Ổn áp nghiến răng

Hôm trước tôi lại thấy cái ổn áp nó nghiến răng lẹt kẹt cả buổi chiều. Kệ nó. Nhưng rồi đến lúc phải bật máy tính lên làm việc, thôi dành phải chuyển hệ điện gia đình sang dùng trực tiếp không qua ổn áp thôi vậy, không dám dùng ổn áp bởi thế này thì nguy hiểm quá.

Bạn có bao giờ tự hỏi: Tại sao cái ổn áp lại "nghiến răng" vậy không? Và tại sao tôi lại thấy điều này là nguy hiểm?

Trước tiên là nói đến cách gọi tên "cái ổn áp" đang được nói đến ở đây trong kỹ thuật được gọi theo một cách khác đầy đủ hơn là "thiết bị tự động ổn định điện áp xoay chiều một pha", không biết gọi thế có đầy đủ hay không, nhưng sẽ đại loại là như vậy. Và cũng thú thật rằng từ "nghiến răng" này tôi đã đọc được ở một nơi nào đó và thấy nó diễn đạt khá hay hay về sự làm việc của chiếc ổn áp hiệu LiOA của nhà tôi mỗi khi chúng phải điều chỉnh điện áp liên tục.

Thế nào gọi là ổn áp? Nói đến ổn áp là nói tắt cho "sự ổn định điện áp", mà vậy thì chung chung quá, sự ổn định điện áp trong các mạch điện tử một chiều, sự ổn định điện áp cho lưới điện dân dụng xoay chiều một pha, sự ổn định điện áp cho hệ thống điện xoay chiều ba pha trong các nhà máy công nghiệp (hoặc các xưởng nhỏ cũng sử dụng điện 3 pha này). Ở đây tôi đang nói đến mức điện áp xoay chiều một pha trong đời sống hàng ngày...

Nói thế vẫn khó hiểu. bây giờ nhắc lại một chút kiến thức cơ bản của học sinh cấp ba (hoặc là cấp hai cũng không chừng, bởi vì lâu rồi không ngó đến sách giáo khoa hiện nay): Dòng điện xoay chiều của chúng ta đang sử dụng có một mức hiệu điện thế giữa hai cực là một tham số nhất định phù hợp với các thiết bị tiêu thụ điện. Trong điều kiện lý tưởng thì chúng phải giữ nguyên mức điện áp đó, tuy nhiên do các điều kiện khác nhau mà mức này lại thay đổi cao thấp thất thường, do đó chúng ta phải sử dụng các thiết bị để làm cho chúng ổn định ở trong phạm vi gia đình của mình.

Ta biết rằng nguyên lý của máy biến thế là có một cuộn dây sơ cấp và một cuộn dây thứ cấp như hình phía trên, khi cho một điện áp xoay chiều ở đầu vào thì sẽ có mức điện áp xuất hiện ở đầu ra (đọc thêm phần liên kết ngoài). Nhưng các ổn áp hiện nay thì không thực hiện như thế, bởi vì chúng cần phải thay đổi liên tục một thông số đầu vào và muốn có đầu ra cố định. Thực tế có thể làm được điều này hay không nếu như vẫn sử dụng biến áp như trên? Có, nhưng chúng cần đến ba biến áp tách rời, và một hệ mạch điện tử - tôi đã gặp chúng trong một chiếc ổn áp công suất 315W của Liên Xô (cũ) thời trước đây. Cách này đã không được áp dụng trong các ổn áp ngày nay bởi giá thành cao, công suất thấp.

Bạn hãy nhìn đến hình dưới đây, đó là một bức ảnh về cấu tạo chính của một thiết bị ổn định điện áp xoay chiều một pha, chúng được quấn trên lõi hình xuyến để có thể thay đổi số vòng dây cuốn của cuộn sơ cấp (còn thứ cấp giữ nguyên) bằng cách tì một đầu tiếp xúc trên các vòng dây đó thường gọi là "chổi than". Một cơ cấu cơ khí chuyền động được điều khiển bằng mạch điện sẽ điều khiển chổi than di chuyển để lựa chọn số vòng dây đầu vào cho phù hơi với điện áp đầu ra. Sự di chuyển này đã phát ra tiếng kêu, tiếng kêu này rọt rẹt, xột xoạt hoặc cọt kẹt tuỳ theo từng loại khác nhau mà tôi đã nói là "nghiến răng" như phần đầu của bài viết này.

Thế thì có gì mà đáng ngại đâu. Hic, quan trọng là cơ chế điều khiển di chuyển của chổi than đó. Nó như thế nào đây?

Ta biết rằng để di chuyển chổi than đến vị trí thì cần chuyển động cơ khí, vì để thuân tiện cho chế tạo thì lõi biến áp dùng cho trường hợp này có hình tròn mà trục quay của chổi than trùng với tâm của đường tròn đó...

Đến đây thì bạn vẫn chưa hiểu tại sao nó lại cứ cọt kẹt nghiến răng như vậy. Quên mất tôi không nói ở đoạn đầu bài này rằng nhà hàng xóm của tôi đã làm một thứ gì đó rất ồn ào, tôi thấy rằng ánh chớp loé liên hồi và đều đặn. Hoá ra họ đang hàn một thứ gì đó bằng máy hàn điện hồ quang. Chính vì cái máy này mà điện áp của những nhà quanh khu vực bị dao động liên tục thấp khi đang hàn, cao trở lại mức điện lưới ở trạng thái bình thường. Chính vì vậy nên cái ổn áp mới cố gắng điều chỉnh liên tục để điện áp đầu ra là 220V~ theo như lưới điện mà địa phương tôi sử dụng. Sự điều khiển liên tục này đã khiến nó nghiến răng.

Thế thì có gì đáng ngại. Nhưng tôi giả sử rằng điện áp ổn định là 220V~, vì máy hàn điện có công suất lớn nên nó gây ra sụt điện áp trên đường dây điện quanh khu vực lân cận đó một mức điện áp là 180V~. Ổn áp của tôi điều chỉnh cho đầu ra là 220V~ thì phải có một hệ số giữa các vòng dây là 180/220, tất nhiên là tỷ số này bằng 0,181818181...rồi. Vậy thì khi người thợ hàn dừng, lại để chuyển đổi que hàn thì điện áp đầu vào lại là 220V~, lúc này ngay lập tức điện áp đầu ra sẽ là 180/220 = 220/xV~. Quá đơn giản để bạn tính ra xV~ có giá trị bằng 220x220/180 = 268V. Lúc này thì điện áp này đã xuất hiện ngay trên các thiết bị tiêu thụ điện của bạn. Ngay lập tức chiếc ổn áp sẽ bắt đầu hoạt động để đưa điện áp về mức 220V.

Để chổi than quay được, nhất thiết phải có một động cơ để quay - hoặc cái gì đó tương tự như động cơ để có thể gây chuyển động tròn được. Chắc chắn rằng động cơ này thì không thể có tốc độ cực kỳ cao nhưng lại có thể hãm lại cực kỳ nhanh trong điều kiện giá thành thấp được. Vậy nó phải có thời gian đáp ứng hơi chậm một chút khi muốn chuyển chổi than từ vị trí này sang một vị trí khác cách khá xa trong cái ổn áp tự động đó. Ở đây ta thấy rằng việc đưa điện áp đầu ra về mức 220V~ thì cần một khoảng thời gian cho chổi than quay về đúng vị trí của nó. Việc quay này không thực hiện tức thời, nên chúng ta sẽ thấy việc ổn áp chuyển mức điện áp đầu ra từ 268V về 220V cần có một thời gian nhất định để thực hiện điều chỉnh.

Như vậy khi điện áp đầu vào thay đổi liên tục thì điện áp đầu ra sẽ biến thiên theo, lúc này ổn áp không còn có tác dụng ổn định điện áp đầu ra nữa, mà nó lại có tác dụng làm cho sự dao động điện áp đầu ra một cách đột ngột và có khả năng đưa điện áp đầu ra tăng giảm bất thường so với mức điện áp thiết kế. Đây chính là điều mà tôi lo ngại khi đã viết ở đoạn đầu.

Như vậy thì khi mà bạn thấy chiếc ổn áp của bạn nghiến răng liên tục, bạn đừng nên dùng chúng nữa trong thời điểm đó, mà chuyển mạch điện gia đình mình sang trạng thái không sử dụng ổn áp. Tôi nghĩ rằng điều này không khó khăn, bởi khi thiết kế mạng điện trong gia đình thì nhiều người đã thiết kế cho việc có hoặc không sử dụng ổn áp. Tại sao? Bởi vì nếu không dùng ổn áp nữa thì dù điện áp có dao động đến mấy thì cũng chỉ giới hạn trong khoảng 180V - 220V~, đây là mức điện áp mà nhiều thiết bị vẫn có thể sử dụng được.

Xem thêm:

Các thế hệ ổn áp LiOA, trên blog này.

Máy biến thế, mục từ cùng tên trên Wikipedia tiếng Việt (bài còn rất sơ sài, mong bạn bổ sung giúp nó nếu có thể).

Transformer, mục từ trên Wikipedia tiếng Anh, khá đầy đủ

Trương Mạnh An (10/6/2008)