Máy biến áp tự động là gì?

Máy biến áp tự ngẫu là loại máy biến áp điện chỉ có một cuộn dây. Cuộn dây giống nhau này đóng vai trò là cả mặt sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp. Ưu điểm của máy biến áp tự ngẫu là nó có thể nhỏ hơn, nhẹ hơn và rẻ hơn so với máy biến áp thông thường có hai cuộn dây riêng biệt. Máy biến áp tự ngẫu thường được sử dụng để điều chỉnh điện áp trong phòng thí nghiệm và công nghiệp. Chúng nhỏ gọn và hiệu quả hơn máy biến áp cách ly nhưng không cung cấp khả năng cách ly điện giữa đầu vào và đầu ra.

Xây dựng máy biến áp tự ngẫu

Cấu tạo của máy biến áp tự ngẫu khác với máy biến áp thông thường (máy biến áp cách ly hai cuộn dây) . Máy biến áp tự ngẫu chỉ có một cuộn dây đóng vai trò vừa là mặt sơ cấp vừa là mặt thứ cấp của máy biến áp. Cuộn dây được quấn trên lõi từ nhiều lớp, với tiếp điểm quay có thể di chuyển. Tỷ số điện áp của máy biến áp tự ngẫu phụ thuộc vào số vòng dây ở các phần chung và nối tiếp của cuộn dây. Máy biến áp tự ngẫu có thể hoạt động như máy biến áp hạ áp hoặc tăng áp bằng cách thay đổi kết nối của các đầu vào và đầu ra.

Nguyên lý hoạt động và tỷ số điện áp của máy biến áp tự ngẫu

Giả sử điện áp được áp dụng trên phía sơ cấp (giữa A và B có N₁ vòng) là V₁. Điện áp trên mỗi vòng là V₁/N₁. Vì vậy, điện áp tại điểm C (phía thứ cấp có N₂ vòng) so với B là

Tiết kiệm đồng trong máy biến áp tự động

Hãy biểu thị trọng lượng của đồng trong một máy biến áp tự ngẫu bằng W_auto và trọng lượng của một máy biến áp cách ly hai cuộn dây bằng W_iso. Trọng lượng tỷ lệ thuận với diện tích mặt cắt ngang của cuộn dây đồng tỷ lệ thuận với dòng điện. Ngoài ra, nó tỷ lệ thuận với số vòng dây. Trong điều kiện hạ áp, I₂ > I₁ để duy trì cùng một công suất. W_auto có thể biểu diễn là trọng lượng của các phần AC và CB như được đề cập dưới đây:

Vì thế,

Đối với máy biến áp cách ly, tổng trọng lượng là:

Vậy tỉ số của W_iso và W_auto là:

Chúng ta biết rằng I₂N₂=I1N1, vậy nên:

Ví dụ: Có thể tiết kiệm được bao nhiêu đồng trong máy biến áp tự ngẫu (so với máy biến áp cách ly hai cuộn dây) đối với máy biến áp hạ áp có tỷ số biến áp N₂/N₁ = K = 0,5?

Trả lời: Wauto = (1-K)W_iso, W_auto = (1-0,5)W_iso, W_auto = 0,5W_iso. Điều này có nghĩa là tiết kiệm 50% đồng trong máy biến áp tự ngẫu so với máy biến áp cách ly.

Tính chất của máy biến áp tự ngẫu

1. Cuộn dây đơn:  Không giống như máy biến áp tiêu chuẩn, có hai cuộn dây riêng biệt cho cuộn sơ cấp và thứ cấp, máy biến áp tự ngẫu chỉ có một cuộn dây. Cuộn dây đơn này đóng vai trò vừa là cuộn sơ cấp vừa là cuộn thứ cấp.
2. Taps: Máy biến áp tự động có nhiều taps dọc theo cuộn dây, cho phép bạn chọn tỷ lệ điện áp đầu vào và đầu ra mong muốn. Bằng cách kết nối đầu vào và đầu ra với các taps khác nhau, bạn có thể thay đổi tỷ lệ biến đổi điện áp.
3. Điều chỉnh điện áp: Máy biến áp tự ngẫu thường được sử dụng cho mục đích điều chỉnh điện áp, chẳng hạn như điều chỉnh điện áp cung cấp cho thiết bị điện. Bằng cách chọn các đầu ra khác nhau, bạn có thể tăng hoặc giảm điện áp đầu ra.
4. Hiệu quả: Máy biến áp tự ngẫu thường hiệu quả hơn máy biến áp truyền thống vì chúng có ít cuộn dây hơn và do đó, tổn thất điện trở thấp hơn. Tuy nhiên, điều này phải trả giá bằng việc không có sự cô lập giữa mạch sơ cấp và thứ cấp.
5. Cách ly và An toàn: Một hạn chế đáng kể của máy biến áp tự ngẫu là chúng không cung cấp cùng mức độ cách ly điện như máy biến áp truyền thống. Các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được kết nối, do đó không có sự tách biệt vật lý giữa chúng. Điều này có thể là mối quan tâm về an toàn trong một số ứng dụng.

Ưu điểm của máy biến áp tự ngẫu

1. Nó nhỏ hơn, nhẹ hơn và rẻ hơn so với máy biến áp hai cuộn dây thông thường.
2. Nó có hiệu suất cao hơn và tổn thất thấp hơn do giảm thông lượng rò rỉ và điện trở.
3. Nó có thể cung cấp phạm vi điều chỉnh điện áp rộng bằng cách điều chỉnh tiếp điểm di động.

Nhược điểm của máy biến áp tự ngẫu

1. Nhược điểm chính của máy biến áp tự ngẫu là nó không cung cấp cách ly Galvanic giữa phía sơ cấp và phía thứ cấp. Vì máy biến áp tự ngẫu được ghép nối cả về điện và từ, điện áp DC ở phía sơ cấp sẽ xuất hiện trực tiếp ở phía thứ cấp.
2. Bất kỳ sự gián đoạn nào ở cuộn dây sơ cấp cũng sẽ dẫn đến điện áp sơ cấp hoàn toàn ở phía thứ cấp, không an toàn khi sử dụng cho điện áp cao.

Ứng dụng của máy biến áp tự ngẫu

1. Điều chỉnh điện áp: Máy biến áp tự động thường được sử dụng để điều chỉnh điện áp trong hệ thống phân phối điện. Bằng cách khai thác các điểm khác nhau trên cuộn dây, bạn có thể điều chỉnh điện áp đầu ra để phù hợp với mức mong muốn, cho phép ổn định điện áp và bù cho sự sụt áp trên các đường dây truyền tải đường dài.
2. Nguồn cung cấp điện áp thay đổi: Máy biến áp tự động có thể được sử dụng để cung cấp nguồn cung cấp điện áp thay đổi cho mục đích thử nghiệm và thực nghiệm. Bằng cách điều chỉnh vị trí vòi, bạn có thể có được nhiều điện áp đầu ra, khiến chúng phù hợp với các thiết lập phòng thí nghiệm và nguồn điện áp có thể điều chỉnh.
3. Khởi động và điều khiển động cơ: Biến áp tự động được sử dụng trong các ứng dụng khởi động động cơ, đặc biệt là đối với động cơ cảm ứng lớn. Chúng giúp giảm dòng điện khởi động khi động cơ khởi động, giúp ngăn ngừa sụt áp trong nguồn điện và giảm thiểu ứng suất cơ học lên động cơ.
4. Hiệu quả năng lượng: Máy biến áp tự động có thể cải thiện hiệu quả năng lượng bằng cách điều chỉnh điện áp để phù hợp hơn với yêu cầu tải. Điều này có thể giúp giảm tổn thất điện năng và cải thiện hiệu quả chung của hệ thống điện.
5. Hệ thống HVAC: Trong hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC), máy biến áp tự động được sử dụng để kiểm soát tốc độ của động cơ trong quạt và máy bơm, cho phép thay đổi lưu lượng khí hoặc chất lỏng.
6. Ứng dụng công nghiệp: Máy biến áp tự động được ứng dụng trong nhiều quy trình công nghiệp khác nhau, nơi cần có khả năng kiểm soát điện áp chính xác và hiệu quả năng lượng.

‍