Biến áp là gì?
Biến áp (transformer) là thiết bị điện từ tĩnh (không có bộ phận chuyển động) dùng để biến đổi điện áp xoay chiều AC từ mức này sang mức khác, giữ nguyên tần số. Nguyên lý hoạt động dựa trên cảm ứng điện từ do Michael Faraday phát hiện năm 1831.
Nguyên lý hoạt động
Biến áp gồm hai cuộn dây quấn trên lõi thép từ:
- Cuộn sơ cấp (Primary winding): Nhận điện áp vào V1, có N1 vòng dây. Dòng điện xoay chiều trong cuộn sơ cấp tạo ra từ thông biến thiên trong lõi thép.
- Cuộn thứ cấp (Secondary winding): Từ thông biến thiên cảm ứng sinh ra điện áp V2 trên N2 vòng dây thứ cấp.
- Lõi thép: Dẫn từ thông, làm bằng lá thép silic ghép lại (giảm dòng xoáy Foucault).
Công thức cơ bản:
V1 / V2 = N1 / N2
Và do bảo toàn năng lượng (hiệu suất ≈ 95–99%): V1 × I1 ≈ V2 × I2
Ví dụ: Biến áp 220V/12V có tỉ số N1/N2 = 220/12 ≈ 18,3. Nếu cuộn sơ cấp có 1.100 vòng → cuộn thứ cấp có 60 vòng.
Phân loại biến áp
| Loại | Đặc điểm | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Biến áp cách ly (Isolation transformer) | Sơ cấp và thứ cấp độc lập hoàn toàn về điện, chỉ liên kết từ trường | An toàn điện y tế, bảo vệ thiết bị điện tử nhạy cảm, chống nhiễu |
| Biến áp tự ngẫu (Autotransformer) | Cuộn sơ và thứ cấp dùng chung một phần dây quấn, có điểm nối điện trực tiếp | Ổn áp (variac), khởi động động cơ mềm, điều chỉnh điện áp nhỏ |
| Biến áp phân phối | Hạ áp từ 22kV/35kV xuống 0,4kV | Trạm biến áp khu dân cư, khu công nghiệp |
| Biến áp đo lường (CT, VT) | Tỉ số dòng/áp chính xác cao | Đo đếm điện năng, bảo vệ rơle |
Biến áp cách ly vs Biến áp tự ngẫu — Khác biệt quan trọng
- Biến áp cách ly: Không có đường dẫn điện trực tiếp giữa lưới và tải. Người chạm vào dây thứ cấp (và đất cùng lúc) không bị giật nếu lõi đất không nối lưới. Dùng trong phòng phẫu thuật, thiết bị y tế, môi trường đặc biệt nguy hiểm.
- Biến áp tự ngẫu: Sơ cấp và thứ cấp có điểm nối điện chung. Nhỏ gọn hơn, rẻ hơn nhưng KHÔNG cách ly. Tỉ số biến áp thường nhỏ (110V→220V, 220V→380V).