Như tên gọi, một máy biến áp chỉ chuyển đổi công suất từ mạch này sang mạch khác mà không thay đổi giá trị công suất và tần số. Nói cách khác, nó chỉ có thể tăng hoặc giảm giá trị dòng điện và điện áp trong khi công suất và tần số vẫn không đổi. Các thông số kỹ thuật chung của máy biến áp được in trên bảng tên để tham khảo thêm chi tiết, chẳng hạn như công suất định mức theo VA, một pha / ba pha (công suất hoặc phân phối), tăng áp / hạ áp, kết nối, v.v.
Có hai loại tổn thất trong máy biến áp:
1. Tổn thất đồng
2. Tổn thất sắt hoặc tổn thất lõi hoặc cách điện
Tổn thất đồng (I2R) phụ thuộc vào dòng điện chạy qua cuộn dây máy biến áp trong khi tổn thất sắt hoặc lõi hoặc cách điện phụ thuộc vào điện áp. Nghĩa là tổng tổn thất phụ thuộc vào điện áp (V) và dòng điện (I) được biểu thị bằng Volt-ampe (VA) chứ không phải hệ số công suất tải (P.F). Đó là lý do tại sao công suất định mức của máy biến áp có thể được biểu thị bằng VA hoặc kVA, không phải bằng W hoặc kW.
Hãy giải thích chi tiết hơn để hiểu tại sao máy biến áp có công suất định mức theo VA thay vì kW:
Khi các nhà sản xuất thiết kế một máy biến áp, họ không biết loại tải nào sẽ được kết nối với máy biến áp ví dụ: họ không chắc chắn về các ứng dụng chính xác của máy biến áp trong các kịch bản khác nhau. Tải có thể là điện trở (R), cảm kháng (L), dung kháng (C) hoặc tải hỗn hợp (R, L và C). Nghĩa là, sẽ có các hệ số công suất (P.F) khác nhau ở phía thứ cấp (tải) trên các loại tải được kết nối khác nhau phụ thuộc thêm vào R, L và C. Theo cách này, công suất định mức của máy biến áp được biểu thị bằng Volt-Ampe (VA) thay vì Watt (W).
Hãy làm rõ việc công suất định mức máy biến áp theo VA thay vì W với một ví dụ đã giải:
Tổn thất của máy biến áp sẽ giữ nguyên như lúc ban đầu miễn là độ lớn của dòng điện / điện áp không đổi. Bất kể hệ số công suất của dòng điện / điện áp tải là bao nhiêu.
Ví dụ:
Giả sử đối với một máy biến áp một pha tăng áp
- Công suất định mức máy biến áp = 11kVA
- Điện áp sơ cấp = 110V
- Dòng điện sơ cấp = 100 A
- Điện áp thứ cấp = 220V
- Dòng điện thứ cấp = 50 A.
- Điện trở tương đương ở phía thứ cấp = 5Ω
- Tổn thất sắt = 30W
Trong kịch bản thứ nhất, nếu chúng ta kết nối một tải điện trở với phía thứ cấp của máy biến áp ở hệ số công suất Φ = 1,
Thì tổng tổn thất của máy biến áp sẽ là tổn thất đồng + tổn thất sắt, nghĩa là:
- I2R + Tổn thất sắt
Đặt giá trị:
- (502 x 5 ) + 30W = 12,53kW
Nghĩa là tổn thất ở sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp vẫn giữ nguyên. (Xem ví dụ bên dưới cho tổn thất phía thứ cấp)
Công suất đầu ra của máy biến áp sẽ là:
- P = V x I x Cos φ
Một lần nữa, đặt giá trị từ phía thứ cấp (Giá trị giống nhau nếu chúng ta đặt giá trị từ phía sơ cấp)
- P = 220 x 50 x 1 = 11kW.
Bây giờ công suất định mức của máy biến áp:
- kVA = VA ÷ 1000
- kVA = (220 x 50) ÷ 1000 = 11kVA.
Bài viết liên quan: Tại sao chân nối đất dày và dài hơn trong phích cắm 3 chân?
Bây giờ, trong kịch bản thứ hai, kết nối một tải dung hoặc cảm với phía thứ cấp của máy biến áp ở hệ số công suất Φ = 0,6.
Một lần nữa, tổng tổn thất của máy biến áp vẫn là tổn thất đồng + tổn thất sắt, nghĩa là:
- I2R + Tổn thất sắt
Đặt giá trị:
- (502 x 5 ) + 30W = 12,53kW
Do đó chứng minh rằng tổn thất ở cả sơ cấp và thứ cấp là như nhau.
Nhưng công suất đầu ra của máy biến áp sẽ là:
- P = V x I x Cos Φ
Một lần nữa đặt giá trị từ phía thứ cấp (Giá trị giống nhau nếu đặt giá trị từ phía sơ cấp)
- P = 220 x 50 x 0,6 = 6,6kW.
Bây giờ công suất định mức của máy biến áp:
- kVA = VA ÷ 1000
Nghĩa là Công suất định mức 11kVA của máy biến áp có nghĩa là nó có thể xử lý 11kVA. Việc của chúng ta là biến đổi và sử dụng 11kVA thành 11kW (chúng ta có thể làm được bằng cách cải thiện hệ số công suất lên 1 trong trường hợp tải điện trở thuần túy) điều này không thể dự đoán trước và thậm chí rất khó khăn trong trường hợp tải cảm và dung kháng nơi hệ số công suất sẽ có các giá trị khác nhau.
Từ ví dụ trên, rõ ràng là công suất định mức của máy biến áp là như nhau (11kVA) Nhưng công suất đầu ra khác nhau (11kW và 6,6kW) do các giá trị hệ số công suất khác nhau sau khi kết nối các loại tải khác nhau mà các nhà sản xuất máy biến áp không thể dự đoán trước, trong khi tổn thất ở cả hai trường hợp là như nhau.
Vậy đó chính là lý do chính xác khiến công suất định mức của máy biến áp được tính bằng kVA thay vì kW.
Điều tốt cần biết:
Giống như máy biến áp, công suất và dung lượng định mức của máy phát điện xoay chiều, bộ ổn áp, UPS, đường dây truyền tải cũng được tính bằng VA thay vì W trong khi công suất nhà máy điện, điều hòa không khí và động cơ được tính bằng W (watt) thay vì VA (Volt-Ampe).
