چگونه ظرفیت ترانسفورماتور حالت جامد را به درستی محاسبه کنید

ظرفیت ترانسفورماتور به معنای قدرت ظاهری در موقعیت اصلی تپه‌گذاری ترانسفورماتور است و ظرفیت نمایش داده شده روی صفحه مشخصات ترانسفورماتور، ظرفیت اسمی آن است. در عملکرد ترانسفورماتورهای برق، مواردی از کم باری به دلیل ظرفیت زیاد وجود دارد و همچنین مواردی از بیش باری یا کار با جریان بیش از حد که منجر به گرم شدن تجهیزات و حتی سوختن آنها می‌شود. این روش‌های غیرمناسب تنظیم ظرفیت مستقیماً بر قابلیت اطمینان و اقتصادی بودن تامین برق در سیستم‌های الکتریکی تأثیر می‌گذارند. بنابراین، تعیین ظرفیت مناسب ترانسفورماتور برای تضمین عملکرد قابل اعتماد و اقتصادی سیستم برق بسیار مهم است.

محاسبه ظرفیت ترانسفورماتورهای جامد باید عوامل زیر را در نظر بگیرد:

• ولتاژ ورودی: ولتاژ ورودی به معنای مقدار ولتاژی است که به ترانسفورماتور تغذیه می‌شود. ترانسفورماتورهای جامد معمولاً دارای محدوده ولتاژ ورودی مشخص (مثلاً ۲۲۰V ~ ۴۶۰V) هستند و باید بر اساس این محدوده ترانسفورماتور مناسب انتخاب شود.

• ولتاژ خروجی: ولتاژ خروجی به معنای مقدار ولتاژی است که ترانسفورماتور تحویل می‌دهد. ترانسفورماتورهای جامد نیز دارای محدوده ولتاژ خروجی مشخص (مثلاً ۸۰VAC ~ ۴۸۰VAC) هستند که باید در انتخاب ترانسفورماتور مناسب در نظر گرفته شود.

• ظرفیت اسمی: ظرفیت اسمی نشان‌دهنده حداکثر ظرفیت باری است که ترانسفورماتور می‌تواند تحمل کند و معمولاً به کیلوولت آمپر (kVA) بیان می‌شود. ظرفیت اسمی معمولاً بر اساس تقاضا تعیین می‌شود؛ اگر بار نیاز به جریان کلی بالا داشته باشد، باید ترانسفورماتور با ظرفیت بزرگتر انتخاب شود.

• توان ورودی: توان ورودی برابر است با ولتاژ ورودی ضربدر جریان ورودی و معمولاً به کیلووات (kW) بیان می‌شود.

بنابراین، با در نظر گرفتن این عوامل، فرمول محاسبه ظرفیت ترانسفورماتور جامد می‌تواند به صورت زیر بیان شود:
ظرفیت (kVA) = ولتاژ ورودی (V) × جریان ورودی (A) / ۱۰۰۰.

توجه: ترانسفورماتورهای جامد از ترانسفورماتورهای برق سنتی متفاوت هستند. یک ترانسفورماتور جامد ترکیبی از یک تبدیل‌کننده و یک ترانسفورماتور است که برای کاربردهای تبدیل توان ثابت بسیار مناسب است. اما روش‌های محاسبه آن از ترانسفورماتورهای سنتی متفاوت است.

روش‌های محاسبه ظرفیت ترانسفورماتورهای یک‌فازی و سه‌فازی مشابه هستند. توضیح زیر با استفاده از مثال محاسبه ظرفیت ترانسفورماتور سه‌فازی انجام شده است. مرحله اول در محاسبه ظرفیت ترانسفورماتور تعیین حداکثر توان هر فاز بار (برای ترانسفورماتورهای یک‌فازی، این فقط حداکثر توان بار یک‌فازی است).

بار توان را به طور مستقل برای هر فاز (A، B و C) جمع کنید. به عنوان مثال، اگر توان کل بار فاز A ۱۰ kW، فاز B ۹ kW و فاز C ۱۱ kW باشد، مقدار حداکثر را که ۱۱ kW است در نظر بگیرید.

توجه: برای دستگاه‌های یک‌فازی، توان واحد به عنوان حداکثر مقدار ذکر شده در صفحه مشخصات دستگاه در نظر گرفته می‌شود. برای تجهیزات سه‌فازی، توان کل را بر ۳ تقسیم کنید تا توان هر فاز را به دست آورید. به عنوان مثال:
توان کل بار فاز C = (۳۰۰W × ۱۰ کامپیوتر) + (۲kW × ۴ گرم‌کننده هوا) = ۱۱ kW.

مرحله دوم در محاسبه ظرفیت ترانسفورماتور تعیین توان کل سه‌فازی است. از توان حداکثر یک‌فازی برای محاسبه توان کل سه‌فازی استفاده کنید:
توان حداکثر یک‌فازی × ۳ = توان کل سه‌فازی.

با استفاده از توان حداکثر بار فاز C که ۱۱ kW است:
۱۱ kW × ۳ (فاز) = ۳۳ kW. بنابراین، توان کل سه‌فازی ۳۳ kW است.

در حال حاضر، بیش از ۹۰٪ ترانسفورماتورهای موجود در بازار دارای عامل توان ۰٫۸ هستند. بنابراین، توان کل باید بر ۰٫۸ تقسیم شود:
۳۳ kW / ۰٫۸ = ۴۱٫۲۵ kW (توان ظاهری مورد نیاز در kW).

بر اساس دفترچه راهنمای طراحی مهندسی برق، ظرفیت ترانسفورماتور باید بر اساس بار محاسبه شده انتخاب شود. برای یک ترانسفورماتور که بار ثابتی را تأمین می‌کند، عامل بار β معمولاً حدود ۸۵٪ در نظر گرفته می‌شود. این به صورت زیر بیان می‌شود:
β = S / Se
که:
S — ظرفیت بار محاسبه شده (kVA);
Se — ظرفیت ترانسفورماتور (kVA);
β — عامل بار (معمولاً ۸۰٪ تا ۹۰٪).

بنابراین:
۴۱٫۲۵ kW (نیاز توان ظاهری) / ۰٫۸۵ = ۴۸٫۵۲۹ kVA (ظرفیت مورد نیاز ترانسفورماتور).بنابراین، یک ترانسفورماتور ۵۰ kVA مناسب خواهد بود.