Giáo trình máy biến áp

THS. TRẦN XN HIỆU

GIÁO TRÌNH
MÁY BIẾN ÁP CƠNG NGHIỆP VÀ DÂN
DỤNG

HÀ NÔỊ 2023


MỤC LỤC

Contents
LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VÀ PHÂN LOẠI MÁY BIẾN ÁP............ 8
1. Khái niệm chung về máy biến áp .................................................................. 8
2. Phân loại máy biến áp ................................................................................... 9
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
CẢM ỨNG MỘT PHA ....................................................................................... 10
1. Cấu tạo máy biến áp cách ly một pha ......................................................... 10
2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp cách ly một pha ............................... 11
3. Các đại lượng định mức của máy biến áp cảm ứng một pha ...................... 13
4. Đo điện áp, xác định tỉ số biến đổi của máy biến áp .................................. 14
CHƯƠNG 3: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ........................ 16
MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU ................................................................................ 16
1. Khái niệm, công dụng ................................................................................. 16
2. Cấu tạo của máy biến áp tự ngẫu ................................................................ 16
3. Nguyên lý hoạt động ................................................................................... 17
4. Ưu nhược điểm của máy biến áp tự ngẫu ................................................... 19
CHƯƠNG 4: CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG
MỘT PHA ........................................................................................................... 20
1. Trạng thái làm việc không tải của máy biến áp .......................................... 20

2. Trạng thái làm việc có tải ............................................................................ 24
3. Trạng thái làm việc ngắn mạch ................................................................... 27
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY MỘT PHA ................ 31
1. Tổng quan.................................................................................................... 31
2. Trình tự tính tốn máy biến áp độc lập cách ly một pha dựa trên sơ đồ biến
áp, tham số dịng điện, điện áp phía sơ cấp và thứ cấp ....................................... 32
3. Trình tự tính tốn máy biến áp độc lập cách ly một pha dựa vào kích thước
lõi thép (Bài tốn ngược)..................................................................................... 35
4. Các bài tập ứng dụng tính tốn máy biến áp ............................................... 36
CHƯƠNG 6: QUẤN DÂY MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG MỘT PHA ............... 41
1. Làm khuôn máy biến áp .............................................................................. 41
2. Quấn dây mới máy biến áp ......................................................................... 46
3. Đo thông mạch giữa các đầu dây máy biến áp ........................................... 52


4. Các sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phịng tránh trong q
trình quấn............................................................................................................. 53
CHƯƠNG 7: TẨM SƠN, SẤY KHÔ CÁCH ĐIỆN MÁY BIẾN ÁP ............... 55
CẢM ỨNG MỘT PHA ...................................................................................... 55
1. Mục đích của việc tẩm sấy .......................................................................... 55
2. Các phương pháp và quy trình tẩm sấy....................................................... 55
CHƯƠNG 8: LẮP LÕI THÉP VÀ VẬN HÀNH MÁY BIẾN ÁP Ở CÁC CHẾ
ĐỘ ....................................................................................................................... 60
1. Quy trình lắp lõi thép vào cuộn dây ............................................................ 60
2. Vận hành máy biến áp ................................................................................. 61
3. Các dạng sai hỏng thường gặp trong quá trình lắp lõi thép ........................ 62
CHƯƠNG 9: XÁC ĐỊNH CÁC DẠNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP .............. 63
CỦA MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁCH SỬA CHỮA ................................................. 63
1. Xác định hư hỏng của máy biến áp ............................................................. 63
2. Sửa chữa phần điện ..................................................................................... 63

3. Sửa chữa phần cơ ........................................................................................ 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 66


LỜI MỞ ĐẦU
Máy biến áp là một hệ thống biến đổi cảm ứng điện từ dùng để biến đổi
dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành dòng điện xoay chiều có điện áp khác.
Các dây quấn và mạch từ của nó đứng n và q trình biến đổi từ trường để sinh
ra sức điện động cảm ứ ng trong dây quấn thực hiện bằng phương pháp điện. Mặt
khác máy biến áp nó cịn có vai trị quan trọng trong nền kinh tế quốc dân như
trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, các hệ điều khiển. Máy biến
áp được sử dụng quan trọng trong việc truyền tải điện năng đi xa. Ngồi ra cịn có
các máy biến thế có cơng suất nhỏ hơn, máy biến áp (ổn áp) dùng để ổn định điện
áp trong nhà hay các cục biến thế, cục xạc… dùng cho các thiết bị điện với hiệu
điện thế nhỏ (220V sang 24V, 12V, 3V,…)
Giáo trình này biên soạn dựa trên khung chương trình đạo tạo chuyên ngành
Điện, được dùng để làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các trường Cao đẳng,
Đại học, kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuậy làm việc trong ngành điện, giáo viên
và học sinh học trong các trường đào tạo nghề Điện.
Nội dung giáo trình:
Chương 1: Khái niệm chung và phân loại máy biến áp
Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp cảm ứng một
pha
Chương 3: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp tự ngẫu
Chương 4 : Các trạng thái làm việc của máy biến áp cảm ứng một pha
Chương 5: Tính tốn máy biến áp cảm ứng một pha
Chương 6: Quấn dây máy biến áp cảm ứng một pha
Chương 7: Tẩm sơn, sấy khô cách điện máy biến áp cảm ứng một pha
Chương 8: Lắp lõi thép và vận hành máy biến áp ở các chế độ
Chương 9: Xác định các hư hỏng thường gặp của máy biến áp và cách sửa

chữa
Trong q trình biên soạn khơng tránh khỏi thiếu xót, mong các thầy cơ và
bạn bè, độc giả nhận xét để giáo trình này được hồn thiện hơn. Xin chân thành
cảm ơn cô trong các trường Đại học, cao đẳng, các kỹ thuật viên làm việc trong
các nhà máy đã tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để chúng tơi hồn tốt giáo trình
này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 3 năm 2023
Chủ biên: ThS.Trần Xuân Hiệu




MỤC LỤC


CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VÀ PHÂN LOẠI MÁY BIẾN
ÁP
Một trong những thiết bị điện tử phổ biến hiện nay là máy biến áp. Máy
biến áp được viết tắt là MBA, đây là một thiết bị điện quan trọng trong đời sống.
Chúng làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tác dụng chính để biến đổi
dịng điện từ đó sử dụng tương thích với dịng điện xoay chiều mà khơng làm thay
đổi tần số sử dụng. Chính vì thế, máy biến áp được coi là một phần không thể
thiếu cho mỗi hộ gia đình, các đơn vị kinh doanh vừa và nhỏ.
1. Khái niệm chung về máy biến áp
1.1. Khái niệm
Chúng ta đã biết, nguồn điện xoay chiều một pha được sử dụng trong gia
đình hay sinh hoạt gồm có nhiều cấp điện áp như: 220VAC, 110VAC, 36VAC,
24VAC, 12VAC… Để thực hiện được công việc từ nguồn điện một pha có cấp
điện áp định mức, biến đổi thành nguồn điện một pha có cấp điện xoay chiều gọi

là: Máy biến áp
Trong thực tế, máy biến áp cách ly một pha có loại: Một dây quấn, hai dây
quấn. Dây quấn gồm có 2 cuộn dây được quấn riêng biệt. Nhưng đều dựa trên một
nguyên lý đó là nguyên lý cảm ứng điện từ.
Máy biến áp là máy điện tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện
từ, dùng để biến đổi của hệ thống dùng điện xoay chiều từ cấp điện áp này sang
điện cấp điện áp khác, nhưng vẫn giữ nguyên tần số.
Ký hiệu máy biến áp 1 pha trên sơ đồ:
U1

U2

1.2. Công dụng máy biến áp cách ly một pha
Máy biến áp cách ly một pha được sử dụng để phân phối năng lượng ở mức
điện áp kinh tế nhất và cũng để tận dụng năng lượng một cách hiệu quả tiện lợi và
an toàn.
Máy biến áp cách ly dùng để cách ly giữa các mạch điện với nhau hoặc
giữa các khối tín hiệu một chiều được duy trì từ tín hiệu xoay chiều liên tục với
các mạch điện và để hạn chế nhiễu tín hiệu từ trong nhiều mạch điện.
Máy biến áp cách ly một pha được sử dụng để biến đổi nguồn điện xoay
chiều sang nguồn điện một chiều. Trong đó, máy biến áp đóng vai trị là thiết bị
trung gian phối hợp với các thiết bị khác. Máy biến áp gồm có một cuộn dây thứ


cấp được liên hệ với nhau thông qua từ trường cảm ứng. Máy biến áp có lõi sắt
hay lõi có thể biến đổi được, phụ thuộc vào chức năng hoạt động và ứng dụng của
nó như máy hàn hồ quang.
Máy biến áp khơng có mạch từ bằng lõi thép mà hồn tồn bằng khơng khí,
thì đó là máy biến áp lõi khơng khí. Những máy biến áp đó có từ thông kém hơn
và thường được sử dụng với công suất thấp, trong các mạch điện từ.

2. Phân loại máy biến áp
Máy biến áp có rất nhiều loại nhưng chúng đều có chung nguyên lý hoạt
động. Phân loại dựa vào số pha ta có Máy biến áp 1 pha và 3 pha.
Máy biến áp trong thực tế gồm các loại chính như sau:
- Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ
thống điện lực.
- Máy biến áp chuyên dùng cho các lò luyện kim, các thiết bị chỉnh lưu,
máy biến áp hàn...
- Máy biến áp tự ngẫu dùng để liên lạc trong hệ thống điện, mở máy động
cơ không đồng bộ công suất lớn.
- Máy biến áp đo lường, dùng để giảm điện áp và dòng điện lớn đưa vào
các dụng cụ đo tiêu chuẩn hoặc để điều khiển.
- Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao.


CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY
BIẾN ÁP CẢM ỨNG MỘT PHA
Máy biến áp 1 pha là một thiết bị tĩnh điện, làm việc theo nguyên tắc cảm
ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp cua dòng xoay chiều một pha từ cấp này
sang cấp khác mà vẫn giữ nguyên tần số.
Máy biến áp 1 pha là một thiết bị điện dùng để thay đổi chiều của dịng điện
cảm ứng có hiệu điện thế nhỏ rơi vào khoảng 380 – 400V, và thường được dùng
trong mạng lưới điện của hệ thống dân sinh. Việc thay đổi dịng diện ở đây có thể
là làm tăng hoặc giảm điện áp sao cho phù hợp với các thiết bị điện của người
dân. Trong bài học này sẽ giới thiệu đến người học về cấu tạo và nguyên lý làm
việc chung của các loại MBA cảm ứng một pha.
1. Cấu tạo máy biến áp cách ly một pha
Máy biến áp có cấu tạo gồm 3 phần chính: Lõi thép, dây quấn và vỏ máy.
1.1. Lõi thép
Hay còn gọi là mạch từ dùng để dẫn từ trường trong máy. Nó được chế tạo

bằng vật liệu dẫn từ tốt như lõi thép lá kỹ thuật điện (Tơn sillic) có chiều dày từ
0,35 ÷ 0,5 mm. Cắt thành hình chữ U, I, E. Để giảm dịng điện xốy trong lõi thép
trên bề mặt các lá thép có lớp sơn cách điện ghép với nhau.

a)

b)

c)

d)

Hình 1.1: Các dạng mạch từ của máy biến áp
(a – Mạch từ dạng I; b – Mạch từ dạng E, I; c – Mạch từ dạng U, I;d –
Mạch từ dạng hình xuyến)
Lõi thép bao gồm phần trụ và gông từ:
- Trụ là phần của mạch từ trên có đặt dây quấn.
- Gơng từ là phần của mạch từ dùng để nối giữa các trụ, tạo thành một mạch
từ khép kín.
- Mạch từ gồm có 2 loại: Là kiểu trụ và bọc.
+ Mạch từ khơng có gơng từ bao xung quanh cuộn dây gọi là mạch từ kiểu
lõi (trụ).


+ Mạch từ có gơng bao xung quanh cuộn dây gọi là mạch từ kiểu vỏ (bọc).
Gơng
Cuộn
dây
Trụ
a)

b)
Hình 1.2: Mạch từ kiểu lõi và kiểu vỏ máy biến áp
( a. Mạch từ kiểu lõi (trụ); b. Mạch từ kiểu vỏ (bọc))

1.2. Dây quấn
Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng đồng hay nhơm, có tiết
diện trịn hay dẹt (chữ nhật). Phía ngồi có phủ sơn cách điện hoặc cotton thủy
tinh. Là nơi có tác dụng tạo ra từ trường và cảm ứng ra sức điện động. Dây quấn
gồm có nhiều vòng dây tạo thành lớp, nhiều lớp tạo thành cuộn dây và được lồng
vào trụ của mạch từ máy biến áp.
Các máy biến áp thường có 2 dây quấn:
- Dây quấn gọi là sơ cấp được nối với nguồn điện.
- Dây quấn gọi là thứ cấp được nối ra tải.
Tùy theo cấu tạo của mạch từ kiểu lõi hay bọc mà cuộn dây cao áp và hạ
áp có thể quấn theo kiểu đồng tâm hay riêng biệt hoặc xen kẽ. Giữa cuộn dây cao
áp, hạ áp có lớp cách điện tốt.
1.3. Vỏ máy biến áp
Vỏ máy được chế tạo bằng tơn sắt, kiểu thùng có đáy chữ nhật để bảo vệ
máy biến áp. Trên vỏ máy có lỗ thống để tạo trao đổi nhiệt của máy biến áp với
bên ngồi mơi trường.
Phía trước vỏ máy lắp đặt các thiết bị chỉ thị, chỉ báo và các thiết bị điều
khiển. Phía sau thường lắp đặt dây kết nối với nguồn điện hay phụ tải. Trên vỏ
máy có tem ghi các thông số của máy biến áp.
2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp cách ly một pha
Ta xét một máy biến áp cảm ứng một pha hai dây quấn hình 1.3:

i1
U1

W1

i2
W2

U2

Zt


Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp 1 pha hai cuộn dây quấn
Khi đấu cuộn dây sơ cấp w1 vào nguồn điện xoay chiều một pha có điện
áp U1 và tần số f1. Trong cuộn dây w1 xuất hiện dòng điện i1 là dòng điện xoay
chiều chạy trong w1 sinh ra từ thông Φ biến thiên trong lõi sắt được xác định:
Φ = Φmsinωt.
Trong máy biến áp, ngồi từ thơng chính biến thiên trong lõi thép cịn một
phần móc vịng ra ngồi khơng khí rất nhỏ gọi là từ thơng tản.
Từ thơng chính móc vịng trong cuộn w1. Theo định luật cảm ứng điện từ ,
sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào dây quấn w1 sức điện động cảm ứng
e1 có trị số:
e1 = − w1.

d
(1.1)
dt

Trong đó: - w1 là số vịng dây của cuộn sơ cấp (w1)
tốc độ biến thiên của từ trường
Từ thơng Φ biến thiên móc vịng sang cuộn dây w2 làm cảm ứng vào cuộn
dây w2 sức điện động e2 có trị số:

e2 = − w 2 .

d
dt

(1.2)

Ta có Φ = Φmsinωt mà ω = 2πf. Chúng ta lấy đạo hàm e1 có:
e1 = − w1.

d ( m .sin t )
→ e1 = -w1.ω.Φm.cosωt
dt

(1.3)

Tương tự như vật ta có:
e2 = -w2.ω.Φm.cosωt
Mà cosωt = -sin(ωt – π/2)
Suy ra: e1 = w1ω1Φmsin(ωt – π/2)
e2 = w2ω2Φmsin(ωt – π/2)
(1.4)
Như vậy: Sức điện động chậm pha so với từ thơng một góc π/2
- Nếu như bỏ qua điện trở của dây quấn w1 và w2, từ thơng tản ra ngồi
khơng khí thì U1≈ E1; U2≈ E2
Chúng ta cần chú ý:
- U2 chính là điện áp được biến đổi để cung cấp cho tải hoạt động.
- Nếu như máy biến áp làm việc không tải thì có dịng I2 = 0. Lúc này từ
thơng chính chỉ do dòng I1 sinh ra.
- Nếu máy biến áp làm việc có tải thì có dịng I2 ≠ 0. Lúc này từ thơng chính

do dịng I1 và I2 sinh ra: ϕ = ϕ1 + ϕ2. Trị số sức điện động:
- Trị số cực đại của sức điện động sơ cấp Em1:
Em1 = w1.ω.Φm (mà ω = 2πf)
- Vì vậy giá trị hiệu dụng của E1 là:
E1 =

Em1
2

=

2 f .w1.1 2
=
.w1. f . m
2
2

Suy ra: E1 = 4,44.w1.f.Φm
Tương tự như vậy: E2 = 4,44.W2.f.ɸm
* Tỉ số máy biến áp.

(1.5)
(1.6)


Là chúng ta xây dựng mối quan hệ giữa sức điện động E1 và E2
E1 w1
=
=k
E2 w 2

(1.7)

Trong đó k được gọi là tỉ số biến áp.
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thơng tản ra ngồi khơng khí ta có:
U1 ≈ E1; U2 ≈ E2
Vì vậy:

U 1 E1 w1

=
=k
U 2 E2 w2

Nếu bỏ qua mọi tổn hao trong máy biến áp, ta có: P1 ≈ P2 hay U1.I1 ≈ U2.I2
→ Suy ra:

U1 I1
= =k
U2 I2

Từ đó ta thấy rằng:
+ Khi U2 > U1, W2 > W1. Đây là máy biến áp tăng áp.
+ Khi U2 < U1, W2 < W1. Đây là máy biến áp hạ áp.
Như vậy, một máy biến áp lý tưởng nghĩa là không có các tổn hao thì điện
áp sơ cấp và thứ cấp tỉ lệ với số vòng dây quấn. Dòng điện sơ cấp và thứ cấp sẽ tỉ
lệ nghịch với số vịng dây quấn của nó.
3. Các đại lượng định mức của máy biến áp cảm ứng một pha
Là các đại lượng định mức, được cung cấp từ nhãn hiệu của máy biến áp.
Nhằm đảm bảo cho người vận hành khai thác, vận hành sao cho máy biến áp làm

việc an tồn và đạt hiệu quả kinh tế nhất. Các thơng số bao gồm:
Cơng suất biểu kiến hay cịn gọi là dung lượng của máy biến áp Sđm. Đơn
vị là: VA, KVA. Là đại lượng đặc trưng cho khả năng chuyển tải năng lượng của
máy biến áp, thường được tính tại thứ cấp. Công suất biểu kiến máy biến áp cách
ly một pha, được tính như sau:
Sđm= U2đm.I2đm
(1.8)
- Điện áp định mức sơ cấp U1đm. Đơn vị là: V. Là trị số điện áp của nguồn
đặt vào cuộn sơ cấp của máy biến áp khi máy làm việc bình thường.
- Điện áp định mức thứ cấp U2đm. Đơn vị là V. Là trị số điện áp lấy ra từ
cuộn thứ cấp của máy biến áp, khi máy biến áp không tải và đối với máy biến áp
có tải thì là điện áp định mức.
- Dòng điện định mức sơ cấp I1đm. Đơn vị là A. Là giá trị dòng điện chạy
trong cuộn dây sơ cấp, khi dòng điện trong cuộn dây thứ cấp là định mức.
- Dòng điện định mức thứ cấp I2đm. Đơn vị là A. Là giá trị dòng điện chạy
trong cuộn thứ cấp khi điện áp thứ cấp là định mức và phụ tải là định mức.
Đối với máy biến áp một pha, thì giá trị dịng điện định mức của cuộn sơ
cấp được tính như sau: I1 =

U
S1

(1.9)

- Tần số định mức fđm. Đơn vị là Hz. Là giá trị tần số của nguồn điện đặt
vào cuộn dây sơ cấp.
- Điện áp ngắn mạch Uk % hay Un %. Là giá trị điện áp đặt vào cuộn dây
sơ cấp khi cuộn dây thứ cấp bị ngắn mạch.

Ngồi ra trên nhãn máy cịn ghi các thơng số khác như: Trọng lượng của
máy biến áp, ngày tháng sản xuất và sơ đồ đấu dây.
4. Đo điện áp, xác định tỉ số biến đổi của máy biến áp
4.1. Đo điện áp
Thường sau khi bảo dưỡng, sửa chữa hay trước khi lắp đặt máy biến áp
cách ly một pha vào hệ thống để cung cấp năng lượng cho phụ tải. Chúng ta phải
đấu thứ máy biến áp làm việc có tải định mức để kiểm tra thông số. Đơn giản nhất
là phải kiểm tra được điện áp định mức cấp cho cuộn dây sơ cấp và điện áp định
mức của cuộn thứ cấp. Dựa vào hai thông số U1đm và U2đm, ta sẽ xác lập được tỉ
số của máy biến áp cách ly một pha.
Để làm được điều này, chúng ta thực hiện phương pháp như sau:
Chúng ta đấu máy biến áp theo sơ đồ (Hình 1.4).
Trên sơ đồ này thiết bị để đo điện áp U1 và U2 có thể dùng thiết bị đo vôn
mét lắp trực tiếp hay có thể dùng thiết bị đo cầm tay là đồng hồ vạn năng. Vì vậy
thực hiện phương pháp này, chúng ta có hai cách đo điện áp.
- Cách thực hiện 1:
Bước 1: Công tác chuẩn bị thiết bị, vật tư, dụng cụ điện
+ Máy biến áp cách ly một pha và đọc thông số trên tem nhãn máy biến áp
như U1đm, U2đm, Sđm.
K
1

W1
V

2

3

W2

V

Ztdm
4

Hình 1.4 : Sơ đồ đấu dây máy biến áp
+ Đồng hồ vôn mét để đo U1đm và U2đm. Chúng ta chọn đồng hồ có thang
đo bằng 120% điện áp định mức.
+ Chọn phụ tải bằng với tải định mức của máy biến áp.
+ Chọn công tắc K theo tính chọn, dựa vào giá trị dịng điện định mức của
máy biến áp.
+ Chuẩn bị nguồn điện xoay chiều một pha có điện áp bằng điện áp định
mức cuộn dây sơ cấp.
+ Dây điện và vật tư phụ cần thiết.
Bước 2: Đấu dây theo sơ đồ (Hình 1.4)
+ Đấu đồng hồ vôn mét, một đồng hồ song song với cuộn dây sơ cấp, một
đồng hồ song song với cuộn dây thứ cấp.
+ Đấu hai cực sau của công tắc K song song với đồng hồ vôn mét của cuộn
dây sơ cấp.
+ Đấu phụ tải có Pđm và Uđm song song với cuộn dây thứ cấp.


+ Đấu nguồn cấp cho cuộn dây sơ cấp vào hai cực trước của công tắc K.
Bước 3: Cấp nguồn và kiểm tra số đo điện áp
+ Kiểm tra an toàn hệ thống, khu vực thực hiện và cấp điện theo quy trình
an tồn lao động.
+ Đóng cơng tắc K, cấp điện cho máy biến áp
+ Ghi lại giá trị điện áp của đồng hồ vôn mét. Ghi đúng điện áp U1 và U2.
Bước 4: Kết thúc và vệ sinh công nghiệp
+ Ngừng cấp điện cho bài thực hành.

+ Tháo thiết bị, vật tư và vệ sinh công nghiệp khu thực hành.
- Cách thực hiện 2 : Cách này ta thực hiện như cách 1, khác là dùng đồng
hồ vạn năng cầm tay để đo thông số điện áp U1 và U2.
Khi ta đóng mở cơng tắc K, chúng ta điều chỉnh núm của đồng hồ vạn năng
về vị trí AVC có điện áp lớn hơn và gần với điện áp định mức của cuộn sơ cấp.
Đưa hai đầu que đo vào điểm 1 và 2 trên sơ đồ, đọc giá trị điện áp đo được trên
thang đo chuẩn nhất. Đó là điện áp U1. Cũng thực hiện như vậy, chúng ta đo được
điện áp U2 tại điểm 3 và 4.


CHƯƠNG 3: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA
MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU
Máy biến áp tự ngẫu, hay còn có tên gọi khác là máy biến thế tự ngẫu, tên
tiếng Anh là Autotransformer là một dạng máy dùng để tăng áp hoặc giảm áp
trong dải điện áp 110 - 115 - 120V và điện áp trong dải 220 - 230 - 240V. So sánh
máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp thường có thể thấy điểm khác biệt lớn nhất
của loại máy này là cấu tạo chỉ có 1 cuộn dây duy nhất đảm nhiệm chức năng của
cả cuộn sơ cấp và thứ cấp. Điều này khiến cho nguyên lý hoạt động của máy biến
áp tự ngẫu cũng rất khác biệt so với các loại máy biến áp thông thường. Trong bài
học này sẽ giới thiệu đến người học những kiến thức về cấu tạo, nguyên lý làm
việc cũng như tháo, lắp kiểm tra trình trạng hoạt động của loại máy biến áp này.
1. Khái niệm, công dụng
1.1. Khái niệm
Cấu tạo của máy biến áp cách ly một pha, gồm có hai cuộn dây khơng có
liên kết với nhau, nói cách khác là chúng cách ly về điện. Vì vậy mà năng lượng
điện trong máy biến áp được cảm ứng từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp. Tuy
nhiên, ở máy biến áp tự ngẫu chỉ có chung một cuộn dây quấn, tức là vừa là cuộn
sơ cấp và cuộn thứ cấp. Do đó năng lượng được truyền từ cuộn sơ cấp sang cuộn
thứ cấp qua sự hỗ cảm và dòng điện. Hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được mắc
nối tiếp với nhau.

Máy biến áp tự ngẫu cũng dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều
một pha, từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác trong phạm vi không lớn lắm,
thường tỷ số biến áp có k ≤ 2,5.
Do hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có phần chung, nên ngồi sự liên hệ với
nhau qua từ thơng chính Φ, các dây quấn còn lien hệ trực tiếp với nhau về điện.
Gây mất an toàn cho người vận hành khai thác.
1.2. Công dụng
Với đặc điểm riêng của máy biến áp tự ngẫu, mà được sử dụng vào các mục
đích như sau:
- Máy biến áp tự ngẫu sử dụng trong hệ thống điện, để truyền tải điện năng
giữa các lưới điện có chênh lệch điện áp không lớn.
- Máy biến áp tự ngẫu được sử dụng để mở máy các động cơ không đồng
bộ công suất lớn.
- Máy biến áp tự ngẫu sử dụng rộng rãi làm nguồn cung cấp cho các thiết
bị điện sinh hoạt.
- Máy biến áp tự ngẫu được sử dụng ở các phịng thí nghiệm, để thay đổi
điện áp liên tục và thuận lợi.
2. Cấu tạo của máy biến áp tự ngẫu
Máy biến áp tự ngẫu gồm 3 phần chính: Lõi thép, dây quấn, vỏ máy.


2.1. Lõi thép (mạch từ)
Được chế tạo như máy biến áp cách ly một pha. Loại mạch từ chữ I, U, hình
xuyến hay được sử dụng.
2.2. Dây quấn
Dây quấn máy biến áp tự ngẫu chủ yếu giống dây quấn máy biến áp cách
ly một pha. Chỉ khác là có chung một cuộn dây, do đó có nhiều đầu dây ra, vừa
đón điện áp nguồn cấp và đưa ra cung cấp cho phụ tải.
Cũng do đặc điểm của máy biến áp tự ngẫu, cấu tạo của cuộn dây mà các
cuộn dây được quấn trên lõi thép I hay U. Người ta chia số vòng cuộn dây tổng

làm hai phần bằng nhau, quấn thành hai cuộn đặt vào hai trụ của mạch từ và được
đấu nối tiếp với nhau (nghĩa là hai đầu cuộn dây nối với nhau có cực tính ngược
nhau)
2.3. Vỏ máy
Giống như vỏ máy biến áp cách ly một pha. Chỉ khác phần cầu đấu để kết
nối máy biến áp với nguồn điện hay với tải là chung nhau, nghĩa là chỉ do ta thay
đổi cách đấu nối mà thôi.
3. Nguyên lý hoạt động
3.1. Sơ đồ nguyên lý máy biến áp tự ngẫu

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý máy biến áp tự ngẫu
(a. Máy biến áp tự ngẫu tăng áp; b.Máy biến áp tự ngẫu hạ áp)
Máy biến áp tự ngấu tăng áp (hình 2.1a) là cuộn dây sơ cấp để đón điến áp
của nguồn, chỉ là một phần của cuộn dây thứ cấp (điện áp cấp ra cho phụ tải).
Máy biến áp tự ngẫu hạ áp (hình 2.1b) ngược lại, cuộn dây của cuộn thứ
cấp chỉ là một phần của cuộn dây sơ cấp.


Hình 2.2: Ký hiệu máy biến áp tự ngẫu trên sơ đồ điện
3.2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp tự ngẫu
Máy biến áp tự ngẫu là loại biến áp mà ở đó ngồi sự liên hệ về từ cịn có
sự liên hệ trực tiếp về điện giữa dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp

Hình 7.3: Kiểu nối dây của máy biến áp tự ngẫu
(Nối thuận hình 7.3a và ngược hình 7.3b)
Ta thấy cơng suất truyền tải của máy biến áp tự ngẫu gồm hai thành phần:
- Truyền qua nhờ từ trường trong lõi thép.
- Truyền dẫn trực tiếp.
Dung lượng thiết kế máy biến áp là dung lượng truyền dẫn nhờ từ trường:
Stke = E1I1 = E2I2

(2.1)
Dung lượng máy biến áp tự ngẫu truyền qua lúc vận hành thực tế:
Sttải = UCAICA = UHAICA
(2.2)
Tỉ số biến đổi điện áp của máy biến áp tự ngẫu:


U1 E1 I 2
=
= =k
U 2 E2 I1

(2.3)

Tỉ số biến đổi điện áp của lưới điện:
U CA I HA
=
= k thường k < 2,5
U HA

(2.4)

I CA

Xét trường hợp nối thuận (hình a):
Stke
(U − U HA ) I CA
EI
1
= 2 2 = CA

= 1−
Sttai U CA I CA
U CA I CA
k

(2.5)

Xét trường hợp nối ngược (hình b):

Stke
(U − U HA ) I HA
EI
1
= 2 2 = CA
= (1 − ) = k − 1
Sttai U CA I CA
U CA I CA
k

(2.6)

Như vậy kiểu nối thuận có lợi hơn nên dùng trong thực tế.
4. Ưu nhược điểm của máy biến áp tự ngẫu
4.1. Ưu điểm
- Máy biến áp tự ngẫu chế tạo rẻ hơn máy biến áp dây quấn cùng công suất.
- Lúc vận hành tổn hao trong máy biến áp tự ngẫu củng nhỏ hơn.

P P
Sttai

=

Stke

1
(1 − ) nghĩa
k

1
k

là tổn hao chỉ có (1 − ) so với máy biến áp dây

quấn.
1
k

- Điện áp Un của máy biến áp tự ngẫu nhỏ còn (1 − ) so với máy biến áp
dây quấn cùng công suất.
- Sụt áp trong máy biến áp tự ngẫu nhỏ vì Un nhỏ.
4.2. Nhược điểm
- Vì Un nhỏ nên dòng điện In tương đối lớn.
- Khi vận hành với lưới điện trung tính máy biến áp tự ngẫu phải nối đất
nếu khơng sẽ khơng an tồn.
- Máy biến áp tự ngẫu yêu cầu cách điện cao hơn máy biến áp thường.


CHƯƠNG 4: CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
CẢM ỨNG MỘT PHA
Máy biến áp 1 pha được biết đến là loại máy truyền tải điện năng rất. Máy

biến áp 1 pha là một thiết bị điện từ tĩnh được dùng để truyền đưa năng lượng
hoặc tín hiệu xoay chiều giữa các mạch điện thông qua cảm ứng điện từ nhưng
vẫn giữ nguyên tần số. Máy biến áp 1 pha thường được dùng trong các gia đình,
trong đo lường, lò luyện kim, hàn điện….Trong bài học này sẽ giới thiệu đến
người học cấu tạo, nguyên lý làm việc của MBA cảm ứng 1 pha cũng như khảo
sát đường đặc tính của MBA trong q trình làm việc.
1. Trạng thái làm việc không tải của máy biến áp
1.1. Trạng thái làm việc khơng tải
m

R1

R2

X1

X2

I2 = 0
U1

I1
W1

t1

W2

U2

I1=I0

Rth
Xth

a)
b)
Hình 4.1: Sơ đồ trạng thái không tải của máy biến áp
Sơ đồ nguyên lý (Hình 3.1a), Sơ đồ thay thế tương đương (Hình 3.1b).
Phương trình cân bằng điện áp:
Khi đóng điên áp xoay chiều 1 pha U1 vào cuộn w1, sinh ra dòng điện I1
chạy trong w1 có điện trở thuần R1, gây ra sụt áp là I1.R1. Đồng thời từ thơng chính
do I1.w1 sinh ra làm cảm ứng trong w1 sức điện động là:
E1 = 4,44.w1.f.Φm
Đồng thời I1 cịn sinh ra từ thơng tản (Φt1) chỉ móc vịng ở cuộn dây sơ cấp,
nên nó cảm ứng trong w1 suất điện động tỉ lệ với dịng điện I1. Đó là:
et1 = − Li

dy
, suất điện động này chậm pha so với I1 một góc π/2.
dt

Khi máy biến áp không tải I2 = 0, ta có phương trình:
U1 = I1.R1 + Et1 − E1 ,

Nếu bỏ qua từ thơng tản thì U1 = I1.Z1 − E1.Z1 là tổng trở dây quấn sơ cấp có
trị số:

Z1 = R12 + X12

. Mà X1 = ω.L gọi là điện kháng của cuộn dây sơ cấp. Hay:
U1 = I 0 .Z1 − E1 = I 0 ( Z1 + Zth ) = I 0 .R0
Bởi vì Z 0 = Z1 + Zth là tổng trở máy biến áp không tải.

1.2. Đồ thị véc tơ


Ta thấy ở trạng thái khơng tải thì I2 =
0, cho nên I1 = I2 (I1chính là dịng từ hóa).
Cách vẽ: chúng ta chọn Φm làm gốc, E1
và E2 chậm pha sau Φm một góc π/2

I1X1

U1

1.3. Thực hiện thí nghiệm khơng tải

I1R1

Phương pháp thí nghiệm:
Mục đích của thí nghiệm khơng tải xác
định các tổn hao, hệ số máy biến áp k, các
thông số của sơ đồ thay thế R0, X0, P0 và
cosφ0. Sơ đồ thí nghiệm được giới thiệu
(Hình 3.2).
Trong q trình thí nghiệm, chúng ta
cần đo các thơng số sau: U1, U2, I0 và P0 khi
thay đổi điện áp nguồn cấp U1 từ giá trị 0 đến
U1 đm

-E1

I1
Øm
E2
E1

Hình 4.2: Đồ thị véc tơ

MBA
A

W

U1

V

U2

V

Hình 4.3: Thí nghiệm khơng tải
Khi điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp U1 = Udm, ta xác định được các thông
số sau:
∆PFe bằng tổn hao công suất trong mạch từ. Hệ số biến áp U1/U2 = k. Dịng
điện khơng tải I0. Dựa vào các thơng số thí nghiệm để tính tốn các tham số của
sơ đồ thay thế bao gồm:
- Điện trở mạch từ: R0 = ∆P0/I02

- Điện kháng mạch từ: X 0 = Z 2 + R 2
Trong đó: Z0 = U1đm/I0. Tổng trở mạch từ
- Hệ số công suất không tải: cosφ0 = ∆P0/I0.U1đm
Thực hiện thí nghiệm khơng tải:
Trước khi vào làm thí nghiệm, chúng ta cần nhắc lại mục đích của thí
nghiệm và các tham số cần tính tốn theo các cơng thức (2.2), (2.3), (2.4).
Làm thí nghiệm, giáo viên làm mẫu và sinh viên, sinh viên thực hành theo
quy trình sau:
M

M


b.

Đồng hồ vạn năng

a. Máy biến áp tự ngẫu

c. Máy biến áp cách ly một pha

d. Hộp điện trở (tải)
Hình 4.4: Thiết bị thí nghiệm khơng tải máy biến áp
Bước 1: Công tác chuẩn bị vật tư, thiết bị và an toàn lao động.
- Thực hiện mặc bảo hộ lao động nghề điện.
- Khảo sát hiện trường nơi thực hành.
- Chuẩn bị thiết bị, vật tư như: Máy biến áp cách ly một pha 220/110V, 5/10
(A). Máy biến áp tự ngẫu dùng để tạo điên áp và thay đổi được cấp nguồn cho
cuộn sơ cấp của máy biến áp một pha. Ampe kế, volt kế, walt kế và dụng cụ đo

cầm tay như Ampe kìm, đồng hồ vạn năng. Dây điện đảm bảo cho dòng định mức
của máy biến áp đi qua làm việc lâu dài và các vật tư phụ. Dụng cụ nghề điện.
Bước 2: Lắp đặt thiết bị theo (Hình 3.4)
MBATN
L

MBA

A

A

U1
N
l

A

k

W

Hình 4.5: Sơ đồ lắp đặt thí nghiệm không tải máy biến áp
Bước 3: Lắp đặt đường dây.
Chọn đúng tiết diện dây, bấm đầu cốt, đấu dây chính xác bằng dụng cụ nghề
điện.
Bước 4: Kiểm tra nguội và đấu dây tiếp đất.
Kiểm tra đường dây không bị chạm chập, ngắn mạch và đường dây tiếp đất
bằng đồng hồ vạn năng. Dùng Mê gôm mét cẩn thận và đúng kỹ thuật đo lường

điện.
Bước 5: Cấp nguồn điện.
Đóng cắt nguồn ba lần, theo dõi sự nguy hiểm ở khu vực thực hành và thiết
bị khơng có vấn đề gì. Lần thứ ba mới đóng nguồn cấp cho máy biến áp hoạt động.
Điều chỉnh điện áp cấp cho máy biến áp thông qua biến áp tự ngẫu theo bảng
thông số đo và ghi lại kết quả để làm báo cáo thu hoạch.
Bước 6: Hồn cơng.
Dựa vào thơng số của các mức điều chỉnh điện áp ghi kết quả vào bảng 4.1.
Bảng 4.1. Đo các thông số chế độ không tải máy biến áp
U1(V) 40
60
80
100 120 140 160 180 200 220
U2(V)
I0(A)
P0(W)
Qua các thơng số ghi được trong bảng, chúng ta tính tốn các tham số theo
yêu cầu cho sơ đồ tương đương của máy biến áp. Lập báo cáo và nộp cho giáo
viên thực hành.


Vệ sinh lau chùi và bảo dưỡng thiết bị, dụng cụ cất vào nơi quy định. Quét
dọn khu vực hay phịng thực hành.
2. Trạng thái làm việc có tải
2.1. Trạng thái làm việc có tải của máy biến áp cách ly một pha
Trạng thái làm việc có tải là trạng thái cuộn sơ cấp được đặt vào điện áp
xoay chiều một pha định mức và cuộn thứ cấp được nối với tải (Hình 2.5).
m

K

U1

I1

t1

W1

I2
t2

W2

Zt

Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý trạng thái làm việc có tải của máy biến áp
Khi đóng Zt vào cuộn thứ cấp của máy biến áp thì cuộn dây thứ cấp có dịng
điện I2 chạy, dịng I2 sinh ra từ thơng Φ2. Do đó từ thơng tổng trong mạch do sức
từ động F1 = I1.w1 và F2 = I2.w2 sinh ra có nghĩa là:
=> F0 = F1 + F2  I 0 .w1 = I1.w1 + I 2 .w 2
Ta chia cả hai vế cho w1. Ta có: I 0 = I1 + I 2 . w 2 w

1

Đặt I 2' = I 2 . w 2 w => I 0 = I1 + I 2'
1

Từ thông tổng:  = 1 +  2
Từ thông tổng sinh ra sức điện động E1 và E2
Ngoài thành phần từ thơng khép kín trong mạch từ, trong lõi thép cịn có từ

thơng tản (Φt1 và Φt2) khép kín trong mạch trong khơng khí và từ thơng tản này
cảm ứng trong cuộn sơ cấp và thứ cấp các sức điện động tản.
Et1 = I1 . Xt1
Et2 = I2 . Xt2
Trong đó Xt1 và Xt2 là điện kháng tản của dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
Phương trình cân bằng sức điện động.
U1 = − E1 + I1R1 + I1 X1

E2 = Et 2 + I 2 R2 + I 2 Z 2  U 2 = E2 − ( Et 2 + I 2 R2 )  U 2 = E2 − ( I 2 R2 + I 2 Z 2 )

Ta có phương trình như sau:
U 1 = − E1 + I1R1 + I1 X 1

U 2 = E2 − ( I 2 R2 + I 2 X 2 )
I 0 = I1 + I 2'  I1 = I 0 + (− I 2' )

2.2. Đồ thị véc tơ


Dựa vào phương trình cân bằng suất điện động, lấy véc tơ Φm làm gốc ta
có đồ thị véc tơ.
I1X1

U1

I1R1
I
E1

’

2

I1
I0

U2
I

’
2

Φm

I2X2
E2

I2R2
E1

Hình 4.7: Đồ thị véc tơ chế độ có tải của máy biến áp
2.3. Thí nghiệm làm việc có tải
*Phương pháp thí nghiệm máy biến áp làm việc có tải.
Chúng ta làm thí nghiệm này nhằm mục đích đánh giá mức độ tải, các tổn
hao và hiệu suất của máy biến áp khi dòng điện tải I2 thay đổi.
Để đáng giá mức độ tải, người ta đưa ra hệ số kt như sau:
kt =

I2
I 2 dm



I1
I1dm

Nếu kt = 1 lúc này là tải định mức.
Nếu kt < 1 lúc này là tải non (non tải).
Nếu kt > 1 lúc này là quá tải.
Đánh giá mức độ tổn hao công suất của máy biến áp, khi phụ tải thay đổi
dẫn đến dòng điện tải I2 thay đổi. Mà chúng ta thấy chủ yếu là tổn hao đồng. Vì
P1 = U1I1cosφ. Mà U1 = I1R1 => P1 = I21R1 và P2 = I22R2 do đó dịng điện phụ tải
I2 càng lớn thì cơng suất máy biến áp càng giảm.
Cũng do P1 và P2 giảm, làm cho hiệu suất máy biến áp giảm theo. Hiệu suất
máy biến áp là:
=

P1
P2
=
P2 P2 + Pst + Pd

Trong đó: - P2 là cơng suất tác dụng ở đầu ra của máy biến áp.
- ΔPst là tổn hao sắt từ của lõi sắt.
- ΔPd là tổn hao đồng trên cuộn dây sơ cấp và thứ cấp.
Cho nên, sau khi thí nghiệm và đánh giá được các tham số sau:
- Tính độ sụt áp phần trăm khi dịng thứ cấp ở giá trị định mức.
- Xác định được hiệu suất cực đại cho nhận xét.
*Thực hiện thí nghiệm máy biến áp làm việc có tải: