Đặc điểm chính của máy biến áp

Đặc tính bên ngoài của máy biến áp

Biết rằng hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp máy biến thế phụ thuộc vào dòng điện tải nối với cuộn dây đó. Sự phụ thuộc này được gọi là đặc tính bên ngoài của máy biến áp.

Đặc tính bên ngoài của máy biến áp được loại bỏ ở điện áp cung cấp không đổi, khi tải thay đổi, thực tế là với sự thay đổi dòng tải, điện áp ở các đầu của cuộn thứ cấp, tức là. điện áp thứ cấp của máy biến áp cũng thay đổi.

Hiện tượng này được giải thích là do trên điện trở của cuộn thứ cấp, khi điện trở tải thay đổi thì điện áp rơi cũng thay đổi, và do điện áp rơi trên điện trở của cuộn sơ cấp thay đổi nên EMF của cuộn thứ cấp thay đổi tương ứng.

Do phương trình cân bằng EMF trong cuộn sơ cấp chứa các đại lượng vectơ, nên điện áp trên cuộn thứ cấp phụ thuộc vào cả dòng điện tải và bản chất của tải đó: tải đó là hoạt động, điện cảm hay điện dung.

Bản chất của tải được thể hiện bằng giá trị của góc pha giữa dòng điện qua tải và điện áp trên tải. Về cơ bản, bạn có thể nhập hệ số tải sẽ cho biết dòng tải khác với dòng định mức bao nhiêu lần cho một máy biến áp nhất định:

Để tính toán chính xác các đặc tính bên ngoài của máy biến áp, có thể sử dụng một mạch tương đương, trong đó, bằng cách thay đổi điện trở tải, điện áp và dòng điện của cuộn thứ cấp có thể được cố định.

Tuy nhiên, công thức sau đây tỏ ra hữu ích trong thực tế, trong đó điện áp mạch hở và "sự thay đổi điện áp thứ cấp", được đo bằng phần trăm, được thay thế và được tính bằng chênh lệch số học giữa điện áp mạch hở và điện áp ở một tải nhất định dưới dạng phần trăm của điện áp mạch hở:

Biểu thức để tìm «sự thay đổi điện áp thứ cấp» thu được với các giả định nhất định từ mạch tương đương của máy biến áp:

Các giá trị của các thành phần phản ứng và hoạt động của điện áp ngắn mạch được nhập vào đây. Các thành phần điện áp này (hoạt động và phản kháng) được tìm thấy bởi các tham số mạch tương đương hoặc được tìm thấy bằng thực nghiệm trong kinh nghiệm ngắn mạch.

Kinh nghiệm ngắn mạch tiết lộ rất nhiều điều về máy biến áp.Điện áp ngắn mạch được tính bằng tỷ số giữa điện áp ngắn mạch thử nghiệm với điện áp sơ cấp định mức. Thông số "điện áp ngắn mạch" được chỉ định bằng phần trăm.

Trong quá trình thí nghiệm, cuộn dây thứ cấp được nối tắt với máy biến áp, trong khi điện áp được đặt vào cuộn sơ cấp thấp hơn nhiều so với định mức, do đó dòng điện ngắn mạch bằng giá trị định mức. Ở đây, điện áp cung cấp được cân bằng bởi điện áp rơi trên các cuộn dây và giá trị của điện áp giảm được áp dụng được coi là điện áp rơi tương đương trên các cuộn dây ở dòng tải bằng với giá trị định mức.

Đối với máy biến áp cấp nguồn thấp và máy biến áp nguồn, giá trị điện áp ngắn mạch nằm trong khoảng từ 5% đến 15% và máy biến áp càng mạnh thì giá trị này càng nhỏ. Giá trị chính xác của điện áp ngắn mạch được đưa ra trong tài liệu kỹ thuật cho một máy biến áp cụ thể.

Hình vẽ thể hiện các đặc tính bên ngoài được xây dựng theo các công thức trên, ta có thể thấy các đồ thị là tuyến tính, điều này là do điện áp thứ cấp không phụ thuộc nhiều vào hệ số tải do điện trở của cuộn dây tương đối thấp và từ tính hoạt động từ thông ít phụ thuộc vào tải.

Hình vẽ cho thấy góc pha, tùy thuộc vào bản chất của tải, ảnh hưởng đến việc đặc tính giảm hay tăng. Với tải hoạt động hoặc hoạt động, đặc tính cảm ứng giảm xuống, với tải hoạt động, nó có thể tăng lên, và khi đó thuật ngữ thứ hai trong công thức "thay đổi điện áp" trở thành âm.

Đối với máy biến áp công suất thấp, thành phần hoạt động thường giảm nhiều hơn so với thành phần cảm ứng, do đó, đặc tính bên ngoài với tải hoạt động ít tuyến tính hơn so với tải cảm ứng hoạt động. Đối với các máy biến áp mạnh hơn thì ngược lại, do đó đặc tính tải hoạt động sẽ nghiêm ngặt hơn.

Hiệu suất máy biến áp

Hiệu suất của máy biến áp là tỷ số giữa công suất điện hữu ích được cung cấp cho tải với công suất điện tác dụng mà máy biến áp tiêu thụ:

Công suất tiêu thụ của máy biến áp là tổng công suất tiêu thụ của tải và công suất tổn thất trực tiếp trong máy biến áp. Ngoài ra, công suất tác dụng có liên quan đến tổng công suất như sau:

Vì điện áp đầu ra của máy biến áp thường phụ thuộc yếu vào tải nên hệ số tải có thể liên quan đến công suất biểu kiến ​​danh định như sau:

Và công suất tiêu thụ của tải ở mạch thứ cấp:

Tổn thất điện trong tải có độ lớn tùy ý có thể được biểu thị, có tính đến tổn thất ở tải danh định, theo hệ số tải:

Tổn thất tải danh nghĩa được xác định rất chính xác bởi công suất tiêu thụ của máy biến áp trong thí nghiệm ngắn mạch và tổn thất có tính chất từ ​​tính bằng với công suất không tải mà máy biến áp tiêu thụ. Các thành phần tổn thất này được đưa ra trong tài liệu về máy biến áp. Vì vậy, nếu chúng ta xem xét các sự kiện trên, công thức hiệu quả sẽ có dạng sau:

Hình vẽ cho thấy sự phụ thuộc của hiệu suất máy biến áp vào tải.Khi tải bằng không, hiệu quả bằng không.

Khi hệ số tải tăng lên, công suất cung cấp cho tải cũng tăng lên và tổn thất từ ​​tính không thay đổi, và hiệu quả, dễ dàng nhận thấy, tăng tuyến tính. Sau đó, đến giá trị tối ưu của hệ số tải, tại đó hiệu suất đạt đến giới hạn, tại thời điểm này, hiệu suất đạt được là tối đa.

Sau khi vượt qua hệ số tải tối ưu, hiệu suất bắt đầu giảm dần. Điều này là do tổn thất điện năng tăng lên, chúng tỷ lệ với bình phương dòng điện và theo đó, với bình phương hệ số tải. Hiệu suất tối đa đối với máy biến áp công suất cao (công suất được đo bằng đơn vị kVA trở lên) nằm trong khoảng 98% đến 99%, đối với máy biến áp công suất thấp (dưới 10 VA) hiệu suất có thể vào khoảng 60%.

Theo quy định, ở giai đoạn thiết kế, họ cố gắng chế tạo máy biến áp sao cho hiệu suất đạt giá trị tối đa ở hệ số tải tối ưu từ 0,5 đến 0,7, sau đó với hệ số tải thực từ 0,5 đến 1, hiệu suất sẽ gần đạt mức tối đa. Với giảm hệ số công suất (cosine phi) của tải nối với cuộn thứ cấp, công suất ra cũng giảm, trong khi tổn thất điện và từ không đổi, do đó hiệu suất trong trường hợp này giảm.

Chế độ hoạt động tối ưu của máy biến áp, tức là chế độ danh nghĩa, thường được đặt theo các điều kiện hoạt động không có sự cố và theo mức độ gia nhiệt cho phép trong một thời gian hoạt động nhất định.Đây là điều kiện cực kỳ quan trọng để máy biến áp vừa phát công suất định mức vừa vận hành ở chế độ định mức không bị quá nhiệt.