Tại sao công suất của máy biến áp là kVA mà không phải là kW?

Một cách đơn giản, có 2 loại tổn thất trong máy biến áp:

1) Tổn thất đồng

2) Tổn thất sắt hay tổn thất trong lõi thép

Tổn thất đồng ( I²R ) phụ thuộc vào dòng điện chạy qua các cuộn dây trong khi tổn thất sắt hay tổn thất trong lõi thép phụ thuộc vào điện áp. Hai tổn thất này không phụ thuộc vào hệ số công suất của tải, điều này giải thích tại sao công suất của máy biến áp là kVA mà không phải là kW.

Xem thêm

Tuổi thọ bình thường của một máy biến áp là bao nhiêu?

Khi một máy biến áp vận hành theo tiêu chuẩn ANSI / IEEE thì tuổi trọ trung bình của nó là 20 năm. Theo tiêu chuẩn ANSI / IEEE thì:

1) Máy biến áp luôn luôn vận hành với điện áp và công suất định mức

2)  Nhiệt độ trung bình của không khí xung quanh luôn luôn đạt 30 ° C (86 ° F) và  không vượt quá 40 ° C (104 ° F).

3) Chiều cao, nơi các máy biến áp được lắp đặt không trên 3300 feet hoặc 1000 mét.

Xem thêm

Tại sao công suất định mức máy phát là kVA, không phải là kW?

Từ công thứ  P =  √3 UICos φ cho thấy công suất tác dụng phụ thuộc vào hệ số cos φ của phụ tải. Nhưng trong máy phát điện phần dẫn điện được tính toán để tải được một dòng điện nhất định và phần cách điện được tính toán để chịu được một điện áp nhất định mà không phụ thuộc vào hệ số công suất của tải. Vì lý do này mà công suất biểu kiến ( kVA) được coi là công suất định mức của máy phát điện.

Xem thêm

Cầu chì và các loại cầu chì

Cầu chì là gì?
Cầu chì là một thiết bị điện, được sử dụng để bảo vệ các mạch quá dòng, quá tải và đảm bảo việc bảo vệ các mạch. Có nhiều loại cầu chì có sẵn trên thị trường, nhưng chức năng của tất cả các cầu chì là giống nhau.
Cầu chì bao gồm một dây điện trở kim loại thấp kèm theo một vật liệu không cháy bên trong. Bất cứ khi nào một ngắn mạch, quá dòng hay quá tải xảy ra dây mỏng bên trong cầu chì nóng chảy vì nhiệt sinh ra bởi dòng điện lớn chảy qua nó. Do đó, nó ngắt kết nối phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống. Trong hoạt động bình thường của mạch điện, dây cầu chì có trở kháng rất thấp và không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của hệ thống điện.

Các loại cầu chì:

Có nhiều loại khác nhau của cầu chì có trên thị trường và chúng có sản xuất trên các khía cạnh khác nhau. Cầu chì được sử dụng trong cả mạch AC cũng như DC, vì thế chúng có thể được chia thành hai loại chính theo điện áp đầu vào cầu chì AC, cầu chì DC.

Cầu chì AC và DC:

Có một sự khác biệt nhỏ giữa cầu chì AC và DC được sử dụng trong các hệ thống AC và DC.

Trong một hệ thống DC, khi dây kim loại nóng chảy vì sức nóng được tạo ra bởi quá dòng, sau đó hồ quang được tạo và  rất khó để dập tắt hồ quang vì giá trị dòng DC không đổi. Vì vậy, để giảm thiểu các hồ quang, cầu chì DC là lớn hơn một chút so với cầu chì AC làm tăng khoảng cách giữa các điện cực để giảm hồ quang. Mặt khác, trong hệ thống AC, điện áp với 60Hz hoặc 50Hz tần số thay đổi nó biên độ từ số không đến 60 lần mỗi giây, do đó hồ quang có thể bị dập tắt dễ dàng so với DC. Do đó, cầu chì AC có chút nhỏ trong kích thước so với cầu chì DC.

Một số loại cầu chì phổ biến:

Cầu chì ống:

Cầu chì ống được sử dụng để bảo vệ các thiết bị điện như động cơ máy điều kiện, tủ lạnh, máy bơm vv, nơi  có điện áp và dòng điện yêu cầu cao.Chúng có dòng định mức lên đến 600A và 600V AC và sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, thương mại cũng như bảng phân phối trong nhà.
Có hai loại cầu chì ống là cầu chì không có thời gian trễ và có thời gian trễ. Cả hai đều có các giá trị định mức là 250V AC 600V AC .

Cầu chì lưỡi:

Đây là loại cầu chì đi kèm trong vỏ bằng nhựa và hai kim loại đầu nhọn để phù hợp với ổ cắm. Phần lớn, chúng sử dụng trong xe ô tô cho hệ thống dây điện và bảo vệ ngắn mạch.

Xem thêm

Hoạt động của tuabin gió

Xem thêm

Tại sao công suất định mức của động cơ điện là kW thay cho kVA?

Như ta đã biết công suất định mức của máy biến áp cũng tương tự như của máy phát điện là kVA. Người thiết kế thực sự không thể biết hệ số công suất của phụ tải trong khi chế tạo máy biến áp và máy phát hệ số công suất của máy biến áp và máy phát phụ thuộc vào bản chất của tải được kết nối như tải thuần trở, thuần cảm, thuần dung và tải cảm ứng như động cơ... nhưng động cơ có hệ số công suất cố định, động cơ đã được xác định hệ số công suất và được đánh giá bằng kW ghi trên nhãn máy. Vì thế mà công suất của động cơ là kW hay HP ( mã lực ) thay cho kVA.

Ngoài ra, động cơ là thiết bị biến đổi điện năng thành cơ năng. Trong trường hợp tải đơn thuần chỉ là cơ không điện thì chỉ có công suất tác dụng được chuyển thành cơ năng cấp cho tải. Hơn nữa, hệ số công suất không phụ thuộc vào tải, nó hoạt động trên bất kì hệ số công suất nào theo thiết kế của nó.

Xem thêm

Hiệu suất của động cơ điện là gì? Làm thế nào để cải thiện nó?

Động cơ điện là một loại máy điện mà biến đổi điện năng thành cơ năng sử dụng sự tương tác giữa từ trường và dòng điện trong cuộn dây của nó để tạo ra momen lực trong động cơ. Nếu chúng ta đảo ngược quá trình này thì cơ năng sẻ biến đổi thành điện năng và đó là nguyên lí của máy phát điện. Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng chính trong động cơ.

Các thành phần cơ bản của động cơ:

Rotor:

Đây là phần động và là phần quan trọng của động cơ, nó làm quay trục động cơ để tạo ra cơ năng.

Stator:

Là phần tĩnh của động cơ, nó hoặc là vài cuộn dây hoặc là một nam châm cố định. Lõi của nó được làm từ nhiều cán hoặc tấm kim loại ghép lại với nhau để tổn thất là nhỏ nhất.

Khe hở không khí ( air gap ):

Một khe hở nhỏ giữa stator và rotor gọi là khe hở không khí. Nó là cần thiết nhưng buộc phải được làm càng hẹp càng tốt vì nếu không như vậy nó có thể sẽ ảnh hưởng xấu đến hiệu suất động cơ.

Bộ chỉnh lưu ( commutator ):

Về cơ bản nó gắn với quá trình chuyển đổi đầu vào cho động cơ một chiều. Nó bao gồm các vòng trượt được cách điện với nhau và với trục.

Hệ số công suất của động cơ điện là gì?

Tỉ số giữa công suất vào và ra khỏi động cơ được gọi là hiệu suất chủa động cơ, nó được kí hiệu là “η” và biểu diễn bằng %.

Đây là hệ số thể hiện hiệu quả của động cơ. Nó có thể được tính như sau: 

                                                  

                                               η = ( Pout / Pin ) x 100%

                               

                                hay         η = ( Pin - Pth / Pin ) x 100%   Pth: công suất tổn hao trong động cơ

                                hay         η = ( Pout/ Pout + Pth ) x 100%  

Giải thích quá trình mất mát năng lượng và sự chênh lệch công suất trong động cơ điện:

Khi chúng ta cung cấp một công suất hữu ích đi vào động cơ, sau đó thì tổn thất đồng xảy ra trong cuộn dây phần ứng và cuộn kích từ.

Bây giờ ta lấy công suất vào trừ cho tổn thất đồng ta được công suất điện từ cung cấp cho phần ứng .

Phần công suất còn lại không phải là tổng công suất ra khỏi động cơ bởi vì còn tổn thất sắt và ma sát xảy ra bên trong động cơ, nó chiếm khoảng 10 - 20 % tổng tổn thất.

Cuối cùng ta lấy công suất điện từ trừ cho tổn thất sắt và ma sát ta có tổng công suất ra khỏi động cơ cung cấp cho tải.

Tổn thất đồng = A- B

Tổn thất sắt và ma sát = B- C

Hiệu suất công suất tổng = η_c = C/A = Pout/ Pin

Hiệu suất cơ học = η_m = C/B = Pout/ Pđt

Hiệu suất điện từ = η_e = B/A = Pđt/ Pin

Làm thế nào để cải thiện hiệu suất của động cơ:

Hiệu suất của động cơ ảnh hưởng bởi những tổn thất mà bao gồm tổn thất điện và tổn thất cơ do ma sát, từ trường tản trong lõi thép động cơ và  những tổn thất khác nhau tùy loại vật liệu sử dụng. Để động cơ làm việc hiệu quả hơn chúng ta phải giảm tổn thất trong động cơ. Ở đây có một số phương pháp và lời khuyên để cải thiện hiệu suất của động cơ.

1. Chức năng của vỏ động cơ là bảo vệ cho cuộn dây tránh khỏi những tác động cơ học. Vỏ động cơ đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất nhiệt của nó bởi vì nó có chịu trách nhiệm trao đổi nhiệt giữa bên trong động cơ với môi trường nơi không khí được thổi bởi các quạt sẽ thúc đẩy quá trình tản nhiệt. Điều này sẽ làm giảm tổn thất nhiệt.

3. Stator là thành phần chính của rotor là nguyên nhân gây ra 60% tổn thất vì vậy để giảm lượng tổn thất này của cuộn dây phải tăng tiết diện để giảm điện trở. Động cơ mà có hiệu suất cao chứa thêm 25% đồng so với động cơ được thiết kế theo mô hình tiêu chuẩn.

4. Tổn thất trong rotor được coi như là tổn thất nguồn thứ cấp mà nguyên nhân là do hệ số trượt của động cơ. Thực sự, hệ số trượt là sự sai lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ rotor và trục cho bởi tải. Ở đây hệ số trượt thu được bằng cách lấy hiệu của tốc độ động cơ khi không tải và tốc độ động cơ khi có tải chia cho tốc độ động cơ khi không tải. Để giảm tốn thất do hệ số trượt gây ra cần tăng khả năng dẫn điện của rotor. Đồng được sử dụng rộng rãi vì có độ dẫn điện cao nhưng đồng phải được đúc chết như gần đây quá trình này đã được phát triển cho khuôn đúc bằng đồng.

5. Tổn thất sắt từ được tạo thành từ hiện tượng từ trễ, chiếm khoảng 20% tổng tổn thất công suất, được gây ra bởi dòng điện xoáy và lõi thép bão hòa. Bằng cách sử dụng những vật liệu dẫn từ tốt tổn thất có thể được giảm đến nhỏ nhất.

6. Để giảm bớt ảnh hưởng của hiện tượng từ trễ và lõi thép bão hòa thì lõi thép có chứa một lượng nhỏ silicon được sử dụng trong cán thép kim loại thay vì thép cacbon có chi phí thấp hơn. Theo cách này thì tổn thất lõi thép có thể được bỏ qua. Bằng cách giảm độ dày và tăng độ dày của các lá thép có thể giảm tổn thất từ thông và lõi thép.

7. Tổn thất dòng điện xoáy có thể giảm bằng cách đảm bảo khoảng cách giữa các lá thép sử dụng.

Xem thêm

Synchronous motor - động cơ đồng bộ

Xem thêm

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều

Xem thêm

Recloser Control Testing

Xem thêm

Tại sao từ thông trong cuộn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp là như nhau?

Câu hỏi đặt ra liệu có phải từ thông trong cuộn sơ cấp thì luôn lớn hơn trong cuộn thứ cấp?

Câu trả lời là từ thông trong cuộn sơ cấp và thứ cấp là luôn bằng nhau.

Trong trường hợp lí tưởng, từ thông tạo ra trong cuộn sơ cấp sẽ đi qua cuộn thứ cấp, vì vậy từ thông trong cuộn sơ cấp sẽ giống với từ thông trong cuộn thứ cấp.

Sau đây là một ví dụ đơn giản để giải thích điều này:

Cho một máy biến áp có thông số như sau: Số vòng dây cuộn sơ cấp  N₁ = 524 vòng, số vòng dây cuộn thứ cấp N₂ = 70 vòng, điện áp sơ cấp V₁= 3300 V, dòng thứ cấp I₂= 250 A. Tìm điện áp thứ cấp V₂ và dòng điện sơ cấp I_1.
Chúng ta biết rằng,

N2/N1 = V₂/V₁   ==> V₂ = (N₂ x V₁)/N₁  = (70 x 3300)/525 = 440 V.

Nếu bỏ qua tổn thất: 

 V₁I₁ = V₂I₂        ==> I₁/I₂ = V₂/ V₁  hay I₁ = (V₂ x I₂) / V₁ = 440 x 250/3300 = 33.3 A.

Bây giờ quay trở lại với công thức trong máy biến áp:

E₁= 4.44 .f .N₁ .Φ_{m 1}

Φ_{m 1} = E₁ / 4.44. f .N₁ 

Φ_{m 1} = 3300 / (4.44 x 50 x 525) = 0.0283 Wb = từ thông của cuộn sơ cấp.

Tương tự như vậy cho bên thứ cấp:

E₂ = 4.44 f N₂ Φ_m2

Φ_m2 = E₂ / 4.44 f N₂

Φ_m2 = 440 / (4.44 x 50 x 70) = 0.0283 Wb = từ thông của cuộn thứ cấp

Từ đây bạn có thể thấy rằng từ thông trong cuộn sơ cấp và thứ cấp là giống nhau.

Xem thêm

Độ thay đổi điện áp thứ cấp máy biến áp

 Nhìn chung một máy biến áp sẽ có điện áp thứ cấp lúc không tải cao hơn so với khi đầy tải với cùng  một công suất định mức ghi trên nhãn máy. Nói cách khác, khi mang tải điện áp thứ cấp của máy biến áp giảm nhẹ.
Độ thay đổi điện áp thứ cấp máy biến áp là độ chênh lệch điện áp thứ cấp khi không tải và khi đầy tải, thường được tính theo %.

Ví dụ ta có một máy biến áp có điện áp thứ cấp khi không tải là 240V và khi đầy tải là 230V. Thì độ lệch điện áp được tính:

Xem thêm

Hiệu suất và điều kiện để hiệu suất của Máy Biến Áp là lớn nhất

 1. Hiệu suất của Máy Biến Áp :

Hiệu suất của máy biến áp được định nghĩa là tỉ số giữa dòng công suất đi vào và ra khỏi máy biến áp.Theo lý thuyết giữa hệ số công suất và tải, hiệu suất của máy biến áp có thể được tính bằng cách chia công suất đi vào và đi ra khỏi nó (cũng tương tự như máy phát, động cơ,..). Nhưng giá trị của cả 2 dòng công suất đó phải cùng đơn vị ( cùng W,  kW hay MW...)

Chú ý rằng hiệu suất của máy biến áp rất cao bởi vì tổn thất trong máy biến áp rất thấp. Vì công suất đi vào và ra khỏi máy biến áp gần như bằng nhau nên việc đo lường 2 dòng công suất đó là gần như không thể. Cách tốt nhất để biết được hiệu suất của máy biến áp là đầu tiên xác định tổn thất trong máy biến áp và sau đó tính toán dựa trên những tổn thất đó.

Ta có: Hiệu suất = η= Pout/ Pin
                        <=>  η= Pout/ (Pout + Pth)              ......Pth: công suất tổn hao trong máy biến áp.
                        <=>  η= Pout/ (Pout + Pcu + Pfe)   ......Công suất tổn hao = tổn hao đồng + tổn hao sắt

Ta cũng có thể dùng công thức sau:

Ta có: Hiệu suất = η= Pout/ Pin

                        <=>  η= (Pin - Pth)/ Pin

                        <=>  η= 1- (Pth/ Pin) 

Như chúng ta đã biết để đánh giá máy biến áp ta dùng kVA chứ không phải là kW. Nhưng hiệu suất thì không phụ thuộc vào VA. Nó được biểu hiện rõ qua kW không phải là kVA. Do tổn thất tỉ lệ thuận với VA, nên hiệu suất phụ thuộc vào hệ số công suất. 

Ta có thể xác định các tổn thất trong máy biến áp bằng cách sau:

+ Xác định tổn thất sắt từ  bằng thí nghiệm không tải

+ Xác định tổn thất đồng bằng thí nghiệm ngắn mạch.

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

Chúng ta biết rằng:

Tổn thất đồng: Pcu = Wc =  I₁². R₁ hay I₂²R₂

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

W_I = W_H + W_E

Ta có công suất đi vào máy biến áp: P₁ = V₁I₁ Cosθ₁

                                                            =>     η= Pin - Pth/ Pin = (Pin - Pcu - Pfe)/Pin

                                                           <=>    η=    (P₁ – W_C – W_I) / P₁

                                                           <=>    η = (V₁ I₁ Cosθ₁ – I₁². R₁ – W_I)/ V₁ I₁ Cosθ₁

                                                                       <=>    η = 1- (I₁². R₁ /V₁I₁ Cosθ₁) –(W_I/ V₁ I₁Cosθ₁)

                                      Hay

                                                                      η = 1- (I₁. R₁ /V₁Cosθ₁) – (W_I/ V₁ I₁ Cosθ₁)

Để xác định hiệu suất lớn nhất ta lấy đạo hàm theo I₁ hàm trên và cho bằng 0:

                                               dη/ dI₁ = 0 – ( R₁ /V₁ Cosθ₁) + (W_I/V₁ I₁² Cosθ₁) = 0

                                            <=> dη/ dI₁= – ( R₁ /V₁ Cosθ₁) + (W_I/V₁ I₁² Cosθ₁) = 0 

                                            <=> R₁ / (V₁ Cosθ₁) = (W_I/V₁ I₁² Cosθ₁)

                                            <=> W_I = 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 cấp I₂ mà tại đó hiệu suất lớn nhất là:

I₂ = √ (W_I/ R₂)

Đó cũng là giá trị dòng điện thứ cấp I₂ làm 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%

3. 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)

Để hiểu rõ hơn về hiệu suất hoạt động chúng ta cần biết về chu kì tải hay là biểu đồ phụ tải trong một ngày.

Xem thêm

Cực tính của Máy Biến Áp

1. Đặt vấn đề?

Nhìn chung, khi chúng ta học về máy biến áp, chúng ta giả định rằng điện áp giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp, và dòng điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp là đồng pha. Nhưng nó không phải lúc nào cũng như vậy. Trong máy biến áp, góc pha giữa dòng điện và điện áp của cuộn sơ cấp và thứ cấp phụ thuộc vào cách mỗi vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp được quấn như thế nào.

Nhìn vào hình 1 và hình 2 bạn có thể thấy rằng bến sơ cấp của 2 máy biến áp là giống nhau, các cuộn dây được quấn cùng một chiều.

Nhưng ở hình 2 bạn có thể nhận ra cuộn dây thứ cấp quấn ngược chiều so với cuộn dây thứ cấp ở hình 1.

Do đó, điện áp cảm ứng trong cuộn dây thứ cấp ở hình 2 là lệch pha 180° hay ngược pha so với điện áp cảm ứng ở cuộn dây thứ cấp ở hình 1. Và dòng điện sơ cấp (I_S) cũng ngược pha so với dòng điện thứ cấp  (I_P).

Vì vậy có thể thấy rằng:

1. Điện áp và dòng điện sơ cấp và thứ cấp trong hình 1 là đồng pha.

2. Điện áp và dòng điện sơ cấp và thứ cấp trong hình 2 lệch pha nhau 180°. 

2. Điểm cực tính của máy biến áp.

Để không làm nhầm lẫn góc pha giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp cũng như dòng điện sơ cấp và thứ cấp, một điểm qui ước được đặt trên sơ đồ máy biến áp đơn giản. Những điểm này được đặt ở đỉnh đầu hoặc cuối của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp như hình 3 và 4.

Trong hình 3 chúng ta thấy rằng những điểm được trên đỉnh đầu của cả cuộn sơ cấp và thứ cấp. Điều này cho thấy rằng dòng và áp trên các cuộn này là đồng pha. Hơn nữa điện áp sơ cấp và thứ cấp (V_P and V_S) có dạng sóng tương tự nhau và dòng điện cũng vậy.

Vấn đề ngược lại trong hình 4, chúng ta có thể thấy rằng một điểm được đặt ở đỉnh đầu cuộn sơ cấp và điểm còn lại đặt đỉnh cuối của cuộn thứ cấp. Điều này cho thấy rằng điện áp và dòng điện của cuộn sơ cấp và thứ cấp là ngược pha nhau. Thêm nữa, dạng sóng điện áp sơ cấp và thứ cấp (V_P và V_S)  của mỗi cuộn là ngược nhau và dòng điện (I_P  và I_S) cũng vậy.

                                                                                    

Xem thêm