Hvordan korrekt beregne Solid-State Transformer kapacitet

Transformator kapaciteten henviser til den synlige effekt ved transformatorens hovedanslutningspunkt, og kapaciteten angivet på transformatorpladen er den nominale kapacitet. I drift af strømtransformatorer forekommer der tilfælde af underbelastning pga. for stor kapacitet, ligesom der også forekommer overbelastning eller overstrømsdrift, hvilket kan føre til udstyrsoverophedning og endda brændsel. Disse upassende kapacitetsmatchinger påvirker direkte strømforsyningens pålidelighed og økonomi i elektriske systemer. Derfor er det afgørende at fastsætte den passende transformatorkapacitet for at sikre en pålidelig og økonomisk drift af strømsystemet.

Kapacitetsberegningen for fasttilstands-transformatorer skal tage højde for følgende faktorer:

• Indgangsspænding: Indgangsspændingen refererer til spændingsværdien, der leveres til transformator. Fasttilstands-transformatorer har typisk en angivet indgangsspændingsområde (f.eks. 220V ~ 460V), og en passende transformator bør vælges baseret på dette område.

• Udgangsspænding: Udgangsspændingen refererer til spændingsværdien, der leveres af transformator. Fasttilstands-transformatorer har også et defineret udgangsspændingsområde (f.eks. 80VAC ~ 480VAC), som skal tages i betragtning, når man vælger en passende transformator.

• Nominel kapacitet: Nominel kapacitet angiver den maksimale belastningskapacitet, som transformator kan håndtere, normalt udtrykt i kilovoltamper (kVA). Den nominelle kapacitet fastsættes normalt baseret på efterspørgsel; hvis belastningen kræver en stor samlet strøm, må en transformator med større kapacitet vælges.

• Indgangseffekt: Indgangseffekten er lig med indgangsspændingen gange indgangsstrømmen, normalt udtrykt i kilowatt (kW).

Derfor kan kapacitetsberegningen for en fasttilstands-transformator udtrykkes som følger:
Kapacitet (kVA) = Indgangsspænding (V) × Indgangsstrøm (A) / 1000.

Bemærk: Fasttilstands-transformatorer adskiller sig fra traditionelle strømtransformatorer. En fasttilstands-transformator er en kombination af en konverter og en transformator, hvilket gør den yderst velegnet til statiske strømtransformationsanvendelser. Dog er dens beregningsmetoder forskellige fra dem for konventionelle transformatorer.

Kapacitetsberegningerne for enefasede og tre-fasede transformatorer er lignende. Følgende forklaring bruger tre-fasede transformator kapacitetsberegninger som eksempel. Det første trin i transformator kapacitetsberegningen er at fastlægge den maksimale effekt pr. fase af belastningen (for enefase-transformatorer er dette blot den maksimale enefase belastningseffekt).

Summer belastningseffekten separat for hver fase (A, B og C). For eksempel, hvis den totale belastnings-effekt på fase A er 10 kW, fase B er 9 kW, og fase C er 11 kW, tager man den maksimale værdi, nemlig 11 kW.

Bemærk: For enefase-enheder tages effekten pr. enhed som den maksimale værdi, der er angivet på enhedspladen. For tre-faseudstyr divideres den totale effekt med 3 for at få effekten pr. fase. For eksempel:
Den totale belastnings-effekt på fase C = (300W × 10 computere) + (2kW × 4 airconditioner) = 11 kW.

Det andet trin i transformator kapacitetsberegningen er at fastlægge den totale tre-fase effekt. Brug den maksimale enefase effekt til at beregne den totale tre-fase effekt:
Maksimal enefase effekt × 3 = Total tre-fase effekt.

Brug den maksimale belastningseffekt på fase C på 11 kW:
11 kW × 3 (fasers) = 33 kW. Dermed er den totale tre-fase effekt 33 kW.

I øjeblikket har mere end 90% af de tilgængelige transformatorer på markedet en effektfaktor på kun 0.8. Derfor skal den totale effekt divideres med 0.8:
33 kW / 0.8 = 41.25 kW (den nødvendige transformator synlige effekt i kW).

Ifølge Elektroteknisk Design Manual bør transformator kapacitet vælges baseret på beregnet belastning. For en enkelt transformator, der leverer en stabil belastning, er belastningsfaktoren β normalt ca. 85%. Dette udtrykkes som:
β = S / Se
Hvor:
S — Beregnet belastningskapacitet (kVA);
Se — Transformator kapacitet (kVA);
β — Belastningsfaktor (typisk 80% til 90%).

Derfor:
41.25 kW (synlig effekt behov) / 0.85 = 48.529 kVA (den nødvendige transformator kapacitet).Derfor ville en 50 kVA transformator være passende.