Một biến áp lý tưởng không có tổn thất năng lượng, nghĩa là không có tổn thất, và hiệu suất 100%. Nhưng trong thực tế, các biến áp thực tế luôn có năng lượng bị phân tán trong các cuộn dây, lõi sắt và cấu trúc xung quanh. Các biến áp lớn thường có hiệu suất cao hơn, và biến áp phân phối thường hoạt động tốt hơn 98%.
Các biến áp thử nghiệm sử dụng cuộn dây siêu dẫn (siêu dẫn là vật liệu gần như không có tổn thất) đạt hiệu suất 99,85%, nghĩa là gần như không có tổn thất biến áp, nhưng sẽ mất một thời gian để chúng có sẵn cho người tiêu dùng và ứng dụng thương mại.
Các tổn thất khác nhau trong biến áp như sau:
Tổn thất đồng (điện trở cuộn dây)
Dòng điện chạy qua các cuộn dây gây ra sự gia nhiệt điện trở của các dây dẫn. Ở tần số cao hơn, hiệu ứng da và hiệu ứng tiếp cận tạo ra điện trở cuộn dây và tổn thất bổ sung. Tổng tổn thất đồng trong biến áp có thể tìm thấy bằng công thức sau:
I12R1 + I22R2 = I12R 01 + I22R 02
WC = I12R1 + I22R2
Đọc Thêm :
Tổn thất sắt từ
Mỗi khi từ trường bị đảo ngược, một lượng nhỏ năng lượng bị mất do quá trình sắt từ trong lõi. Đối với một vật liệu lõi nhất định, các tổn thất biến áp tỷ lệ thuận với tần số, và là hàm số của mật độ dòng từ cực đại mà nó phải chịu.
Công thức tính tổn thất sắt từ:
Wh = Kη Bmax1.6 f v … Watts
Trong đó:
- Wh = tổn thất sắt từ, đơn vị Watt
- Kη = hệ số dòng xoáy
- Bmax = giá trị cực đại của mật độ dòng từ, đơn vị wb/m2
- f = tần số nguồn cấp, đơn vị Hertz
- v = thể tích vật liệu từ, đơn vị m3
Tổn thất dòng xoáy
Các vật liệu sắt từ cũng là chất dẫn tốt, và một lõi làm từ vật liệu đó cũng tạo thành một vòng ngắn mạch xuyên suốt chiều dài của nó. Do đó, các dòng xoáy tuần hoàn trong lõi theo mặt phẳng vuông góc với dòng từ, và chịu trách nhiệm về sự gia nhiệt điện trở của vật liệu lõi.
Công thức tính tổn thất dòng xoáy:
We = P Bmax2 f2 t2 … Watts
We = Ke Bmax2 f2 t2 v … Watts
Trong đó:
- We = Tổn thất dòng xoáy, đơn vị Watt
- Ke = Hệ số dòng xoáy
- Bmax = Giá trị cực đại của mật độ dòng từ, đơn vị wb/m2
- f = Tần số nguồn cấp, đơn vị Hertz
- t = Độ dày của lá kim loại, đơn vị mét
- v = Thể tích vật liệu từ, đơn vị m3
Tổn thất điện môi
Trong chất cách điện rắn hoặc dầu biến áp, tức là vật liệu cách điện của biến áp, tổn thất điện môi xảy ra khi vật liệu cách điện rắn bị hỏng hoặc dầu bị hỏng hoặc chất lượng của nó giảm theo thời gian. Do đó, hiệu suất tổng thể của biến áp có thể bị ảnh hưởng do tổn thất này.
Các tổn thất khác
Tổn thất từ cơ
Dòng từ trong vật liệu sắt từ, chẳng hạn như lõi, khiến nó giãn nở và co lại một chút với mỗi chu kỳ của từ trường, một hiệu ứng được gọi là từ cơ. Điều này tạo ra âm thanh kêu đặc trưng thường được liên kết với biến áp, và có thể gây ra tổn thất do ma sát gia nhiệt.
Tổn thất cơ khí
Ngoài từ cơ, từ trường xoay chiều gây ra lực dao động giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Những điều này kích động các rung động trong kim loại gần đó, làm tăng thêm tiếng ồn kêu, và tiêu thụ một lượng nhỏ năng lượng.
