Các công thức máy biến áp cơ bản
Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh, hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác mà không làm thay đổi tần số. Trong hệ thống điện hiện đại, máy biến áp đóng vai trò thiết yếu trong việc nâng cao hiệu quả truyền tải, giảm tổn thất công suất và đảm bảo ổn định điện áp tại các nút tải.
Việc tính toán và khai thác máy biến áp đòi hỏi người kỹ sư phải hiểu rõ các đại lượng đặc trưng như tỉ số biến áp, công suất định mức, dòng điện danh định, tổn hao, hiệu suất, điện áp ngắn mạch,… cùng các công thức liên quan để phục vụ cho việc thiết kế, lựa chọn thiết bị, kiểm tra vận hành và bảo trì. Những công thức này không chỉ mang tính lý thuyết mà còn có vai trò quyết định trong công tác thực tế tại hiện trường – đặc biệt trong các công tác đo thử, đánh giá tổn hao, và phân tích sự cố.
Bài viết sau đây sẽ hệ thống hóa các công thức liên quan đến máy biến áp, đồng thời cung cấp định nghĩa và ý nghĩa vật lý của từng công thức, giúp người đọc có cái nhìn đầy đủ và ứng dụng hiệu quả vào công việc chuyên môn.
1. Tỉ số biến áp
Tỉ số biến áp: Xác định mối quan hệ giữa điện áp và số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Công thức:
\(K=\frac{U_{1}}{U_{2}} =\frac{N_{1}}{N_{2}}\)Trong đó:
+ U₁, U₂: Điện áp sơ cấp và thứ cấp (V)
+ N₁, N₂: Số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp
2. Công suất biểu kiến
Công suất biểu kiến: Là tổng công suất của máy biến áp (bao gồm cả công suất hữu ích và tổn hao).
Công thức:
\(S= \sqrt{3}×U×I\) (Máy biến áp 3 pha)\(S= U×I\) (Máy biến áp 1 pha)
Trong đó:
- U: Điện áp danh định (V)
- I: Dòng điện danh định (A)
- S: Công suất biểu kiến (VA)
3. Tính dòng điện định mức
Dòng điện định mức: Dòng điện danh định dựa trên công suất và điện áp làm việc.
Công thức:
\(I=\frac{S}{\sqrt{3} \times U} \) (Máy biến áp 3 pha)\( I=\frac{S}{U}\) (Máy biến áp 1 pha)
4. Tổn hao trong máy biến áp
Tổn hao tổng: Bao gồm tổn hao trong lõi thép (sắt) và tổn hao trên dây quấn (đồng).
Công thức: P_tổn hao = P_sắt + P_đồng, P_đồng = I² × R
- P_tổn hao: Tổng công suất tổn hao (W)
- P_sắt: Tổn hao trong lõi sắt (W)
- P_đồng: Tổn hao trên dây quấn (W)
- R: Điện trở dây quấn (Ω)
5. Hiệu suất máy biến áp
Hiệu suất máy biến áp: Tỉ lệ công suất ra trên công suất vào, cho biết khả năng tiết kiệm năng lượng.
Công thức: η = P₂ / P₁ × 100% = S_ra / S_vào × 100%; η = P₂ / (P₂ + P_tổn hao) × 100%
- η: Hiệu suất (%)
- P₁, P₂: Công suất vào và ra (W)
- S_vào, S_ra: Công suất biểu kiến vào và ra (VA)
6. Điện áp ngắn mạch (Z%)
Giúp xác định dòng ngắn mạch, bảo vệ và đánh giá độ sụt áp trong MBA.
Công thức: Z% = U_ngắn mạch / U_định mức × 100%
- Z%: Tỉ số ngắn mạch (%)
- U_ngắn mạch: Điện áp gây ra dòng định mức khi ngắn mạch (V)
- U_định mức: Điện áp sơ cấp định mức (V)
7. Dòng không tải
Phản ánh mức tiêu hao điện năng khi máy không tải (không cấp cho tải tiêu thụ).
Công thức: I₀ = P₀ / (U₁ × cosφ₀)
- I₀: Dòng không tải (A)
- P₀: Tổn hao không tải (W)
- U₁: Điện áp sơ cấp (V)
- cosφ₀: Hệ số công suất khi không tải
Tổng kết
Các công thức trên là nền tảng quan trọng để:
– Thiết kế, lựa chọn máy biến áp phù hợp.
– Tính toán trong vận hành và sửa chữa.
– Kiểm tra chất lượng, đo đạc và đánh giá hiệu quả làm việc của MBA.
Việc nắm chắc công thức và ý nghĩa của chúng sẽ giúp kỹ sư điện thực hiện công việc một cách chính xác, an toàn và hiệu quả hơn.
