Giới thiệu chung

Khi nhắc đến quá trình vận hành của bộ chuyển đổi flyback tần số cao, người ta thường quan tâm nhiều đến máy biến áp do nó tác động trực tiếp đến quá trình chuyển đổi năng lượng. Chính vì vậy, các kỹ sư ngày nay thường tập trung vào quá trình thiết kế máy biến áp để nâng cao hiệu quả khi sử dụng bộ chuyển đổi flyback tần số cao. Tuy nhiên, quá trình thiết kế này gây ra không ít khó khăn cho các kỹ sư, bởi họ cần xử lý nhiều yếu tố một cách đồng thời như điện kháng rò rỉ và tổn hao của cuộn dây trong máy biến áp. Đây là những yếu tố gây ra tác động tiêu cực đến hiệu suất của máy biến áp, từ đó dẫn đến sự nhiễu động và đáp ứng kém của hệ thống. Bài viết này phân tích các yếu tố trong máy biến áp ảnh hưởng trực tiếp đến flyback tần số cao.

Điện kháng rò rỉ trong máy biến áp

Điện kháng rò rỉ là hiện tượng phát sinh khi một phần năng lượng không được chuyển đổi qua cuộn dây thứ cấp mà quay trở lại mạch sơ cấp, gây ra tổn thất. Trong thiết kế biến áp flyback, điện kháng rò rỉ thường xuất hiện do cách bố trí cuộn dây. Tổn thất này có thể làm giảm hiệu suất chuyển đổi năng lượng và gây ra sự thay đổi điện áp không mong muốn.

Theo định nghĩa, hiện tượng điện kháng rò rỉ xảy ra khi một phần năng lượng ở cuộn dây sơ cấp không được chuyển qua cuộn dây thứ cấp mà chúng sẽ quay ngược trở lại và gây ra tổn thất cho máy biến áp. Để khắc phục vấn đề này, các kỹ sư tập trung vào việc thay đổi cách bố trí các cuộn dây trong máy biến áp. Cụ thể, họ thường thay đổi phương pháp cuốn dây thông thường sang kỹ thuật cuốn chặt và đồng thời thiết kế lại lõi biến áp để giảm thiểu năng lượng rỏ rỉ bên trong máy biến áp. Ngoài ra, các kỹ sư còn sử dụng lớp cách điện bên ngoài để giữ cho các cuộn dây không chạm vào nhau, nhằm hạn chế điện kháng rò rỉ. 

Tổn hao của cuộn dây trong máy biến áp

Cùng với điện kháng rò rỉ, tổn hao của cuộn dây trong máy biến áp cũng là một trong những nguyên nhân chính gây ra tổn thất năng lượng cho bộ chuyển đổi flyback. Trong quá trình hoạt động, dòng điện xuất hiện qua cuộn dây ở máy biến áp nhờ hiệu ứng Joule, nó cũng đồng thời gây ra một phần tổn thất trong nó. Ngoài ra, một số yếu tố khác như điện trở, tần số hay kích thước của cuộn dây cũng gây ra hiện tượng rò rỉ điện kháng trong máy biến áp.

Để khắc phục vấn đề này, các kỹ sư thường tập trung vào việc lựa chọn vật liệu để cuộn dây ít gây ra tổn hao. Hiện nay, các nhà sản xuất thường lựa chọn đồng để làm dây dẫn do nó có đặc tính dẫn điện tốt và ít gây ra tổn hao.

Quá trình kết cấu cuộn dây trong máy biến áp

Như đã đề cập ở trên, để tối ưu hóa hiệu suất của máy biến áp thì các kỹ sư cần thiết kế lại kết cấu cuộn dây bên trong nó. Trước tiên, các kỹ sư cần đảm bảo cuộn dây có các vòng cuốn chặt, đồng trục để giảm thiểu điện kháng rỏ rỉ. Cùng với đó, họ cũng cần quan tâm đến các yếu tố như chiều dài cuộn dây, độ dày lớp cách điện hay các thông số kỹ thuật do đây cũng là một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng điện kháng rò rỉ. Chính từ những yếu tố này, các đơn vị hiện nay đang có xu hướng ứng dụng công nghệ cuốn dây hiện đại nhằm cải thiện hiệu suất và giảm thiểu rủi ro trong quá trình sản xuất

Quá trình lựa chọn lõi máy biến áp

Bên cạnh việc lựa chọn cuộn dây, việc chọn lõi máy biến áp phù hợp cũng đóng vai trò quan trọng để giảm thiểu tổn hao năng lượng điện kháng rò rỉ. Hiện nay, ferrite và laminated soft steel đang là hai loại lõi máy biến áp được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng về thiết kế tần số cao. Trong đó, mỗi loại lõi đều có các đặc tính riêng biệt, điều này đòi hỏi các kỹ sư cần phải tìm hiểu để lựa chọn loại phù hợp dựa trên các ứng dụng cụ thể.

Đối với các ứng dụng tần số cao cần loại lõi có từ tính tốt và tổn hao thấp thì lõi ferrite luôn là lựa chọn hàng đầu. Ngược lại, đối với các ứng dụng loại lõi có khả năng chịu dòng điện cao và tần số thấp thì các kỹ sư thường có xu hướng lựa chọn laminated soft steel.

Phân tích tổn thất năng lượng trong máy biến áp

Bên cạnh việc lựa chọn cuộn dây và lõi từ thì quá trình phân tích năng lượng tổn thất tổng thể của máy biến áp cũng rất quan trọng để đưa ra một đánh giá toàn diện nhất. Trong đó, tổn thất từ và tổn thất lõi cuộn dây là hai trong những loại tổn thất cần được phân tích. Để làm được điều này, các kỹ sư sử dụng các phần mềm phân tích mạch để giúp đánh giá hiệu suất, từ đó đưa ra phương án chỉnh sửa tham số thiết kế cho máy biến áp.

Quá trình thử nghiệm và chỉnh định tham số

Sau khi hoàn thành việc chỉnh định máy biến áp, các kỹ sư vận hành cần đưa các tham số đó vào thử nghiệm thực tế để đánh giá hiệu suất tổng thể của hệ thống. Quá trình thử nghiệm này có thể phát hiện được các vấn đề tiềm ẩn để điều chỉnh lại quy trình thiết kế và đồng thời lựa chọn lại linh kiện cấu thành lên thiết bị.

Một số thử nghiệm điển hình thường được các kỹ sư thực hiện như thử nghiệm điện kháng rò rỉ, phân thích tổn hao của cuộn dây hay xác định hiệu suất tổng thể của bộ chuyển đổi. Các kết quả thử nghiệm này cung cấp cho các kỹ sư một cái nhìn tổng thể để đưa ra giải pháp xử lý nếu phát hiện lỗi.

Kết luận

Nhìn chung, các kỹ sư ngày nay đang không ngừng thiết kế các máy biến áp tiên tiến để ứng dụng vào bộ chuyển đổi flyback có tần số cao. Việc này sẽ góp phần hạn chế hiện tượng điện kháng rò rỉ và tổn hao trong cuộn dây, đồng thời giúp hệ thống hoạt động hiệu quả hơn.