của nó. Đối với cùng một công suất biểu kiến xấp xỉ, dòng điện định mức đầu ra tương ứng sẽ cao hơn, trong khi tần số thường không đổi.
Máy biến áp hạ áp có làm tăng dòng điện ở mọi tải không?
Không. Tải trọng quyết định dòng điện thực tế. Định mức máy biến áp cho biết dòng điện mà nó có thể cung cấp theo các điều kiện được chỉ định, không phải là dòng điện ép buộc vào mọi thiết bị được kết nối.
Máy biến áp giảm áp có luôn được cách ly không?
Không. Các cuộn dây riêng biệt có thể cung cấp khả năng cách ly, nhưng máy biến áp tự ngẫu có thể hạ điện áp thông qua một cuộn dây dẫn điện chung. Hãy nêu yêu cầu cách ly một cách riêng biệt.
Máy biến áp 60 Hz có thể chạy ở tần số 50 Hz không?
Chỉ khi định mức hoặc nhà sản xuất cho phép tổ hợp điện áp và tần số đó. Tần số thấp hơn ở điện áp không đổi có thể làm tăng từ thông lõi và sự gia nhiệt.
Dòng điện thứ cấp được tính toán như thế nào?
Đối với một pha, chia VA cho điện áp thứ cấp. Đối với ba pha cân bằng, chia VA cho tích của căn bậc hai của ba và điện áp dây với dây. Đây là các tính toán dòng tải, không phải quy tắc chọn kích thước cầu chì.
