Hvordan beregne solid-state transformer kapasitet korrekt

Transformasjonskapasiteten refererer til den synlige effekten ved transformatorens hovedkoblingspunkt, og kapasiteten angitt på transformatorplaketten er den nominerte kapasiteten. Under drift av strømtransformatorer kan det oppstå underlasting på grunn av for stor kapasitet, samt overlast eller overstrømsdrift som fører til utstyrsoveroppvarming og i verste fall utstyrsbrann. Disse uaktsomhetene i kapasitetsmatchingen har direkte innvirkning på strømforsyningens pålitelighet og økonomi i elektriske systemer. Derfor er det avgjørende å bestemme riktig transformatorkapasitet for å sikre en pålitelig og økonomisk drift av strømsystemet.

Kapasitetsberegningen for fasttilstands-transformatorer må ta hensyn til følgende faktorer:

• Inngangsspenning: Inngangsspenningen refererer til spenningsverdien som leveres til transformator. Fasttilstands-transformatorer har typisk en spesifisert inngangsspenningsområde (f.eks. 220V ~ 460V), og basert på dette området skal en passende transformator velges.

• Utgangsspenning: Utgangsspenningen refererer til spenningsverdien som leveres fra transformator. Fasttilstands-transformatorer har også et definert utgangsspenningsområde (f.eks. 80VAC ~ 480VAC), som må tas hensyn til når en passende transformator velges.

• Nominell kapasitet: Nominell kapasitet indikerer den maksimale lastkapasiteten transformator kan håndtere, vanligvis uttrykt i kilovoltamper (kVA). Nominell kapasitet fastsettes typisk basert på behov; hvis lasten krever en stor totalstrøm, må en transformator med større kapasitet velges.

• Inngangs-effekt: Inngangs-effekt er lik inngangsspenningen multiplisert med inngangsstrømmen, vanligvis uttrykt i kilowatt (kW).

Derfor, med hensyn til disse faktorene, kan kapasitetsberegningen for en fasttilstands-transformator uttrykkes som:
Kapasitet (kVA) = Inngangsspenning (V) × Inngangsstrøm (A) / 1000.

Merk: Fasttilstands-transformatorer er forskjellige fra tradisjonelle strømtransformatorer. En fasttilstands-transformator er en kombinasjon av en konverter og en transformator, noe som gjør den svært egnet for statiske strømkonverteringssituasjoner. Imidlertid er beregningsmetodene ulike de for konvensjonelle transformatorer.

Beregningene av kapasiteten for énfas- og trefas-transformatorer er lignende. Følgende forklaring bruker beregning av trefas-transformatorkapasitet som eksempel. Den første trinnet i kapasitetsberegningen er å fastsette den maksimale effekten per fase av lasten (for énfas-transformatorer er dette bare den maksimale énfas-lasteffekten).

Summer lasteffekten separat for hver fase (A, B og C). For eksempel, hvis den totale lasteffekten på fase A er 10 kW, fase B er 9 kW, og fase C er 11 kW, tar man den største verdien, som er 11 kW.

Merk: For énfas-enhetene tas effekten per enhet som den maksimale verdien oppgitt på enhetens plakett. For trefas-utstyr, deler man den totale effekten med 3 for å få effekten per fase. For eksempel:
Totaleffekt på fase C = (300W × 10 datamaskiner) + (2kW × 4 luftkondisjonere) = 11 kW.

Det andre trinnet i kapasitetsberegningen er å fastsette den totale trefas-effekten. Bruk den maksimale énfas-effekten til å beregne den totale trefas-effekten:
Maksimal énfas-effekt × 3 = Total trefas-effekt.

Ved bruk av maksimal lasteffekt på fase C på 11 kW:
11 kW × 3 (faser) = 33 kW. Dermed er den totale trefas-effekten 33 kW.

For tiden har over 90% av transformatorer på markedet en effektfaktor på bare 0.8. Derfor må den totale effekten deles med 0.8:
33 kW / 0.8 = 41.25 kW (den nødvendige transformator synlige effekt i kW).

Ifølge Elektriske installasjoners designmanual, bør transformatorkapasiteten velges basert på beregnet last. For en enkelt transformator som leverer en stabil last, tas belastningsfaktoren β normalt rundt 85%. Dette uttrykkes som:
β = S / Se
Hvor:
S — Beregnet lastkapasitet (kVA);
Se — Transformatorkapasitet (kVA);
β — Belastningsfaktor (typisk 80% til 90%).

Dermed:
41.25 kW (behov for synlig effekt) / 0.85 = 48.529 kVA (den nødvendige transformatorkapasiteten).Dermed ville en 50 kVA-transformator være passende.