Giải thích về tổn hao máy biến áp: Tổn hao khi không tải so với tổn hao khi có tải

Tổn thất không tải và tổn thất có tải trong máy biến áp là hai dạng tổn thất năng lượng chính trong quá trình hoạt động của máy. Phần sau đây sẽ giải thích chi tiết cách chúng được tạo ra, phân bổ và tiêu tán bên trong máy biến áp.

Tổn thất không tải xảy ra khi cuộn dây sơ cấp của máy biến áp chỉ mang một dòng điện kích thích nhỏ trong điều kiện không tải. Lúc này, tổn thất đồng là không đáng kể, và phần lớn tổn thất xảy ra ở lõi, được gọi là tổn thất sắt. Tổn thất sắt bao gồm tổn thất từ ​​trễ và tổn thất dòng điện xoáy. Tổn thất từ ​​trễ là kết quả của sự đảo chiều liên tục của các miền từ tính bên trong lõi dưới tác động của từ trường biến thiên, điều này tiêu thụ năng lượng và sinh nhiệt. Tổn thất dòng điện xoáy xảy ra vì bản thân lõi có tính dẫn điện. Khi chịu tác động của từ trường biến đổi, một sức điện động được tạo ra trong các mặt phẳng vuông góc với các đường sức từ, tạo thành các vòng kín sinh ra dòng điện—được gọi là dòng điện xoáy—tạo ra nhiệt do điện trở của vật liệu lõi.

Tổn thất không tải chủ yếu tập trung ở lõi, vì lõi là thành phần chính của mạch từ, và cả tổn thất do từ trễ và dòng điện xoáy đều xảy ra trong vật liệu của nó. Ngoài ra, một lượng nhỏ tổn thất đồng được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp do dòng điện không tải, nhưng điều này thường không đáng kể. Nhiệt lượng sinh ra do tổn thất không tải được tản ra chủ yếu thông qua dẫn nhiệt và bức xạ từ lõi ra môi trường xung quanh. Lõi tiếp xúc với dầu máy biến áp hoặc không khí, truyền nhiệt cho dầu hoặc không khí. Nhiệt này sau đó được mang đi thông qua đối lưu tự nhiên của dầu hoặc luồng không khí, cuối cùng tản ra môi trường xung quanh.

Tổn thất tải bao gồm tổn thất đồng cơ bản và các tổn thất bổ sung. Tổn thất đồng cơ bản là tổn thất do điện trở trong cuộn dây khi dòng điện tải chạy qua. Theo định luật Joule, nhiệt được sinh ra khi dòng điện chạy qua dây dẫn, và công suất tổn thất tỷ lệ thuận với bình phương của dòng điện. Các tổn thất bổ sung bao gồm tổn thất dòng điện xoáy trong cuộn dây, tổn thất dòng điện tuần hoàn, tổn thất lạc trong các thành phần cấu trúc, v.v., tỷ lệ thuận với bình phương của dòng điện và bình phương của tần số.

Tổn thất tải chủ yếu phân bố ở cuộn dây và lõi. Dòng điện tải trong cuộn dây tạo ra tổn thất đồng, trong khi lõi cũng chịu một số tổn thất do từ thông rò rỉ gây ra bởi dòng điện tải, mặc dù tổn thất này tương đối nhỏ so với tổn thất đồng trong cuộn dây. Ngoài ra, từ thông rò rỉ do dòng điện tải tạo ra tổn thất ký sinh trong các thành phần cấu trúc kim loại bên ngoài cuộn dây.

Nhiệt lượng sinh ra do tổn thất tải được truyền một phần vào dầu máy biến áp thông qua dẫn nhiệt từ các cuộn dây, sau đó được tản ra bằng đối lưu tự nhiên hoặc tuần hoàn dầu cưỡng bức. Một phần khác được tiêu tán vào môi trường xung quanh thông qua dẫn nhiệt và bức xạ từ lõi và các bộ phận cấu trúc. Trong các máy biến áp lớn, phương pháp làm mát bằng tuần hoàn dầu cưỡng bức hoặc các phương pháp tương tự thường được sử dụng để tăng cường khả năng tản nhiệt, cải thiện hiệu suất hoạt động và độ tin cậy của máy biến áp.