Nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa trên cơ sở của hiện tượng cảm ứng điện từ. Nếu đặt vào cuộn dây sơ cấp của máy biến áp một dòng điện xoay chiều với điện áp U1, dòng điện xoay chiều qua cuộn dây sẽ tạo ra trong mạch từ một từ thông. Do mạch từ khép kín nên từ thông này móc vòng qua các cuộn dây của máy biến áp và sinh ra trong đó sức điện động.
Với cuộn sơ cấp là:
dt d N e 1 1 (6-3) Với cuộn thứ cấp là: : dt d N e 2 2 (6-4)
Hình 6.6. Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy biến áp
Giả sử từ thông của máy biến áp biến đổi hình sin đối với thời gian :
maxsint (Wb) (6-5)
Sau khi lấy đạo hàm và thay vào phương trình 6-3 ta được :
t N
e1 1maxcos
Vì cost sin(t900)
Nên : e1 N1maxsin(t900) (6-6) Biểu thức này chỉ rõ sức điện động e1 chậm pha so với từ thông ộ một góc 900.
Trị số cực đại của sức điện động E1max:
E1max N1max (6-7) Chia E1max cho 2 và thay 2f , ta được biểu thức của sức điện động
hiệu dụng sơ cấp: 1max 1 max 1 max
1 Nφ 4,44fNφ 2 2ππ 2 E E (6-8) Thực hiện thay thế, tính toán tương tự đối với phương trình 6-4 ta được biểu thức sức điện động hiệu dụng của cuộn thứ cấp như sau:
E2 4,44fN2φmax (6-9) Khi máy biến áp không nối với tải, dòng điện trong cuộn thứ cấp I2 = 0, sức điện động sơ cấp thực tế gần bằng điện áp sơ cấp E1 U1 và sức điện động thứ cấp gần bằng điện áp thứ cấp E2 = U20 (U20 là điện áp thứ cấp không tải).
Tỷ số các sức điện động trong cuộn dây của máy biến áp một pha, tức là tỷ số điện áp của nó khi không có tải, được rút ra từ biểu thức 6-8 và 6-9, bằng tỷ số vòng dây của các cuộn dây.
Tỷ số này kí hiệu bằng chữ k và gọi là tỷ số biến áp:
2 1 20 1 2 1 N N U U E E k
Nếu N1 > N2 suy ra k > 1 , U1 > U2, máy biến áp hạ áp. Nếu N1 < N2 suy ra k < 1 , U1 < U2, máy biến áp tăng áp.
Khi nối cuộn dây thứ cấp với tải, 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:
U1I1 = U2I2 Hoặc: k I I U U 1 2 2 1
Bài 3 Máy biến áp ba pha 3.1 Công dụng
Để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện ba pha, người ta có thể sử dụng ba máy biến áp một pha, hoặc dùng máy biến áp ba pha.
3.2 Cấu tạo
Nếu dùng ba máy biến áp một pha ghép lại để tạo thành một máy biến áp ba pha thì máy biến áp này được gọi là loại máy có mạch từ độc lập hình 6-7a.
Máy biến áp ba pha có mạch từ khép kín gọi là máy biến áp ba pha có mạch từ liên quan. Loại này có ba trụ và dây quấn ba pha quấn trên ba trụ như hình 6-7b.
Dây quấn của máy biến áp ba pha được ký hiệu như sau:
Dây trung tính: Phía cao áp: O; Hạ áp: o; Trung áp: Om
Với máy biến áp ba pha, các lượng định mức ghi trên máy có khác so với biến áp một pha. Cụ thể:
- Điện áp định mức: U1đm, U2đm là điện áp dây định mức. - Dòng điện định mức: I1đm, I2đm là dòng điện dây định mức. - Sđm là công suất toàn phần của cả ba pha.
- Un% là điện áp dây ngắn mạch tính theo phần trăm.
- P0, Pn là công suất tổn hao không tải và ngắn mạch cho cả ba pha. Nhưng điện trở, điện kháng, tổng trở chỉ ký hiệu cho một pha.