Come Calcolare Correttamente la Capacità di un Trasformatore a Stato Solido

La capacità del trasformatore si riferisce alla potenza apparente nella posizione di presa principale del trasformatore, e la capacità indicata sulla targa del trasformatore è la capacità nominale. Nell'operazione dei trasformatori di potenza, ci sono casi di sottocarico dovuti a una capacità eccessiva, così come situazioni di sovraccarico o funzionamento a corrente eccessiva che portano all'ipertermia e persino al bruciamento dell'equipaggiamento. Queste pratiche inadeguate di abbinamento della capacità influiscono direttamente sulla affidabilità ed economia della fornitura di energia nei sistemi elettrici. Pertanto, determinare la capacità appropriata del trasformatore è cruciale per garantire un'operazione affidabile ed economica del sistema di alimentazione.

Il calcolo della capacità per i trasformatori a stato solido deve considerare i seguenti fattori:

• Tensione d'ingresso: La tensione d'ingresso si riferisce al valore di tensione fornito al trasformatore. I trasformatori a stato solido hanno tipicamente un intervallo specificato di tensione d'ingresso (ad esempio, 220V ~ 460V), e un trasformatore adeguato deve essere selezionato in base a questo intervallo.

• Tensione d'uscita: La tensione d'uscita si riferisce al valore di tensione fornito dal trasformatore. I trasformatori a stato solido hanno anche un intervallo definito di tensione d'uscita (ad esempio, 80VAC ~ 480VAC), che deve essere considerato quando si sceglie un trasformatore adatto.

• Capacità nominale: La capacità nominale indica la massima capacità di carico che il trasformatore può gestire, solitamente espressa in kilovolt-ampere (kVA). La capacità nominale è generalmente determinata in base alla domanda; se il carico richiede una corrente totale elevata, deve essere selezionato un trasformatore con una capacità maggiore.

• Potenza d'ingresso: La potenza d'ingresso è uguale alla tensione d'ingresso moltiplicata per la corrente d'ingresso, generalmente espressa in chilowatt (kW).

Pertanto, considerando questi fattori, la formula di calcolo della capacità per un trasformatore a stato solido può essere espressa come:
Capacità (kVA) = Tensione d'ingresso (V) × Corrente d'ingresso (A) / 1000.

Nota: I trasformatori a stato solido differiscono dai tradizionali trasformatori di potenza. Un trasformatore a stato solido è una combinazione di un convertitore e un trasformatore, rendendolo altamente adatto per applicazioni di conversione statica di potenza. Tuttavia, i suoi metodi di calcolo differiscono da quelli dei trasformatori convenzionali.

I metodi di calcolo della capacità per i trasformatori monofase e trifase sono simili. La seguente spiegazione utilizza come esempio il calcolo della capacità di un trasformatore trifase. Il primo passo nel calcolo della capacità del trasformatore è determinare la potenza massima per fase del carico (per i trasformatori monofase, questa è semplicemente la potenza massima del carico monofase).

Sommare la potenza del carico separatamente per ogni fase (A, B e C). Ad esempio, se la potenza totale del carico sulla fase A è 10 kW, sulla fase B 9 kW e sulla fase C 11 kW, si prende il valore massimo, che è 11 kW.

Nota: Per i dispositivi monofase, la potenza per unità è presa come il valore massimo elencato sulla targa del dispositivo. Per l'equipaggiamento trifase, dividere la potenza totale per 3 per ottenere la potenza per fase. Ad esempio:
Potenza totale del carico sulla fase C = (300W × 10 computer) + (2kW × 4 condizionatori d'aria) = 11 kW.

Il secondo passo nel calcolo della capacità del trasformatore è determinare la potenza totale trifase. Utilizzare la potenza massima monofase per calcolare la potenza totale trifase:
Potenza massima monofase × 3 = Potenza totale trifase.

Utilizzando la potenza massima del carico sulla fase C di 11 kW:
11 kW × 3 (fasi) = 33 kW. Pertanto, la potenza totale trifase è 33 kW.

Attualmente, oltre il 90% dei trasformatori disponibili sul mercato ha un fattore di potenza di solo 0,8. Pertanto, la potenza totale deve essere divisa per 0,8:
33 kW / 0,8 = 41,25 kW (potenza apparente richiesta in kW).

Secondo il Manuale di progettazione dell'ingegneria elettrica, la capacità del trasformatore dovrebbe essere scelta in base al carico calcolato. Per un singolo trasformatore che fornisce un carico costante, il fattore di carico β è generalmente preso intorno all'85%. Questo è espresso come:
β = S / Se
Dove:
S — Capacità del carico calcolato (kVA);
Se — Capacità del trasformatore (kVA);
β — Fattore di carico (tipicamente 80% - 90%).

Pertanto:
41,25 kW (esigenza di potenza apparente) / 0,85 = 48,529 kVA (capacità richiesta del trasformatore).Quindi, un trasformatore da 50 kVA sarebbe adatto.