Máy biến áp là thiết bị gì? Đặc điểm của máy biến áp, cũng như có bao nhiêu loại máy biến áp?
Chúng ta cùng tìm hiểu nhé!

Máy biến áp là gì?

Đúng như tên gọi, máy biến áp là thiết bị chuyển nguồn điện từ mạch điện này sang mạch điện khác. Nó không thay đổi giá trị của công suất.

Máy biến áp tiếng Anh là gì

Trong tiếng Anh, máy biến áp được gọi là Transformer. Một từ vựng rất quen thuộc với chúng ta phải không nào.

Đặc điểm của máy biến áp

• Máy biến áp không thay đổi tần số mạch trong quá trình hoạt động.
• Máy biến áp hoạt động thông qua điện tức là cảm ứng lẫn nhau.
• Máy biến áp là thiết bị hoạt động khi cả hai mạch có hiệu lực cảm ứng lẫn nhau.
• Máy biến áp không thể tăng cấp điện áp DC hoặc dòng điện một chiều.
• Máy biến áp chỉ tăng cường hoặc hạ mức điện áp xoay chiều hoặc dòng điện xoay chiều.
• Máy biến áp không thay đổi giá trị của thông lượng.
• Máy biến áp không thể hoạt động trên điện áp DC.

Nếu không có máy biến áp, năng lượng điện được tạo ra tại các trạm phát điện không thể đủ để cung cấp năng lượng cho một thành phố. Chỉ cần tưởng tượng rằng không có máy biến áp. Bạn nghĩ có bao nhiêu nhà máy điện phải được thiết lập để cung cấp năng lượng cho một thành phố? Không dễ dàng để thiết lập một nhà máy điện vì chi phí đầu tư, vận hành rất đắt đỏ.

Máy biến áp là thiết bị đóng vai trò khuếch đại đầu ra từ nhà máy điện (tăng hoặc giảm mức điện áp hoặc dòng điện).

Vậy khi nào gọi là máy tăng áp?

• Khi số vòng của cuộn thứ cấp lớn hơn số vòng của cuộn sơ cấp, máy biến áp như vậy được gọi là máy tăng áp.

Khi nào gọi là máy hạ áp?

• Tương tự như vậy khi số vòng của cuộn sơ cấp lớn hơn số vòng thứ cấp, máy biến áp như vậy được gọi là máy hạ áp.

Nguyên lý làm việc của máy biến áp 

Máy biến áp là thiết bị tĩnh ( không có chứa các bộ phận quay, do đó không có tổn thất ma sát), giúp chuyển đổi năng lượng điện từ mạch này sang mạch khác mà không thay đổi tần số. Nó tăng hoặc giảm mức điện áp và dòng điện xoay chiều.

Máy biến áp hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng lẫn nhau của hai cuộn dây hoặc định luật cảm ứng điện từ của Faraday. Khi dòng điện trong cuộn sơ cấp bị thay đổi, từ thông liên kết với cuộn thứ cấp cũng thay đổi. Do đó, một suất điện động (EMF) được tạo ra trong cuộn thứ cấp theo định luật Faraday cảm ứng điện từ.

Nguyên lí làm việc của máy biến áp

• Thứ nhất, một dòng điện có thể tạo ra từ trường (điện từ)
• Thứ hai là từ trường thay đổi trong một cuộn dây tạo ra một điện áp trên hai đầu của cuộn dây (cảm ứng điện từ).
• Dòng điện trong cuộn sơ cấp thay đổi làm thay đổi từ thông được sinh ra. Từ thông thay đổi gây ra một điện áp trong cuộn thứ cấp.

Nghĩa là, khi cuộn dây sơ cấp được nối với nguồn điện xoay chiều, một dòng điện chạy qua nó. Vì các cuộn dây liên kết với lõi, dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ tạo ra một dòng điện xoay chiều trong lõi. EMF được cảm ứng trong cuộn thứ cấp vì từ thông xoay chiều liên kết hai cuộn dây. Tần số của EMF cảm ứng giống như tần số của từ thông hoặc điện áp được cung cấp.

Bằng cách đó, năng lượng (biến thiên của từ thông) được truyền từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp bằng phương pháp cảm ứng điện từ mà không thay đổi tần số của điện áp cung cấp cho máy biến áp.

Cấu tạo máy biến áp 3 pha ngâm dầu

Máy biến áp có cấu tạo khá đơn giản. Gồm có lõi sắt mềm hoặc silicon và cuộn dây được đặt trên đó (lõi sắt). Cả lõi và cuộn dây được cách điện với nhau.

Cuộn dây nối với nguồn cấp chính được gọi là cuộn sơ cấp và cuộn dây được nối với mạch tải được gọi là cuộn thứ cấp.

Cuộn dây nối với điện áp cao hơn được gọi là cuộn dây điện áp cao trong khi cuộn dây nối với điện áp thấp được gọi là cuộn dây điện áp thấp. Trong trường hợp máy tăng áp, cuộn sơ cấp là cuộn dây điện áp thấp, số vòng dây của cuộn thứ cấp nhiều hơn cuộn sơ cấp. Máy hạ áp thì ngược lại.

Các loại máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị khá phổ biến. Vì thế, có nhiều loại máy biến áp khác nhau dựa trên cách sử dụng, thiết kế, thi công,… Chúng ta cùng sẽ tìm hiểu một số loại phổ biến nhé!

Máy biến áp lõi không khí

Loại máy biến áp này là thiết bị sử dụng nhựa hoặc không khí làm lõi. Các cuộn dây xung quanh lõi nhựa hoặc không có lõi vật lý. Không khí có độ thấm từ rất thấp. Vì vậy, không có liên kết từ thông giữa các cuộn dây.

Việc không có lõi từ tính Fe (như lõi sắt) làm giảm tổn thất lõi, vì những tổn thất này tăng theo tần số. Vật liệu sắt từ cũng gây ra sự biến dạng trong tín hiệu tần số cao. Vì vậy, máy biến áp lõi không khí phù hợp với dòng điện tần số vô tuyến. Một điểm tích cực khác của máy biến áp lõi không khí là chúng nhẹ và phù hợp với các thiết bị điện tử di động như máy phát radio, …

Máy biến áp kích từ

Đúng như tên gọi, lõi máy biến áp này được làm bằng vật liệu sắt từ. Một lõi sắt từ được sử dụng trong máy biến áp để tăng từ trường của nó. Độ bền của từ trường phụ thuộc vào tính thấm từ của vật liệu được sử dụng.

Máy biến áp lõi sắt được sử dụng cho các ứng dụng tải nặng có tần số thấp như nguồn điện. Lõi sắt bao gồm các tổn thất lõi phụ thuộc tần số của nó như tổn thất dòng điện xoáy và trễ. Chúng được sử dụng để tăng hoặc giảm các mức điện áp AC.

Ngoài ra, máy biến áp còn được phân loại dựa trên chuyển đổi điện áp như:

Máy biến áp tăng áp

Như phần nội dung đã trình bày phía trên, thì máy biến áp dạng này có điện áp của cuộn thứ cấp của nó lớn hơn cuộn dây sơ cấp. Điều này là do số vòng trong cuộn sơ cấp ít hơn số vòng trong cuộn thứ cấp.

Điện áp đầu ra của máy biến áp phụ thuộc vào tỷ số vòng dây của nó được đưa ra bởi:

Tỷ lệ = Ns / Np

Tỷ số vòng dây của một máy biến áp tăng áp lớn hơn 1.

Như chúng ta biết rằng công suất đầu vào và đầu ra của máy biến áp vẫn như cũ. Điều này ngụ ý rằng máy biến áp tăng áp làm tăng điện áp nhưng nó cũng làm giảm dòng điện từ cuộn sơ cấp đến cuộn thứ cấp. Do đó, nó duy trì một công suất không đổi.

Máy biến áp tăng áp là thiết bị chủ yếu được sử dụng trong truyền tải điện trên một khoảng cách dài để giảm tổn thất đường dây (I2R). Các tổn thất đường dây phụ thuộc vào dòng điện, do đó giảm dòng điện (trong khi tăng điện áp) sử dụng biến áp tăng cường làm giảm tổn thất và cung cấp truyền tải điện hiệu quả.

Có thể bạn chưa biết:

Lò vi sóng cũng sử dụng một máy biến áp tăng cường để tăng nguồn điện áp gia dụng (110/220V) trong phạm vi 2000V.

Máy biến áp hạ áp

Máy biến áp hạ áplà thiết bị làm giảm điện áp xoay chiều, tức là điện áp đầu ra thấp hơn điện áp đầu vào. Số vòng trong cuộn sơ cấp lớn hơn số vòng trong cuộn thứ cấp.

Tỷ số vòng dây của máy biến áp hạ áp nhỏ hơn 1.

Máy biến áp bước xuống phổ biến nhất được sử dụng để giảm điện áp 11kv từ đường dây điện sang điện áp tiêu dùng tiêu chuẩn được sử dụng cho các thiết bị trong nước.

Bạn có biết:

Bộ sạc điện thoại cũng sử dụng một biến áp hạ áp để giảm điện áp cấp cho điện thoại sạc pin đấy.

Người ta còn dựa trên cách sử dụng để phân loại máy biến áp như sau: Có bốn loại máy biến áp dựa trên cách sử dụng.

Trạm biến áp

Những máy biến áp này là thiết bị được sử dụng trong truyền tải điện bằng cách đẩy mạnh và giảm điện áp tại nhà máy phát điện để truyền tải hiệu quả.

Như chúng ta biết rằng tổn thất đường truyền (I2R) phụ thuộc vào dòng điện. Để giảm dòng điện, chúng ta tăng điện áp đường dây bằng cách sử dụng một biến áp nguồn tăng áp.

Điện áp hoạt động của chúng rất cao, dao động trên 33KV với mức công suất lớn hơn 200MVA. Chúng có kích thước khổng lồ và chúng hoạt động ở mức tải tối đa có hiệu suất 100%.

Máy biến áp phân phối

Những máy biến áp này được sử dụng để phân phối điện cho hộ gia đình hoặc sử dụng thương mại. Hạ áp từ điện áp cao (> 11Kv) thành điện áp tiêu chuẩn trong nước 220V.

Chúng có kích thước nhỏ và chúng rất dễ lắp đặt. Chúng có giới hạn điện áp và điện áp thấp thường dưới 200MVA. Hiệu quả của chúng vẫn dưới 70% vì không bao giờ hoạt động ở mức đầy tải.

Máy biến áp cách ly

Những loại máy biến áp này được sử dụng để cách ly điện một thiết bị khỏi nguồn điện với mục đích ngăn ngừa điện giật.

Một đầu cuộn sơ cấp của biến áp cách ly được nối đất. Trong trường hợp, nếu ai đó chạm vào một dây dẫn trần ở phía thứ cấp, sẽ không có dòng điện.

Máy biến áp tỷ lệ 1: 1 chủ yếu được sử dụng làm máy biến áp cách ly nhưng chúng có thể được thiết kế như máy biến áp tăng áp hoặc giảm áp.

Chúng được chế tạo bằng vật liệu cách điện đặc biệt giữa các cuộn dây có thể thích ứng với điện áp xoay chiều cao. Có một lá chắn Faraday nối đất giữa các cuộn dây triệt tiêu mọi tiếng ồn hoặc nhiễu.

Chúng được sử dụng cho các phép đo an toàn để ngăn chặn bất kỳ cú sốc điện nào hoặc kết nối hai mạch sai.

Khí cụ đo biến áp

Loại máy biến áp như vậy được sử dụng trong việc đo điện áp cao và dòng điện.

Các máy biến áp này giảm điện áp và dòng điện xuống phạm vi an toàn, có thể dễ dàng đo được thông qua các dụng cụ đo lường điển hình.

Có hai loại máy biến áp dạng khí cụ, tức là máy biến dòng và máy biến thế.

• Cảm biến dòng

Máy biến dòng, hay biến dòng CT được sử dụng trong đo dòng điện lớn.

• Bộ biến điện áp

Bộ biến điện áp còn được gọi là máy biến thế. Nó được sử dụng để đo điện áp cao. Để làm như vậy, cuộn dây sơ cấp của máy biến áp được kết nối qua các đường dây cao thế. Về phía thứ cấp, tất cả các công cụ và dụng cụ đo lường như vôn kế được kết nối để đo và phân tích mức điện áp.

Cuộn dây sơ cấp được nối đất hoặc nối đất nơi máy biến thế nâng giá trị điện áp lên mức an toàn.

Dưới đây là các loại máy biến thế tiêu biểu:

• Điện từ: Biến thế vết thương dây
• Biến áp điện áp tụ (CVT): Nó sử dụng mạch chia điện áp tụ
• Biến áp quang: Dựa trên tính chất điện của vật liệu quang.

Máy biến áp cũng được phân loại dựa trên thiết kế của cuộn dây:

Máy biến áp hai cuộn dây

Loại máy biến áp như vậy có hai cuộn dây riêng biệt, tức là cuộn sơ cấp & cuộn thứ cấp.

Cuộn dây sơ cấp được nối với đầu vào AC trong khi cuộn thứ cấp được nối với tải.

Hai cuộn dây này được cách ly bằng điện nhưng được ghép từ tính.

EMF gây ra trong cuộn thứ cấp là do từ thông thay đổi gây ra bởi dòng điện thay đổi trong cuộn sơ cấp, còn được gọi là cảm ứng lẫn nhau. Vì vậy, điện áp đầu ra hoàn toàn là do cảm ứng.

Điện áp đầu ra phụ thuộc vào tỷ số vòng của cả hai cuộn dây và nó có thể tăng hoặc giảm điện áp đầu vào.

Máy biến áp tự ngẫu

Máy biến áp tự động là thiết bị chỉ có một cuộn dây cho mỗi pha, được chia thành hai phần, tức là cuộn sơ cấp & thứ cấp.

Cuộn dây của máy biến áp tự động có 3 điểm tiếp xúc; hai trong số chúng được cố định trong khi điểm thứ ba là điểm thay đổi.

Điểm tiếp xúc có thể di chuyển để tăng hoặc giảm số vòng dây thứ cấp. Do đó tăng hoặc giảm điện áp đầu ra.

Điện áp đầu ra có thể giảm, nếu nguồn cấp được kết nối với các đầu cuối cố định. Ngược lại là nếu nguồn cấp được nối với điểm tiếp xúc thay đổi, điện áp đầu ra sẽ vượt quá đầu vào (tăng lên).

Các cuộn dây thứ cấp được nối điện với sơ cấp, do đó không có cách ly điện nhưng nó làm giảm thông lượng rò rỉ từ tính.

Máy biến áp khô

Loại máy biến áp này không có bất kỳ hệ thống làm mát bằng chất lỏng nào. Các cuộn dây được bọc trong nhựa epoxy để bảo vệ nó khỏi độ ẩm. Vì vậy, phương tiện làm mát duy nhất là gió.

Vì không khí không phải là chất cách điện tốt, nên máy biến áp khô sử dụng cuộn dây & vật liệu cuộn lớn để bù nhiệt độ. Đây là lý do tại sao; máy biến áp loại khô không được dùng cho dải điện áp cao trên 33KV. Do hệ thống làm mát kém, chúng có xu hướng quá nóng khiến tuổi thọ của chúng ngắn lại.

Hơn nữa, để đảm bảo lưu thông không khí; cần phải kiểm tra thường xuyên để duy trì tình trạng hoạt động của nó.

Chúng được sử dụng trong môi trường trong nhà vì chúng ít nguy hiểm hơn và dễ cài đặt.

Máy biến áp ngâm dầu

Loại máy biến áp như vậy sử dụng dầu dễ cháy cho mục đích làm mát. Dầu cung cấp khả năng làm mát tốt hơn máy biến áp loại khô. Đó là lý do tại sao chúng được sử dụng cho máy biến áp có điện áp cao; trong môi trường ngoài trời khắc nghiệt.

Nhược điểm của loại máy biến áp này là chúng có kích thước lớn do có thùng dầu & các cảm biến cần thiết để kiểm tra độ ẩm, … Nó chứa dầu dễ cháy nên không phù hợp với môi trường trong nhà.

Máy biến áp một pha

Máy biến áp một pha là máy biến áp hai cuộn dây có một cuộn sơ cấp & một cuộn thứ cấp. Máy biến áp được sử dụng cho ứng dụng một pha như lò vi sóng, bộ sạc điện thoại, …

Chúng có hai đầu vào đầu vào được nối với cuộn sơ cấp & hai đầu ra đầu ra được nối với cuộn thứ cấp.

Máy biến áp ba pha

Máy biến áp ba pha có 6 cuộn dây trong đó 3 trong số đó là cuộn sơ cấp & 3 là cuộn thứ cấp cho mỗi pha. Nó có 12 đầu cuối chia đều cho cả hai bên để đấu nối sao & delta. Bạn có thể sử dụng 3 biến áp một pha với nhau thay vì biến áp 3 pha.

Chúng được sử dụng để truyền tải điện và phân phối điện cho sử dụng trong thương mại.

Lời kết,

Một bài viết khá dài, nhưng mình vẫn cảm thấy còn rất nhiều điều để nói về chủ đề này. Chủ đề  máy biến áp là thiết bị như thế nào. Nhưng tạm thời, bài viết này cung cấp đến cho các bạn cái nhìn tổng quan nhất; về các loại máy biến áp thông dụng trên thị trường rồi.

Hẹn các bạn ở những bài viết chi tiết hơn. Về hoạt động cũng như các ứng dụng và các câu hỏi xoay quanh máy biến áp.

Rất mong nhận được những đóng góp của các bạn giúp cho bài viết ngày một hay hơn!

Biến dòng CT là gì? Chức năng và nhiệm vụ của biến dòng CT như thế nào? Chắc chắn ai đang công tác trong môi trường điện công nghiệp thì sẽ không lạ gì với thiết bị này rồi. Vậy chúng ta cùng ôn lại cho kiến thức thêm vững chắc nào!

Cùng đọc nhé các bạn!

Biến dòng CT là gì?

Biến dòng CT là tên gọi khác của máy biến dòng, CT dòng, bộ biến dòng điện, biến dòng đo lường,…Là thiết bị chuyên dùng để biến đổi dòng điện cao từ nguồn về dòng điện tiêu chuẩn để cấp cho các phụ tải.

Thông thường, các biến dòng CT chỉ thấy xuất hiện ở các tủ mạch nguồn hay điều khiển trong các nhà máy mà thôi. Hầu như không thấy sự xuất hiện của thiết bị này trong dân dụng.

Lý do là trong hệ thống điện công nghiệp thì điện áp và cường độ dòng điện rất cao được truyền tải trên mạng điện 3 pha, cung cấp năng lượng điện cho các cỗ máy, dây chuyền sản xuất có công suất rất lớn. Còn trong dân dụng thì nguồn điện đã được kiểm soát và chạy trên mạng điện 1 pha, phù hợp để cung cấp trực tiếp cho các thiết bị điện có công suất thấp trong gia đình.

Cấu tạo của biến dòng CT

Biến dòng CT có cấu tạo khá đơn giản. Chúng gồm một cuộn dây quấn trên một khung sắt từ. Bên trong khung là rỗng. Để cho dây dẫn cần đo lường điện đi qua.

Mặc dù có cấu tạo khá giống với máy biến áp nhưng biến dòng CT lại có số vòng dây ít hơn. Nó cũng có thể được xem như là một cuộn thứ cấp. Cũng tuỳ thuộc vào dòng điện cần biến đổi mà cấu tạo của biến dòng CT cũng khác nhau.

Ví dụ trong thực tế có các tuỳ chọn cấp biến dòng như: 300/5A, 100/5A, 100/1A…

Ý nghĩa của tỉ số biến dòng CT

Theo như ví dụ trên, chúng ta có thể hiểu một cách đơn giản về ý nghĩa của tỉ số biến dòng CT như sau:

Khi cho dòng điện 300A qua cuộn sơ cấp, thì ở cuộn thứ cấp sẽ sinh ra dòng điện tương đương là 5A.

Hầu hết các thiết bị động lực hiện nay đều lấy dòng 5A là quy chuẩn chung, để cho việc sử dụng biến dòng CT dễ dàng hơn.

Nhưng với các thiết bị điều khiển thì sao? Không thể truyền trực tiếp tín hiệu dòng điện 5A vào input của biến tần hay PLC được. Vì như thế sẽ  “bùm”, cháy nổ ngay tức khắc.

Giải pháp cho vấn đề này là như thế nào?

Giải pháp cho biến dòng CT trong mạch điều khiển

Để xử lý cho trường hợp này, trước kia chúng ta thường xử dụng thêm các bộ chuyển đổi tín hiệu. Để đưa tín hiệu này về các tín hiệu chuẩn 4-20mA, 0-5V, hay RS485 về PLC, hay biến tần để xử lý điều khiển.

Giải pháp này giải quyết được bài toán nhưng sẽ phát sinh thêm thiết bị.

Chính vì thế, hiện nay có nhiều thiết bị có thể chuyển đổi trực tiếp ra tín hiệu điều khiển trên một thiết bị luôn. Ví dụ như: dòng biến dòng CT T201 series của hãng Seneca chẳng hạn.

Tìm hiểu về biến dòng CT 4-20mA?

Bất kỳ một hệ thống điện nào cũng có những yêu cầu về theo dõi và kiểm soát hoạt động của nó. Trước kia, chức năng này đã được thực hiện bởi một số các thiết bị cơ điện. Tuy nhiên, các thiết bị này có hạn chế lớn là phải lắp đặt gần với điểm đo, và việc kiểm tra các thông số sẽ tốn nhân công và ghi chép.

Với sự phát triển của ngành công nghệ, việc thay thế các thiết bị cơ học này bằng các thiết bị công nghệ điện tử tương đương như các bộ biến dòng CT 4-20mA, 0-5V, hay RS485 …đã cho phép hệ thống giám sát trở nên linh hoạt hơn. Một hệ thống hiện đại thường phải có khả năng giao tiếp, truyền thông tin từ điểm đo đến các điểm khác nơi dữ liệu này được xử lý, ghi lại và sử dụng để kiểm soát các tham số hệ thống.

Các bộ biến dòng CT này là các bộ chuyển đổi đặc biệt để chuyển đổi điện áp thô và dòng điện trong hệ thống điện thành các tín hiệu điện hữu ích và có ý nghĩa được sử dụng trong truyền về hệ thống đo lường.

Làm thế nào để biến dòng CT hoạt động?

Nếu xét về cách hoạt động, thì hiện tại biến dòng CT có 2 chế độ làm việc cơ bản: Chế độ ngắn mạch và chế độ hở mạch. Tức là như thế nào? Chúnt ta cùng thảo luận bên dưới nhé!

Chế độ ngắn mạch: của dòng sơ cấp, thứ cấp có phụ tải Z2: Tỷ số giữa dòng ngắn mạch sơ cấp trên dòng định mức gọi là bội số dòng của máy biến dòng. Khi bội số này lớn, sai số CT tăng và sai số này còn phụ thuộc vào dòng thứ cấp hoặc tải. Thường với mạch bảo vệ, bội số dòng điện của CT dòng phải đạt giá trị sao cho sai số của nó dưới 10%.

Chế độ hở mạch: khi thứ cấp hở mạch, phía thứ cấp sẽ có điện áp cảm ứng với biên độ rất cao gây nguy hiểm cho người và các thiết bị thứ cấp. Để chống hiện tượng bảo hòa trong mạch từ, người ta còn chế tạo ra máy biến dòng có khe hở không khí hay còn gọi là biến dòng tuyến tính.

CT dòng có tỷ số dòng điện tỷ lệ nghịch với số vòng dây quấn. Do đó, chúng ta hoàn toàn có thể thay đổi tỷ số biến dòng bằng cách thay đổi số vòng dây quấn phía sơ cấp hoặc thứ cấp.

Phân loại biến dòng CT

Hiện nay máy biến dòng được chia làm 3 loại phổ biến: máy biến dòng dạng dây quấn, dạng vòng và thanh khối

Biến dòng CT hiện nay có 3 loại phổ biến: dạng khối, dạng vòng, và dạng dây quấn. Chúng ta cùng tìm hiểu xem mỗi loại thì nó có đặc điểm như thế nào nhé!

Biến dòng CT dây quấn: Cuộn sơ cấp của biến dòng sẽ được nối trực tiếp với các dây dẫn để đo cường độ dòng điện chạy trong mạch. Cường độ dòng điện trong cuộn thứ cấp phụ thuộc vào tỷ số vòng dây quấn của máy biến dòng

Biến dòng dạng vòng: Dòng điện chạy trong mạch sẽ được truyền và chạy thẳng qua lỗ của vòng trong biến dòng CT.

Biến dòng dạng khối: Đây là dạng phổ biến. Dùng nhiều trong các tủ điện phân phối, tủ điều khiển. Thiết kế của nó nhìn giống như cuộn sơ cấp vậy. Nhưng điểm đặc biệt là nó chỉ có một vòng dây. Chúng hoàn toàn tách biệt với nguồn điện áp cao vận hành trong hệ mạch và luôn được kết nối với cường độ dòng điện tải trong thiết bị điện.

Biến dòng CT trong mạch thường có ampe kế lắp kèm theo để giám sát dòng điện. Trong đó, thiết kế của biến dòng CT này cho ra dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn, cường độ dòng điện này dù có đạt tới mức tối đa thì cũng không lệch khỏi phạm vi cường độ cho phép của ampe kế.

Tại sao biến dòng CT lại quan trọng trong nhiều hệ thống công nghiệp khác nhau?

Chức năng biệt lập

Trong thiết kế của biến dòng CT, dòng đầu vào được cách ly tuyệt đối với dòng đầu ra. Như trong môi trường công nghiệp, có rất nhiều nhiễu từ nhiều nguồn khác nhau, ảnh hưởng các tín hiệu đo không chính xác. Việc sử dụng biến dòng CT có thể loại bỏ các nhiễu, do đó tín hiệu đầu ra có thể đảm bảo độ tin cậy.

Chức năng chuyển đổi

Biến dòng CT có thể chuyển đổi bất kỳ dòng điện không chuẩn nào thành tín hiệu điện tiêu chuẩn công nghiệp, dễ dàng hơn nhiều cho việc sử dụng thiết bị đầu cuối.

Tăng cường tín hiệu để truyền đường dài

Bộ biến dòng CT có thể tăng cường, ổn định và biến đổi tín hiệu điện, do đó tín hiệu đầu ra có thể truyền khoảng cách xa, chẳng hạn như tín hiệu 4-20mA có thể được truyền lên đến 1000 mét.

An toàn vận hành

Khi biến dòng CT chịu tác động của điện áp cao hoặc dòng điện, nó sẽ chuyển sang chế độ bảo vệ, cắt đứt quá trình chuyển đổi, cách ly hoàn toàn giữa đầu vào và đầu ra. Vì vậy, nó sẽ giữ an toàn cho thiết bị đầu cuối, giữ an toàn cho toàn hệ thống.

Tại sao cần sử dụng biến dòng CT loại tốt, có thương hiệu?

Một số lý do mà mình rút ra được sau khi tham gia vào cải tạo một số hệ thống của các nhà máy như sau:

• Biến dòng CT là một thiết bị quan trọng, ảnh hưởng đến khả năng làm việc của các phụ tải, thiết bị đầu cuối.
• Cần độ chính xác, ảnh hưởng đến tín hiệu truyền tải và xử lý.
• Các thiết bị không thương hiệu dẫn đến linh kiện kém gây ra một loạt các ảnh hưởng nặng nề như: sai số, không ổn định, không bền, không cắt nhiễu, kết quả chuyển đổi không tin tưởng…tác hại cuối cùng sẽ ảnh hưởng đến hệ thống của bạn.

Cách tính chọn biến dòng CT cơ bản nhất

Ví dụ trong thực tế, một biến dòng CT thường có rất nhiều con số kèm theo.

Chẳng hạn như: 800/1200/2000/5A

Vậy chúng ta phải hiểu những thông số này như thế nào để khi mà nhà cung cấp không có sẵn đúng thông số mà đưa cho ta loại biến dòng CT tương đương thì sao?

Quay lại ví dụ trên, ta có thể hiểu:

Biến dòng có thông số 800/1200/2000/5A, nghĩa là biến dòng này có thể dùng một trong 3 cấp ứng với ba tỷ số biến khác nhau:

– 800/5 ứng với tỉ số biến = 800/5=160

– 1200/5 ứng với tỉ số biến = 1200/5 = 204

– 2000/5 ứng với tỉ số biến = 2000/5 = 400

Vậy nếu nhà cung cấp có sẵn loại 800/1200/2000/1A thì sao?

Theo cách tính như trên thì ta thấy tỷ số biến dòng này lớn gấp 5 lần chúng ta cần

Nghĩa là dòng thứ cấp nhỏ hơn so với biến dòng chúng ta cần 5 lần,

Như vậy kết luận là không dùng được.

Cách kiểm tra biến dòng CT xem có hoạt động tốt hay không?

Để tìm cách kiểm tra biến dòng CT, thì trước tiên chúng ta xem lại cấu tạo của biến dòng như thế nào đã.

Vâng, biến dòng có cấu tạo như một cuộn cảm. Vì thế chúng ta sẽ có một vài cách để kiểm tra như:

• Dùng VOM để thang đo R, kiểm tra xem mạch cuộn dây còn thông không? Hay đã bị cháy đứt?
• Dùng ampe kiềm để so sánh với lúc biến dòng CT đang hoạt động, xem sai số có lớn quá hay không? Nếu 2 thông số không giống nhau, khả năng cao là biến dòng CT đã hỏng.

Ngoài ra còn một vài cách như:

• Dùng máy tạo dòng xoay chiều nhỏ cấp vào thứ cấp biến dòng CT để kiểm tra đặc tính V_A của CT
• Dùng đồng hồ đo Megaom để 500V (hoặc 2500V nếu là trung thế) để kiểm tra cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp cách điện với đế
• Nếu là loại trung và cao thế thì phải dùng máy thử cao thế để kiểm tra

Khác nhau giữa biến dòng đo lường và biến dòng bảo vệ

Biến dòng đo lường

Biến dòng đo lường được thiết kế sao cho mạch từ bão hoà nhanh. Nghĩa là dòng sơ cấp chỉ vượt 2-3 lần dòng định mức thì lõi thép mạch từ đã bị bão hoà. Hay nói cách khác, khi dòng sơ cấp tăng 2-3 lần so với định mức thì dòng sơ cấp cũng tăng tương ứng. Nhưng sau đó dòng thứ cấp sẽ giữ nguyên giá trị cho dù dòng sơ cấp có tăng lên bao nhiêu đi chăng nữa. Điều này nhằm đảm bảo cho các thiết bị đo đếm an toàn.

Biến dòng bảo vệ

Biến dòng bảo vệ có cấu tạo mạch từ bão hoà chậm hơn, làm chức năng bảo vệ hệ thống là chính. Dòng sơ cấp có thể đạt đến vài chục lần dòng định mức thì lõi thép mạch từ mới bị bão hoà. Giúp cho sự cố dễ phát hiện hơn ở dòng thứ cấp, rơ le mới hoạt động khi có sự cố.

Vậy câu hỏi đặt ra là: Có thể dùng biến dòng đo lường để bảo vệ và ngược lại được hay không?

• Qua đặc tính của từng loại mà chúng ta vừa tìm hiểu như trên; thì không thể hoán đổi chức năng cho 2 loại biến dòng CT này được. Mỗi loại chỉ làm đúng nhiệm vụ của nó mà thôi.

Lời kết,

Bài viết phần nào cũng đã cung cấp được khá đầy đủ thông tin về biến dòng CT đến với các bạn đọc. Qua bài viết này các bạn cũng đã hiểu được cách làm việc của biến dòng làm việc như thế nào? Tầm quan trọng của biến dòng CT trong hệ thống điện công nghiệp? Cũng như hiểu được 2 loại biến dòng CT đo lường và biến dòng bảo vệ khác nhau như thế nào rồi!

Bài viết có tham khảo thêm nhiều tài liệu trong và ngoài nước. Vì thế không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được những góp ý của các bạn!

Trong quá trình làm việc tại nhà máy, chắc chắn chúng ta sẽ gặp rất nhiều motor điện. Và sẽ có nhiều cách, nhiều phương pháp điều khiển motor điện khác nhau. Vậy những cách này là gì? Chúng ta cùng tìm hiểu qua về cách khởi động motor điện, cách vận hành motor điện nhé!

Khởi động motor điện là gì?

Bộ khởi động motor điện là một thiết bị điện được sử dụng để khởi động và dừng động cơ một cách an toàn. Tương tự như rơle, bộ khởi động động cơ sẽ bật / tắt nguồn. Nhưng khác ở chỗ là nó bảo vệ thấp áp và quá dòng.

Các chức năng chính của bộ khởi động motor điện

• Để khởi động động cơ một cách an toàn
• Dừng motor một cách an toàn
• Để đảo ngược hướng của động cơ
• Để bảo vệ motor khỏi điện áp thấp và quá dòng.

Một bộ khởi động motor điện có cấu tạo từ hai thành phần chính hoạt động cùng nhau để điều khiển & bảo vệ động cơ:

• Công tắc tơ điện: Mục đích của công tắc tơ là BẬT / TẮT nguồn điện cho động cơ bằng cách đóng hoặc ngắt các tiếp điểm.
• Mạch bảo vệ quá tải: Mục đích của mạch này là để bảo vệ động cơ khỏi các tác động do tình trạng quá tải. Dòng điện lớn qua rôto có thể làm hỏng cuộn dây cũng như các thiết bị khác được kết nối với nguồn cấp.

Tại sao chúng ta cần bộ khởi động motor điện?

Bộ khởi động động cơ là cần thiết để khởi động một động cơ cảm ứng do trở kháng của rôto thấp. Trở kháng của rôto phụ thuộc vào độ trượt của động cơ cảm ứng là tốc độ tương đối giữa rôto và stato. Trở kháng thay đổi ngược với độ trượt.

Khi dòng vào cao làm từ hóa khe hở không khí giữa rôto & stato tạo ra EMF trong cuộn dây rôto. EMF này tạo ra một dòng điện trong rôto, sinh ra từ trường để tạo ra mô-men xoắn trong rôto. Khi tốc độ rôto tăng, độ trượt của động cơ giảm và dòng điện sẽ giảm.

Dòng khởi động cao gấp 5-8 lần dòng tải định mức bình thường. Vì vậy, dòng điện có thể làm hỏng các cuộn dây của động cơ. Và nó có thể gây ra sự sụt áp rất lớn của đường dây. Có thể làm hỏng các thiết bị khác được kết nối với cùng một đường dây.

Người ta thường sử dụng bộ khởi động giới hạn dòng để bảo vệ motor điện khỏi một dòng điện lớn như vậy khi khởi động. Và một khi động cơ đạt được tốc độ nhất định, nguồn điện bình thường cho động cơ được nối lại. Đồng thời cũng bảo vệ thấp áp và quá dòng trong quá trình hoạt động.

Ví dụ: Mặc dù các motor có công suất < 1Hp có trở kháng cao và chúng có thể chịu được dòng khởi động, nên chúng không cần bộ khởi động động cơ. Tuy nhiên, chúng cần hệ thống bảo vệ quá dòng như bộ khởi động DOL (Direct On-Line). Đây là lý do cho thấy rằng tại sao chúng ta cần một bộ khởi động động cơ.

Khởi động motor điện làm việc như thế nào?

Khởi động động cơ là cách điều khiển động cơ bằng tay hoặc tự động. Cách để kiểm soát BẬT/ TẮT an toàn cho động cơ điện bằng cách đóng hoặc ngắt các tiếp điểm.

Khởi động thủ công được sử dụng cho các động cơ nhỏ hơn trong đó cần gạt vận hành bằng tay được vận hành thủ công sang vị trí BẬT hoặc TẮT. Nhược điểm của các khởi động này là chúng cần phải BẬT sau khi tắt nguồn. Nói cách khác, cần điều khiển thủ công cho từng thao tác (BẬT hoặc TẮT).

Đôi khi, hoạt động này có thể dẫn đến dòng điện cao trong cuộn dây động cơ có thể làm cháy động cơ. Đây là lý do tại sao nó không được khuyến nghị.

Thay vào đó, trong hầu hết các trường hợp người ta ưu tiên sử dụng các bộ khởi động động cơ thay thế khác có bảo vệ được sử dụng như bộ khởi động tự động.

Mặt khác, các bộ khởi động tự động bao gồm rơle điện và công tắc tơ được sử dụng để chuyển đổi hoạt động BẬT/ TẮT động cơ. Khi dòng điện đi qua cuộn dây contactor, nó sẽ cung cấp năng lượng và tạo ra trường điện từ kéo hoặc đẩy các tiếp điểm để tạo ra sự kết nối của cuộn dây động cơ với nguồn điện.

Các phương pháp khởi động motor điện

Chúng ta sẽ thảo luận về các phương pháp khởi động động cơ. Đồng thời tìm hiểu những ưu điểm và nhược điểm của mỗi phương pháp.

• Phương pháp khởi động trực tiếp DOL
• Phương pháp mắc điện trở vào Stato
• Mắc điện trở vào Rôto
• Máy biến áp tự ngẫu
• Mạch mắc sao- tam giác
• Bộ khởi động mềm
• Khởi động bằng biến tần (VFD)

Bộ khởi động động cơ có nhiều loại nhưng chủ yếu chúng được phân thành hai loại:

Khởi động thủ công

Đóng ngắt động cơ bằng tay thông qua các nút nhấn. Phương pháp này thì không có bảo vệ điện áp thấp, tức là không tự động ngắt mạch khi mất điện. Nó có thể nguy hiểm cho một số ứng dụng vì động cơ khởi động lại khi nguồn được phục hồi. Vì vậy, chúng được sử dụng cho motor điện có công suất thấp. Bộ khởi động trực tiếp (DOL) là bộ khởi động thủ có bảo vệ quá tải.

Khởi động từ

Bộ khởi động từ là loại khởi động phổ biến nhất và chúng chủ yếu được sử dụng cho động cơ điện xoay chiều công suất cao. Các bộ khởi động này hoạt động bằng các rơle tiếp điểm từ tính.

Nó cấp điện áp thấp và an toàn hơn để khởi động và cũng bảo vệ chống thấp áp và quá dòng. Trong thời gian mất điện, bộ khởi động từ sẽ tự động ngắt mạch.

Bộ khởi động từ bao gồm hai mạch:

Mạch điện: Chịu trách nhiệm cung cấp năng lượng cho động cơ. Nó gồm các tiếp điểm điện BẬT/ TẮT nguồn điện cấp cho động cơ thông qua rơle.

Mạch điều khiển: Mạch này điều khiển các tiếp điểm của mạch điện để tạo hoặc ngắt nguồn cấp cho động cơ. Các cuộn dây điện từ cấp năng lượng hoặc khử năng lượng để đóng hoặc ngắt các tiếp điểm điện. Có thể coi như điều khiển tự động.

Cách khởi động trực tiếp (DOL) motor điện

Đây là hình thức khởi động động cơ đơn giản nhất kết nối động cơ trực tiếp với nguồn điện. Nó bao gồm một công tắc tơ từ tính kết nối động cơ với một đường nguồn và rơle quá tải để bảo vệ chống quá dòng. Chỉ sử dụng cho động cơ có công suất dưới 5 hp. Nó có hai nút ấn đơn giản để khởi động và dừng động cơ.

Ưu điểm của khởi động trực tiếp

• Thiết kế rất đơn giản và hiệu quả
• Dễ sử dụng
• Có mô-men xoắn khởi động cao do dòng khởi động cao

Nhược điểm của khởi động trực tiếp

• Dòng vào cao có thể làm hỏng cuộn dây
• Không thích hợp cho động cơ nặng
• Làm giảm tuổi thọ của động cơ

Khởi động bằng điện trở mắc trên stato của motor điện

Cách khởi động điện trở Stato sử dụng kỹ thuật RVS (giảm điện áp khởi động) để khởi động động cơ. Điện trở ngoài được thêm vào nối tiếp với mỗi pha của stato động cơ cảm ứng 3 pha. Công việc của điện trở là giảm điện áp dòng (sau đó giảm dòng khởi động) áp dụng cho stato.

Vì dòng điện tỷ lệ thuận với điện áp & mô-men xoắn thay đổi theo bình phương của dòng điện, điện áp giảm 2 lần làm giảm mô-men xoắn xuống 4 lần. Do đó, mô-men xoắn khởi động sử dụng cách khởi động này là rất thấp và cần được duy trì.

Ưu điểm của khởi động động cơ bằng điện trở mắc stato

• Linh hoạt trong các đặc tính khởi động
• Điện áp thay đổi cho phép tăng tốc trơn tru
• Có thể được kết nối với cả động cơ kết nối sao hoặc tam giác

Nhược điểm

• Các điện trở làm tiêu tan năng lượng
• Mô-men xoắn khởi động rất thấp do giảm điện áp
• Các điện trở khá đắt cho động cơ lớn

Khởi động bằng cách thêm điện trở vào rôtor dây quấn

Phương pháp nầy chỉ dùng cho những động cơ rôto dây quấn vì đặc điểm của loại động cơ này là có thể thêm điện trở phụ vào mạch rôto.

Khi điện trở rôto thay đổi thì đặc tính M = f(s) cũng thay đổi theo. Điều chỉnh điện trở mạch rôto thích đáng thì Mk = Mmax .

Khi rôto quay để giữ một mômen điện từ nhất định trong quá trình khởi động. Ta cắt dần điện trở nối thêm vào mạch rôto, làm cho quá trình tăng tốc động cơ từ đặc tính này sang đặc tính khác và sau khi cắt toàn bộ điện trở thì sẽ tăng tốc đến điểm làm việc của đặc tính cơ tự nhiên.

Ưu điểm của khởi động động cơ với điện trở rôto

• Cung cấp một dòng khởi động thấp sử dụng điện áp đầy đủ
• Do mô-men xoắn khởi động cao, động cơ có thể được khởi động dưới tải
• Phương pháp này cải thiện hệ số công suất
• Có nhiều cấp điều khiển tốc độ

Nhược điểm của khởi động động cơ điện trở rôto

• Chỉ hoạt động trên động cơ cảm ứng vòng trượt
• Các rôto khá đắt tiền và nặng

Khởi động motor điện với máy biến áp tự ngẫu

Loại khởi động motor điện này tương tự như một máy biến áp để giảm điện áp đặt vào stato trong giai đoạn khởi động. Thiết bị này phù hợp với cả động cơ kết nối sao và tam giác.

So với các kỹ thuật giảm điện áp khác, thiết bị này cung cấp điện áp cao cho một dòng khởi động cụ thể. Giúp cung cấp một mô-men xoắn khởi động tốt hơn.

Ưu điểm của khởi động với máy biến áp tự ngẫu

• Cung cấp một mô-men xoắn khởi động tốt hơn
• Hay được sử dụng để khởi động các động cơ lớn với tải trọng đáng kể
• Chức năng kiểm soát tốc độ bằng tay
• Linh hoạt trong các đặc tính khởi động

Nhược điểm của khởi động với máy biến áp tự ngẫu

Do kích thước lớn của trình tự động chuyển đổi, bộ khởi động như vậy chiếm quá nhiều không gian.

Mạch phức tạp và tương đối đắt hơn so với các bộ khởi động khác.

Khởi động sao- tam giác motor điện

Đây là một phương pháp khởi động phổ biến khác được sử dụng trong các ngành công nghiệp cho động cơ lớn. Các cuộn dây của động cơ cảm ứng 3 pha được chuyển đổi giữa đấu sao và tam giác để khởi động động cơ.

Để khởi động động cơ cảm ứng, cuộn dây được đấu sao. Điện áp pha trong kết nối sao bị giảm bởi hệ số 1/ √3 và nó làm giảm dòng khởi động cũng như mô-men xoắn khởi động bằng 1/3 giá trị định mức thông thường.

Khi động cơ tăng tốc, rơle hẹn giờ sẽ chuyển kết nối sao của cuộn dây stato thành kết nối tam giác, cho phép điện áp đầy đủ qua mỗi cuộn dây. Động cơ chạy ở tốc độ định mức.

Ưu điểm của khởi động sao- tam giác

• Thiết kế rất đơn giản và rẻ
• Không cần bảo trì
• Dòng tăng thấp
• Hay được sử dụng để khởi động động cơ cảm ứng lớn
• Có thời gian tăng tốc dài

Nhược điểm của khởi động sao- tam giác

• Động cơ phải đấu tam giác
• Có nhiều kết nối dây hơn
• Mô-men xoắn khởi động thấp mà không được duy trì
• Có hiện tượng giật cơ học khi chuyển trạng thái từ sao sang tam giác

Khởi động mềm motor điện

Bộ khởi động mềm cũng sử dụng kỹ thuật điều chỉnh điện áp. Nó sử dụng các công tắc dạng TRIAC để điều khiển điện áp cũng như dòng khởi động cấp cho động cơ cảm ứng. Do đó, việc điều khiển các động cơ trở nên trơn tru hơn, không xảy ra hiện tượng giật cơ học, giúp máy bền hơn.

Ưu điểm của Soft Starter

• Kiểm soát dòng và áp tốt hơn
• Cung cấp khả năng tăng tốc mượt mà
• Giảm biến đổi đột ngột của công suất trong hệ thống
• Kéo dài tuổi thọ của hệ thống
• Hiệu quả hơn và bảo trì ít hơn
• Kích thước nhỏ gọn

Nhược điểm của Soft Starter

• Giá thành tương đối đắt
• Ít tính năng
• Hao tổn do nhiệt năng

Biến tần khởi động motor điện

Giống như bộ khởi động mềm, biến tần có thể thay đổi điện áp cũng như tần số của dòng điện cung cấp. Nó chủ yếu được sử dụng để kiểm soát tốc độ của motor cảm ứng vì nó phụ thuộc vào tần số cung cấp.

AC từ đường cung cấp được chuyển đổi thành DC sử dụng bộ chỉnh lưu. DC thuần được chuyển đổi thành AC với tần số & điện áp có thể điều chỉnh bằng cách sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung thông qua các IGBT.

Có khả năng kiểm soát tốc độ động cơ từ 0 đến tốc độ định mức.

Ưu điểm của biến tần

• Cung cấp một khả năng tăng tốc tốt hơn và mượt mà hơn cho động cơ lớn
• Kiểm soát tốc độ với tăng tốc và giảm tốc mượt mà.
• Tăng tuổi thọ động cơ do không có ứng suất điện cơ học
• Đảo ngược của một động cơ
• Nhiều chức năng hoạt động, truyền thông

Nhược điểm của biến tần

• Chi phí đầu tư cao
• Có hao tổn do nhiệt
• VFD tạo ra sóng hài trong các đường dây điện có thể ảnh hưởng đến thiết bị điện & hệ số công suất.

Cuối cùng, bài viết này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được góp ý của các bạn để nội dung bài viết ngày một hoàn chỉnh hơn. Cảm ơn các bạn!

Tụ bù là gì? Tụ bù công suất phản kháng là gì? Cách tính chọn dung lượng tụ bù công suất cho hệ thống để nâng hệ số công suất cosϕ? Chúng ta cùng nhau thảo luận về một đề tài mới mà không mới này nhé!

Tụ bù là gì

Tụ bù là tên gọi chung của tụ bù công suất, tụ bù cosϕ, tụ bù hệ số công suất, tụ bù công suất phản kháng, tụ bù điện…

Tụ bù là một linh kiện điện, điện tử thụ động rất phổ biến, có tác dụng tích điện và phóng điện trong mạch điện.

Có ký hiệu là C. Đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ ở một điện áp nhất định gọi là điện dung.

Công thức tính điện dung là:  C=Q/U

Nhìn chung, việc sử dụng tụ bù trong hệ thống điện để giảm lượng công suất phản kháng sinh ra từ nguồn phát điện. Đồng thời giúp nâng cao hệ số công suất cosϕ theo đúng quy định của công ty điện lực.

 Tụ bù công suất

Tụ bù công suất dùng để bù công suất phản kháng xuất hiện trên mạng hệ thống điện. Nằm nâng cao chất lượng điện, giảm hiện tượng sụt áp trên đường dây, tăng khả năng mang tải của đường dây. Tụ bù nâng cao hệ số công suất cosϕ cho các hệ thống điện tại nhà máy đang có cosϕ < 0.85 để tránh phải những chi phí mua công suất vô công, công suất phản kháng không đáng có.

Tụ bù công suất phản kháng

Tủ tụ bù công suất phản kháng là hệ tủ điện hoàn chỉnh. Trong đó gồm có những tụ bù công suất điện mắc song song với phụ tải. Tuỳ theo từng hệ thống điện mà sử dụng số lượng tụ bù nhiều hay ít để đạt được hệ số công suất tối ưu. Ngoài ra, trong tủ còn có các thiết bị như: bộ điều khiển tụ bù, dây cáp, CB, rơle đóng ngắt, …để điều khiển cũng như bảo vệ cho tụ bù công suất.

Cấu tạo tụ bù

Tụ bù có 2 loại cấu tạo thường bắt gặp nhất là tụ bù dầu và tụ bù giấy cách điện. Trong đó, hai bản cực tụ được đặt song song nhau và được cách điện với nhau bằng gốm hoặc bằng giấy cuộn lại và thấm dầu.

Bên ngoài vỏ tụ thường cấu tạo bằng kim loại hoặc keo phủ. Hai chân của bản cực tụ được để lộ ra ngoài.

Nguyên lý tụ bù công suất

Nguyên lý hoạt động của tụ bù công suất là đo độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện trên hệ thống. Nếu giá trị này nhỏ hơn giá trị cài đặt (thường là 0.95) thì tụ bù công suất sẽ phóng điện vào hệ thống cho đến khi đạt được trị số như yêu cầu và giữ hệ số công suất quanh giá trị cài đặt. Tụ bù công suất thường được lắp đặt trong tủ điện riêng biệt, hoặc trong tủ điều khiển động lực. Các tủ này thường được đặt trong nhà xưởng sản xuất hay đặt trực tiếp ngoài trời tại các trạm hạ áp.

Các tủ điện tụ bù công suất cũng có thể lắp kết hợp với tủ phân phối tổng MSB.

Việc đóng ngắt tụ bù công suất trong tủ dựa vào một bộ điều khiển thông minh, dựa vào giá trị đặt của hệ số công suất cos phi.

Các loại tụ bù

Hiện nay trên thị trường, có nhiều loại tụ bù và phương pháp bù ứng với nhu cầu sử dụng của các doanh nghiệp sản xuất.

Điều này đem đến cho người sử dụng có nhiều lựa chọn hơn. Tuỳ vào mục đích và chi phí đầu tư của mình mà người sử dụng có thể được tư vấn hay chọn phương án phù hợp.

Tụ bù công suất có thể được phân loại dựa theo: vật liệu cấu tạo hoặc dựa vào điện áp hoạt động

Phân loại tụ bù công suất theo điện áp

Theo cách này, các nhà sản xuất dựa vào tính chất của điện áp mà phân loại. Do điện áp có điện 1 pha và điện 3 pha, cho nên tụ bù công suất cũng có 2 loại riêng biệt tương ứng là tụ bù công suất 1 pha và tụ bù công suất 3 pha. Cụ thể 2 loại này chúng ta có thể hiểu như sau:

• Tụ bù công suất dùng cho mạng điện 1 pha thường có điện áp trong khoảng 230V-250V. Loại này chủ yếu sử dụng ở những khu vực công suất tiêu thụ điện thấp như: hộ kinh doanh cá thể, hộ gia đình sử dụng…
• Tụ bù công suất dùng trong mạng điện 3 pha thường được lắp đặt trong các hệ thống điện áp tương đối ổn định ở mức điện áp chuẩn và tương thích với dải điện áp lên đến 415-440V. Một số khu vực có sự xuất hiện nhiều tụ bù công suất như trong hệ thống điện lưới của các toà nhà, bệnh viện, trung tâm mua sắm… hay sử dụng trong các công trình xây dựng, trong nhà máy sản xuất, trong các khu công nghiệp,…

Ngoài ra, tụ bù còn được phân loại theo cấp, chẳng hạn như cấp 6 hay là cấp 12…

Phân loại tụ bù công suất theo vật liệu cấu tạo

Như thông tin đã biết ở mục cấu tạo tụ bù. Chúng ta sẽ xếp chúng làm 2 loại cụ thể như sau:

• Tụ bù công suất dạng khô: Loại tụ bù công suất này có hình dáng trụ tròn dài, tương đối nhỏ gọn. Chiếm rất ít diện tích trong tủ điện cho nên thao tác lắp đặt rất dễ. Tụ bù công suất dạng khô này có một số đặc điểm như: giá thành rẻ, phù hợp hệ thống nhỏ, chất lượng điện vào loại khá tốt…nên phù hợp với nhiều đối tượng khách hàng sử dụng.
• Tụ bù công suất dạng dầu: Loại này thường có hình dạng chữ nhật, hơn hẳn dạng khô về độ bền. Đặc điểm của tụ bù công suất dạng dầu là có thể dùng cho nhiều loại hệ thống điện, có công suất lớn, cần bù công suất phản kháng nhiều. Ở thị trường Việt Nam loại tụ bù công suất này còn được gọi là tụ bù trung thế, thường được sử dụng cho các cấp điện áp như: 6.6kV, 7.2kV, 22kV, 35kV, có 2 dạng gọi là 1 pha 2 sứ và 3 pha 3 sứ cho công suất phản kháng từ 50kVAR đến 500kVAR.

Tụ bù công suất có tác dụng gì

Một số tác dụng của tụ bù công suất đem lại cho hệ thống điện mà chúng ta có thể thấy như:

• Giúp tăng công suất máy biến áp
• Tăng khả năng mang tải của đường dây
• Giảm hiện tượng sụt áp trên hệ thống điện
• Giảm tổn hao công suất
• Tránh chi phí mua công suất phản kháng
• Tăng hệ số công suất cosϕ

Để hiểu rõ hơn từng tác dụng, ưu điểm của tụ bù công suất đem lại. Chúng ta cùng thảo luận nhé!

Tụ bù công suất giúp tăng công suất máy biến áp

Khi nói đến vấn đề này, có lẽ chúng ta cần xem lại công thức: S= . Cho nên khi công suất phản kháng Q được bù tối ưu thì công suất biểu kiến S coi như xấp xỉ với công suất thực P rồi.

Điều này sẽ giúp tăng công suất của máy biến áp.

Tăng khả năng mang tải của đường dây

Trên đường dây truyền tải điện năng lúc nào cũng có 2 thành phần năng lượng tồn tại. Đó là công suất tiêu thụ và công suất phản kháng.

Khi xảy ra hao tổn trên đường dây thường là do nguyên nhân truyền tải điện đi quá xa, cách xa trạm nguồn.

Chính vì thế, để khắc phục vấn đề này thì người ta sẽ can thiệp vào phần công suất phản kháng trên đường dây, bằng cách sử dụng tụ bù công suất lắp ở cuối đường dây.

Thông thường, trong những trường hợp như thế này, thì hệ số công suất khuyến nghị cần bù phải đạt đến mức cosϕ= 0.95 để đảm bảo công suất tải sử dụng.

Giảm hiện tượng sụt áp trên hệ thống điện

Khi một hệ thống có quá nhiều phụ tải, hoặc phụ tải ở cách xa trạm nguồn, sẽ gây ra hiện tượng sụt áp trên đường truyền. Điều này cũng tương tự như vấn đề truyền tải điện đi xa vậy.

Chúng ta cần phải bù phần công suất phản kháng khá lớn sinh ra trên hệ thống bằng cách sử dụng các tủ điện tụ bù công suất có dung lượng thích hợp. Để kéo phần công suất phản kháng xuống thấp đồng thời tăng công suất thực lên bằng cách tăng hệ số sông suất qua các tụ bù công suất. Từ đó, giúp giảm đi hiện tượng sụt áp trên đường dây cũng như hệ thống điện.

Giảm tổn hao do công suất phản kháng

Để giảm tổn hao do công suất phản kháng gây ra, chúng ta cần phải can thiệp vào chúng.  Nguyên nhân có thể là do các phụ tải mang tính cảm nhiều như động cơ…có hệ số công suất thấp và nhận phần công suất phản kháng từ nguồn dẫn đến tổn hao công suất.

Cách tốt nhất là chúng ta cần lắp các tụ bù công suất để giảm đi phần công suất phản kháng này, đồng thời làm ổn định chất lượng nguồn điện.

Tránh chi phí mua công suất vô công

Hay nói thẳng ra là bị công ty điện lực phạt vì sử dụng điện kém hiệu quả. Đây có thể nói là rất phổ biến với các doanh nghiệp sản xuất non trẻ. Vì chưa hiểu hết vấn đề hoặc chưa có bộ phận vận hành hệ thống điện chuyên nghiệp nên thường xuyên để cho hệ số công suất cosϕ < 0.9 nhỏ hơn mức quy định.

Theo quy định của ngành điện lực thì, khi doanh nghiệp để cho hệ số công suất cosϕ<0.9 thì bắt buộc phải mua công suất phản kháng tính theo tỉ lệ phần trăm của tổng công suất tiêu thụ. Được bên cung cấp điện quy định rõ ràng và ràng buộc bằng hợp đồng mua bán điện.

Để giải quyết tình huống này, các doanh nghiệp có 2 cách xử lý:

• Cải thiện lại hệ thống máy móc phụ tải, tránh vận hành motor không tải, giảm công suất motor theo tải làm việc…
• Lắp đặt các tủ bù công suất tại tủ phân phối hoặc tủ động lực để nâng hệ số công suất lên.

Thông thường, bên điện lực sẽ tư vấn nên chọn phương án thứ 2, vì chi phí đầu tư cho tủ bù công suất cũng không quá tốn kém. Mặt khác, nó còn đem lại nhiều ưu điểm như trên mình vừa thảo luận: ổn định điện áp, tránh bị phạt, tránh tổn thất đường dây, cải thiện chất lượng điện…

Tăng hệ số công suất cosφ

Có lẽ đây là mục đích mà các nhà quản lý doanh nghiệp quan tâm nhất sau khi nhận hoá đơn tính tiền điện vào mỗi cuối tháng. Tại sao lại bị tính chi phí công suất phản kháng Q nhiều như vậy? Tại sao hệ số công suất thấp như vậy? Hệ thống vẫn chạy có tải bình thường mà?

Để trả lời cho câu hỏi này thì cần phải xem lại cách làm việc của bộ phận quản lý hệ thống điện.

Còn giải pháp để tránh mất tiền oan là lắp đặt tụ bù công suất cho hệ thống. Để kéo hệ số công suất lên trên mức 0.9 thì sẽ không còn bị phạt nữa, không còn phải trả thêm tiền cho lượng công suất vô công nữa!

Mặt khác, hệ số công suất cao giúp chúng ta tối ưu được các thành phần cung cấp điện, các thiết bị điện không cần phải chọn dư định mức. Đồng thời giúp chúng ta tiết kiệm trong chi phí đầu tư thiết bị đóng cắt, dây dẫn…vì không phải chọn những thiết bị lớn.

Cách tính tụ bù công suất

Có nhiều cách để tính chọn tụ bù công suất như dựa vào kinh nghiệm,… Nhưng cách tốt nhất là sử dụng công thức để tính toán dựa vào cơ sở hệ thống của chúng ta. Có nghĩa là chúng ta cần biết giá trị công suất tiêu thụ P và hệ số công suất Cosφ của tải.

Lấy ví dụ cho các bạn dễ hình dung: Tính toán chọn tụ bù cho hệ thống điện có công suất tiêu thụ là P=50Kw. Có hệ số công suất cosφ1 =0.8. Yêu cầu cần nâng hệ số công suất của hệ thống lên cosφ2 =0.95

Ta có:

Công suất của tải là P= 50kW

Cosφ1 =0.8 Hệ số công suất trước khi bù

Cosφ2 =0.95 Hệ số công suất sau khi bù

Khi đó, chúng ta áp dụng công thức tính công suất phản kháng cần bù như sau:

Q = P*(tanφ1 – tanφ2)

Cosφ1 = 0.8 → tanφ1 = 0.75

Cosφ2 = 0.95 → tanφ2 = 0.33

Vậy công suất phản kháng cần bù là:

Q = P*(tanφ1 – tanφ2) = 50*(0.75 – 0.33) = 21 (kVAr)

Cách kiểm tra tụ bù bằng đồng hồ vạn năng

Trong quá trình làm việc ở môi trường khắc nghiệt như nhà máy,…thì không tránh khỏi việc phát sinh những sự cố, hỏng hóc của hệ thống tụ bù công suất. Do đó, mục này, chúng ta cùng tìm hiểu các cách để đo đạc cũng như kiểm tra hoạt động của tụ bù trong hệ thống tủ điện tụ bù công suất nhé! Thật may là chúng ta có thể sử dụng 2 thiết bị đo điện phổ biến sau để kiểm tra:

• Dùng đồng hồ đo VOM: Để dùng đồng hồ Vom đo điện dung của tụ bù công suất thì trước tiên ta phải xả điện trong tụ và đảm bảo tụ đang không tải. Đo tụ bù cũng giống như chúng ta đo một tụ điện dung thông thường vậy.
• Dùng Ampe kềm: Với việc đo bằng ampe kềm thì việc đo đạc chúng ta phải đo gián tiếp khi tụ đang làm việc. Ta dựa vào phép so sánh giữa dòng điện định mức và dòng điện vận hành tụ để xác định chất lượng của tụ bù công suất. Vì thông thường, khi tụ không còn tốt thì dòng điện vận hành sẽ giảm đi rõ rệt.

Ngoài ra, trong những hệ thống điện lớn, người ta còn sử dụng những thiết bị đo đạc thông minh để giám sát nguồn điện cung cấp từ những thông số như: điện áp, dòng điện, công suất tiêu thụ, tần số, công suất phản kháng, công suất biểu kiến…

Chọn dây dẫn cho tụ bù

Việc chọn dây dẫn cho tụ bù công suất cũng khá đơn giản. Cũng dựa vào một số nguyên tắc như:

• Chọn dây có tiết diện phù hợp. Cần nắm rõ các quy ước chọn dây ví dụ như đọc các thông số trên dây để tính toán được dạng dây phù hợp với phụ tải.
• Chọn dây dẫn chính hãng để đảm bảo chất lượng dây
• Chọn dây lõi đồng để có khả năng truyền tải tốt nhất…

Nguyên nhân nổ tụ bù tụ điện

Trong quá trình vận hành, sẽ có những trường hợp tụ bù công suất bị phù, phồng lên, và cuối cùng là xảy ra xì hay thậm chí là nổ tụ. Vậy nguyên nhân là do đâu? Và cách khắc phục như thế nào?

Nguyên nhân

Cũng có khá nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng này. Nhưng chủ yếu vẫn là do sóng hài quá lớn tác động đến tụ bù.

Sóng hài này được sinh ra trong quá trình vận hành, cấp nguồn cho phụ tải như các biến tần điều khiển động cơ, bộ chuyển đổi sang DC, các bóng đèn,…

Các tác động của sóng hài gây ra hiện tượng quá tải, quá nhiệt, quá áp trực tiếp lên hệ thống tụ bù công suất.

Cách khắc phục

Để khắc phục sức ảnh hưởng của sóng hài tác động lên tụ bù công suất. Người ta thường lắp thêm các bộ lọc sóng hài trong hệ thống tụ bù công suất. Những bộ lọc này thường chia ra làm 2 dạng: dạng lọc thụ động và dạng lọc tích cực dựa trên nguyên lý hoạt động của chúng.

Một bài viết khá dài nói về tụ bù công suất. Hy vọng nội dung bài viết này sẽ cung cấp đầy đủ những kiến thức cần thiết cho các bạn đang nghiên cứu về hệ thống điện nói chung, và nghiên cứu về hệ số công suất nói riêng.

Qua bài viết này, sẽ giúp các bạn nắm được:

• Khái niệm tụ bù là gì
• Nguyên nhân và cách khắc phục tụ bù hư hỏng
• Cách kiểm tra tụ bù công suất bằng đồng hồ đo
• Công dụng cũng như cách tính chọn tụ bù công suất…

Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các bạn giúp cho bài viết ngày một hay hơn, hoàn thiện hơn. Cảm ơn các bạn!

Trong những năm gần đây, điều khiển công suất phản kháng là đề tài nghiên cứu cấp thiết vì nó đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì điện áp an toàn trong một hệ thống truyền tải điện quy mô lớn. Mặc dù chỉ là một yếu tố phụ trợ, nhưng nó cần thiết cho hoạt động của các hệ thống điện như: đường truyền tải điện, động cơ điện, máy biến áp, máy phát điện …

Công suất phản kháng rất cần thiết cho hoạt động của hầu hết các thiết bị điện từ, ví dụ như để tạo từ ​​trường. Trong một số trường hợp, người ta chủ động bổ sung công suất phản kháng vào hệ thống điện, để duy trì mức điện áp cao hơn.

Chúng ta cùng thảo luận về tầm quan trọng của công suất phản kháng. Và xem xét công suất phản kháng liệu có hữu ích không? Cũng như tầm quan trọng của công suất phản kháng trong kỹ thuật điện nhé!

Công suất phản kháng là gì?

Công suất phản kháng là một thành phần của tổng công suất trong mạch điện xoay chiều. Nó bắt nguồn từ sự dịch pha giữa điện áp hình sin và dạng sóng của dòng điện. Đây là đại lượng cơ bản để phân tích và xem xét về hệ thống điện xoay chiều. Nói chung, đại lượng này chỉ được xác định cho các hệ thống điện xoay chiều (AC).

Công suất phản kháng được định nghĩa là đại lượng đặc trưng cho công suất không truyền năng lượng, là công suất vô ích. Công suất của hệ thống AC truyền qua lại trong dây dẫn điện, chảy đến các tải từ một nguồn trong một nửa chu kỳ và trở lại nguồn trong nửa chu kỳ khác theo dạng sóng AC.

Để phân biệt với công suất thực, công suất phản kháng được đo bằng VAR, viết tắt của Volt-Ampere-Reactive.

Công thức tính được biểu thị như sau:

Q = Ssinϕ

Q = UIsinϕ

Q = Ptanϕ

Trong đó:

S = công suất biểu kiến (VA)

P = công suất tiêu thụ (W)

Bù công suất phản kháng

• Công suất phản kháng được tích luỹ dưới dạng điện trường hoặc từ trường, chảy qua lại do các thành phần điện dung và điện cảm sinh ra.
• Công suất phản kháng có thể được tạo ra cũng như được hấp thụ bởi các yếu tố của hệ thống truyền tải điện nhờ vào độ nhạy shunt và các phản ứng điện từ.
• Công suất phản kháng sinh ra từ sự dịch pha. Nếu dòng điện qua một tải bị trễ áp, thì thiết bị sẽ tiêu thụ công suất phản kháng. Mức tiêu thụ công suất phản kháng của tải phụ thuộc vào sự dịch pha giữa điện áp và dòng điện.
• Vì công suất phản kháng chỉ đơn giản là di chuyển qua lại trong đường dây (đường truyền hoặc bất kỳ dây dẫn nào khác), nên nó hoạt động như một tải bổ sung. Vì vậy, công suất phản kháng được xem xét để đánh giá tất cả các loại cáp, máy biến thế, thiết bị đóng cắt và các thiết bị điện khác.
• Nếu công suất phản kháng vượt quá ngưỡng, nó sẽ làm giảm đáng kể hệ số công suất hệ thống và do đó làm giảm hiệu quả hoạt động. Điều này gây ra sụt áp không mong muốn, tổn thất dây dẫn lớn hơn, làm dây nóng lên quá mức và chi phí vận hành cao hơn.

Cách khắc phục hạn chế của công suất phản kháng

Để khắc phục những hạn chế này, kỹ thuật bù công suất phản kháng thường được sử dụng trong các hệ thống truyền tải điện để cải thiện hiệu quả hệ thống và thậm chí để hiệu chỉnh hệ số công suất.

Mặt khác, công suất phản kháng rất quan trọng đối với hoạt động đúng của thiết bị điện vì một số lý do như cần có đủ lượng công suất phản kháng để chạy nhiều thiết bị điện cũng như mạng hệ thống điện. Và được cung cấp bởi các tụ đúng công suất tại vị trí của tải tiêu thụ… mà chúng ta sẽ thảo luận tiếp trong bài viết này.

Công suất phản kháng sinh ra từ đâu

Công suất phản kháng được tạo ra hoặc hấp thụ bởi nhiều thiết bị kết nối với mạng hệ thống điện.

Do đó, công suất phản kháng qua mạng điện được kiểm soát bởi các thiết bị này. Chúng ta cùng tìm hiểu các nguồn năng lượng phản kháng này trong nội dung bên dưới nhé!

Máy phát điện

Máy phát điện đồng bộ có thể tạo ra hoặc hấp thụ công suất phản kháng tùy thuộc dòng kích DC vào cuộn dây của nó. Nó tạo ra công suất phản kháng khi bị kích quá mức và hấp thụ công suất phản kháng khi dòng kích giảm quá mức. Được sử dụng phổ biến nhất là nguồn công suất phản kháng để điều khiển điện áp.

Tụ điện và lò phản ứng

Các thiết bị điện dung và điện cảm được sử dụng trong các kỹ thuật bù dòng, để kiểm soát công suất phản kháng do đó để điều chỉnh điện áp và sự ổn định của hệ thống.

Một bộ bù điện dung tạo ra công suất phản kháng, trong khi đó một bộ bù điện cảm sẽ hấp thụ công suất phản kháng.

Việc bù tụ điện thường được áp dụng cho các đường truyền để tạo ra công suất phản kháng khi cần thiết. Trong khi các tụ shunt được lắp đặt tại các trạm biến áp trong khu vực tải để tạo ra công suất phản kháng và để giữ điện áp trong mức giới hạn. Cuộn shunt chủ yếu được sử dụng để hấp thụ công suất phản kháng để giữ điện áp và cũng để bù tải điện dung trên đường dây.

Đường truyền và cáp ngầm

Cả đường truyền và cáp đều hấp thụ và tạo ra công suất phản kháng.

Một đường truyền tải nặng tiêu thụ công suất phản kháng, làm giảm điện áp của đường dây trong khi đường truyền tải nhẹ tạo ra công suất phản kháng, làm tăng điện áp của đường dây.

Bộ chuyển đổi trạng thái rắn

Có một số bộ chuyển đổi trạng thái rắn đang sử dụng trong vận hành hệ thống điện, chẳng hạn như bộ chuyển đổi HVDC.

Những bộ chuyển đổi này luôn tiêu thụ công suất phản kháng khi chúng hoạt động. Vì lý do này, hầu hết các bộ chuyển đổi sử dụng các thiết bị bù phản kháng để kiểm soát yêu cầu công suất phản kháng của các bộ chuyển đổi.

Máy biến áp

Để tạo ra từ trường, máy biến áp cần có công suất phản kháng, do đó nó hấp thụ công suất phản kháng. Tiêu thụ công suất phản kháng của máy biến áp phụ thuộc vào định mức và dòng tải.

Phụ thuộc phụ tải

Có nhiều tải tiêu thụ năng lượng phản kháng có ảnh hưởng lớn đến điện áp hoặc ổn định của hệ thống. Một số tải dạng này có thể tham khảo như: động cơ cảm ứng, máy phát điện cảm ứng; lò hồ quang, chiếu sáng phóng điện, tải không đổi như (sưởi ấm cảm ứng, sưởi ấm không gian, sưởi ấm nước, và điều hòa không khí.

Ý nghĩa của công suất phản kháng

Công suất phản kháng là cả vấn đề và giải pháp cho mạng hệ thống điện vì nhiều lý do.

Nó đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống điện cho các chức năng khác nhau như:

• Đáp ứng yêu cầu công suất phản kháng
• Cải thiện cấu hình điện áp
• Giảm tổn thất mạng
• Cung cấp đủ công suất phản kháng để đảm bảo an ninh hệ thống trong trường hợp khẩn cấp và một số chức năng khác.

Điều khiển điện áp

Tầm quan trọng của công suất phản kháng. Điều khiển điện áp bằng công suất phản kháng.

Nhìn chung, tất cả các thiết bị điện được thiết kế để hoạt động ổn định; trong giới hạn quy định của điện áp định mức (tức là, 6%) tại các tải tiêu dùng. Các biến thể điện áp chủ yếu được gây ra do sự thay đổi phụ tải trên nguồn hệ thống điện.

Nếu tải trên nguồn hệ thống điện tăng, thì sụt áp trong các thành phần của hệ thống điện sẽ tăng; do đó điện áp tại các thiết bị tải của người sử dụng giảm và ngược lại.

Những thay đổi điện áp trên hệ thống cung cấp là không mong muốn. Vì nó làm giảm hiệu suất thực tế của các thiết bị phụ tải như: đèn, động cơ và các thiết bị khác nhạy cảm với sự thay đổi điện áp…

Do đó, một hệ thống điện phải được thiết kế để duy trì các biến đổi điện áp đó; bằng cách cung cấp thiết bị điều khiển điện áp ở những nơi thích hợp. Phương pháp phổ biến nhất để duy trì cấu hình điện áp là thông qua việc tạo ra và hấp thụ công suất phản kháng. Nói chung, việc tăng công suất phản kháng làm cho điện áp hệ thống tăng lên; trong khi công suất phản kháng giảm làm cho điện áp giảm.

Thông thường nhất thiết bị này được đặt tại các trạm phát điện, trạm biến áp và bộ cấp nguồn.

Bù công suất phản kháng trong hệ thống điện

Các kỹ thuật khác nhau; được sử dụng để kiểm soát điện áp trong đường dây truyền tải điện như: điều khiển bộ kích; thay đổi máy biến áp, tụ điện shunt, tụ điện nối tiếp, tụ điện đồng bộ…. Mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Tùy thuộc vào sự phù hợp, tính sẵn có và mức độ mở rộng; các phương pháp này được sử dụng để kiểm soát điện áp đầu cuối.

Trong trường hợp điều kiện tải cao (nghĩa là; nhu cầu công suất phản kháng nhiều hơn so với nguồn cung cấp); dòng điện giảm từ nguồn cung cấp khiến điện áp đầu cuối giảm mạnh. Nếu có sự sụt giảm điện áp lớn hơn, nó gây ra sự cố cho các đơn vị phát điện, hỏng thiết bị và quá nhiệt của động cơ.

Trong điều kiện này, cơ chế hoạt động tự động; hoặc rơle kích hoạt thiết bị công suất phản kháng để tăng công suất phản kháng (ví dụ; điện áp đầu cực kích máy phát được gia tăng để cung cấp thêm dòng điện xoay chiều cho máy phát điện); để đưa điện áp trở về giá trị định mức. Điều này cũng đạt được với các tụ điện nối tiếp.

Trong trường hợp tải nhẹ (tức là, nhu cầu năng lượng nhỏ hơn nguồn cung cấp công suất phản kháng); điện áp đầu cuối tăng lên. Nó gây ra thiệt hại cách điện cho máy móc; hệ số công suất thấp hơn và tự động giảm tốc lực máy.

Trong điều kiện này, công suất phản kháng bổ sung trong các đường dây; được bù bằng các thiết bị bù công suất phản kháng tự động; như tụ ngưng đồng bộ, điều khiển kích bằng máy phát điện, tụ điện shunt…

Đáp ứng nhu cầu năng lượng phản kháng

Một số tải như: máy biến áp và bộ chuyển đổi HVDC cần công suất phản kháng để hoạt động đúng. Khi tải có nhu cầu công suất phản kháng lớn, sự sụt giảm điện áp sẽ diễn ra.

Khi điện áp giảm, nguồn cung cấp xả dòng nhiều hơn để duy trì nguồn điện; khiến các đường dây tiêu thụ nhiều công suất phản kháng hơn và do đó điện áp giảm hơn nữa. Điều này sẽ dẫn đến sập điện áp nếu điện áp giảm quá thấp. Sự cố sập điện áp này; gây ra sự giảm tốc lực của máy phát điện, sự mất ổn định của hệ thống; và gây ra sự cố của các thiết bị điện khác được kết nối với hệ thống điện.

Sự cố sập điện áp này; là do hệ thống điện không thể cung cấp đủ công suất phản kháng cho nhu cầu của tải.

Để khắc phục điều này; các nguồn công suất phản kháng như tụ điện nối tiếp được kết nối với các tải. Tuy nhiên, các công ty điện lực sẽ tính phí người tiêu dùng; như một hình phạt cho nhu cầu công suất phản kháng; nếu tải quá lớn tạo ra công suất phản kháng quá mức; so với nhu cầu công suất phản kháng cho phép.

Để giảm sự cố mất điện

Giảm sự cố mất điện bằng công suất phản kháng. Công suất phản kháng không đủ trong mạng hệ thống điện; là lý do chính gây mất điện trên toàn thế giới. Như trên đã nói, công suất phản kháng không đủ gây ra sập áp; dẫn đến việc đóng cửa các trạm phát điện… Trong lịch sử, đã có những sự cố mất điện điển hình như: Tại Tokyo vào ngày 23 tháng 7 năm 1987; tại Luân Đôn vào ngày 28 tháng 8 năm 2003; tại Thụy Điển và Đan Mạch vào ngày 23 tháng 9 năm 2003…

Sản sinh từ thông bằng công suất phản kháng

Cung cấp công suất phản kháng cho động cơ – Tạo ra từ thông bằng công suất phản kháng.

Tải trọng cảm ứng lớn như động cơ, máy biến áp, chấn lưu và thiết bị gia nhiệt cảm ứng; đòi hỏi công suất phản kháng lớn để tạo ra từ trường.

Trong mọi máy điện, một phần năng lượng đầu vào, tức là, công suất phản kháng được tiêu thụ; để tạo và duy trì từ thông để làm như vậy. Tuy nhiên, nó dẫn đến việc giảm hệ số công suất. Để đạt được hệ số công suất cao, các tụ điện thường được kết nối trên các thiết bị này; để cung cấp công suất phản kháng.

Lời kết,

Bài viết này, là một thảo luận nhỏ về tầm quan trọng của công suất phản kháng. Hy vọng các bạn có được những khái niệm, kiến ​​thức về chủ đề này.

Bài viết không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy rất mong những đóng góp ý kiến của các bạn; để xây dựng nội dung bài viết ngày một hoàn thiện hơn.

Hệ số công suất là gì? Chúng có ý nghĩa gì mà các doanh nghiệp, hay nhà máy sản xuất lại đặc biệt quan tâm đến hệ số công suất trong quá trình sử dụng nguồn điện cấp từ điện lưới Quốc gia trong quá trình sản xuất của mình như vậy?

Tất cả câu trả lời sẽ có ở bên dưới, chúng ta cùng đọc và tìm hiểu nguyên nhân nhé!

Bắt đầu thôi!

Hệ số công suất là gì?

Trong kỹ thuật điện, khi nói đến hệ số công suất, chúng ta ngầm hiểu ý chỉ và duy nhất liên quan đến mạch điện xoay chiều, tức là không có hệ số công suất trong mạch DC do tần số bằng 0 và không có độ lệch góc pha (Φ) giữa dòng điện và điện áp.

Hệ số công suất là tỷ lệ giữa công suất thực và công suất biểu kiến tính bằng volt-ampe. Là tỷ lệ giữa điện trở và trở kháng trong mạch điện xoay chiều. Hay là cosin của góc giữa dòng điện và điện áp được gọi là hệ số công suất.

Hệ số công suất tiếng Anh là gì?

Hệ số công suất trong tiếng Anh có nghĩa là Power factor, thường được viết tắt là P.f. Bạn nào hay tham khảo các tài liệu về kỹ thuật điện từ các nguồn tư liệu nước ngoài, chắc chắn sẽ gặp từ này thường xuyên trong những nội dung nói về công suất, máy phát điện, máy biến áp hay công suất phản kháng,…

Ý nghĩa của hệ số công suất

Hệ số công suất là một đại lượng vật lý có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong mạch điện xoay chiều. Vì hệ số công suất là đại lượng dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện năng của một nhà máy hay công ty sản xuất là như thế nào? Hợp lý, tiết kiệm hay hoang phí, ảnh hưởng nguồn điện lưới.

Ngoài ra, hệ số công suất còn những ý nghĩa đặc biệt khác, chúng ta cùng tìm hiểu tiếp theo nội dung bên dưới nhé!

Hệ số công suất của mạch điện xoay chiều

Trong mạch điện AC, hệ số công suất được định nghĩa là tỷ lệ công suất thực được tiêu thụ bởi tải với công suất biểu kiến ​​chạy trong mạch điện. Hệ số công suất Cosφ thường có giá trị nằm trong phạm vi từ 0 đến 1. Hệ số công suất <1 chỉ ra điện áp và dòng điện lệch pha nhau.

Ví dụ:

Khi tải là cuộn cảm, chỉ có công suất phản kháng không có công suất thực thì hệ số công suất là 0.

Khi tải là điện trở, chỉ có công suất thực không có công suất phản kháng thì hệ số công suất là 1.

Hệ số công suất trong một số mạch điện thuần

Chúng ta cùng xem xét hệ số công suất trong một số mạch điện thuần cơ bản như sau:

• Trong mạch điện trở thuần, hệ số công suất là 1 do dòng điện và điện áp thay đổi cực theo từng bước. Năng lượng điện truyền theo một hướng duy nhất trên mạch trong mỗi chu kỳ.
• Trong mạch điện dung thuần túy, hệ số công suất bằng 0 do dòng điện và điện áp lệch pha nhau một góc 90 ° , trong đó dòng điện sớm và điện áp trễ.
• Trong mạch cảm ứng thuần túy, hệ số công suất bằng 0 do dòng điện và điện áp lệch pha nhau một góc 90 °, trong điện áp sớm và dòng điện trễ.

Công suất phản kháng là gì?

Công suất phản kháng có ký hiệu là: Q

Hay còn được gọi là công suất vô ích, công suất ảo hay công suất hư kháng…

Công suất phản kháng chỉ phần công suất vô công chuyển ngược về nguồn, được sinh ra trong mỗi chu kỳ bởi các tải cảm như cuộn dây hay tụ điện. Công suất phản kháng biểu thị rằng năng lượng được lưu trữ và sau đó được giải phóng dưới dạng từ trường hoặc trường tĩnh điện trong cuộn cảm và tụ điện.

Đơn vị của công suất phản kháng là Volt-Ampere nghĩa là VAR trong đó 1 VAR = 1V*1A.

Chúng ta có công thức tính công suất phản kháng như sau:

• Q = UISinθ
• Q = √ (S²– P²)
• VAR = √ (VA² – W²)
• kVAR = √ (kVA² – kW²)

Trong đó:

• θ: góc pha
• Q: công suất phản kháng (VAR, kVAR)
• S: công suất biểu kiến (VA, kVA)
• P: công suất thực (W, kW)

Bù công suất phản kháng

Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất P và công suất phản kháng Q.

Công suất thực P đặc trưng cho khả năng sinh ra công hữu ích của thiết bị (là phần công suất được biến thành cơ năng, quang năng và nhiệt năng…), đơn vị là W hoặc kW.

Công suất phản kháng Q là công suất từ hóa trong các máy phát điện xoay chiều, máy biến áp, nó không sinh ra công, đơn vị là VAr hoặc kVAr.

Những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng tiêu biểu như:

• Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60 – 65% tổng công suất phản kháng của mạng điện.
• Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20-25%.
• Đường dây trên không và các thiết bị điện khác tiêu thụ khoảng 10%.

Bù công suất phản kháng là gì

Không cần tiêu tốn nhiều năng lượng từ máy phát điện để tạo ra công suất phản kháng. Thực ra, việc cung cấp công suất phản kháng cho các thiết bị điện không nhất thiết phải lấy từ nguồn máy phát.

Mà người ta hay đặt các tụ điện ở phụ tải để sinh ra công suất phản kháng. Mục đích là tránh truyền tải công suất phản kháng trên đường dây. Phương pháp này được gọi là bù công suất phản kháng.

Khi lắp đặt tụ bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, giúp cho hệ số công suất cosφ của mạch sẽ được nâng cao.

Mối liên hệ giữa P, Q và góc φ được thể hiện qua công thức:

Khi P không đổi, nhờ có bù công suất phản kháng, thì công suất phản kháng Q truyền tải trên đường dây sẽ giảm xuống, do đó góc φ cũng giảm, làm cho hệ số công suất cosφ tăng lên.

Công suất biểu kiến

Công suất biểu kiến được ký hiệu là: S

Tổng công suất trong một mạch điện xoay chiều, cả tiêu tán và tiêu thụ được gọi là công suất biểu kiến. Hay, công suất toàn phần bao gồm công suất phản kháng và công suất thực được gọi là công suất biểu kiến. Là tích của điện áp R.M.S và dòng điện R.M.S.

Công suất biểu kiến chúng ta thường thấy nhất là trên tem thông tin của máy phát điện hoặc các bộ lưu điện UPS…

Đơn vị của công suất biểu kiến S là Volt-amp (VA). Tức là 1VA = 1V*1A.

• Khi mạch là điện trở thuần, thì công suất biểu kiến bằng công suất thực.
• Trong mạch điện cảm hoặc điện dung, thì công suất biểu kiến lớn hơn công suất.

Công thức của công suất biểu kiến được thể hiện như sau:

S = UI

S = √ (P² + Q²)

kVA = √(kW² + kVAR²)

Trong đó:

S: Công suất biểu kiến, công suất toàn phần (VA, kVA)

P: Công suất tiêu thụ, công suất thực (W, kW)

Q: Công suất phản kháng, công suất vô công (VAR, kVAR)

Công suất thực- Công suất tiêu thụ

Công suất thực, hay công suất tiêu thụ là năng lượng cung cấp cho thiết bị và thực hiện sinh công hữu ích, hiệu quả.

Công suất tiêu thụ được ký hiệu là: P và được đo bằng đơn vị Watts (W), trong đó 1W = 1V*1A

Công suất tiêu thụ trong mạch DC:

Trong mạch DC, không có khái niệm về góc pha giữa dòng điện và điện áp, hay nói cách khác là không có tần số (f). Chỉ có điện áp trên tải và dòng điện chạy qua nó,

tức là, P = UI.

Trong đó:

P: Công suất tiêu thụ (W)

U: Điện áp trên mạch (V)

I: Dòng điện chạy qua mạch (A)

Công suất tiêu thụ trong mạch điện xoay chiều:

Công suất tiêu thụ trong đoạn mạch xoay chiều được định nghĩa là đại lượng vật lý đặc trưng cho tốc độ sinh công của đoạn mạch đó.

Công thức tính công suất tiêu thụ:

• P = UICosθ                            (Trong mạch AC một pha)
• P = √3U_LI_L Cosθ                     (Trong mạch AC 3 pha)
• P = 3U_Ph I_PhCosθ
• P = √ (S² – Q²)
• P =√ (VA² – VAR²)
• kW = √ (kVA² – kVAR²)

Trong đó:

P: Công suất tiêu thụ của đoạn mạch (W, kW)

S: Công suất biểu kiến (VA, kVA)

Q: Công suất phản kháng (VAR, kVAR)

Cách tính hệ số công suất

Để tính hệ số công suất chuẩn xác nhất, bạn cần một máy phân tích chất lượng điện năng hoặc máy phân tích công suất đo cả công suất tiêu thụ (kW) và công suất biểu kiến ​​(kVA) và để tính tỷ lệ của kW/ kVA.

Công thức hệ số công suất có thể được biểu thị:

PF = P/S

Hoặc:

PF = W/VA

Trong đó watts đo công suất hữu ích trong khi VA đo công suất cung cấp. Về cơ bản là tỷ lệ của năng lượng hữu ích cho nguồn cung cấp.

Tầm quan trọng của hệ số công suất

Hệ số công suất là một đại lượng quan trọng cần xem xét trong mạch điện xoay chiều. Vì với bất kỳ hệ số công suất nào nhỏ hơn 1, có nghĩa là hệ thống dây điện của mạch phải mang nhiều dòng điện hơn mức cần thiết. Với công suất phản kháng bằng 0 trong mạch. Để cung cấp cùng một công suất cho tải điện trở.

Như hình ảnh trên chứng minh, hệ số công suất so sánh công suất thực được tiêu thụ với công suất biểu kiến ​​hoặc nhu cầu của tải. Năng lượng để thực hiện công được gọi là công suất tiêu thụ.

Bạn có thể tránh các hình phạt hệ số công suất bằng hiệu chỉnh hệ số công suất.

Hệ số công suất kém đồng nghĩa với việc bạn sử dụng năng lượng kém hiệu quả. Điều này quan trọng với các công ty vì nó có thể dẫn đến:

• Hư hại nhiệt cho cách điện và các thành phần mạch khác
• Giảm lượng năng lượng hữu ích có sẵn
• Yêu cầu tăng kích thước dây dẫn và thiết bị
• Bị nhà cung cấp điện lực phạt

Cuối cùng, hệ số công suất làm tăng chi phí chung của hệ thống phân phối điện vì hệ số công suất thấp hơn đòi hỏi dòng điện cao hơn để cung cấp cho tải.

Cách tính tụ bù hệ số công suất đơn giản nhất

Để điều chỉnh hệ số công suất đơn giản nhất là dùng tụ bù cho phụ tải. Nhưng làm sao để chọn được tụ bù có giá trị phù hợp? Mình sẽ đưa ra một vài ví dụ để giúp các bạn dễ hình dung hơn trong việc chọn lựa tụ bù dựa theo thông số có sẵn của hệ thống của mình nhé!

Ví dụ 1

Động cơ cảm ứng 3 pha, công suất thực 5kW có hệ số công suất là 0.75. Cần chọn tụ bù như thế nào để cải thiện hệ số công suất lên 0.90?

• Cách 1: (Dựa vào bảng tra hệ số công suất)

Công suất tiêu thụ động cơ = 5kW

Từ Bảng, ta tra được hệ số  từ 0.75 đến 0.90 là 0.40

Yêu cầu tụ điện kVAR để cải thiện hệ số công suất từ 0.75 đến 0.90

Tụ điện kVAR = kW x Bảng Hệ số 0.75 và 0.90

= 5kW x 0.40 = 2 kVAR

Và giá trị các tụ điện được lắp trong mỗi pha:

2/3 = 0,667 kVAR

• Cách 2 (Phương pháp tính toán cổ điển)

Ta có P = 5 kW

Hệ số công suất ban đầu = Cosθ₁ = 0,75

Hệ số công suất cần nâng = Cosθ₂ = 0,90

θ₁ = Cos^-1 = (0,75) = 41°.41; Tanθ₁ = Tan (41°.41) = 0.8819

θ₂ = Cos^-1 = (0,90) = 25°.84; Tanθ₂ = Tan (25°.50) = 0.4819

Yêu cầu tụ điện kVAR để cải thiện hệ số công suất từ 0,75 đến 0,90

Tụ điện yêu cầu kVAR = P(Tan θ₁ – Tan θ₂)

= 5(0.8819 – 0.4819) = 2 kVAR

Và giá trị các tụ điện được lắp trong mỗi pha:

2/3 = 0,667 kVAR

Một số nguyên nhân gây ra hệ số công suất thấp

Nguyên nhân chính của hệ số công suất thấp là tải cảm.

Như trong mạch điện cảm thuần túy, dòng điện chậm 90 ° so với điện áp, góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp gây ra hệ số công suất bằng 0.

Khi hệ số công suất thấp, sinh ra rất nhiều nhược điểm và chúng ta phải cải thiện hệ số công suất.

Sau đây là các nguyên nhân của yếu tố năng lượng thấp:

• Động cơ cảm ứng một pha và ba pha, động cơ hoạt động ở hệ số công suất kém, tức là:
  • Tải đầy, Cosθ = 0,8 -0,9
  • Tải nhỏ, Cosθ = 0,2 -0,3
  • Không tải, Cosθ = 0.
• Tải trọng thay đổi trong hệ thống điện (Như chúng ta biết rằng tải trên hệ thống điện là khác nhau. Trong thời gian tải thấp, điện áp cung cấp được tăng lên làm tăng dòng từ hóa gây ra hệ số công suất giảm)
• Lò sưởi công nghiệp
• Đèn phóng điện (Chiếu sáng cường độ cao) Đèn hồ quang (vận hành hệ số công suất rất thấp)
• Máy biến thế
• Dòng điện hài

Lợi ích của việc hiệu chỉnh nâng cao hệ số công suất

Như thông tin chúng ta đã xem qua các mục ở trên, chúng ta hiểu việc hệ số công suất kém gây ra nhiều hệ quả như thế nào rồi. Vậy việc điều chỉnh nâng cao hệ số công suất có những ưu điểm và lợi ích gì? Các bạn cùng theo dõi tiếp nhé!

• Điều chỉnh hệ số công suất làm tăng hiệu quả của hệ thống và thiết bị
• Giảm điện áp thấp
• Giảm kích thước của một dây dẫn và cáp làm giảm chi phí đầu tư
• Tăng sức mạnh sẵn có
• Giảm mất dòng
• Phù hợp hiệu suất máy điện (Máy biến áp, Máy phát điện, …)
• Không bị công ty cung cấp điện phạt
• Tiết kiệm trong hóa đơn tiền điện
• Sử dụng tốt hơn hệ thống điện, đường dây và máy phát điện…
• Tiết kiệm năng lượng cũng như chi phí đầu tư các thiết bị điện được giảm

Lời kết,

Qua nội dung bài viết này, mình đã cung cấp chi tiết các thông tin, kiến thức cơ bản nhất về hệ số công suất. Cũng như giúp các bạn trả lời được những câu hỏi như:

• Hệ số công suất là gì
• Hệ số công suất của mạch điện AC
• Ý nghĩa của hệ số công suất
• Tầm quan trọng của hệ số công suất
• Cũng như cách sử dụng tụ bù để bù hệ số công suất như thế nào

Trong quá trình hoàn thành nội dung, chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Mình rất mong sẽ nhận được những đóng góp khen chê từ các bạn đọc, giúp bài viết ngày một hoàn thiện hơn. Cảm ơn!