Công thức tính công suất của máy biến áp

Câu hỏi: Công thức tính hiệu suất máy biến áp?

Lời giải:

Hiệu suất của máy biến áp là tỉ số [tính ra %] giữa công suất lấy ra ở mạch thứ cấp P2và công suất đưa vào ở mạch sơ cấp P1.

Hao phí điện năng trong máy biến áp chủ yếu ở dạng toả nhiệt Jun – Lenxơ trong các cuộn dây và do dòng Phucô trong lõi thép gây ra. Ta hạn chế bằng cách dùng dây dẫn bằng đồng tốt và lõi thép làm bằng các lá thép mỏng pha silic ghép cách điện với nhau.

Vì vậy hiệu suất của máy biến áp rất cao, trong thực tế có thể đạt tới 98% hay 99%.

Cùng Top lời giải đi tìm hiểu thêm về vấn đề này nhé!

I. Hiệu suất là gì?

Trên thực tế có rất nhiều khái niệm hiệu suất trong các lĩnh vực khác nhau. Các khái niệm này đều có sự giống và khác nhau nhất định. Trước tiên chúng ta cần hiểu được ý nghĩa cốt lõi của hiệu suất là gì nói chung trước khi đi sâu vào các khái niệm hiệu suất khác nhé.

Hiệu suất là khả năng hoạt động một cách có ích của vật cần xét. Đây là đại lượng đặc trưng biểu thị cho khả năng tránh lãng phí năng lượng, thời gian và chi phí của vật. Đây chính là thước khả năng thực hiện được lượng công việc trên thực tế so với tính toán ban đầu. Hiệu suất càng cao thì khả năng làm việc của vật càng hiệu quả. Điều này cũng đồng nghĩa với việc có càng ít năng lượng, vật liệu và chi phí bị hao phí.

Hiệu suất được ký hiệu bằng chữ cáiη trong bảng chữ cái Hy Lạp.Ký hiệu này được đọc là Eta

II. Máy biến áp

1. Tác dụng:

– Biến đổiđiện áp hiệu dụng[hoặc điện áp cực đại] của dòng điệnxoay chiềumàkhông làm thayđổi tần số

2. Nguyên tắc hoạt động:

– Dựa vào hiện tượng cảm ứng từ

3. Cấu tạo:

– 2 cuộn dây quấn trên cùng một lõi thép:

+ Cuộn vào [1]: Cuộn sơ cấp

+ Cuộn ra [2]: Cuộn thứ cấp

[Có thể thay thế bởi một cuộn dây với 3 đầu]

– Một lõi thép: để dẫn từ được ghép với nhau bởi các lõi thép cách điện

4. Điều kiện để hiệu suất máy biến áp lớn nhất.

Chúng ta biết rằng:

Tổn thất đồng: Pcu = Wc = I12. R1hayI22R2

Tổn thất sắt: Wi = tổn thất từ trễ+ tổn thất dòng điện xoáy

WI= WH+ WE

Ta có công suất đi vào máy biến áp:

P1= V1I1Cosθ1

=> η= Pin - Pth/ Pin = [Pin - Pcu - Pfe]/Pin

η= [P1–WC– WI] / P1

η = [V1I1Cosθ1–I12. R1–WI]/V1I1Cosθ1

η = 1- [I12. R1/V1I1Cosθ1] –[WI/V1I1Cosθ1]

Hay

η = 1- [I1. R1/V1Cosθ1] –[WI/V1I1Cosθ1]

Để xác định hiệu suất lớn nhất ta lấy đạo hàm theoI1hàm trên và cho bằng 0:

dη/ dI1= 0 – [R1/V1Cosθ1] + [WI/V1I12Cosθ1] = 0

dη/ dI1= – [R1/V1Cosθ1] + [WI/V1I12Cosθ1] = 0

R1/ [V1Cosθ1] = [WI/V1I12Cosθ1]

WI= I12. R1 hay I22R2

Vậy để hiệu suất máy biến áp lớn nhất thì tổn thất sắt phải bằng tổn thất đồng.

Giá trị của dòng điện thứ cấpI2mà tại đó hiệu suất lớn nhất là:

I2= √ [WI/ R2]

Đó cũng là giá trị dòng điện thứ cấpI2làm cho tổn thất sắt và tổn thất đồng bằng nhau.

Theo như trên, hiệu suất lớn nhất luôn có thể đạt được. Vì vậy, với thiết kế thích hợp, hiệu suất lớn nhất có thể đạt được với bất kì giá trị nào của tải. Tôn thất sắt và đồng có thể được cân bằng.

Nhận xét:

+ Hiệu suất luôn luôn bé hơn 1 và thường được xác định bằng phần trăm [%]

+ Máy biến áp lí tưởng có hiệu suất là 100% nghĩa là hiệu suất của máy biến áp lí tưởng là 1.

+ Hiệu suất máy biến áp thực nhìn chung khá cao từ 90 đến 98%

5. Hiệu suất của máy biến áp trong thực tế:

Như chúng ta đã biết hiệu suất của máy biến áp là tỉ số giữa dòng công suất đi vào và ra khỏi máy biến áp. Nhưng hiệu suất của một số máy biến áp không thể xác định theo công thức như trên được.

Những máy biến áp phân phối cung cấp điện chiếu sáng và những mạch tương tự như vậy, dòng công suất cung cấp cho cuộn sơ cấp trong suốt 24h, nhưng ở cuộn thứ cấp không nhận công suất đó trong toàn thời gian của 1 ngày [24h]. Nói cách khác, cấp thứ cấp chỉ cần nhận công suất vào ban đêm để cung cấp cho những mạch chiếu sáng. Cuộn thứ cấp cung cấp công suất cho tải rất nhỏ hoặc hoạt động không tải trong phần lớn thời gian 24h. Điều này có nghĩa rằng tổn thất lõi thép đều đặn trong 24h nhưng tổn thất đồng chỉ xảy ra khi máy biến áp có tải.

Từ đó có thể nhận ra rằng cần thiết để thiết kế một máy biến áp mà tổn thất trong lõi thép là thấp. Tổn thất đồng phụ thuộc vào tải nên có thể bỏ qua. Trong trường hợp này chúng ta cần theo dõi hiệu suất trong suốt thời gian. Có thể gọi đây là hiệu suất hoạt động. Dựa trên điện năng đã sử dụng, chúng ta có thể ước lượng được hiệu suất hoạt động cho từng khoảng thời gian. Chúng ta có thể dùng công thức:

Hiệu suất =η= Aout [kWh]/ Ain[kWh]

Công thức máy biến áp 1 pha hay còn gọi là công thức tính công suất tỉ số của máy biến áp 1 pha và 3 pha. Trên thực tế thì  công suất tỉ số của biến áp 1 pha và 3 pha cũng nó rất nhiều nét giống nhau. Như cách tính toán số vòng dây, lõi sắt.

Công thức tính máy biến áp 1 pha.

Đối với máy biến áp 1 pha thì có công thức khá là đơn giản. Nhưng nếu bạn là chưa có kinh nghiệm nào về ngành điện thì cũng hơi khó hình dung.

Bạn cần quấn 1 máy biến áp 1 pha có công suất 2KVA có điện áp vào 220V, điện áp ra 24V  . Vậy cần lõi săt từ cần như thế nào, quấn số vòng dây là bao nhiêu, chọn tiết diện dây là loại dây nào? 

Bạn Cần Xác định 3 thông số chính tạo ra 1 máy biến áp 1 pha

• Thông số điện vào sơ cấp [UVào] : Điện vào biến áp là bao nhiều Vol [đó là 220V]
• Thông số điện ra thứ cấp [URa : Điện đầu ra biến áp là bao nhiều Vol [Đó là 24V]
• Công suất máy biến áp [P]: Công suất máy thường được tính bằng KVA, Ampe [A] , KW. [Đó là 2KVA]

Khâu Chuẩn bị:

• Bạn cần tính Lõi thép vuông sắt [Fe] Silic loại E-I [hoặc lõi xuyến] lớn nhỏ theo công suất máy: Để có thể tính được lõi sắt chúng ta cần tính được tiết được diện tích lõi sắt. Bắt buộc nó phải phù hợp với công suất của máy thì chọn lõi sắt có diện tích phù hợp nhất. Để chúng ta tính theo công thức thực nghiệm sau đây. Đây là công thức duy nhất được áp dụng với tần số điện 50Hz tại Việt Nam. Chủ yếu để xác định diện tích lõi sắt cần quấn theo công suất

1. Công thức xác định diện tích lõi sắt cần quấn biến áp 1 pha.

P = [K x η x S2]/14000 

Trong đó chú thích:

• P là công suất của máy biến áp cách ly [VA]
• η là hệ số hiệu suất cốt lõi sắt EI Hoặc Xuyến
• K Hệ số hở từ thông giữa các lõi thép: Hệ số này nhà cung cấp lõi thép sẽ cung cấp.[ Các lá thép khi xếp lại với nhau luôn có 1 đường hở ]
• S diện tích lõi sắt cần quấn [mm2]: S càng lớn thì chịu được công suất càng lớn.

Dưới đây là bảng tra hệ số hiệu suất của lõi sắt silic và hệ số hở của từ thông

Từ công thức trên chúng ta có thể tính được diện tích được diện tích lõi sắt biến áp cách cần quấn như sau, 

 S2= [P x 14000]/[K x η]

=> S = √S2  

Với thị trường Việt Nam hiện nay thường có loại Fe tôn Silic có độ dầy là 0,5mm là chính nên ta sẽ chọn hệ số K = 0,8, hệ số η = 0,8

Với ví dụ ở đầu bài ta đã có công suất máy P = 2KVA có thể tính được diện tích cần tìm của lõi sắt là như sau

S2= [P x 14000]/[K x η] = [2000 x 14000]/ [0.08 x 0,8]= 280,000,000 mm2

Lấy căn bậc 2 của S2 ta tìm được S có diện tích S= 280.000.00mm2 = 349,8Cm2

Và như hình dưới đây chúng ta có thể thấy được diện tích. S được tính bằng chiều rộng a của bản Fe và chiều Dầy b của lõi S = a x b. Với diện tích cần quấn 394,8Cm2  từ đó có thể chọn bộ Fe có diện tích a= 78, b = 68 là phù hợp với công suất này.

Công thức máy biến áp 3 pha.

Ta gọi N1, N2 lần lượt là số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp máy biến áp 3 pha. Thì U1, U2 là điện áp ở 2 đầu cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp; I1, I2 lần lượt là cường độ dòng điện.

Hiệu dụng của dòng điện ở 2 đầu cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Chú ý Tỉ số điện áp ở 2 đầu cuộn thứ cấp chính bằng tỉ số vòng dây ở 2 cuộn tương ứng.

Do tỉ số e2/e1 sẽ không thay đổi theo thời gian. Nên có thể thay tỉ số này bằng giá trị hiệu dụng. Do điện trở thuần của cuộn dây sơ cấp biến áp 3 pha là rất nhỏ. Nên có thể coi U1 = E1, trong khi mạch thứ cấp hở nên ta có U2 = E2.

Công thức tính tỉ số máy biến áp 3 pha như sau:

– Nếu N1 < N2 => U1 < U2, máy biến áp 3 pha này là máy tăng áp.

– Nếu N1 > N2 => U1 > U2, máy biến áp 3 pha này là máy hạ áp.

Vì máy biến áp 3 phacó mức hao phí không đáng kể nên công suất ở 2 đầu cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp coi như bằng nhau.

Hiện chúng tôi đang là đối tác lớn cung cấp máy ổn áp và biến áp cho nhiều khu công nghiệp lớn tại miền Bắc như Khai Quang, Quế Võ, Tiên Sơn, VSIP, Yên Bình, An Xá, Đại An….

Sản phẩm hiện đã có mặt trên hệ thống đại lý rộng rãi trên toàn quốc. Với mục đích giúp khách hàng dễ dàng tiếp cận những sản phẩm chất lượng.

Để được tư vấn, hỗ trợ và đặt hàng máy biến áp Litanda chính hãng, quý khách hàng vui lòng liên hệ địa chỉ dưới đây :

Công ty cổ phần Litanda Việt Nam

Số 629 Phúc Diễn – Nam Từ Liêm – Hà Nội

Hotline : 0949.904.988

Website : //onap.vn

Email    :

Ổn áp Litanda xuất khẩu sang nước ngoài: