Tổn Hao Trong Máy Biến Áp

Do đó, trong máy biến áp lý tưởng sẽ không có tổn thất năng lượng, và công suất đầu vào bằng công suất đầu ra.
Tuy nhiên, thực tế do có tổn thất điện bên trong, công suất đầu vào và đầu ra của máy biến áp sẽ không bằng nhau.
Vì máy biến áp không có bộ phận chuyển động nên nó là thiết bị tĩnh; do đó không có tổn thất cơ khí, nhưng sẽ có tổn thất điện như tổn thất đồng và sắt.
Mục đích của bài viết này là cung cấp cái nhìn tổng quan về các loại tổn thất có thể xảy ra trong máy biến áp.

Các Loại Tổn Hao Trong Máy Biến Áp
Các tổn thất trong máy biến áp có thể bao gồm:

1. Tổn thất sắt (Iron Loss),
2. Tổn thất đồng (Copper Loss),
3. Tổn thất do từ trễ (Hysteresis Loss),
4. Tổn thất do dòng điện xoáy (Eddy Current Loss),
5. Tổn thất rò rỉ (Stray Loss), và
6. Tổn thất điện môi (Dielectric Loss).

Tổn thất từ trễ xảy ra do sự thay đổi từ hóa trong lõi máy biến áp, trong khi tổn thất đồng xảy ra do điện trở của cuộn dây.
Chi tiết các loại tổn thất như sau:

1) Tổn thất sắt (Iron Loss)
Tổn thất sắt được tạo ra bởi từ thông xoay chiều trong lõi máy biến áp, thường gọi là tổn thất lõi. Tổn thất sắt được chia thành tổn thất từ trễ và tổn thất dòng điện xoáy.

2) Tổn thất từ trễ (Hysteresis Loss)
Lõi máy biến áp bị từ hóa luân phiên, tạo thành vòng từ trễ cho mỗi chu kỳ điện áp.
Năng lượng bị tiêu tán dưới dạng nhiệt gọi là tổn thất từ trễ, được biểu diễn bằng công thức:

$Ph=K\eta B_{max}^{1.6}fV(\text{watts})$Trong đó:

• Kη: Hằng số tỷ lệ phụ thuộc vào thể tích và chất lượng lõi,
• f: Tần số nguồn,
• Bmax: Mật độ từ thông cực đại.

Tổn thất lõi có thể giảm bằng cách chế tạo lõi từ thép silic.

3) Tổn thất dòng điện xoáy (Eddy Current Loss)
Khi từ thông đi qua một mạch kín, suất điện động được cảm ứng và dòng điện chạy trong mạch; giá trị dòng điện phụ thuộc vào suất điện động và điện trở mạch.
Do lõi làm bằng vật liệu dẫn điện, các suất điện động tạo ra dòng điện xoáy trong thân vật liệu.
Các dòng điện này gọi là dòng điện xoáy.
Tổn thất do dòng điện xoáy là tổn thất I²R trong vật liệu từ, không tạo ra công việc hữu ích.

Tổn thất này được giảm bằng cách dùng các lá thép mỏng ghép lại làm lõi.
Công thức tính tổn thất dòng điện xoáy:

$Pe=K_e{B}_m^2{t}^2{f}^{2}V(\text{watts})$Trong đó:

• Ke: Hệ số dòng điện xoáy, phụ thuộc vào loại vật liệu từ, thể tích, điện trở suất và độ dày lá thép,
• Bm: Mật độ từ thông cực đại (Wb/m²),
• t: Độ dày lá thép (m),
• f: Tần số đảo chiều từ trường (Hz),
• V: Thể tích vật liệu từ (m³).

4) Tổn thất đồng (Copper Loss hay Ohmic Loss)
Tổn thất này xảy ra do điện trở của cuộn dây máy biến áp. Giả sử I₁ và I₂ là dòng điện sơ cấp và thứ cấp, R₁ và R₂ là điện trở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, thì tổn thất đồng:

$Pc=I_1^2{R}_1+I_2^2{R}_2$Tổn thất đồng thay đổi theo tải và được gọi là tổn thất biến đổi, tỷ lệ với bình phương dòng điện tải.

5) Tổn thất rò rỉ (Stray Loss)
Tổn thất này xảy ra do từ trường rò rỉ. Chúng rất nhỏ so với tổn thất sắt và đồng nên thường bỏ qua.

6) Tổn thất điện môi (Dielectric Loss)
Tổn thất điện môi xảy ra trong vật liệu cách điện của máy biến áp, như dầu hoặc cách điện rắn. Khi dầu bị suy giảm chất lượng hoặc cách điện rắn bị hỏng, hiệu suất máy biến áp sẽ giảm.

Theo mô tả trên, máy biến áp có cả tổn thất cố định và tổn thất biến đổi. Tổng tổn thất máy biến áp:

$\text{Tổng tổn thất} = \text{Tổn thất cố định} + \text{Tổn thất biến đổi}.$