Cómo Calcular Correctamente la Capacidad de un Transformador de Estado Sólido

La capacidad del transformador se refiere a la potencia aparente en la posición de toma principal del transformador, y la capacidad indicada en la placa de identificación del transformador es la capacidad nominal. En la operación de los transformadores de potencia, existen casos de subcarga debido a una capacidad excesiva, así como instancias de sobrecarga o funcionamiento con corriente excesiva que llevan al sobrecalentamiento e incluso a la quema del equipo. Estas prácticas inadecuadas de emparejamiento de capacidades afectan directamente la confiabilidad y la economía del suministro eléctrico en los sistemas eléctricos. Por lo tanto, determinar la capacidad adecuada del transformador es crucial para garantizar una operación confiable y económica del sistema de potencia.

El cálculo de la capacidad para los transformadores de estado sólido debe considerar los siguientes factores:

• Voltaje de entrada: El voltaje de entrada se refiere al valor de voltaje suministrado al transformador. Los transformadores de estado sólido suelen tener un rango de voltaje de entrada especificado (por ejemplo, 220V ~ 460V), y se debe seleccionar un transformador apropiado basándose en este rango.

• Voltaje de salida: El voltaje de salida se refiere al valor de voltaje entregado por el transformador. Los transformadores de estado sólido también tienen un rango de voltaje de salida definido (por ejemplo, 80VAC ~ 480VAC), que debe ser considerado al seleccionar un transformador adecuado.

• Capacidad nominal: La capacidad nominal indica la máxima capacidad de carga que el transformador puede manejar, generalmente expresada en kilovoltioamperios (kVA). La capacidad nominal se determina generalmente según la demanda; si la carga requiere una corriente total grande, se debe seleccionar un transformador con mayor capacidad.

• Potencia de entrada: La potencia de entrada equivale al voltaje de entrada multiplicado por la corriente de entrada, generalmente expresada en kilovatios (kW).

Por lo tanto, considerando estos factores, la fórmula de cálculo de la capacidad para un transformador de estado sólido puede expresarse como:
Capacidad (kVA) = Voltaje de entrada (V) × Corriente de entrada (A) / 1000.

Nota: Los transformadores de estado sólido difieren de los transformadores de potencia tradicionales. Un transformador de estado sólido es una combinación de un convertidor y un transformador, lo que lo hace altamente adecuado para aplicaciones de conversión de potencia estática. Sin embargo, sus métodos de cálculo difieren de los de los transformadores convencionales.

Los métodos de cálculo de la capacidad para transformadores monofásicos y trifásicos son similares. La siguiente explicación utiliza el cálculo de la capacidad de un transformador trifásico como ejemplo. El primer paso en el cálculo de la capacidad del transformador es determinar la potencia máxima por fase de la carga (para transformadores monofásicos, esto es simplemente la potencia máxima de carga monofásica).

Sumar la potencia de la carga de forma independiente para cada fase (A, B y C). Por ejemplo, si la potencia total de la carga en la fase A es de 10 kW, en la fase B de 9 kW y en la fase C de 11 kW, se toma el valor máximo, que es 11 kW.

Nota: Para dispositivos monofásicos, se toma la potencia unitaria como el valor máximo indicado en la placa de identificación del dispositivo. Para equipos trifásicos, se divide la potencia total entre 3 para obtener la potencia por fase. Por ejemplo:
Potencia total de la carga en la fase C = (300W × 10 computadoras) + (2kW × 4 aires acondicionados) = 11 kW.

El segundo paso en el cálculo de la capacidad del transformador es determinar la potencia total trifásica. Utilice la potencia máxima monofásica para calcular la potencia total trifásica:
Potencia máxima monofásica × 3 = Potencia total trifásica.

Usando la potencia de carga máxima de la fase C de 11 kW:
11 kW × 3 (fases) = 33 kW. Así, la potencia total trifásica es de 33 kW.

Actualmente, más del 90% de los transformadores disponibles en el mercado tienen un factor de potencia de solo 0.8. Por lo tanto, la potencia total debe dividirse por 0.8:
33 kW / 0.8 = 41.25 kW (potencia aparente requerida del transformador en kW).

Según el Manual de Diseño de Ingeniería Eléctrica, la capacidad del transformador debe seleccionarse según la carga calculada. Para un transformador único que suministra una carga constante, el factor de carga β generalmente se toma alrededor del 85%. Esto se expresa como:
β = S / Se
Donde:
S — Capacidad de carga calculada (kVA);
Se — Capacidad del transformador (kVA);
β — Factor de carga (generalmente del 80% al 90%).

Así:
41.25 kW (requisito de potencia aparente) / 0.85 = 48.529 kVA (capacidad requerida del transformador).Por lo tanto, un transformador de 50 kVA sería adecuado.