KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN
CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
Trong nghiên cứu máy điện, chúng ta thường áp dụng các định luật quan trọng như định luật cảm ứng điện từ, định luật lực điện từ và định luật mạch từ Những định luật này đã được trình bày chi tiết trong giáo trình vật lý, và trong bài viết này, chúng tôi sẽ nhấn mạnh những điểm chính liên quan đến việc nghiên cứu máy điện.
1.1.1.Định luật lực điện từ
Lực điện từ đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật, đặc biệt là trong việc chế tạo máy điện và khí cụ điện Thí nghiệm cho thấy, khi một dây dẫn thẳng mang dòng điện được đặt vuông góc với đường sức của từ trường đều, sẽ xuất hiện lực điện từ tác động lên dây dẫn.
+ Trị số lực tỉ lệ với cường độ từ cảm, chiều dài dây dẫn đặt trong từ trường (gọi là chiều dài tác dụng) và cường độ dòng điện
F: lực điện từ (N) l: chiều dài tác dụng (m)
B: cường độ từ cảm (T) i: cường độ dòng điện (A)
Phương và chiều lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái, trong đó lòng bàn tay hướng vào đường sức từ (hoặc véctơ từ cảm B) Khi bốn ngón tay duỗi thẳng theo chiều dòng điện, ngón tay cái sẽ chỉ ra phương của lực điện từ.
Trường hợp dây dẫn không đặt vuông góc mà lệch nhau một góc ≠ 90 0 thì trị số lực F được xác định bởi công thức:
Hình 1-1 Quy tắc bàn tay trái
1.1.2.Định luật cảm ứng điện từ
Năm 1831, nhà vật lý học người Anh Michel Faraday đã phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ, một khái niệm cơ bản trong kỹ thuật điện Hiện tượng này diễn ra khi từ thông biến thiên, dẫn đến sự xuất hiện của sức điện động cảm ứng Đặc biệt, trường hợp từ thông Φ biến thiên xuyên qua vòng dây là một ví dụ điển hình của hiện tượng này.
Vào năm 1833, nhà vật lý học người Nga Lenx đã phát hiện ra quy luật về chiều sức điện động cảm ứng, dẫn đến định luật cảm ứng điện từ Định luật này phát biểu rằng khi từ thông Φ thay đổi qua một vòng dây, sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng trong vòng dây đó Sức điện động này có chiều sao cho dòng điện sinh ra tạo thành từ thông có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông đã gây ra nó Định luật này có thể được diễn đạt dưới dạng phương trình.
Dấu trên hình (1-2) chỉ chiều của Φ đi từ ngoài vào trong Nếu cuộn dây có
W vòng, sức điện động cảm ứng của cuộn dây là: e = -W dΦ = - dΨ dt dt (1-4)
Từ thông móc vòng của cuộn dây được ký hiệu là WΦ và đo bằng đơn vị Webe (Wb), trong khi sức điện động được đo bằng volt (V) Trong trường hợp thanh dẫn di chuyển trong từ trường, hiện tượng này liên quan đến sự thay đổi từ thông và ảnh hưởng đến sức điện động sinh ra.
Hình vẽ (1-3) biểu diễn một thanh dẫn chuyển động trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu
Khi một thanh dẫn di chuyển thẳng góc với các đường sức từ trường đều B với vận tốc v, nó sẽ tạo ra một sức điện động cảm ứng e Công thức tính sức điện động này được biểu diễn bằng e = B.l.v, trong đó l là chiều dài của thanh dẫn.
B: cường độ từ cảm (T) l: chiều dài hiệu dung của thanh dẫn (m) v: vận tốc thanh dẫn (m/s)
Hình 1-2 Quy tắc vặn nút chai
Hình 1-3 Quy tắc bàn tay phải
Chiều dài của sức điện động cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay phải Để áp dụng quy tắc này, ngửa bàn tay phải sao cho đường sức từ (hoặc véctơ từ cảm B) đi qua lòng bàn tay Ngón tay cái cần duỗi thẳng ra vuông góc theo chiều quay của thanh dẫn, trong khi bốn ngón tay còn lại sẽ chỉ ra chiều của sức điện động e.
1.1.3.Tự cảm & hổ cảm a Tự cảm
- Cho qua cuộn dây có W vòng một dòng điện thì sẽ sinh ra từ thông móc vòng với cuộn dây là:
= W.Φ (1-6) Điện cảm L của cuộn dây được định nghĩa là:
L = Ψ = W.Φ i i (1-7) Đơn vị của điện cảm là H (Henry)
Khi dòng điện i thay đổi theo thời gian t, từ thông cũng sẽ biến thiên theo thời gian này, dẫn đến việc cuộn dây cảm ứng sinh ra sức điện động tự cảm eL với L là hằng số Công thức tính sức điện động tự cảm được thể hiện qua e = -L dΨ/dt và e = -L di/dt Điện áp rơi trên cuộn dây được tính bằng u = -e = L di/dt.
Công suất trên cuộn dây: p = u i = L.i L L di dt (1-10)
Năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây: t t
Như vậy điện cảm L đặc trung cho khả năng tích lũy năng lượng từ trường của cuộn dây b Hỗ cảm
Hiện tượng hỗ cảm xảy ra khi từ trường trong một cuộn dây được tạo ra bởi dòng điện biến thiên trong cuộn dây khác Hình 1-5 minh họa hai cuộn dây có mối liên hệ hỗ cảm, trong đó từ thông hỗ cảm xuất hiện trong cuộn dây này do ảnh hưởng của dòng điện trong cuộn dây kia.
2 do dòng điện i1 tạo nên là:
M là hệ số hỗ cảm giữa hai cuộn dây Nếu i1 biến thiên thì điện áp hỗ cảm của cuộn 2 do i1 tạo nên là: u = 21 dΨ 21 = Mdi 1 dt dt (1-13)
Tương tự điện áp hỗ cảm của cuộn 1 do dòng điện i2 tạo nên là: u = 12 dΨ 12 = Mdi 2 dt dt (1-14)
Hỗ cảm, được ký hiệu bằng M và đo bằng đơn vị Henry (H), có thể được xác định qua các cực của cuộn dây, thường được đánh dấu bằng dấu sao () hoặc dấu chấm () Khi các dòng điện cùng chiều đi vào hoặc ra khỏi các cực này, từ thông tự cảm 11 và từ thông hỗ cảm 21 sẽ cùng chiều Cực tính của hỗ cảm phụ thuộc vào chiều quấn dây và vị trí của các cuộn dây.
ĐỊNH NGHĨA & PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN
Máy điện là thiết bị điện từ hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Cấu tạo của máy điện bao gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (các dây quấn) Chức năng chính của máy điện là biến đổi năng lượng, chẳng hạn như chuyển đổi cơ năng thành điện năng trong máy phát điện, hoặc ngược lại, chuyển đổi điện năng thành cơ năng trong động cơ điện Ngoài ra, máy điện còn có khả năng biến đổi các thông số điện như điện áp, dòng điện, tần số và số pha.
Máy điện là máy thường gặp nhiều trong các ngành kinh tế như công nghiệp, giao thông vận tải, và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình
Dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng máy điện được phân loại thành hai loại chính sau: a Máy điện tĩnh
Máy điện tĩnh hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, với sự biến đổi từ thông trong các cuộn dây mà không cần chuyển động tương đối Thiết bị này thường được sử dụng để biến đổi các thông số điện năng, chẳng hạn như máy biến áp, giúp chuyển đổi điện áp xoay chiều thành các giá trị điện áp xoay chiều khác nhau Máy điện tĩnh được phân loại thành nhiều loại khác nhau.
+ Máy biến áp điện lực: Dùng trong truyền tải phân phối điện năng
+ Máy biến áp đo lường: Dùng trong kĩ thuật đo lường
+ Máy biến áp hàn: Dùng trong kĩ thuật hàn
+ Máy biến áp âm tần, cao tần: Dùng trong kĩ thuật điện tử
+ Máy biến áp lò: Dùng trong các lò luyện kim
+ Máy biến áp một pha
Hình 1-7 Biểu diễn tính thuận nghịch của máy biến áp b Máy điện quay
Nguyên lý hoạt động của máy điện dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, nơi lực điện từ được tạo ra từ từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối Loại máy này thường được sử dụng để chuyển đổi các dạng năng lượng, như biến đổi cơ năng thành điện năng trong máy phát điện, hoặc chuyển đổi điện năng thành cơ năng trong động cơ điện Quá trình chuyển đổi này có tính chất thuận nghịch Máy điện quay được phân loại thành nhiều loại khác nhau.
+ Máy điện không đồng bộ (MKĐB):
- Động cơ không đồng bộ (ĐKĐB)
- Máy phát không đồng bộ (MFKĐB)
+ Máy điện đồng bộ (MĐB):
- Động cơ đồng bộ (ĐĐB)
- Máy phát đồng bộ (MFĐB)
- Động cơ một chiều (ĐMC)
- Máy phát một chiều (MFMC)
Hình 1-8 là sơ đồ phân loại các máy điện thường gặp
Hình 1-8 Sơ đồ phân loại máy điện.
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY PHÁT ĐIỆN & ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Máy điện có tính thuận nghịch nghĩa là nó có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện
1.3.1.Nguyên lý làm việc của máy phát điện
Khi động cơ sơ cấp cung cấp cơ năng cho thanh dẫn, thanh dẫn sẽ chuyển động với tốc độ v trong từ trường của nam châm N-S, tạo ra sức điện động e Nếu kết nối điện trở R tải vào hai cực của thanh dẫn, dòng điện i sẽ chạy trong thanh dẫn và cung cấp điện cho tải Bỏ qua điện trở của thanh dẫn, điện áp đặt vào tải sẽ bằng e, và công suất điện mà máy phát cung cấp cho tải được tính bằng công thức p = ui = ei.
Hình 1-9 Nguyên lý làm việc của máy phát điện
Dòng điện i nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của một lực điện từ Fđt B.l.i có chiều như như hình vẽ 1-9
Khi máy quay với tốc độ không đổi lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của động cơ sơ cấp: Fcơ = Fđt, máy sẽ quay đều
Nhân hai vế của biểu thức trên với tốc độ v ta có:
Công suất cơ của động cơ sơ cấp được biểu thị bằng Pcơ = Fcơ.v, và nó đã được chuyển đổi thành công suất điện Pđ = e.i Điều này cho thấy cơ năng đã được biến đổi thành điện năng tại máy phát điện.
1.3.2.Nguyên lý làm việc của động cơ điện
Điện áp u từ nguồn điện cung cấp cho máy phát điện sẽ tạo ra dòng điện i trong thanh dẫn Khi dòng điện này chạy qua, nó sẽ chịu tác động của từ trường, dẫn đến sự xuất hiện của lực điện từ.
Fđt = B.l.i tác dụng lên thanh dẫn chuyển động với tốc độ v có chiều như hình 1-10
Công suất điện Pđ được cung cấp cho động cơ, tính bằng công thức Pđ = u.i, đã được chuyển đổi thành công suất cơ Pcơ, được biểu thị qua công thức Pcơ = Fđt.v trên trục động cơ Quá trình này cho thấy điện năng đã được biến đổi thành cơ năng.
1.3.3.Tính thuận nghịch của máy điện
Máy điện có tính thuận nghịch, cho phép cùng một thiết bị điện từ hoạt động như máy phát điện hoặc động cơ điện, tùy thuộc vào loại năng lượng được cung cấp, có thể là cơ năng hoặc điện năng Tính chất này tồn tại ở tất cả các loại máy điện.
CÁC LOẠI VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN
Vật liệu chế tạo máy điện gồm: vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện, vật liệu kết cấu
Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện:
Hình 1-10 Nguyên lý làm việc của động cơ điện
Vật liệu dẫn điện tốt nhất cho máy điện là đồng nhờ vào giá thành hợp lý và điện trở suất thấp Bên cạnh đồng, nhôm và các hợp kim như đồng thau và đồng phốt pho cũng thường được sử dụng.
Các bộ phận như vành đổi chiều, lồng sóc, hoặc vành trượt thường được chế tạo từ nhôm, đồng và các hợp kim của chúng Ngoài ra, một số nơi còn sử dụng thép để tăng cường độ bền cơ học và giảm lượng kim loại màu.
Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ:
- Ở đoạn mạch từ có từ thông biến đổi với tần số 50Hz thường dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,35 0,5 mm
- Ở tần số cao hơn, dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,1 0,2 mm
- Thép lá kỹ thuật điện được chế tạo bằng phương pháp cán nóng và cán nguội
- Ở đoạn mạch từ có từ trường không đổi, thường dùng thép đúc, thép rèn hoặc thép lá
- Vật liệu cách điện dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện, hoặc cách ly các bộ phận dẫn điện với nhau
- Độ bền vững về nhiệt của chất cách điện bọc dây dẫn quyết định nhiệt độ cho phép của dây và do đó quyết định tải của nó
- Nếu tính năng chất cách điện cao thì lớp cách điện có thể mỏng và kích thước của máy giảm
- Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn, gồm 4 nhóm:
+ Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, vải lụa
+ Chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thủy tinh
+ Các loại men, sơn cách điện
Mica được coi là chất cách điện tốt nhất, tuy nhiên do giá thành cao nên chỉ được sử dụng trong các thiết bị điện áp cao Thay vào đó, các vật liệu như giấy, vải và sợi thường được sử dụng vì chúng có độ bền cơ học tốt, mềm mại và chi phí thấp Tuy nhiên, những vật liệu này dẫn nhiệt kém, hút ẩm và khả năng cách điện không cao.
Căn cứ vào độ bền cơ nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra nhiều loại cấp các điện sau:
Nhiệt độ giới hạn cho phép vật liệu
Nhiệt độ trung bình cho phép dây quấn ( 0 C)
A Sợi xenlulô, bông hoặc tơ tẩm trong vật liện cơ lỏng 105 100
E Vài loại màng tổng hợp 120 115
B Amiăng, sợi thủy tinh có chất kết dính và vật liệu gốc mica 130 120
Amiăng, vật liệu gốc mica, sợi thủy tinh có chất kết dính và tẩm tổng hợp
Vật liệu gốc mica, amiăng, sợi thủy tinh phối hợp chất kết dính và tẩm silic hữu cơ
Ngoài ra còn có chất cách điện ở thể khí (không khí, hydro) hoặc thể lỏng (dầu máy biến áp)
Vật liệu kết cấu là những nguyên liệu quan trọng được sử dụng để chế tạo các chi tiết chịu lực như trục, ổ trục, vỏ máy và nắp máy Trong ngành chế tạo máy điện, các vật liệu phổ biến bao gồm gang, thép lá, thép rèn, kim loại màu, hợp kim và các chất dẻo.
PHÁT NÓNG & LÀM MÁT MÁY ĐIỆN
Trong quá trình biến đổi năng lượng, các tổn thất của mô tơ điện (MĐ) chuyển hóa thành nhiệt năng, dẫn đến việc làm nóng các bộ phận cấu tạo của nó Mức độ tổn hao năng lượng tăng lên khi máy hoạt động dưới tải nặng, làm cho nhiệt độ của MĐ tăng cao Nhiệt độ này phụ thuộc vào chế độ làm việc của máy, có thể là liên tục, ngắn hạn hoặc ngắn hạn lặp lại Do kích thước và chế độ làm việc nhất định, việc sử dụng MĐ không được vượt quá giá trị định mức Nếu MĐ được tản nhiệt tốt ra môi trường, công suất của nó sẽ tăng lên, cho phép khả năng mang tải lớn hơn.
Các máy điện hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau, bao gồm: làm việc với công suất tối đa trong thời gian dài, hoạt động ngắn hạn, làm việc theo chu kỳ và vận hành với tải thay đổi.
Do sự khác biệt trong chế độ làm việc, mức độ phát nóng của máy điện cũng thay đổi Do đó, máy điện cần được thiết kế phù hợp với từng chế độ cụ thể để đảm bảo các bộ phận chịu nhiệt tương thích với vật liệu sử dụng.
Một số dạng sau đây:
Chế độ làm việc định mức liên tục cho phép máy phát đạt nhiệt độ tối đa đã được xác định, trong khi nhiệt độ môi trường xung quanh giữ ổn định.
Chế độ làm việc định mức ngắn hạn:
Thời gian hoạt động của máy không đủ để các bộ phận đạt được giá trị tối ưu, và sau đó, thời gian nghỉ của máy cũng không đủ dài để nhiệt độ giảm xuống mức môi trường xung quanh.
Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại:
Thời gian hoạt động và nghỉ ngơi của máy trong một chu kỳ thường không đủ dài để các bộ phận đạt đến nhiệt độ tối ưu Chế độ này được xác định bởi tỷ lệ giữa thời gian làm việc và thời gian nghỉ trong một chu kỳ Các tỷ lệ thường được sử dụng là 15%, 25%, 40% và 60%.
Chú ý: máy điện được chế tạo để dùng ở chế độ làm việc định mức liên tục
1.5.2.Sự phát nóng và nguội lạnh của máy điện
Các máy điện có cấu trúc phức tạp với nhiều bộ phận hình dạng khác nhau và sử dụng các vật liệu có độ dẫn nhiệt khác nhau để làm lạnh Khi hoạt động, nhiệt độ của lõi thép và dây quấn không đồng nhất do sự trao đổi nhiệt giữa các bộ phận Hơn nữa, nhiệt độ của chất làm lạnh cũng khác nhau ở từng khu vực trong máy.
Cấu tạo của máy điện được xác định bởi phương pháp bảo vệ máy trước môi trường bên ngoài Cấp bảo vệ được ký hiệu bằng chữ IP, bao gồm hai chỉ số: chữ số đầu tiên là I và chữ số thứ hai là P.
+ gồm 7 cấp được đánh số từ 0 đến 6 chỉ mức độ bảo vệ chống sự tiếp xúc của người và vật rơi
Tiêu chuẩn IP gồm 9 cấp độ, được đánh số từ 0 đến 8 để chỉ mức độ bảo vệ chống nước cho thiết bị Cấp độ 0 trong tiêu chuẩn IP cho thấy thiết bị không có bất kỳ bảo vệ nào chống lại nước.
Kiểu hở là loại thiết bị không có bộ phận bảo vệ, khiến cho các vật thể bên ngoài có thể tiếp xúc với phần quay hoặc các bộ phận dẫn điện Loại thiết bị này thường được sử dụng trong các nhà máy hoặc phòng thí nghiệm, và không có khả năng chống ẩm ướt (IP00).
- Kiểu bảo vệ: Có các tấm chắn có thể tránh được các vật và nước rơi vào máy Loại này đặt trong nhà (cấp bảo vệ từ P11 đến P33)
Máy điện kiểu kín có vỏ bọc cách biệt, bảo vệ tốt khỏi môi trường bên ngoài, thích hợp cho các khu vực ẩm ướt và cả ngoài trời Để đảm bảo hiệu quả, cấp bảo vệ cần đạt từ IP44 trở lên Ngoài ra, có nhiều phương pháp làm lạnh cho máy điện để duy trì hiệu suất hoạt động.
Máy điện làm lạnh tự nhiên hoạt động mà không cần bộ phận thổi gió, do đó công suất của nó chỉ giới hạn trong khoảng vài chục đến vài trăm watt Để tối ưu hóa hiệu suất làm lạnh, thiết bị này cần có cách tản nhiệt hiệu quả nhằm tăng diện tích bề mặt tản nhiệt.
Máy điện làm lạnh trong sử dụng quạt gió đặt ở đầu trục để thổi khí vào bên trong Đối với các máy có công suất nhỏ, với chiều dài dưới 200 đến 250 mm, không khí được thổi dọc theo trục qua khe hở giữa stato và rôto, cũng như qua các rãnh thông gió dọc trục ở lõi thép của stato và rôto.
Khi công suất máy lớn và chiều dài máy tăng, nhiệt độ dọc theo chiều dài máy sẽ không đồng đều Để khắc phục tình trạng này, cần tạo rãnh thông gió ngang trục Lõi thép được chia thành các đoạn dài khoảng 4 cm, với khe hở giữa các đoạn khoảng 1 cm Gió sẽ đi vào từ hai đầu, sau đó theo các rãnh ngang trục và thoát ra ở giữa thân máy, rồi quay trở về hai đầu.
Máy điện tự làm lạnh mặt ngoài là loại máy kín, được thiết kế với quạt gió và nắp quạt gió ở đầu trục bên ngoài, giúp hướng luồng gió thổi dọc theo bề mặt thân máy.
MÁY BIẾN ÁP
KHÁI NIỆM CHUNG
2.1.1 Vai trò và công dụng Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện (hình 2-1) Nếu khoảng cách từ nơi sản xuất đến hộ tiêu thụ lớn, một vấn đề đặt ra là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất
Hình 2-1 Sơ đồ cung cấp điện đơn giản
Ta có, dòng điện truyền tải trên đường dây:
Và tổn hao công suất trên đường dây:
P: Công suất truyền tải trên đường dây
U: Điện áp truyền tải của lưới điện
Rd: Điện trở đường dây tải điện
Cosφ: Hệ số công suất của lưới điện φ: Góc lệch pha giữa dòng điện I và điện áp U
Để tối ưu hóa việc truyền tải điện năng, cần sử dụng điện áp cao, từ 35kV đến 500kV, giúp giảm dòng điện và do đó giảm trọng lượng cũng như chi phí dây dẫn, tiết kiệm kim loại màu và giảm tổn hao năng lượng Tuy nhiên, các máy phát điện thường chỉ cung cấp điện áp từ 3 đến 21kV, do đó cần có thiết bị tăng điện áp ở đầu đường dây Ngược lại, các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến 6kV, vì vậy cần thiết bị giảm điện áp ở cuối đường dây Các thiết bị này được gọi là máy biến áp (MBA).
Máy biến áp là thiết bị tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có chức năng chuyển đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này sang điện áp khác mà không làm thay đổi tần số.
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp có các bộ phận chính sau đây:
2.2.1 Lõi thép máy biến áp
Hình 2-2 1) Trụ từ; 2) Gông từ
Lõi thép máy biến áp là bộ phận quan trọng dẫn từ thông chính, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt như thép kỹ thuật điện có độ dày từ 0,35 đến 1 mm Bề mặt ngoài của lá thép được sơn cách điện và ghép lại để hình thành lõi thép Lõi thép bao gồm hai thành phần chính: trụ, nơi đặt dây quấn, và gông, kết nối các trụ để tạo thành mạch kín.
2.2.2 Dây quấn máy biến áp
Dây quấn máy biến áp có nhiệm vụ nhận và truyền năng lượng, thường được chế tạo từ dây đồng hoặc nhôm với tiết diện tròn hoặc chữ nhật và được bọc cách điện Dây quấn bao gồm nhiều vòng dây lồng vào trụ lõi thép, với cách điện giữa các vòng dây và giữa dây quấn với lõi thép Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn; trong đó, dây quấn thấp áp được đặt sát trụ thép, còn dây quấn cao áp lồng ra ngoài, giúp giảm thiểu vật liệu cách điện.
Hình 2-3 Dây quấn: a) Một pha; b,c) Ba pha
Vỏ máy làm bằng thép gồm hai bộ phận: thùng máy và nắp máy
Thùng máy biến áp chứa lõi thép, dây quấn và dầu biến áp, trong đó dầu đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường cách điện và tản nhiệt Khi máy biến áp hoạt động, năng lượng tiêu hao chuyển hóa thành nhiệt, làm nóng dây quấn, lõi thép và các bộ phận khác Quá trình đối lưu trong dầu giúp truyền nhiệt từ các bộ phận bên trong ra dầu, sau đó từ dầu qua vách thùng đến môi trường xung quanh.
Nắp thùng MBA: Dùng để đậy trên thùng và trên đó có các bộ phận quan trọng như:
Dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp có vai trò quan trọng trong việc cách điện, đảm bảo an toàn cho hệ thống điện Ngoài ra, bình giãn dầu (bình dầu phụ) được trang bị ống thủy tinh giúp người dùng dễ dàng kiểm tra mức dầu bên trong.
Ống bảo hiểm là một thiết bị được làm từ thép, thường có hình trụ nghiêng với một đầu kết nối với thùng chứa và đầu còn lại được bịt bằng một đĩa thủy tinh Khi áp suất dầu trong thùng tăng đột ngột vì lý do nào đó, đĩa thủy tinh sẽ vỡ, cho phép dầu thoát ra ngoài, giúp bảo vệ MBA khỏi hư hỏng.
+ Rơle dùng để bảo vệ MBA
+ Lỗ nhỏ để đặt nhiệt kế
+ Bộ truyền động cầu dao đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp dây quấn cao áp
Hình 2-4 Máy biến áp dầu ba pha
1 Móc vòng chuyển; 2 Sứ cao áp; 4 Sứ trung áp; 5 Sứ hạ áp; 7 Ống phòng nổ; 8.Bình giãn dầu; 10 Thước chỉ dầu; 12 Xà ép gông; 13 Bình hút ẩm; 16 Dây quấn cao áp; 18 Bộ lộc đối lưu; 22 Vỏ thùng; 23 Bộ tản nhiệt;
24 Cáp cấp điện cho động cơ; 25 Động cơ quạt gió làm mát; 26 Bộ truyền động chuyển mạch
2.3 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIẾN ÁP
Các đại lượng định mức của máy biến áp được quy định bởi xưởng chế tạo nhằm đảm bảo máy hoạt động hiệu quả và bền bỉ Những đại lượng này bao gồm:
- Điện áp sơ cấp U1đm là điện áp qui định cho cuộn dây sơ cấp
- Điện áp thứ cấp U2đm là điện áp qui định cho cuộn dây thứ cấp
Máy biến áp một pha có điện áp định mức là điện áp pha (Upha), trong khi máy biến áp ba pha sử dụng điện áp dây (Udây) Đơn vị thường được ghi trên nhãn máy là V hoặc kV.
Dòng điện định mức là dòng điện qui định cho mỗi dây quấn của máy biến áp, ứng với công suất định mức và điện áp định mức
+ Đối với máy biến áp một pha, dòng điện định mức là Ipha
+ Đối với máy biến áp ba pha, dòng điện định mức là Idây
Dòng điện sơ cấp định mức là I1đm, dòng điện thứ cấp định mức là I2đm Đơn vị ghi trên máy thường là A
Công suất định mức của máy biến áp là công suất biểu kiến định mức (S đm ), đơn vị là VA, kVA
- Đối với máy biến áp một pha công suất định mức là:
- Đối với máy biến áp ba pha công suất định mức là:
Ngoài ra trên nhãn MBA còn có ghi các số liệu khác như: tần số fđm, số pha m, sơ đồ và tổ nối dây
2.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp 1 pha hai dây quấn được khảo sát với dây quấn sơ cấp có W1 vòng và dây quấn thứ cấp có W2 vòng Khi đặt điện áp xoay chiều hình sin u1 vào dây quấn sơ cấp, dòng điện xoay chiều i1 sẽ được tạo ra, từ đó sinh ra từ thông xoay chiều Φ Từ thông này chạy trong mạch từ và cảm ứng qua hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, tạo ra sức điện động e1 và e2 trong chúng.
Nếu máy biến áp không tải thì điện áp tại thứ cấp bằng sức điện động e2
Khi cuộn dây thứ cấp được kết nối với phụ tải Zt, sẽ xuất hiện dòng điện i2 trong cuộn dây thứ cấp Lúc này, từ thông chính được sinh ra bởi cả dòng điện sơ cấp và dòng điện thứ cấp.
Giả sử, biểu thức của từ thông chính trong mạch từ là: Φ = Φ msint
Theo định luật cảm ứng điện từ, các sức điện động e1, e2 được xác định:
Giá trị hiệu dụng của các sức điện động:
Hình 2-5 Sơ đồ nguyên lý của mba một pha hai dây quấn e = ωW Φ sin(ωt - 2 2 m π )
Như vậy sức điện động cảm ứng chậm pha sau từ thông trong mạch từ một góc π/2 (90 0 ) Đặt: E1m = .W1.Φm = 2π.f.W1Φm
Nếu chia E1 cho E2 ta có được tỷ số biến áp: u 1 1
Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp thì:
Nghĩa là tỷ số điện áp sơ cấp và thứ cấp đúng bằng tỷ số vòng dây
+ Đối với máy tăng áp: U2 > U1; w2 > w1
+ Đối với máy giảm áp: U2 < U1; w2 < w1
Dây quấn sơ cấp và thứ cấp không kết nối trực tiếp về mặt điện, nhưng năng lượng được truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp thông qua từ thông chính.
Nếu bỏ qua tổn hao trong máy biến áp, có thể coi gần đúng, quan hệ giữa các đại lượng sơ cấp và thứ cấp như sau:
2.5 MÔ HÌNH TOÁN & SƠ ĐỒ THAY THẾ CỦA MÁY BIẾN ÁP
2.5.1 Quá trình điện từ trong máy điện
Ngoài từ thông chính chạy trong lõi thép, máy biến áp còn có từ thông tản Từ thông tản không chạy trong lõi thép mà phân tán ra trong không khí và các vật liệu cách điện.
Từ thông tản trong các vật liệu không sắt từ có độ dẫn từ kém, dẫn đến giá trị của nó nhỏ hơn nhiều so với từ thông chính Đặc biệt, từ thông tản chỉ liên kết riêng rẽ với từng dây quấn.
Từ thông tản trong mạch vòng sơ cấp, ký hiệu là ψt1, được tạo ra bởi dòng điện sơ cấp i1 Tương tự, từ thông tản trong mạch vòng thứ cấp, ký hiệu là ψt2, do dòng điện sơ cấp i2 gây ra Từ thông tản được đặc trưng bởi điện cảm tản.
+ Điện cảm tản dây quấn sơ cấp, thứ cấp L1, L2: t1
2.5.2 Phương trình điện áp phía sơ cấp
Mạch điện sơ cấp bao gồm điện áp u1, sức điện động e1, điện trở dây quấn sơ cấp R1 và điện cảm tản sơ cấp L1 Áp dụng định luật Kirchhoff 2, ta có thể viết phương trình điện áp sơ cấp dưới dạng trị số tức thời.
Phương trình điện áp sơ cấp viết dưới dạng số phức:
Hình 2-7 Mạch điện sơ cấp Hình 2-6 Máy biến áp một pha làm việc có tải
Z = R + jX 1 1 1 là tổng trở phức dây quấn sơ cấp
X = ωL 1 1 là điện kháng tản dây quấn sơ cấp
2.5.3 Phương trình điện áp phía thứ cấp
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
2.6.1.Chế độ không tải của máy biến áp a Chế độ không tải của máy biến áp
Chế độ không tải của máy biến áp xảy ra khi cuộn sơ cấp được kết nối với điện áp xoay chiều U1, trong khi cuộn thứ cấp không có tải, dẫn đến dòng điện thứ cấp I2 bằng 0 Trong trạng thái này, dòng điện sơ cấp được gọi là dòng điện không tải I0.
+ Phương trình cân bằng điện áp là:
Với Z = (Z + Z ) 0 1 th là tổng trở máy biến áp không tải
Sơ đồ thay thế máy biến áp không tải như hình 2-11
Từ phương trình (2-36) ta tính được dòng điện không tải I0:
Tổng trở Z của máy biến áp được tính bằng công thức Z = (R0 + R1) + (X0 + X1), trong đó giá trị thường rất lớn, dẫn đến dòng điện không tải I0 chỉ chiếm khoảng 2% đến 10% dòng điện định mức I1đm Trong chế độ không tải, công suất phía thứ cấp bằng không, nhưng máy vẫn tiêu hao một công suất P0 do tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp ΔPR1 và tổn hao sắt từ ΔPst Với dòng I0 nhỏ, có thể gần đúng rằng ΔPst = P0.
Khi không tải, công suất phản kháng không tải Q0 rất lớn so với công suất tác dụng P0, vì vậy hệ số công suất lúc không tải rất thấp
Khi sử dụng máy biến áp, cần tránh tình trạng máy chạy không tải hoặc non tải Để xác định hệ số biến áp k, tổn hao sắt từ và các thông số không tải, thí nghiệm không tải được thực hiện theo hình 2-12.
Hình 2-12 Sơ đồ thí nghiệm không tải máy biến áp một pha
Khác với chế độ không tải, thí nghiệm không tải được thực hiện bằng cách đặt điện áp định mức (U1đm) và để dây quấn sơ cấp, thứ cấp ở trạng thái hở mạch Trong quá trình này, đồng hồ A sẽ đo dòng không tải I0, cung cấp các số liệu cần thiết cho phân tích.
Hình 2-11 Mạch điện thay thế máy biến áp lúc không tải
W là oát kế chỉ công suất không tải P0 = ΔPst;
V1 là vôn kế để đo U1đm;
V2 là vôn kế để đo U20
Từ thí nghiệm, ta được:
R0 = R1 + Rth, vì Rth >> R1 nên gần đúng:
+ Hệ số công suất không tải:
2.6.2.Chế độ ngắn mạch của máy biến áp a Chế độ ngắn mạch của máy biến áp
Chế độ ngắn mạch máy biến áp là chế độ mà phía thứ cấp bị nối tắt, sơ cấp đặt vào một điện áp
Trong quá trình vận hành, máy biến áp có thể gặp phải tình trạng ngắn mạch do nhiều nguyên nhân, chẳng hạn như hai dây dẫn phía thứ cấp chập vào nhau, rơi xuống đất hoặc nối với nhau bằng tổng trở đất rất nhỏ Đây là sự cố ngắn mạch cần được tránh để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của máy biến áp.
Khi máy biến áp ngắn mạch U2 = 0, mạch điện thay thế máy biến áp như hình 2-13 Dòng điện sơ cấp I • 1 lúc này gọi là dòng điện ngắn mạch I • n
Phương trình điện áp máy biến áp ngắn mạch:
Rn = R1 + R’2 là điện trở ngắn mạch máy biến áp
Xn = X1 + X’2 là điện kháng ngắn mạch máy biến áp
+ Dòng điện ngắn mạch là: n 1đm 1đm
Dòng điện ngắn mạch lớn từ 10 đến 25 lần dòng định mức Iđm của máy biến áp do tổng trở ngắn mạch rất nhỏ của Zn, gây nguy hiểm cho máy biến áp và các phụ tải điện Để ngăn chặn tình trạng này, cần sử dụng các thiết bị tự động cắt mạch khi xảy ra sự cố như ngắn mạch hoặc quá tải Để xác định tổn hao trên điện trở của dây quấn sơ cấp và thứ cấp cũng như các thông số liên quan, thí nghiệm ngắn mạch được tiến hành theo hình 2-14.
Hình 2-14 Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch
Các dụng cụ đo cho ta các số liệu sau:
A1 là ampe kế đo dòng In = I1đm;
W là oát kế chỉ công suất ngắn mạch Pn;
Hình 2-13 Mạch điện thay thế máy biến áp lúc ngắn mạch
A2 là ampe kế đo dòng thứ cấp I2;
V là vôn kế để đo Un
Khác với chế độ ngắn mạch, thí nghiệm ngắn mạch yêu cầu dây quấn thứ cấp được nối ngắn mạch, trong khi dây quấn sơ cấp không được đặt điện áp U1 như thông thường mà được kết nối với bộ điều chỉnh điện áp Bộ điều chỉnh này cho phép điều chỉnh điện áp vào dây quấn sơ cấp sao cho dòng điện đạt giá trị định mức (I1 = Iđm) Điện áp này được ký hiệu là Un, gọi là điện áp ngắn mạch, thường được tính theo phần trăm của điện áp sơ cấp định mức U1đm.
Khi điện áp thứ cấp U2 bằng 0 trong thí nghiệm ngắn mạch, điện áp ngắn mạch Un chỉ là điện áp rơi trên tổng trở của dây quấn Với điện áp ngắn mạch nhỏ, từ thông Φ cũng sẽ giảm, cho phép bỏ qua tổn hao sắt từ Do đó, công suất đo được Pn trong thí nghiệm ngắn mạch chính là tổn hao trong điện trở của hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp Từ đó, chúng ta có thể tính toán các thông số của dây quấn trong sơ đồ thay thế.
Từ các thông số xác định bằng thí nghiệm ngắn mạch, ta có thể tính các thông số của máy bằng các công thức gần đúng sau:
Từ đó, nếu biết hệ số biến áp k, có thể tính được các thông số của mạch thứ cấp:
+ Hệ số công suất ngắn mạch: n n n n n n 1đm
Điện áp ngắn mạch được phân chia thành hai thành phần: điện áp ngắn mạch tác dụng (UnR) trên điện trở ngắn mạch Rn và điện áp ngắn mạch phản kháng (UnX) trên điện kháng ngắn mạch Xn Hình 2-15b minh họa tam giác tổng trở ngắn mạch.
Hình 2-15 Đồ thị tam giác ngắn mạch
Quan hệ giữa điện áp Un (dưới dạng %) với Zn, Rn, Xn, Sđm được biểu diễn bằng công thức sau: n % n 1đm n đm 2
Các công thức trên cho phép ta tính được Zn, Rn, Xn, Sđm theo trị số của Un%,
UnR%, UnX% thường ghi ở trên nhãn máy
2.6.3.Chế độ có tải của máy biến áp Để đánh giá mức độ tải của máy biến áp, người ta đưa ra hệ số tải ứng với
I I k = I I kt = 1: tải định mức kt < 1: máy bị non tải kt > 1: máy bị quá tải
Dưới đây, chúng ta sẽ sử dụng hệ phương trình và sơ đồ thay thế để phân tích các đặc tính của máy biến áp khi hoạt động dưới tải Một trong những yếu tố quan trọng cần xem xét là sự thay đổi của điện áp thứ cấp trong quá trình máy biến áp hoạt động.
Máy biến áp hoạt động với tải, và khi tải thay đổi, điện áp trên phụ tải (điện áp thứ cấp) cũng sẽ thay đổi Khi điện áp ở sơ cấp đạt mức định mức, độ biến thiên điện áp thứ cấp được tính bằng công thức ΔU2 = U2đm – U2 Độ biến thiên điện áp thứ cấp có thể được biểu thị dưới dạng phần trăm để đánh giá sự ổn định của hệ thống.
Nhân tử và mẫu với hệ số biến áp 1
2đm 1đm kU - kU U - U ΔU = 100% = 100% kU U (2-62)
Hình 2-16 Xác định độ biến thiên của máy biến áp
Từ đồ thị véctơ (hình 2-16), ta chiếu U 1 lên phương U' 2 Vì góc lệch pha giữa
U 1 và U' 2 không lớn, nên gần đúng có thể coi:
U 1đm U ' 2 AC AH HC mà: AH AKcosφ t I R cosφ 1 n t
HC AK sin φ t I X sin φ 1 n t ta được:
Nhân tử số của vế phải với 1đm
I , đưa I1đm vào trong ngoặc, ta được:
Ta được: ΔU2% = kt(UnR%cosφt + UnX%sinφt) (2-63)
Khi cosφt = const, ΔU2% tỉ lệ bậc nhất với kt và phụ thuộc tính chất của tải thể hiện trên hình 2-17
Đường đặc tính ngoài của máy biến áp thể hiện mối quan hệ giữa điện áp U2 và dòng điện I2, cho thấy sự biến thiên điện áp phụ thuộc vào tính chất của tải.
Từ công thức (2-60), (2-61) suy ra:
Từ công thức (2-64), ta vẽ được đường đặc tính ngoài của máy biến áp (hình 2-18)
Khi tải dung (C) tăng, dòng I2 và điện áp U2 cũng tăng Ngược lại, khi tải cảm (L) và tải trở (R) tăng, dòng I2 tăng nhưng điện áp U2 giảm, với tải cảm làm U2 giảm nhiều hơn Để điều chỉnh điện áp U2 đến giá trị mong muốn, số vòng dây thường được thay đổi, chủ yếu ở dây quấn cao áp do dòng điện nhỏ, dễ thực hiện Các máy biến áp cho phép điều chỉnh số vòng dây trong phạm vi ± 5% thông qua việc chuyển mạch.
QUẤN MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA CỠ NHỎ
2.7.1.Các loại lõi thép máy biến áp - cách ghép lõi thép máy biến áp a Các loại lõi thép máy biến áp
Lõi hình xuyến bằng ferit, mặc dù có hiệu suất cao, nhưng công nghệ quấn dây phức tạp khiến nó ít được sử dụng hiện nay Việc luồn dây qua lại nhiều lần trong quá trình quấn là một nhược điểm lớn của loại lõi này.
- Lõi hình chữ X (hình 1.6): cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp được quấn chồng lên nhau rồi lồng vào phần giao của chữ X
Mạch từ dạng cột được tạo thành từ các lá thép hình chữ U+I, U+U, I+I hoặc L+L, ghép lại thành hình chữ O (chữ nhật) Trong thiết kế này, cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp được quấn thành hai cuộn riêng biệt và lồng vào hai cạnh của hình chữ O.
Mạch từ dạng EI, bao gồm các lá thép hình chữ E+E, U+I hoặc U+U, tạo thành lõi hình chữ nhật hai cửa sổ, với cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp quấn chồng lên nhau trong một ống và lồng vào chữ E Đối với các loại lõi máy biến áp hình xuyến, U ghép O hay lõi chữ X, các lá thép thường được ép thành khối và được ghép hoặc quấn trực tiếp lên khối đó Trong khi đó, với các loại lõi I ghép E và I ghép O, sau khi quấn dây vào khuôn, cần phải ghép từng lá thép lại với nhau.
Để ghép lõi thép loại E – I, bạn cần đan xen các chữ E vào ống dây từ hai phía Sau đó, chèn chữ I vào giữa khe hở của hai lá chữ E để hoàn thành quá trình ghép.
Hình 2.49a E-I ghép E, lớp thứ nhất
Hình 2.49b E-I ghép E, lớp thứ hai
Hình 2.49c Cách ghép lõi thép E-I ghép
Hình 2.49d Cách ghép các lá thép sau cùng
Cách ghép mạch từ E-E ghép E là chèn liên tục các chữ E vào ống dây từ hai phía cho đến khi hoàn tất Khi thực hiện ghép mạch từ E ghép E cắt chéo hoặc so le, cần chú ý ghép so le để tăng tính chặt chẽ cho mạch từ.
Hình 2.50a Cách ghép mạch từ dạng E-E ghép E
Hình 2.50b Cách ghép mạch từ dạng E-E ghép E cắt chéo, lớp thứ nhất
Hình 2.50c Cách ghép mạch từ dạng E-E ghép E cắt chéo, lớp thứ hai
- Cách ghép mạch từ U-U ghép E: tương tự mạch từ dạng E-E ghép E cắt thẳng (hình 2.51)
- Cách ghép mạch từ U-U ghép O: tương tự mạch từ dạng E-E ghép E cắt thẳng (hình 2.52)
Hình 2.51 Cách ghép mạch từ dạng
Hình 2.52a Cách ghép mạch từ U-
Hình 2.52b Cách ghép mạch từ U-U ghép O, cắt so lệch, lớp thứ nhất
Hình 2.52c Cách ghép mạch từ U-U ghép O, cắt so lệch, lớp thứ hai
- Cách ghép mạch từ L-L ghép O (hình 2.53):
Hình 2.53a Cách ghép mạch từ L-L ghép O, lớp thứ nhất
Hình 2.53b Cách ghép mạch từ L-L ghép O, lớp thứ hai
- Cách ghép mạch từ I-I ghép O (hình 2.54):
Hình 2.54a Cách ghép mạch từ I-I ghép O, lớp thứ nhất
Hình 2.54b Cách ghép mạch từ I-I ghép O, lớp thứ hai
2.7.2.Phương pháp đo kích thước lõi
Lõi của biến áp điện lực đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải công suất từ bên sơ cấp sang bên thứ cấp Kích thước của lõi ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng truyền tải công suất; lõi lớn hơn sẽ cho phép truyền tải công suất hiệu quả hơn Do đó, bước đầu tiên trong quá trình chế tạo máy biến áp là lựa chọn một bộ lõi thép có kích thước phù hợp với yêu cầu công suất.
Lõi thép của biến áp được cấu thành từ các tấm thép lá kỹ thuật, với độ dày từ 0,1 – 0,2mm cho máy biến áp âm tần và từ 0,35 – 0,5mm cho máy biến áp điện lực Loại thép này thường được gọi là tôn silíc, với hàm lượng silíc khoảng 4% Bề mặt các lá thép được phủ một lớp sơn cách điện nhằm ngăn chặn dòng fucô.
Lõi thép máy biến áp điện lực kiểu cảm ứng thường được thiết kế theo hình chữ nhật hai cửa sổ, là kiểu lõi điển hình cho nghiên cứu Hình 2.55 minh họa không gian của kiểu lõi này, thể hiện các kích thước a, b, c và h.
Người ta xác định tỉ lệ kích thước tối ưu của một bộ lõi chữ nhật hai cửa sổ là: c = 0,8a; h = 2a; b = 3a;
Trong đó a : Độ rộng trụ b : Chiều dày xếp thép c : Độ rộng cửa sổ h : Chiều cao cửa sổ a/2 : Độ rộng chữ I
Trong thực tế, rất khó để tìm một bộ lõi đáp ứng tất cả các chỉ tiêu, mà thường chỉ có thể đạt được chỉ tiêu độ rộng bản (a) gấp đôi độ rộng chữ I (a/2).
Công suất của biến áp điện lực kiểu cảm ứng được xác định bởi diện tích mặt cắt của lõi thép bên trong ống dây, theo công thức tính toán cụ thể.
S 1 , 2 (1.6) Trong đó: S = a.b - Thiết diện mặt cắt
P - Công suất máy biến áp
(Khi nói tới công suất biến áp chung chung thì phải hiểu là công suất vào P1 chứ không phải công suất ra P2)
Hình 1.16 minh họa thiết diện mặt cắt S bên trong ống dây máy biến áp, trong đó cần phân biệt giữa thiết diện thực tế S0 và thiết diện có ích Sci.
Thiết diện thực tế S 0 được xác định là phần thiết diện của lõi thép biến áp, được đo trong lòng ống dây sau khi đã được ép chặt tối đa.
Thiết diện có ích S ci là phần lõi thép nằm trong lòng ống dây, đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển tải năng lượng từ bên sơ cấp sang bên thứ cấp.
Thiết diện mặt cắt ống dây biến áp
Lõi thép của máy biến áp được cấu thành từ nhiều lá thép, mỗi lá đều có lớp sơn cách điện phủ bên ngoài Dù được ép chặt, vẫn tồn tại khoảng cách giữa các lá thép do độ dày của lớp sơn và sự cong vênh không thể tránh khỏi của lõi Vì vậy, diện tích có ích của lõi thép máy biến áp luôn nhỏ hơn kích thước thực tế của nó, ngoại trừ lõi ferit được đúc nguyên khối.
Giữa chúng có quan hệ: Sci = KsS0 (1.7)
Hệ số lấp đầy lõi thép (K s) có giá trị tối đa là 1, với các thông số cụ thể như sau: đối với biến áp âm tần, K s = 0,8; đối với biến áp điện lực, K s = 0,9; và đối với lõi ferit, K s = 1 Để tiết kiệm chi phí, lõi của các biến áp điện lực thường được ghép từ những lá thép hình chữ I, có thể là vuông vắn hoặc không vuông vắn.
Sci còn nhỏ hơn 0,9S0 nhiều Tuỳ từng trường hợp cụ thể mà ta có thể chọn Ks = 0,8 hoặc Ks = 0,7 (1.9) cho phù hợp
