Vì sao máy biến áp có thể thay đổi điện áp?

Chúng ta đều biết máy biến áp có thể thay đổi điện áp. Trước khi dòng điện từ nhà máy phát điện hòa vào lưới điện, người ta thường biến nó thành dòng điện siêu cao áp. Trước khi điện đi vào gia đình hoặc công xưởng, nó lại phải qua nhiều bước hạ áp để trở thành dòng điện sử dụng bình thường. Từ cao áp xuống hạ áp, hoặc từ hạ áp lên cao áp, đều cần đến máy biến áp. Vậy vì sao máy biến áp có thể thay đổi điện áp?

Hãy tưởng tượng một thí nghiệm nhỏ: đặt hai cuộn dây gần nhau, ta đã có bộ phận đơn giản nhất của máy biến áp. Nếu nối một cuộn dây với nguồn điện, ta có thể phát hiện cuộn dây thứ hai cũng xuất hiện dòng điện, dù giữa hai cuộn dây chưa hề nối trực tiếp. Đó là vì máy biến áp hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Máy biến áp thông thường có hai cuộn dây độc lập đặt trên một lõi sắt từ, lõi này được ghép từ nhiều lá thép mỏng. Cuộn dây nối với nguồn điện gọi là cuộn sơ cấp hoặc cuộn nguyên. Cuộn còn lại nối với phụ tải gọi là cuộn thứ cấp hoặc cuộn phụ.

Khi dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp, xung quanh nó xuất hiện từ trường. Vì dòng điện xoay chiều liên tục đổi chiều nên từ trường cũng liên tục biến đổi. Từ trường này đi qua lõi sắt và liên tục xuyên qua cuộn thứ cấp. Do từ trường vận động không ngừng, trong cuộn thứ cấp sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng.

Điện áp ở cuộn thứ cấp được quyết định bởi số vòng dây của hai cuộn. Ví dụ, cuộn sơ cấp có 100 vòng, cuộn thứ cấp có 200 vòng, thì điện áp ở cuộn thứ cấp có thể tăng lên gấp đôi so với cuộn sơ cấp. Nếu làm ngược lại, cuộn sơ cấp có số vòng nhiều hơn cuộn thứ cấp, điện áp ở cuộn thứ cấp sẽ giảm xuống. Vì vậy, máy biến áp có thể tăng áp hoặc hạ áp chủ yếu nhờ sự khác nhau về số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.

Chỉ cần thay đổi tỷ lệ số vòng dây của hai cuộn, ta có thể điều chỉnh tỷ số điện áp của máy biến áp. Tuy nhiên, máy biến áp chỉ có thể thay đổi điện áp của dòng điện xoay chiều, chứ không thể thay đổi điện áp của dòng điện một chiều.