Máy biến áp 1 pha là gì? Cấu tạo, nguyên lý, công dụng & cách dùng

Máy biến áp 1 pha là thiết bị điện từ tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều một pha từ cấp này sang cấp khác (tăng áp hoặc hạ áp) nhưng vẫn giữ nguyên tần số.

Nói một cách đơn giản, chức năng chính của nó là nhận một mức điện áp (ví dụ 220V) và chuyển thành một mức điện áp khác (ví dụ 110V). Việc này rất quan trọng để cung cấp điện áp phù hợp cho thiết bị, giúp ổn định hệ thống và bảo vệ thiết bị. Đây là một trong những loại máy biến áp phổ biến nhất trong đời sống.

---

Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động

Máy biến áp 1 pha có cấu tạo gồm 3 phần chính: Lõi thép (dẫn từ), Dây quấn (tạo cảm ứng), và Vỏ máy (bảo vệ). Nó hoạt động bằng cách dùng cuộn sơ cấp tạo ra từ thông biến thiên trong lõi thép, từ thông này cảm ứng sang cuộn thứ cấp và tạo ra một điện áp mới.

1. Cấu tạo chính

Cấu tạo chính của máy biến áp 1 pha bao gồm: Lõi thép (Mạch từ) để dẫn từ thông, Dây quấn (Sơ cấp và Thứ cấp) để thực hiện cảm ứng điện từ, và Vỏ máy để bảo vệ các bộ phận bên trong.

Một máy biến áp 1 pha tiêu chuẩn gồm 3 bộ phận cốt lõi:

• Lõi thép (Mạch từ): Được làm từ nhiều lá thép kỹ thuật điện mỏng (thường dày 0.3mm – 0.5mm) có điện trở suất cao và được phủ sơn cách điện, sau đó ghép lại với nhau. Việc ghép từ các lá mỏng giúp giảm tổn hao năng lượng do dòng điện Foucault. Chức năng chính của lõi thép là dẫn từ thông.
• Dây quấn (Cuộn dây): Thường được làm bằng đồng hoặc nhôm. Có hai cuộn dây chính:
  • Cuộn sơ cấp (N1): Nối với nguồn điện vào (điện áp U1).
  • Cuộn thứ cấp (N2): Nối với tải tiêu thụ để lấy điện ra (điện áp U2).

  Hai cuộn dây này được cách điện hoàn toàn với nhau và với lõi thép. So với máy biến áp 3 pha kiểu kín dùng trong công nghiệp, cấu tạo dây quấn của máy 1 pha đơn giản hơn.

• Vỏ máy: Dùng để bảo vệ các bộ phận bên trong. Tùy thuộc vào loại máy, vỏ có thể được thiết kế để làm mát bằng không khí (có khe tản nhiệt) hoặc chứa dầu cách điện (đối với máy công suất lớn).

2. Nguyên lý hoạt động

Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Dòng điện xoay chiều vào cuộn sơ cấp tạo ra từ thông biến thiên trong lõi thép, từ thông này cảm ứng sang cuộn thứ cấp, tạo ra một suất điện động (điện áp) mới với tần số không đổi.

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp 1 pha dựa hoàn toàn trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

1. Bước 1: Khi kết nối cuộn sơ cấp (N1) với nguồn dòng điện xoay chiều (AC) (U1), một dòng điện xoay chiều chạy qua nó.
2. Bước 2: Dòng điện này tạo ra một từ thông biến thiên bên trong lõi thép.
3. Bước 3: Từ thông biến thiên này đi qua cuộn thứ cấp (N2) và cảm ứng ra một suất điện động xoay chiều (U2) ở cuộn thứ cấp.
4. Bước 4: Một dòng điện xoay chiều được tạo ra ở cuộn thứ cấp, cung cấp cho tải tiêu thụ.

Mối quan hệ về điện áp và số vòng dây được xác định bằng công thức cơ bản:

Trong đó:

• U₁, U₂: Điện áp của cuộn sơ cấp và thứ cấp. (Thuộc các cấp điện áp lưới điện).
• N₁, N₂: Số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
• k: Tỷ số biến áp.
• Nếu N₂ > N₁ (k < 1): Đây là máy tăng áp (U₂ > U₁).
• Nếu N₂ < N₁ (k > 1): Đây là máy hạ áp (U₂ < U₁).

---

Phân loại máy biến áp 1 pha phổ biến

Máy biến áp 1 pha được phân loại chủ yếu theo chức năng, bao gồm 3 loại phổ biến: Biến áp cách ly (chống giật, an toàn), Ổn áp (biến áp tự ngẫu, dùng để ổn định điện áp), và Biến áp xung (dùng trong các bộ nguồn điện tử).

Trong thực tế, máy biến áp 1 pha có nhiều biến thể để phục vụ các mục đích cụ thể. Dưới đây là 3 loại thường gặp nhất:

1. Biến áp cách ly

Là loại máy biến áp có cuộn sơ cấp và thứ cấp cách điện độc lập, chỉ liên kết bằng từ. Công dụng chính là chống giật và chống nhiễu, được dùng trong môi trường y tế, phòng thí nghiệm, và dàn âm thanh (audio) cao cấp.

Đây là loại máy biến áp có cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp cách biệt hoàn toàn về điện (chỉ liên kết bằng từ thông).

• Công dụng chính: Chống giật. Vì điện áp đầu ra được cách ly khỏi đất, việc chạm vào 1 trong 2 dây ở đầu ra sẽ không bị giật. Đây là tính năng an toàn tương tự như các thiết bị RCCB là gì hoặc ELCB là gì chuyên dụng.
• Ứng dụng: Thường dùng trong các môi trường yêu cầu an toàn cao như bệnh viện (thiết bị y tế), phòng thí nghiệm, hoặc cho các hệ thống âm thanh (audio) cao cấp để chống nhiễu.

2. Ổn áp (Sử dụng biến áp tự ngẫu)

Ổn áp thực chất là một máy biến áp tự ngẫu (Autotransformer) chỉ có một cuộn dây. Nó dùng một mạch điều khiển để tự động di chuyển chổi than, thay đổi tỷ số biến áp nhằm giữ điện áp đầu ra ổn định khi điện áp đầu vào thay đổi.

Thiết bị ổn áp mà các gia đình thường dùng thực chất là một máy biến áp tự ngẫu (Autotransformer) kết hợp với một mạch điều khiển.

• Cấu tạo đặc biệt: Biến áp tự ngẫu chỉ có một cuộn dây duy nhất vừa làm nhiệm vụ sơ cấp, vừa làm nhiệm vụ thứ cấp.
• Công dụng chính: Ổn định điện áp. Mạch điều khiển sẽ tự động di chuyển chổi than trên cuộn dây để thay đổi tỷ số biến áp, đảm bảo điện áp đầu ra luôn ổn định (ví dụ 220V) ngay cả khi điện áp đầu vào thay đổi.

3. Biến áp xung

Là loại biến áp nhỏ gọn, hoạt động ở tần số rất cao (kHz-MHz) và sử dụng lõi ferrite. Chúng được dùng trong các bộ nguồn xung, như cục sạc điện thoại, laptop, và bộ nguồn máy tính.

Đây là loại biến áp hoạt động ở tần số rất cao (vài chục kHz đến MHz), sử dụng lõi ferrite thay vì lõi thép kỹ thuật.

• Công dụng chính: Biến đổi điện áp và cách ly trong các bộ nguồn xung.
• Ứng dụng: Bạn có thể tìm thấy nó bên trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại như cục sạc điện thoại, laptop, bộ nguồn máy tính, TV,…

---

Công dụng và Ứng dụng thực tế

Công dụng chính của máy biến áp 1 pha là ổn định điện áp (bảo vệ thiết bị) và chuyển đổi điện áp (ví dụ: từ 220V sang 110V). Ứng dụng phổ biến trong dân dụng, công nghiệp, hàn điện, lò nung, và các thiết bị đo lường.

1. Ổn định điện áp & Bảo vệ thiết bị

Dưới dạng “ổn áp”, máy biến áp 1 pha tự động điều chỉnh điện áp đầu ra luôn ở mức ổn định (ví dụ 220V). Điều này giúp bảo vệ các thiết bị nhạy cảm (tủ lạnh, máy tính, TV) khỏi hỏng hóc do điện áp trồi sụt và kéo dài tuổi thọ của chúng.

Công dụng quan trọng nhất trong dân dụng là làm “bộ ổn áp”. Khi điện áp lưới không ổn định, máy biến áp (cụ thể là ổn áp) sẽ tự động điều chỉnh để cung cấp nguồn điện đầu ra ổn định, giúp:

• Bảo vệ thiết bị: Tránh hỏng hóc cho các thiết bị nhạy cảm như tủ lạnh, máy tính, TV. Đây là một phần quan trọng trong hướng dẫn sử dụng thiết bị điện hiệu quả.
• Tăng tuổi thọ: Giúp thiết bị hoạt động đúng công suất và bền bỉ hơn.

2. Chuyển đổi điện áp

Đây là chức năng cơ bản, cho phép thay đổi mức điện áp. Ví dụ phổ biến nhất là chuyển điện lưới 220V xuống 110V hoặc 100V để dùng hàng nội địa Nhật, Mỹ, hoặc cung cấp các điện áp 24V, 380V trong công nghiệp.

Đây là chức năng cơ bản, cho phép sử dụng các thiết bị có điện áp khác với tiêu chuẩn của lưới điện.

• Hệ thống điện dân dụng: Chuyển điện 220V (tiêu chuẩn Việt Nam) xuống 110V hoặc 100V để sử dụng các thiết bị điện “nội địa” từ Nhật, Mỹ. Đây là ứng dụng phổ biến trong hệ thống điện hạ thế.
• Hệ thống điện công nghiệp: Trong điện công nghiệp, máy biến áp 1 pha cung cấp các dải điện áp khác nhau cho máy móc, dây chuyền sản xuất hoặc hệ thống điều khiển tự động.

3. Ứng dụng chuyên biệt

Máy biến áp 1 pha được tùy chỉnh cho các mục đích đặc thù như: máy hàn điện (cung cấp dòng điện cực lớn, điện áp thấp), lò nung/luyện kim (cung cấp điện áp cao, công suất lớn), và các thiết bị đo lường (hạ điện áp/dòng điện về mức an toàn để đo).

• Hàn điện: Máy biến áp hàn là loại đặc biệt cung cấp cường độ dòng điện rất lớn (hàng trăm Ampe) và điện áp thấp để nung chảy kim loại.
• Lò nung, luyện kim: Sử dụng máy biến áp công suất cực lớn để cung cấp điện áp cao, tạo ra nhiệt lượng lớn cho lò nung.
• Đo lường: Dùng trong các thiết bị đo lường điện để hạ điện áp hoặc dòng điện về mức an toàn cho thiết bị đo.

---

Cách sử dụng và Bảo trì (Checklist an toàn)

Để sử dụng an toàn, cần chọn đúng công suất (lớn hơn tải 20-30%) và đúng điện áp. Khi lắp đặt, phải đặt nơi khô thoáng và bắt buộc nối đất. Vận hành không được quá tải, và cần bảo trì bằng cách vệ sinh, siết lại các mối nối định kỳ.

Sử dụng máy biến áp 1 pha, đặc biệt là các thiết bị ổn áp, đòi hỏi tuân thủ nghiêm ngặt các bước để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

1. Lựa chọn và Lắp đặt

Phải chọn máy có công suất (kVA) lớn hơn tổng công suất tải 20-30%. Chọn đúng điện áp vào/ra. Lắp đặt ở nơi khô ráo, thoáng mát để tản nhiệt và luôn luôn phải nối đất vỏ máy để chống rò rỉ điện.

• Chọn đúng công suất: Luôn chọn máy biến áp có công suất (kVA) lớn hơn tổng công suất của các thiết bị bạn dự định sử dụng.
  • Quy tắc an toàn: Công suất máy biến áp nên lớn hơn tổng tải thực tế ít nhất 20% – 30%. Bạn cũng cần chọn thiết bị bảo vệ đi kèm. Tham khảo bảng chọn Aptomat theo công suất kW 1 pha 3 pha để có lựa chọn chính xác.
• Chọn đúng điện áp: Kiểm tra kỹ điện áp vào (Input) phải phù hợp với lưới điện và điện áp ra (Output) phải đúng với thiết bị của bạn (110V, 100V, 220V…).
• Vị trí lắp đặt: Đặt máy ở nơi khô ráo, thoáng mát, bằng phẳng. Phải để cách tường hoặc vật cản khác ít nhất 10-15cm để tản nhiệt.
• Nối đất (Rất quan trọng): Hầu hết các máy biến áp/ổn áp đều có ký hiệu nối đất (PE hoặc ⏚). Bắt buộc phải nối đất vỏ máy. Đây là yêu cầu an toàn cơ bản trong thi công tiếp địa.

2. Vận hành

Tuyệt đối không vận hành quá tải (vượt công suất định mức). Cần theo dõi nhiệt độ (không để quá nóng) và tiếng ồn (tiếng “hum” nhẹ là bình thường, tiếng lạ phải kiểm tra) để phát hiện sự cố sớm.

• Tránh quá tải: Không bao giờ cắm các thiết bị có tổng công suất vượt quá công suất định mức. Các thiết bị bảo vệ như Aptomat (hoặc MCB) sẽ ngắt mạch nếu xảy ra quá tải, nhưng lạm dụng điều này sẽ làm giảm tuổi thọ máy.
• Theo dõi nhiệt độ: Máy hoạt động ấm lên là bình thường. Tuy nhiên, nếu máy quá nóng hoặc có mùi khét, phải ngắt điện ngay. Trong công nghiệp, việc này thường được giám sát bằng dịch vụ scan nhiệt tủ điện (thermal scan).
• Theo dõi tiếng ồn: Tiếng “hum” nhẹ là bình thường. Nếu có tiếng ồn lạ, to bất thường, cần ngắt điện và kiểm tra các mối nối.

3. Bảo trì định kỳ

Bảo trì cơ bản bao gồm ngắt điện và vệ sinh bụi bẩn ở khe tản nhiệt (6-12 tháng/lần) và siết lại các ốc vít ở cọc đấu nối. Đối với máy lớn (máy dầu), cần kiểm tra chuyên sâu về dấu hiệu hỏng dầu máy biến áp và tuân thủ quy định bảo dưỡng trạm biến áp.

• Vệ sinh: Ngắt hoàn toàn nguồn điện. Dùng khăn khô, chổi mềm làm sạch bụi bẩn trên vỏ và các khe tản nhiệt (định kỳ 6-12 tháng/lần).
• Siết lại các mối nối: Kiểm tra và siết chặt lại các cọc đấu nối điện vào/ra để đảm bảo tiếp xúc tốt, tránh phát sinh hồ quang.
• Kiểm tra chuyên sâu: Đối với các máy biến áp lớn, đặc biệt là máy ngâm dầu, việc bảo trì rất quan trọng. Cần lưu ý các dấu hiệu hỏng dầu máy biến áp và tuân thủ quy định bảo dưỡng trạm biến áp.

Nếu bạn không có chuyên môn, hãy liên hệ các đơn vị cung cấp dịch vụ bảo trì hệ thống điện chuyên nghiệp để đảm bảo an toàn.

---

Tiêu chí chọn mua và các thương hiệu phổ biến

4 tiêu chí quan trọng khi chọn mua là: Công suất (kVA) (phải lớn hơn tải), Dải điện áp đầu vào (nếu là ổn áp), Chất liệu dây quấn (ưu tiên 100% đồng) và Chế độ bảo hành (tối thiểu 12-24 tháng).

1. Tiêu chí lựa chọn

Khi mua máy biến áp 1 pha (hoặc ổn áp), cần quan tâm 4 tiêu chí: Công suất (kVA) phải đủ lớn, Dải điện áp đầu vào (cho Ổn áp) phải phù hợp với khu vực, Chất liệu dây quấn (ưu tiên dây đồng 100%) và Thời gian bảo hành uy tín.

Khi mua máy biến áp 1 pha (hoặc ổn áp), bạn cần quan tâm 4 tiêu chí sau:

• Công suất (kVA): Như đã nói, phải lớn hơn tổng công suất tải.
• Dải điện áp đầu vào (cho Ổn áp): Nếu khu vực của bạn điện rất yếu, bạn cần chọn loại có dải điện áp vào rộng (ví dụ: 90V-250V).
• Chất liệu dây quấn: Dây quấn bằng đồng 100% sẽ có hiệu suất cao hơn, bền hơn và tản nhiệt tốt hơn so với dây nhôm (dây nhôm thường rẻ hơn nhưng tổn hao điện lớn).
• Chế độ bảo hành: Ưu tiên các sản phẩm có chế độ bảo hành dài hạn (tối thiểu 12-24 tháng).

2. Các thương hiệu phổ biến tại Việt Nam

Các thương hiệu phổ biến tại Việt Nam bao gồm: LiOA và Standa (cho phân khúc dân dụng và văn phòng) và các thương hiệu quốc tế như Shihlin (Đài Loan), Schneider (Pháp), và ABB (Thụy Sỹ) (cho phân khúc công nghiệp và dự án cao cấp).

• Thương hiệu Việt Nam (Phổ biến cho dân dụng):
  • LiOA: Rất phổ biến với các sản phẩm ổn áp, biến áp tự ngẫu.
  • Standa: Cũng là một thương hiệu lớn và lâu đời về ổn áp, biến áp tại Việt Nam.
• Thương hiệu quốc tế (Thường dùng trong công nghiệp/dự án):
  • Shihlin (Đài Loan): Nổi tiếng về các máy biến áp công nghiệp, chất lượng cao.
  • Schneider (Pháp) & ABB (Thụy Sỹ): Các tập đoàn hàng đầu thế giới, cung cấp các giải pháp biến áp cao cấp cho công nghiệp nặng.

---

Kết luận

Máy biến áp 1 pha là một thiết bị thiết yếu, đóng vai trò quan trọng trong cả dân dụng và công nghiệp để đảm bảo an toàn, ổn định và hiệu quả cho các thiết bị điện. Việc hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý và chọn đúng loại máy sẽ giúp bạn tối ưu hóa hệ thống điện của mình.

Để tìm hiểu sâu hơn về các thiết bị và giải pháp điện, bạn có thể tham khảo chuyên mục Kiến thức của chúng tôi. Nếu bạn cần tư vấn, bảo trì máy biến áp hoặc các dịch vụ kỹ thuật điện khác, vui lòng liên hệ với đội ngũ chuyên gia của KTH Electric.