固体変圧器の容量を正しく計算する方法

トランスの容量とは、トランスの主タップ位置での視在電力であり、トランスのネームプレートに表示されている容量は定格容量です。電力トランスの運転において、過大な容量によるアンダーロードや、過負荷またはオーバーカレント運転による機器の過熱や焼損が発生する場合があります。これらの不適切な容量マッチングの実践は、電気システムにおける供給の信頼性と経済性に直接影響を与えます。したがって、適切なトランス容量を決定することは、信頼性と経済性の高い電力システム運転を確保するために重要です。

固体トランスの容量計算には以下の要素を考慮する必要があります：

• 入力電圧：入力電圧とは、トランスに供給される電圧値を指します。固体トランスは通常、指定された入力電圧範囲（例：220V〜460V）を持ち、この範囲に基づいて適切なトランスを選択する必要があります。

• 出力電圧：出力電圧とは、トランスによって提供される電圧値を指します。固体トランスも定義された出力電圧範囲（例：80VAC〜480VAC）を持ち、適切なトランスを選択する際に考慮する必要があります。

• 定格容量：定格容量とは、トランスが処理できる最大負荷容量を示し、通常キロボルトアンペア（kVA）で表されます。定格容量は通常、需要に基づいて決定され、負荷が大きな総電流を必要とする場合は、より大きな容量を持つトランスを選択する必要があります。

• 入力電力：入力電力は入力電圧と入力電流の積で、通常キロワット（kW）で表されます。

したがって、これらの要素を考慮すると、固体トランスの容量計算式は次のように表現できます：
容量（kVA）= 入力電圧（V）× 入力電流（A）/ 1000。

注意：固体トランスは従来の電力トランスとは異なります。固体トランスはコンバータとトランスの組み合わせであり、静止電力変換アプリケーションに非常に適しています。ただし、その計算方法は従来のトランスとは異なります。

単相トランスと三相トランスの容量計算方法は似ています。以下では三相トランスの容量計算を例に説明します。トランスの容量計算の最初のステップは、負荷の各相の最大電力を決定することです（単相トランスの場合、これは単純に最大単相負荷電力です）。

各相（A、B、C）の負荷電力を個別に合計します。たとえば、相Aの総負荷電力が10 kW、相Bが9 kW、相Cが11 kWの場合、最大値である11 kWを取ります。

注意：単相デバイスの場合、ユニットあたりの電力は、デバイスのネームプレートに記載されている最大値を採用します。三相設備の場合、総電力を3で割って各相の電力を得ます。例えば：
相Cの総負荷電力 = (300W × 10台のコンピュータ) + (2kW × 4台のエアコン) = 11 kW。

トランスの容量計算の第二ステップは、総三相電力を決定することです。最大単相電力を用いて総三相電力を計算します：
最大単相電力 × 3 = 総三相電力。

相Cの最大負荷電力11 kWを使用して：
11 kW × 3（相）= 33 kW。したがって、総三相電力は33 kWです。

現在、市場にあるトランスの90%以上は、電力係数が0.8のみとなっています。したがって、総電力を0.8で割る必要があります：
33 kW / 0.8 = 41.25 kW（必要なトランスの視在電力kW）。

「電気工学設計マニュアル」によれば、トランスの容量は計算された負荷に基づいて選択する必要があります。単一のトランスが安定した負荷を供給する場合、負荷係数βは通常約85%とされます。これは次のように表されます：
β = S / Se
ここで：
S — 計算された負荷容量（kVA）；
Se — トランス容量（kVA）；
β — 負荷係数（通常80%〜90%）。

したがって：
41.25 kW（視在電力要件）/ 0.85 = 48.529 kVA（必要なトランス容量）。したがって、50 kVAのトランスが適切です。