Jak poprawnie obliczyć pojemność transformatora stało-stanowego

Pojemność transformatora odnosi się do mocy pozornej w głównym punkcie styku transformatora, a pojemność wskazana na tabliczce transformatora to pojemność nominalna. W trakcie eksploatacji transformatorów energetycznych występują przypadki niedoboru obciążenia z powodu nadmiernie dużej pojemności, jak również przypadki przeciążenia lub pracy przy przepływie prądu powodujących przegrzewanie i nawet spalanie sprzętu. Te nieprawidłowe dopasowania pojemności bezpośrednio wpływają na niezawodność i ekonomię dostarczania energii w systemach elektrycznych. Dlatego wyznaczenie odpowiedniej pojemności transformatora jest kluczowe dla zapewnienia niezawodnej i ekonomicznej pracy systemu elektroenergetycznego.

Obliczenie pojemności transformatorów półprzewodnikowych musi uwzględniać następujące czynniki:

• Napięcie wejściowe: Napięcie wejściowe to wartość napięcia podawanego do transformatora. Transformatory półprzewodnikowe mają zwykle określony zakres napięcia wejściowego (np. 220V ~ 460V), a odpowiedni transformator należy wybrać na podstawie tego zakresu.

• Napięcie wyjściowe: Napięcie wyjściowe to wartość napięcia dostarczanego przez transformator. Transformatory półprzewodnikowe mają również określony zakres napięcia wyjściowego (np. 80VAC ~ 480VAC), który należy uwzględnić podczas wybierania odpowiedniego transformatora.

• Pojemność nominalna: Pojemność nominalna wskazuje maksymalną moc obciążenia, jaką transformator może obsługiwać, zwykle wyrażoną w kilowoltamperach (kVA). Pojemność nominalna jest zwykle określana na podstawie zapotrzebowania; jeśli obciążenie wymaga dużego całkowitego prądu, należy wybrać transformator o większej pojemności.

• Moc wejściowa: Moc wejściowa równa się napięciu wejściowemu pomnożonemu przez prąd wejściowy, zwykle wyrażona w kilowatach (kW).

Zatem, biorąc pod uwagę te czynniki, wzór na obliczenie pojemności transformatora półprzewodnikowego można wyrazić jako:
Pojemność (kVA) = Napięcie wejściowe (V) × Prąd wejściowy (A) / 1000.

Uwaga: Transformatory półprzewodnikowe różnią się od tradycyjnych transformatorów energetycznych. Transformator półprzewodnikowy to połączenie konwertera i transformatora, co sprawia, że jest on szczególnie odpowiedni do aplikacji statycznej konwersji mocy. Jednak jego metody obliczeniowe różnią się od metod stosowanych w konwencjonalnych transformatorach.

Metody obliczania pojemności transformatorów jednofazowych i trójfazowych są podobne. Poniższe wyjaśnienie używa przykładu obliczenia pojemności transformatora trójfazowego. Pierwszym krokiem w obliczeniu pojemności transformatora jest określenie maksymalnej mocy na fazę obciążenia (dla transformatorów jednofazowych jest to po prostu maksymalna moc obciążenia jednofazowego).

Sumuj moc obciążenia niezależnie dla każdej fazy (A, B i C). Na przykład, jeśli całkowita moc obciążenia na fazie A wynosi 10 kW, na fazie B 9 kW, a na fazie C 11 kW, weź wartość maksymalną, czyli 11 kW.

Uwaga: Dla urządzeń jednofazowych moc na jednostkę jest brana jako maksymalna wartość wskazana na tabliczce urządzenia. Dla urządzeń trójfazowych, dziel całą moc przez 3, aby uzyskać moc na fazę. Na przykład:
Całkowita moc obciążenia na fazie C = (300W × 10 komputerów) + (2kW × 4 klimatyzatory) = 11 kW.

Drugi krok w obliczeniu pojemności transformatora to określenie całkowitej mocy trójfazowej. Użyj maksymalnej mocy jednofazowej, aby obliczyć całkowitą moc trójfazową:
Maksymalna moc jednofazowa × 3 = Całkowita moc trójfazowa.

Korzystając z maksymalnej mocy obciążenia na fazie C wynoszącej 11 kW:
11 kW × 3 (faz) = 33 kW. Zatem, całkowita moc trójfazowa wynosi 33 kW.

Obecnie ponad 90% transformatorów dostępnych na rynku ma współczynnik mocy tylko 0,8. Dlatego całą moc należy podzielić przez 0,8:
33 kW / 0,8 = 41,25 kW (wymagana moc pozorna transformatora w kW).

Zgodnie z Podręcznikiem Projektowania Elektrotechnicznego, pojemność transformatora powinna być wybierana na podstawie obliczonego obciążenia. Dla pojedynczego transformatora zasilającego stałe obciążenie, współczynnik obciążenia β jest zwykle przyjmowany na około 85%. Wyraża się to wzorem:
β = S / Se
Gdzie:
S — Obliczona moc obciążenia (kVA);
Se — Pojemność transformatora (kVA);
β — Współczynnik obciążenia (zwykle 80% do 90%).

Zatem:
41,25 kW (wymaganie mocy pozornej) / 0,85 = 48,529 kVA (wymagana pojemność transformatora).Dlatego transformator o pojemności 50 kVA byłby odpowiedni.