Como Calcular Corretamente a Capacidade de um Transformador de Estado Sólido

A capacidade do transformador refere-se à potência aparente na posição principal de derivação do transformador, e a capacidade indicada na placa de identificação do transformador é a capacidade nominal. Na operação de transformadores de energia, existem casos de subcarga devido a capacidade excessiva, bem como situações de sobrecarga ou operação com corrente excessiva, levando ao superaquecimento e até mesmo queima do equipamento. Essas práticas inadequadas de correspondência de capacidade afetam diretamente a confiabilidade e a economia do fornecimento de energia em sistemas elétricos. Portanto, determinar a capacidade apropriada do transformador é crucial para garantir uma operação confiável e econômica do sistema de energia.

O cálculo da capacidade para transformadores de estado sólido deve considerar os seguintes fatores:

• Tensão de Entrada: A tensão de entrada refere-se ao valor de tensão fornecido ao transformador. Transformadores de estado sólido geralmente têm um intervalo específico de tensão de entrada (por exemplo, 220V ~ 460V), e um transformador apropriado deve ser selecionado com base nesse intervalo.

• Tensão de Saída: A tensão de saída refere-se ao valor de tensão fornecido pelo transformador. Transformadores de estado sólido também têm um intervalo definido de tensão de saída (por exemplo, 80VAC ~ 480VAC), que deve ser considerado ao selecionar um transformador adequado.

• Capacidade Nominal: A capacidade nominal indica a carga máxima que o transformador pode suportar, geralmente expressa em quilovolt-amperes (kVA). A capacidade nominal é tipicamente determinada com base na demanda; se a carga requer uma corrente total elevada, um transformador com maior capacidade deve ser selecionado.

• Potência de Entrada: A potência de entrada é igual à tensão de entrada multiplicada pela corrente de entrada, geralmente expressa em quilowatts (kW).

Portanto, considerando esses fatores, a fórmula de cálculo da capacidade para um transformador de estado sólido pode ser expressa como:
Capacidade (kVA) = Tensão de Entrada (V) × Corrente de Entrada (A) / 1000.

Nota: Os transformadores de estado sólido diferem dos transformadores de energia tradicionais. Um transformador de estado sólido é uma combinação de um conversor e um transformador, tornando-o altamente adequado para aplicações de conversão de energia estática. No entanto, seus métodos de cálculo diferem daqueles dos transformadores convencionais.

Os métodos de cálculo de capacidade para transformadores monofásicos e trifásicos são semelhantes. A explicação a seguir usa o cálculo de capacidade de transformador trifásico como exemplo. O primeiro passo no cálculo de capacidade do transformador é determinar a potência máxima por fase da carga (para transformadores monofásicos, isso é simplesmente a potência máxima de carga monofásica).

Some a potência de carga independentemente para cada fase (A, B e C). Por exemplo, se a potência total de carga na fase A for 10 kW, na fase B for 9 kW e na fase C for 11 kW, tome o valor máximo, que é 11 kW.

Nota: Para dispositivos monofásicos, a potência unitária é tomada como o valor máximo listado na placa de identificação do dispositivo. Para equipamentos trifásicos, divida a potência total por 3 para obter a potência por fase. Por exemplo:
Potência total de carga na fase C = (300W × 10 computadores) + (2kW × 4 condicionadores de ar) = 11 kW.

O segundo passo no cálculo de capacidade do transformador é determinar a potência total trifásica. Use a potência máxima monofásica para calcular a potência total trifásica:
Potência máxima monofásica × 3 = Potência total trifásica.

Usando a potência de carga máxima da fase C de 11 kW:
11 kW × 3 (fases) = 33 kW. Assim, a potência total trifásica é 33 kW.

Atualmente, mais de 90% dos transformadores disponíveis no mercado têm um fator de potência de apenas 0,8. Portanto, a potência total deve ser dividida por 0,8:
33 kW / 0,8 = 41,25 kW (potência aparente necessária em kW).

De acordo com o Manual de Projetos de Engenharia Elétrica, a capacidade do transformador deve ser selecionada com base na carga calculada. Para um único transformador fornecendo uma carga estável, o fator de carga β geralmente é considerado em torno de 85%. Isso é expresso como:
β = S / Se
Onde:
S — Capacidade de carga calculada (kVA);
Se — Capacidade do transformador (kVA);
β — Fator de carga (geralmente 80% a 90%).

Assim:
41,25 kW (necessidade de potência aparente) / 0,85 = 48,529 kVA (capacidade necessária do transformador).Portanto, um transformador de 50 kVA seria adequado.