Hiệu suất của biến áp

Giới thiệu về Hiệu suất của Biến áp

Biến áp tạo thành liên kết quan trọng nhất giữa hệ thống cung cấp và tải. Hiệu suất của biến áp ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và quá trình lão hóa của nó. Hiệu suất của biến áp nói chung nằm trong khoảng từ 95 – 99%. Đối với các biến áp công suất lớn có tổn thất rất thấp, hiệu suất có thể đạt tới 99,7%. Các phép đo đầu vào và đầu ra của biến áp không được thực hiện dưới điều kiện tải vì các số đọc đồng hồ công suất không tránh khỏi bị sai số từ 1 – 2%. Vì vậy, để tính toán hiệu suất, các bài kiểm tra OC và SC được sử dụng để tính toán tổn thất lõi và cuộn dây định mức của biến áp. Tổn thất lõi phụ thuộc vào điện áp định mức của biến áp, và tổn thất đồng phụ thuộc vào dòng điện qua cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của biến áp. Do đó, hiệu suất của biến áp là cực kỳ quan trọng để vận hành nó dưới điều kiện điện áp và tần số ổn định. Sự tăng nhiệt độ của biến áp do nhiệt sinh ra ảnh hưởng đến tuổi thọ của dầu biến áp và quyết định loại phương pháp làm mát được áp dụng. Sự tăng nhiệt độ giới hạn công suất của thiết bị. Hiệu suất của biến áp đơn giản được đưa ra như sau:

• Công suất đầu ra là tích của phần trăm tải định mức (vôn-ampere) và hệ số công suất của tải

• Tổn thất là tổng của tổn thất đồng trong cuộn dây + tổn thất sắt + tổn thất điện môi + tổn thất tải lạc.

• Tổn thất sắt bao gồm tổn thất hysteresis và tổn thất dòng xoáy trong biến áp. Những tổn thất này phụ thuộc vào mật độ từ thông bên trong lõi. Toán học,
  Tổn thất Hysteresis :
  
  Tổn thất Dòng Xoáy :
  
  Trong đó kh và ke là hằng số, Bmax là mật độ từ trường đỉnh, f là tần số nguồn, và t là độ dày của lõi. Số mũ 'n' trong tổn thất hysteresis được gọi là hằng số Steinmetz, giá trị của nó có thể gần 2.
  

• Tổn thất điện môi xảy ra bên trong dầu biến áp. Đối với biến áp điện áp thấp, nó có thể bị bỏ qua.

• Flux rò rỉ liên kết với khung kim loại, thùng, v.v. để tạo ra dòng xoáy và tồn tại xung quanh biến áp nên được gọi là tổn thất lạc, và nó phụ thuộc vào dòng điện tải và được đặt tên là 'tổn thất tải lạc.' Nó có thể được biểu diễn bằng điện trở nối tiếp với phản kháng rò rỉ.

Tính Hiệu suất của Biến áp

Mạch tương đương của biến áp được đề cập đến phía sơ cấp được hiển thị dưới đây. Ở đây Rc đại diện cho tổn thất lõi. Sử dụng bài kiểm tra ngắn mạch (SC), chúng ta có thể tìm ra điện trở tương đương đại diện cho tổn thất đồng như

Hãy định nghĩa x% là phần trăm tải đầy đủ hoặc định mức 'S' (VA) và Pcufl(watt) là tổn thất đồng ở tải đầy đủ và cosθ là hệ số công suất của tải. Ngoài ra, chúng ta đã định nghĩa Pi (watt) là tổn thất lõi. Vì tổn thất đồng và sắt là những tổn thất chính trong biến áp nên chỉ hai loại tổn thất này được tính đến khi tính toán hiệu suất. Khi đó, hiệu suất của biến áp có thể được viết như sau :

Trong đó, x2Pcufl = tổn thất đồng (Pcu) ở bất kỳ tải nào x% của tải đầy đủ.
Hiệu suất tối đa (ηmax) xảy ra khi các tổn thất biến đổi bằng các tổn thất cố định. Vì tổn thất đồng phụ thuộc vào tải, nên nó là một lượng tổn thất biến đổi. Và tổn thất lõi được coi là lượng cố định. Vì vậy, điều kiện cho hiệu suất tối đa là :

Bây giờ chúng ta có thể viết hiệu suất tối đa như sau :

Điều này cho thấy chúng ta có thể đạt được hiệu suất tối đa ở tải đầy đủ bằng cách chọn lựa thích hợp các tổn thất cố định và biến đổi. Tuy nhiên, việc đạt được hiệu suất tối đa là khó khăn vì tổn thất đồng cao hơn nhiều so với các tổn thất lõi cố định.
Sự thay đổi của hiệu suất theo tải có thể được biểu diễn bằng hình dưới đây :

Chúng ta có thể thấy từ hình rằng hiệu suất tối đa xảy ra ở hệ số công suất đơn vị. Và hiệu suất tối đa xảy ra ở cùng một tải bất kể hệ số công suất của tải.

Hiệu suất Trong Ngày Của Biến áp

Đó là hiệu suất dựa trên năng lượng được tính cho các biến áp phân phối. Không giống như biến áp công suất, được đóng hoặc mở tùy thuộc vào tải mà nó xử lý, tải của biến áp phân phối liên tục dao động trong suốt 24 giờ mỗi ngày. Vì tổn