Máy biến áp điện chất lượng cao từ nhà sản xuất Trung Quốc với tiêu chuẩn IEC

Máy biến áp là gì?

Máy biến áp là thiết bị điện sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để thay đổi hiệu điện thế của dòng điện xoay chiều, thường bao gồmmáy biến áp tăng áp và giảm áp. Trong quá trình đặt và hạ điện áp, máy biến áp sẽ giữ tần số không đổi bằng cách thay đổi tỷ số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp. Cơ chế hoạt động cốt lõi của nó là khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn sơ cấp, nó tạo ra một từ trường thay đổi trong lõi, từ đó tạo ra một suất điện động trong cuộn thứ cấp, từ đó cho phép chuyển đổi giữa điện áp và dòng điện: tăng điện áp làm giảm dòng điện, giảm điện áp làm tăng dòng điện và lý tưởng nhất là tổng công suất không đổi. Đặc tính này giúp giảm đáng kể tổn thất truyền tải khi cung cấp điện ở khoảng cách xa, đồng thời cung cấp điện áp thích ứng an toàn cho các thiết bị khác nhau tại thời điểm sử dụng. Các ứng dụng điển hình bao gồm từ máy biến áp khổng lồ trong trạm biến áp, máy biến áp phân phối trên cột điện đến máy biến áp thu nhỏ bên trong bộ sạc điện thoại di động. Tuy nhiên, cần đặc biệt lưu ý rằngMáy biến áp chỉ hoạt động với dòng điện xoay chiều và không thể chuyển đổi dòng điện một chiều.

Nguyên lý làm việc của máy biến áp là gì?

Nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa trênđịnh luật cảm ứng điện từ. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn sơ cấp, nó sẽ tạo ra từ thông xoay chiều trong lõi. Dòng điện xoay chiều này liên kết đồng thời cả cuộn sơ cấp và thứ cấp, tạo ra một suất điện động (EMF) trong mỗi cuộn dây. Thông qua cảm ứng điện từ này, máy biến áp truyền năng lượng điện và biến đổi điện áp, chỉ có khớp nối từ tính giữa hai cuộn dây và không có kết nối điện trực tiếp.

Mối quan hệ biến đổi điện áp là:

U₁/U₂ = N₁/N₂ = k

trong đó U₁, U₂ là điện áp sơ cấp và thứ cấp, N₁, N₂ là số vòng dây trong cuộn dây và k là tỷ số vòng dây. Khi cuộn thứ cấp có nhiều vòng dây hơn cuộn sơ cấp thì máy biến ápbước lênđiện áp; khi nó có ít lượt hơn, nóbước xuốngđiện áp.

Cấu trúc và các thành phần chính

Một máy biến áp chủ yếu bao gồm các bộ phận tích cực nhưlõi, cuộn dây, cách điện và dây dẫn, bể chứa, hệ thống làm mát, thiết bị bảo vệ và ống lót. Lõi và cuộn dây còn được gọi là cuộn dây, là những thành phần thiết yếu nhất.

1. Lõi (Mạch từ)

Lõi cung cấp đường dẫn từ và bao gồm các chân lõi (phần thẳng đứng trên đó các cuộn dây được gắn) và ách (phần ngang đóng đường dẫn từ). Để giảm tổn thất dòng điện xoáy và tổn thất trễ, lõi thường được chế tạo từ các khối xếp chồng lên nhau.cán thép silicon, mỗi loại được phủ một lớp vecni cách điện hoặc một lớp oxit để cách nhiệt chúng với nhau. Cấu hình cốt lõi chủ yếu làloại lõi(cuộn dây bao quanh các chân lõi, thường gặp ở máy biến áp điện) vàkiểu vỏ(lõi bao quanh cuộn dây, dẫn đến từ thông rò rỉ thấp và độ bền cơ học cao, thường được sử dụng trong các dụng cụ chính xác và thiết bị nhỏ).

2. Cuộn dây (Mạch điện)

Cuộn dây là mạch điện của máy biến áp, được chia thànhcuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Chúng được làm bằng dây đồng hoặc nhôm có độ bền cách điện cao. Các cuộn dây thường được bố trí đồng tâm (cuộn dây hạ thế đặt cạnh chân lõi, cuộn dây cao thế quấn quanh bên ngoài). Về cách điện, các máy biến áp ngâm dầu hiện đại chủ yếu sử dụnghệ thống cách nhiệt composite rào cản giấy dầugồm có bìa ép, giấy cáp và dầu biến áp. Độ dày của tấm ép thường là 2-5 mm, cho phép cách nhiệt đáng tin cậy ở mức điện áp cao.

Phần trên mô tả hệ thống điện từ lõi và các hệ thống phụ trợ sau đây cũng rất quan trọng đối với máy biến áp ngâm dầu:

Xe tăng:Thùng chứa bên ngoài dùng để chứa lõi sắt, cuộn dây và đổ dầu máy biến áp. Máy biến áp công suất lớn thường được trang bị bộ tản nhiệt bên ngoài hoặc ống làm mát để tăng cường khả năng tản nhiệt.

Dầu biến thế:Nó vừa đóng vai trò là môi trường cách điện (có hiệu suất cách nhiệt tốt hơn không khí) vừa là môi trường làm mát (nhiệt sinh ra từ lõi máy biến áp và cuộn dây được truyền đến thành thùng dầu thông qua sự đối lưu của dầu). Theo các điểm đông đặc khác nhau, dầu máy biến áp được chia thành các loại khác nhau như10, 25 và 45để thích nghi với các điều kiện khí hậu khác nhau.

Thùng bảo quản (Bể tăng dầu):Bình xăng nằm ngang lắp phía trên bình xăng chính, nối với nhau bằng đường ống. Nó tách dầu khỏi không khí thông qua màng ngăn. Dựa trên đặc tính giãn nở và co lại của dầu khi thay đổi nhiệt độ, nó lưu trữ dầu ở nhiệt độ cao hơn và cung cấp dầu ở nhiệt độ thấp hơn, từ đó làm giảm sự tiếp xúc giữa dầu và không khí, đồng thời ngăn chặn sự hấp thụ độ ẩm và lão hóa.

Ống lót:Dẫn dây điện cao thế, hạ thế ra khỏi đầu cách điện của vỏ máy biến áp; Họ cung cấp cách điện và hỗ trợ cơ khí.

Thiết bị bảo vệ:Bao gồm các bộ thay đổi vòi có tải hoặc không tải, rơle Bucher (rơle khí), cổng xả chống cháy nổ (cổng xả an toàn), mặt nạ khử nước (mặt nạ silicon), bộ phận cảm biến nhiệt độ và các thiết bị liên quan. Những thiết bị này thường có thể cung cấp khả năng giám sát theo thời gian thực và bảo vệ toàn diện.

Các loại máy biến áp

Máy biến áp có thể được phân loại theo một số khía cạnh sau:

1. Theo ứng dụng

Máy biến áp điện:Máy biến áp điện chủ yếu được sử dụng để chuyển đổi điện áp và truyền tải/phân phối điện trong hệ thống điện, chiếm hơn 80% tổng số máy biến áp.

Máy biến áp phân phối:Máy biến áp phân phối thường đề cập đến máy biến áp dưới 35 kV (chủ yếu là 10 kV/0,4 kV) cung cấp điện trực tiếp cho người dùng cuối.

Máy biến áp đặc biệt:Bao gồm máy biến áp thử nghiệm để kiểm tra khả năng chịu điện áp, máy biến áp dụng cụ (bao gồm máy biến điện áp, máy biến dòng để đo lường và bảo vệ), máy biến áp chỉnh lưu từ AC sang DC, dùng cho điện phân, mạ điện, truyền động DC, máy biến áp lò, máy biến áp khai thác mỏ, v.v.

2. Theo phương tiện làm mát và cách nhiệt

Máy biến áp ngâm dầu:Lõi sắt và cuộn dây của máy biến áp ngâm dầu được ngâm hoàn toàn trong dầu cách điện khoáng, có khả năng tản nhiệt và cách nhiệt tuyệt vời, hiệu suất cao và chi phí tương đối thấp. Máy biến áp ngâm dầu được sử dụng rộng rãi trong các trạm biến áp ngoài trời, khu công nghiệp nhưng đòi hỏi phải có biện pháp phòng chống cháy nổ.

Máy biến áp loại khô:Lõi sắt và cuộn dây của máy biến áp loại khô không được ngâm trong dầu; Họ sử dụng vật liệu cách nhiệt bằng không khí hoặc rắn như đúc nhựa epoxy. Máy biến áp loại khô có khả năng chống cháy và không rò rỉ, thích hợp cho những nơi trong nhà có quy định phòng cháy nghiêm ngặt như tòa nhà cao tầng, trung tâm dữ liệu, trung tâm mua sắm và bệnh viện.

Máy biến áp cách điện bằng khí:Máy biến áp cách điện bằng khí tương đối hiếm trên thị trường và chúng thường sử dụng các loại khí tổng hợp như SF₆ làm phương tiện làm mát và cách nhiệt, phù hợp với các điều kiện vận hành đặc biệt.

3. Theo số cuộn dây

Máy biến áp hai cuộn dây:Máy biến áp hai cuộn dây khá phổ biến trong hệ thống điện, có một cuộn dây cao thế (trung thế) và một cuộn dây hạ áp (một cuộn sơ cấp và một cuộn thứ cấp).

Máy biến áp ba cuộn dây:Máy biến áp ba cuộn dây có ba cuộn dây mỗi pha, được nối với các cấp điện áp khác nhau (ví dụ phía cao áp, phía trung thế, phía hạ áp). Máy biến áp này thường được sử dụng trong các trạm biến áp có yêu cầu nhiều cấp điện áp.

4. Theo cấu hình lõi / cuộn dây

Máy biến áp loại lõi:Cuộn dây của máy biến áp loại lõi bao quanh các chân của lõi sắt (lõi sắt được bao quanh bởi cuộn dây). Sản phẩm này có kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện.

Máy biến áp kiểu vỏ:Lõi của máy biến áp dạng vỏ bao quanh cuộn dây (cuộn dây bao quanh lõi). Nó có những đặc điểm như thông lượng rò rỉ thấp, độ bền cơ học cao và kích thước nhỏ gọn và thường được sử dụng trong các dụng cụ chính xác và thiết bị nhỏ.

5. Theo số pha

Máy biến áp một pha dùng cho tải một pha hoặc để tạo thành nhóm ba pha và máy biến áp ba pha.

6. Theo phương pháp điều chỉnh điện áp

Bộ thay đổi điểm ngắt mạch (không tải) (cần ngắt điện) và Bộ thay đổi điểm nhấn khi tải (điều chỉnh điện áp tự động khi có tải).

7. Theo loại kết nối điện

Máy biến áp cách ly (cách ly):Cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của máy biến áp cách ly được cách điện với nhau chỉ thông qua khớp nối từ. Loại máy biến áp này có độ an toàn cực cao và được sử dụng phổ biến trong các thiết bị y tế, dụng cụ chính xác nhằm chống điện giật, nhiễu điện từ.

Máy biến áp tự động:Sơ cấp và thứ cấp dùng chung một phần cuộn dây, có cả khớp nối từ và kết nối điện trực tiếp. Nhỏ gọn, kích thước nhỏ, tổn hao thấp nhưng không cách ly giữa sơ cấp và thứ cấp. Được sử dụng để khởi động động cơ và điều chỉnh điện áp (ví dụ: biến áp trong phòng thí nghiệm).

Máy biến áp điện được phân loại như thế nào?

Công suất định mức (Sn, tính bằng kVA hoặc MVA):Công suất biểu kiến ​​mà máy biến áp có thể cung cấp liên tục ở điện áp và dòng điện định mức. Đây là thông số quan trọng nhất để chọn máy biến áp. Các cấp công suất của Trung Quốc theo dòng R10, tăng theo hệ số 1,26 (100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 kVA, v.v.). Lựa chọn công suất hợp lý trước tiên sẽ tính toán tải tổng hợp lớn nhất, sau đó chọn công suất cao hơn tiếp theo sao cho hệ số tải khoảng 60-70%, vừa đảm bảo vận hành an toàn lâu dài vừa tiết kiệm.

Điện áp định mức (kV):Điện áp sơ cấp phù hợp với điện áp lưới; điện áp thứ cấp thường cao hơn 5% hoặc 10% so với điện áp bus phía thấp (tùy thuộc vào điện áp trở kháng và công suất) để bù cho sụt áp đường dây và đảm bảo chất lượng điện áp của người dùng cuối.

Trở kháng ngắn mạch (Điện áp trở kháng, Uk%):Phần trăm điện áp sơ cấp cần thiết để truyền dòng điện định mức qua cuộn thứ cấp khi thứ cấp bị đoản mạch. Đây là đặc tính quan trọng ảnh hưởng đến mức dòng điện ngắn mạch và điều chỉnh điện áp.

Tổn thất không tải (Po, kW):Công suất tác dụng tiêu thụ từ phía thứ cấp của máy biến áp ở trạng thái mạch hở ở tần số định mức và điện áp định mức chủ yếu bao gồm tổn hao lõi (tổn hao từ), phụ thuộc vào chất lượng chế tạo và đặc tính của vật liệu thép silicon. Nếu sử dụng thép silicon hiệu suất cao và lõi quấn ba chiều, tổn thất không tải có thể giảm đáng kể.

Tổn thất tải (Pk, kW):Công suất tác dụng tiêu thụ khi cuộn thứ cấp bị ngắn mạch và dòng điện định mức chạy trong cuộn sơ cấp. Nó chủ yếu bao gồm tổn thất đồng trong cuộn dây và tỷ lệ với bình phương của hệ số tải.

Hiệu quả (η):Công suất hoạt động đầu ra chia cho công suất hoạt động đầu vào. Máy biến áp công suất lớn có hiệu suất rất cao; ví dụ, máy biến áp tăng áp máy phát điện 380 MVA/500 kV có thể đạt η ≥ 99,75%.

Nhóm Vector (ví dụ: Dyn11, Yyn0):Cho biết phương thức kết nối (Y - sao, D - delta, Z - ngoằn ngoèo) của cuộn dây điện áp cao và điện áp thấp cũng như độ lệch pha của chúng. Nó ảnh hưởng đến phương pháp nối đất trung tính của hệ thống và đường dẫn dòng điện thứ tự không.

Phương pháp làm mát:Ví dụ: ONAN (Dầu tự nhiên Không khí tự nhiên), ONAF (Dầu tự nhiên không khí cưỡng bức), OFWF (Dầu cưỡng bức nước). Các mã gồm bốn chữ cái chỉ định môi chất làm mát và phương pháp tuần hoàn (ON: tuần hoàn tự nhiên của dầu; OF: tuần hoàn cưỡng bức dầu; OD: tuần hoàn cưỡng bức theo hướng dầu; AN: không khí tự nhiên; AF: cưỡng bức không khí; WF: cưỡng bức nước).

Làm thế nào để chọn máy biến áp phù hợp?

Khi lựa chọn máy biến áp phù hợp, ngoài việc xác định công suất và mức điện áp danh định, các yếu tố sau cũng cần được xem xét:

Đặc điểm tải:Đối với các tải công nghiệp và dân dụng điển hình, chúng tôi thường sử dụng máy biến áp điện cuộn dây kép tiêu chuẩn. Nếu cần nhiều cấp điện áp thì nên chọn máy biến áp ba cuộn dây và phân bổ công suất định mức của từng cuộn dây một cách hợp lý. Đối với những nơi có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn cháy nổ, chẳng hạn như trung tâm dữ liệu và tòa nhà cao tầng, nên ưu tiên sử dụng máy biến áp loại khô.

Môi trường cài đặt:Máy biến áp ngâm dầu có vách ngăn chống cháy thường được ưu tiên sử dụng cho các trạm biến áp ngoài trời, trong khi máy biến áp loại khô nên được ưu tiên sử dụng cho môi trường sử dụng trong nhà.

Giới hạn công suất:Trong các trạm biến áp trong nhà, công suất lớn nhất của một máy biến áp ngâm dầu không được vượt quá 1250 kVA; Trong các trạm biến áp đúc sẵn, công suất lớn nhất của máy biến áp ngâm dầu không được vượt quá 630 kVA, công suất lớn nhất của máy biến áp loại khô không được vượt quá 800 kVA.

Yêu cầu điều chỉnh điện áp:Đối với các môi trường có dao động điện áp lớn hoặc điều chỉnh thường xuyên, cần có máy biến áp có bộ chuyển đổi nấc khi mang tải; Đối với các ứng dụng có điện áp ổn định, có thể sử dụng máy biến áp có bộ đổi nấc không tải.

Yêu cầu về hiệu quả năng lượng và môi trường:Do chính sách tiết kiệm năng lượng, các sản phẩm máy biến áp hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng đang dần trở thành lựa chọn chủ đạo. Hiện nay, thị phần của máy biến áp lõi sắt quấn 3D (có tổn thất không tải thấp hơn 15% -25% so với lõi sắt nhiều lớp truyền thống) và máy biến áp hợp kim vô định hình đang tăng lên hàng năm.

Ứng dụng đặc biệt:Khi cần điều chỉnh điện áp thì nên chọn máy biến áp tự ngẫu; Sẽ thích hợp hơn khi chọn máy biến áp cách ly khi yêu cầu an toàn điện cao hơn.