Tính toán tổn thất máy biến áp: Hướng dẫn thực tế, thân thiện với con người{0}}

Hãy trở thành những máy biến áp thực sự-không chuyển đổi một cách kỳ diệu tất cả năng lượng đầu vào thành đầu ra hữu ích. Chắc chắn là chúng khá hiệu quả, nhưng luôn có một lượng năng lượng nào đó bị "thấm" và biến thành nhiệt. Sức nóng đó chủ yếu đến từ hai thùng tổn thất lớn:

Tổn hao lõi (tổn hao sắt)

Tổn thất đồng (tổn hao cuộn dây)

Nếu bạn hiểu những mất mát này, bạn có thể làm tốt hơn rất nhiều vớihiệu quả, thiết kế nhiệt, Vàchi phí vận hành. Và thành thật mà nói, tổn thất máy biến áp không chỉ là vấn đề lý thuyết-những tổn thất đó ảnh hưởng trực tiếp đến số tiền bạn phải trả và thời gian duy trì hoạt động của thiết bị.

Tổn thất cốt lõi (Không-Tổn thất tải)

Tổn hao lõi hầu hết xảy ra ngay cả khi máy biến áp không mang tải nặng. Đó là lý do tại sao chúng thường được gọikhông-tổn thất tải-họ ở lạikhá ổn địnhvới tải.

Tổn thất cốt lõi thường bao gồm:

Mất trễ: năng lượng được sử dụng để tiếp tục chuyển đổi các miền từ trong vật liệu lõi

Tổn hao dòng điện xoáy: dòng điện cảm ứng trong các lớp mỏng cũng biến thành nhiệt

Tổn thất cốt lõi được đo lường như thế nào?

Chúng được đo bằng cách sử dụngKiểm tra mạch hở (OC):

Điện áp định mức được áp dụng cho sơ cấp

Thứ cấp còn lạimở-mạch

Số đọc của oát kế cho bạn biết tổn hao lõi, thường được viết là

Các mối quan hệ mất mát cốt lõi-gần đúng

Các kỹ sư thường sử dụng các công thức đơn giản hóa như thế này (tốt để hiểu xu hướng, mặc dù máy biến áp thực tế không bao giờ "hoàn hảo"):

Ở đâu:

Tổn thất đồng (tổn thất tải)

Tổn thất đồng xảy ra do dòng điện chạy qua cuộn dây. Và bất cứ khi nào dòng điện chạy qua điện trở, bạn sẽ bị nóng lên-cổ điển.

Điểm mấu chốt:Tổn hao đồng tăng theo bình phương dòng điện tải, có nghĩa là chúng có thể tăng tốc nhanh khi máy biến áp được tải nặng hơn.

Tổn thất đồng được đo như thế nào?

Chúng được tìm thấy bằng cách sử dụngKiểm tra ngắn mạch (SC):

Một cuộn dây bị chập

Điện áp được đặt dần dần vào cuộn dây kia cho đến khi dòng điện định mức chạy qua

Số chỉ của oát kế làmất đồng-đầy tải, thường được gọi là

Tổn thất đồng ở mọi mức tải

Nếu dòng tải làvà dòng điện định mức là​, thì:

Vì vậy, có-nếu bạn tải máy biến áp lên 50%, tổn thất đồng sẽ không giảm một nửa; họ giảm xuống còn khoảng một phần tư. Đó chính là hiệu ứng "vuông" đang phát huy tác dụng của nó.

Hiệu suất của máy biến áp cho bạn biết lượng điện năng thực sự hữu ích mà bạn sử dụng được so với lượng điện năng bạn tiêu tốn bao gồm cả tổn thất:

Một cách thực tế hơn (sử dụng kVA, PF và phần tải)

Trong-tính toán thực tế, người ta thường sử dụng định mức kVA và hệ số công suất (PF). Một hình thức thực tế là:

Khi nào hiệu quả đạt đỉnh?

Hiệu suất cao nhất thường xảy ra khi:

Và trong nhiều máy biến áp phân phối, "điểm ngọt ngào" đó thường nằm ở xung quanh50–70% tải đầy. (Không phải quy luật tự nhiên, nhưng đó là quy luật chung.)

Giả sử chúng ta có một500 kVA, 11kV/415Vmáy biến áp phân phối với dữ liệu thử nghiệm của nhà sản xuất:

Tổn hao đồng ở tải nhất định

Nếu tải là, sau đó:

Ví dụ: ở mức tải 50%:

Con số này khá gần với tổn thất lõi (1,8 kW), điều này giải thích tại sao hiệu suất thường cao nhất ở mức tải đó.

Tổn thất và hiệu suất ở các tải khác nhau (Unity PF)

(Sử dụng unity PF như trong ví dụ ban đầu của bạn.)

Tổn thất không chỉ "xảy ra"-mà còn bị ảnh hưởng bởi nhiều chi tiết về thiết kế và vận hành, chẳng hạn như:

Vật liệu cốt lõi
Vật liệu tốt hơn (như thép silicon cao cấp-hoặc hợp kim vô định hình) thường làm giảm hiện tượng trễ.

Mật độ từ thông thiết kế
Thấp hơngiúp giảm tổn thất lõi-nhưng nó có thể yêu cầu kích thước lõi lớn hơn.

Điện trở cuộn dây
Dây dẫn dày hơn/điện trở thấp hơn thường làm giảm tổn thất đồng.

Nhiệt độ
Điện trở tăng theo nhiệt độ nên tổn hao đồng cũng tăng theo. (Thường được sửa theo tiêu chuẩn, chẳng hạn như 75 độ, tùy thuộc vào quy ước IEC/IEEE.)

Sóng hài trong tải
Tải phi tuyến tính-có thể làm tăng thêm dòng điện xoáy và tổn hao tản mát-nên "tổn thất thực tế" có thể tệ hơn những gì bạn mong đợi với một tải hình sin sạch đẹp.

Các loại/kích cỡ khác nhau của máy biến áp có xu hướng phân chia tổn thất khác nhau. Hướng dẫn sơ bộ phổ biến là:

Máy biến áp phân phối nhỏ hơn: tổn thất lõi có thể là ~25–40%, đồng ~60–75%

Máy biến áp điện (lớn hơn): tổn hao lõi ~30–50%, đồng ~50–70%

Một lần nữa, nó thay đổi tùy theo thiết kế-nhưng đó là một bức tranh tinh thần hữu ích.

Nếu bạn tính toán tổn thất máy biến áp một cách chính xác, bạn có thể đưa ra quyết định thông minh hơn về:

cách tính kích thước máy biến áp,

làm thế nào để tải nó một cách hiệu quả,

và cách lập kế hoạch bảo trì trước khi mọi thứ trở nên tốn kém.

Các thử nghiệm OC và SC cung cấp dữ liệu thực tế chắc chắn-nhưng kỹ thuật máy biến áp hiện đại thường vượt xa điều đó-bằng cách sử dụng phân tích phần tử hữu hạn để ước tính những thứ như tổn hao thất lạc và nhiệt độ điểm nóng-(nơi rủi ro hỏng hóc có xu hướng ẩn giấu).

Với giá điện ngày càng tăng và các yêu cầu về hiệu suất cao hơn trên toàn thế giới (hãy nghĩ đến các sáng kiến ​​theo phong cách DOE/EU{0}}), việc giảm thiểu thất thoát không chỉ là điều "thật tuyệt vời" nữa-mà đó là một ưu tiên thực sự về kinh tế và môi trường.

Điểm mấu chốt:luôn kiểm tra dữ liệu bảng tên và tuân theo các tiêu chuẩn nhưIEC 60076khi bạn cần các giá trị tổn thất được chứng nhận.

Liên hệ ngay