Công thức máy biến áp, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Công thức máy biến áp đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong việc xác định nguyên lý hoạt động. Dựa vào công thức này chúng ta sẽ biết được máy biến áp làm tăng điện áp hiệu dụng bao nhiêu lần. Đồng thời cường độ hiệu dụng giảm đi cũng bấy nhiêu lần và ngược lại. Ở chuyên mục này, chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết về công thức này, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp.

Cấu tạo của máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị trung gian có tác dụng là cho dòng điện xoay chiều biến đổi từ mức điện áp này sang mức điện áp khác. Điều này giúp dòng điện trở lên ổn định hơn trong quá trình sử dụng.

Máy biến áp có cấu tạo gồm có 2 dây cuộn bằng đồng. 2 dây này được quấn trên cùng một lõi sắt từ, mỗi cuộn dây sẽ được quấn thành nhiều vòng. Trong đó mỗi dây đều có một lớp chất cách điện bọc ở bên ngoài. Còn phần lõi của lõi sắt từ thì được ghép từ nhiều lá mỏng. Các lá này để sát nhau nhằm giảm tối đa tác dụng của dòng điện Fu-cô. Sự hoạt động của máy biến áp được dựa thêm công thức máy biến áp.

Điện áp đi vào từ cuộn sơ cấp và đi ra ở cuộn thứ cấp

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Máy biến áp hoạt động theo nguyên lý, khi có dòng điện xoay chiều tần số f chạy qua cuộn sơ cấp. Lúc đó trong lõi của máy biến áp xuất hiện 1 từ thông biến thiên với tần số f. Từ thông biến thiên này sẽ chạy qua cuộn dây thứ cấp và tạo ra một tần suất điện trong cuộn thứ cấp. Tần suất đó dao động điều hòa có tần số f, vì thế cả hai đầu cuộn dây thứ cấp đều có một điện áp dao động điều hòa ở tần số f.

⇒ Qua đó có thể hiểu cuộn dây sơ cấp là cuộn nguồn điện vào còn cuộn dây quấn thứ cấp là cuộn ra của máy biến áp.

Công thức máy biến áp

Một máy biến áp lý tưởng sẽ có điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn dây sơ cấp là U₁. Trong khi đó điện áp hiệu dụng ở 2 đầu của cuộn dây thứ cấp là U₂. Gọi số vòng quấn của cuộn dây sơ cấp là N₁ và số vòng quấn của cuộn thứ cấp là N₂. Công thức máy biến áp xảy ra trong 2 trường hợp.

Trường hợp máy biến áp không tải

Ở trường hợp máy biến áp không tải ta có công thức U2/U1 = N2/N1. Bởi vì máy biến áp không tải nên cuộn dây thứ cấp của máy sẽ để hở. Chính vì thế mà trong cuộn thứ cấp không có dòng điện. Trường hợp máy biến áp không tải thì ở trong cuộn sơ cấp có 1 dòng điện, nhưng dòng điện là rất nhỏ.

Công thức tính máy biến áp

Trong trường hợp biến áp có tải

Vẫn là công thức tính điện áp U2/U1 = N2/N1 nhưng với máy biến áp có tải sẽ xảy ra các trường hợp.

• Trường hợp N₂ < N₁ thì U₂ < U₁, trong trường hợp này thì máy biến áp được gọi là máy hạ áp.
• Nếu N₂ >N₁ thì U₂ >U₁ máy biến áp này gọi là máy tăng áp.
• U₂/U₁ = I₁/I₂ => I₂/I₁ = N₁/N₂

Từ công thức máy biến áp có thể kết luận máy biến áp tăng áp có hệ số biến áp bao nhiêu lần thì cường độ giảm đi bấy nhiêu lần và ngược lại.

Công thức tính điện áp truyền tải điện năng đi xa

Quy định U là điện áp ở hai đầu của nguồn, P là điện áp ta cần truyền tải, r là điện trở của dây điện. Vậy cường độ hiệu dụng của dòng điện trong dây tải điện sẽ là: I = P/Ucosφ

Và công suất hao phí trên đường dây điện sẽ được tính theo công thức: Pph = rI2 = P2/U2cos2φ

Từ công thức tính hệ số công suất hao phí trên đường dây điện trên ta có thể tìm ra cách để giảm được hao phí trên đường dây tải điện. Cụ thể:

Bản vẽ máy biến áp trong mạch điện

• Muốn giảm điện trở của dây tải điện ta cần phải tăng kích thước đường kính của dây. Tuy nhiên, điều này không có lợi vì khi tăng kích thước của dây thì đồng thời cũng phải tăng kích thước của trụ điện. Để đo chính xác kích thước của dây điện bạn có thể dùng thước đo theo vòng tròn của đường dây. Đơn giản nhất là đo đường kính ở đầu dây.
• Tăng điện áp bằng máy biến áp: So với việc tăng kích thước của dây thì sử dụng máy biến áp để tăng điện áp được dùng rộng rãi hơn. Người ta thường dùng máy hạ áp để đưa điện áp về mức thường dùng ở những nơi tiêu thụ điện. Tại Việt Nam thường là 220V vì thế công suất máy biến áp nhận từ nguồn là 220V.

Qua đây, bạn đã biết công thức máy biến áp được áp dụng như thế nào trong thực tế. Dựa vào công thức này mà các nhà sản xuất sẽ tạo ra được các loại máy phù hợp với nguồn điện đang dùng. Đồng thời dựa vào đó cũng tính ra được nguồn điện hao phí khi truyền tải điện mà lựa chọn dây điện cho phù hợp. Điều này mang đến cho bạn những cách hiểu chính xác về máy biến áp.

Xem thêm: máy biến áp cách ly | máy biến áp tự ngẫu | cuộn kháng |