Wie man die Kapazität eines Festkörpertransformators korrekt berechnet

Die Transformatorleistung bezieht sich auf die Scheinleistung an der Hauptanschlussstelle des Transformators, und die auf dem Transformatorschild angegebene Leistung ist die Nennleistung. Bei der Betriebsführung von Stromtransformatoren gibt es Fälle von Unterlastung aufgrund zu hoher Kapazität sowie Fälle von Überlast- oder Überstrombetrieb, die zu einer Überhitzung und sogar zum Ausfall der Ausrüstung führen können. Diese unangemessenen Kapazitätsanpassungen beeinflussen direkt die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Stromversorgung in elektrischen Systemen. Daher ist die Bestimmung der geeigneten Transformatorkapazität entscheidend für eine zuverlässige und wirtschaftliche Betriebsführung des Stromsystems.

Die Kapazitätsberechnung für Festkörpertransformator muss folgende Faktoren berücksichtigen:

• Eingangsspannung: Die Eingangsspannung bezieht sich auf den Spannungswert, der an den Transformator angelegt wird. Festkörpertransformatoren haben in der Regel einen spezifizierten Eingangsspannungsbereich (z.B. 220V ~ 460V), und ein passender Transformator sollte basierend auf diesem Bereich ausgewählt werden.

• Ausgangsspannung: Die Ausgangsspannung bezieht sich auf den Spannungswert, der vom Transformator abgegeben wird. Festkörpertransformatoren haben auch einen definierten Ausgangsspannungsbereich (z.B. 80VAC ~ 480VAC), der bei der Auswahl eines geeigneten Transformators berücksichtigt werden muss.

• Nennleistung: Die Nennleistung gibt die maximale Lastkapazität an, die der Transformator handhaben kann, normalerweise in Kilovolt-Ampere (kVA) ausgedrückt. Die Nennleistung wird in der Regel auf Basis der Nachfrage bestimmt; wenn die Last einen großen Gesamtstrom erfordert, muss ein Transformator mit größerer Kapazität ausgewählt werden.

• Eingangsleistung: Die Eingangsleistung entspricht der Eingangsspannung multipliziert mit dem Eingangsstrom, normalerweise in Kilowatt (kW) ausgedrückt.

Daher kann die Kapazitätsberechnungsformel für einen Festkörpertransformator wie folgt ausgedrückt werden:
Kapazität (kVA) = Eingangsspannung (V) × Eingangsstrom (A) / 1000.

Hinweis: Festkörpertransformatoren unterscheiden sich von herkömmlichen Stromtransformatoren. Ein Festkörpertransformator ist eine Kombination aus einem Umrichter und einem Transformator, was ihn besonders für statische Stromumwandlungsanwendungen geeignet macht. Allerdings unterscheiden sich seine Berechnungsmethoden von denen herkömmlicher Transformatoren.

Die Berechnungsmethoden für die Kapazität von Einphasen- und Drehstromtransformatoren sind ähnlich. Die folgende Erklärung verwendet die Berechnung der Kapazität eines Drehstromtransformators als Beispiel. Der erste Schritt bei der Kapazitätsberechnung eines Transformators besteht darin, die maximale Leistung pro Phase der Last zu bestimmen (bei Einphasen-Transformatoren ist dies einfach die maximale Einphasen-Lastleistung).

Summieren Sie die Lastleistung unabhängig für jede Phase (A, B und C). Wenn beispielsweise die gesamte Lastleistung auf Phase A 10 kW, auf Phase B 9 kW und auf Phase C 11 kW beträgt, nehmen Sie den maximalen Wert, also 11 kW.

Hinweis: Für Einphasengeräte wird die Leistung pro Einheit als der auf dem Geräteschild angegebene maximale Wert genommen. Bei Drehstromgeräten wird die Gesamt-Leistung durch 3 geteilt, um die Leistung pro Phase zu erhalten. Zum Beispiel:
Gesamtleistung auf Phase C = (300W × 10 Computer) + (2kW × 4 Klimageräte) = 11 kW.

Der zweite Schritt bei der Kapazitätsberechnung eines Transformators besteht darin, die gesamte Drehstromleistung zu bestimmen. Verwenden Sie die maximale Einphasenleistung, um die gesamte Drehstromleistung zu berechnen:
Maximale Einphasenleistung × 3 = Gesamtdrehstromleistung.

Mit der maximalen Lastleistung auf Phase C von 11 kW:
11 kW × 3 (Phasen) = 33 kW. Somit beträgt die gesamte Drehstromleistung 33 kW.

Aktuell haben über 90% der auf dem Markt verfügbaren Transformatoren nur einen Leistungsfaktor von 0,8. Daher muss die Gesamt-Leistung durch 0,8 geteilt werden:
33 kW / 0,8 = 41,25 kW (benötigte scheinbare Transformatorleistung in kW).

Gemäß dem Handbuch für Elektroinstallationstechnik sollte die Transformatorkapazität auf Basis der berechneten Last ausgewählt werden. Für einen einzelnen Transformator, der eine ständige Last versorgt, liegt der Lastfaktor β in der Regel bei etwa 85%. Dies wird ausgedrückt als:
β = S / Se
Wobei:
S — Berechnete Lastkapazität (kVA);
Se — Transformator-Kapazität (kVA);
β — Lastfaktor (normalerweise 80% bis 90%).

Somit:
41,25 kW (scheinbare Leistungsanforderung) / 0,85 = 48,529 kVA (benötigte Transformator-Kapazität).Ein 50-kVA-Transformator wäre daher geeignet.