Hiểu về máy biến áp ba pha: Hướng dẫn thực tiễn

Máy biến áp ba pha là thành phần thiết yếu trong việc phân phối điện năng, đặc biệt là đối với các ứng dụng công nghiệp. Các máy biến áp này, dù được cấu hình theo kết nối sao (star) hay tam giác (delta) đều đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải điện. Hệ thống điện ba pha được sử dụng rộng rãi để cung cấp điện năng trên các khoảng cách xa.

Kiến thức cơ bản về máy biến áp ba pha

Hệ thống điện ba pha tạo ra và truyền tải điện năng trên các khoảng cách xa, phân phối đến các nhà máy và khu công nghiệp. Chức năng chính của máy biến áp ba pha là tăng hoặc giảm điện áp và dòng điện ba pha để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng khác nhau. Các máy biến áp này được chế tạo để kết nối một pha hoặc nhiều pha, với các cấu hình từ máy biến áp một pha đơn giản đến các kết hợp phức tạp cho các mục đích sử dụng cụ thể, chẳng hạn như chỉnh lưu DC.

Ba máy biến áp một pha có thể được kết nối với nhau để hoạt động trên nguồn cung cấp ba pha. Kết nối này với các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp trong cấu hình cố định cho phép máy biến áp xử lý điện áp và dòng điện ba pha lệch pha 120 độ.

Cấu hình máy biến áp ba pha

Máy biến áp không làm thay đổi mối quan hệ pha của nguồn điện. Thay vào đó, chúng phải được cấu hình chính xác để phù hợp với nguồn điện ba pha. Máy biến áp ba pha có thể được lắp ráp bằng cách kết nối ba máy biến áp một pha với nhau hoặc bằng cách sử dụng một máy biến áp ba pha được lắp ráp sẵn. Cách sau hiệu quả hơn vì nó nhỏ hơn, nhẹ hơn và tiết kiệm chi phí hơn cho cùng một định mức kVA.

Các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp ba pha có thể được kết nối theo nhiều cách để đáp ứng các yêu cầu vận hành khác nhau. Các cấu hình phổ biến nhất là nối Sao (Star), Tam giác (Delta) và Sao liên kết (Zig-Zag). Kết nối được chọn tùy thuộc vào ứng dụng và đặc tính điện áp và dòng điện mong muốn.

Tìm hiểu về cấu hình Sao (Star) và Tam giác(Delta)

Trong máy biến áp ba pha, cấu hình của các cuộn dây ở cả kết nối Sao hay Tam giác sẽ xác định mối quan hệ điện áp và dòng điện. Cấu hình hình sao, thường được gọi là Wye, bao gồm việc kết nối một đầu của mỗi cuộn dây với một điểm trung tính chung. Thiết kế này cho phép cả điện áp pha và điện áp đường dây, với điện áp pha là điện áp giữa đường dây và điểm trung tính, và điện áp đường dây là điện áp giữa bất kỳ hai đường dây nào.

Ngược lại, cấu hình Delta kết nối các cuộn dây trong một vòng tam giác, không có điểm trung tính. Cấu hình này hỗ trợ điện áp đường dây cao hơn cho một điện áp pha nhất định nhưng không cung cấp kết nối trung tính.

Việc dán nhãn các cuộn dây trong máy biến áp ba pha tuân theo một quy ước chuẩn: cuộn dây sơ cấp được đánh dấu bằng chữ in hoa (A, B, C) và cuộn dây thứ cấp bằng chữ thường (a, b, c). Việc đánh số các đầu cuộn dây (ví dụ: A1, A2) giúp xác định các kết nối cụ thể trong cấu hình hình sao hoặc hình tam giác.

Các cấu hình chính và ứng dụng của chúng

Có bốn cấu hình chính để kết nối máy biến áp ba pha:

• Tam giác-Tam giác (Dd): Cả cuộn dây sơ cấp và thứ cấp đều được kết nối theo cấu hình hình tam giác. Thiết lập này cho phép cung cấp điện liên tục ngay cả khi một máy biến áp trong bộ bị hỏng, mặc dù nó yêu cầu mỗi máy biến áp phải xử lý toàn bộ điện áp đường dây.
• Sao-Sao (Yy): Cả cuộn dây sơ cấp và thứ cấp đều được kết nối theo cấu hình Sao. Thiết lập này có lợi thế trong các ứng dụng điện áp cao vì nó làm giảm điện áp trên mỗi cuộn dây máy biến áp, đơn giản hóa các yêu cầu về cách điện. Tuy nhiên, nếu một máy biến áp bị hỏng, toàn bộ hệ thống có thể ngưng hoạt động.
• Sao-Tam giác (Yd): Cuộn dây sơ cấp được kết nối Sao, trong khi cuộn dây thứ cấp được kết nối Tam giác. Cấu hình này phổ biến trong các hệ thống phân phối điện năng thấp, cung cấp tải cân bằng ở phía sơ cấp và kết nối trung tính ở phía thứ cấp.
• 
  Tam giác-Sao (Dy): Cuộn dây sơ cấp được kết nối Tam giác, và cuộn dây thứ cấp được kết nối Sao. Thiết lập này thường được sử dụng trong các máy biến áp phân phối, cho phép tăng hoặc giảm điện áp tùy thuộc vào nhu cầu của hệ thống.

Mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện

Trong hệ thống ba pha, mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện pha và dòng điện lưới thay đổi tùy theo cấu hình:

• Trong kết nối hình sao (Y), điện áp lưới bằng √3 lần điện áp pha và dòng điện lưới bằng dòng điện pha.
• Trong kết nối hình tam giác (Δ), điện áp lưới bằng điện áp pha nhưng dòng điện lưới bằng √3 lần dòng điện pha.

Những mối quan hệ này rất quan trọng trong việc thiết kế và lựa chọn máy biến áp cho các ứng dụng cụ thể, đảm bảo rằng mức điện áp và dòng điện phù hợp với yêu cầu của hệ thống điện.

Ví dụ thực tế:

Hãy xem xét một máy biến áp được kết nối hình tam giác-sao có định mức 50 VA và điện áp lưới sơ cấp là 100 vôn. Với 500 vòng trên cuộn sơ cấp và 100 vòng trên cuộn thứ cấp, điện áp lưới thứ cấp sẽ xấp xỉ 35 vôn, với điện áp pha là 20 vôn. Thiết lập này làm nổi bật khả năng hạ điện áp của máy biến áp ba pha trong khi vẫn duy trì mức dòng điện cần thiết cho tải.

Cấu tạo máy biến áp ba pha

Máy biến áp ba pha thường bao gồm ba máy biến áp một pha được kết nối với nhau và được lắp trên một lõi nhiều lớp. Cấu tạo này hiệu quả hơn so với việc sử dụng các máy biến áp riêng biệt cho từng pha. Ba mạch từ được đan xen, đảm bảo phân phối từ thông đồng đều và tạo ra điện áp đầu ra hình sin. Cấu tạo kiểu lõi là phổ biến nhất, mang lại sự cân bằng hiệu quả giữa chi phí, kích thước và hiệu suất.

Tóm lại, máy biến áp ba pha là thành phần linh hoạt và thiết yếu trong các hệ thống điện hiện đại. Các cấu hình khác nhau của chúng, bao gồm kết nối hình sao và hình tam giác, cho phép chúng đáp ứng nhiều yêu cầu về điện áp và dòng điện, đảm bảo phân phối điện đáng tin cậy trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại. Hiểu được các cấu hình này và ứng dụng của chúng là chìa khóa để lựa chọn máy biến áp phù hợp cho bất kỳ hệ thống nào.