Festkörpertransformator (SST) vs. herkömmlicher Leistungstransformer: Kernunterschiede

Auch bekannt als: In der Industrie wird der Solid-State Transformer häufig als leistungselektronischer Transformator (PET) bezeichnet.

1. Was ist ein Solid-State Transformer (SST)?

Herkömmliche Leistungstransformatoren arbeiten nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion und wandeln Wechselstromleistung von einer Spannungsebene in eine andere um. Sie sind strukturell einfach und technologisch ausgereift, aber ihre Funktionalität ist relativ festgelegt.

Solid-State Transformer (SST) verwenden eine mehrstufige leistungselektronische Wandlertopologie, die typischerweise dem Pfad AC → DC → Hochfrequenz-AC → DC/AC folgt:

2. Kerntechnologische Grundlagen des SST

Die Realisierung des SST hängt von der Reife der Leistungselektroniktechnologie und Halbleiterbauelementen mit weitem Bandabstand ab, insbesondere:

• Siliziumkarbid (SiC)
• Galliumnitrid (GaN)

Im Vergleich zu herkömmlichen Bauelementen auf Siliziumbasis bieten Wide-Bandgap-Bauelemente höhere Spannungsfestigkeiten, höhere Schaltfrequenzen und geringere Verluste, was dem SST ermöglicht:

• Energieumwandlung mit höheren Frequenzen (mehrere kHz bis einige zehn kHz)
• Drastische Reduzierung des Volumens magnetischer Bauelemente und von Hochfrequenztransformatoren
• Dynamisches Ansprechverhalten im Millisekunden-/Mikrosekundenbereich
• Flexible aktive Steuerung von Spannung, Strom und Leistung

Wichtiger Punkt: Der SST ist nicht nur eine "elektronische Version" eines herkömmlichen Transformators; er ersetzt einen Teil oder alle Funktionen des Netzfrequenztransformators durch ein halbleiterbasiertes Umwandlungssystem.

3. Kernunterschiede: SST vs. herkömmlicher Leistungstransformator

In einem Satz:
Ein herkömmlicher Transformator ist eine passive Spannungswandlungseinrichtung auf Basis der elektromagnetischen Induktion;
Ein SST ist eine aktive Einrichtung zur Steuerung der elektrischen Energie auf Basis der leistungselektronischen Wandlung.

4. Zusammenfassung

Der Festkörpertransformator (SST) ist keine einfache Aufrüstung des herkömmlichen Leistungstransformators; er ist ein neuartiges Gerät zur elektrischen Energieumwandlung auf Basis der Leistungselektronik.

Die Kernunterschiede sind:

• Herkömmliche Leistungstransformatoren nutzen die elektromagnetische Induktion zur Umsetzung der Wechselspannung bei Netzfrequenz. Sie sind konstruktiv einfach, technologisch ausgereift, aber in ihrer Funktion festgelegt.
• Festkörpertransformatoren (SST) nutzen Halbleiter-Leistungsbauelemente und Hochfrequenz-Umwandlungstechnologie, um gleichzeitig Spannungsumwandlung, Gleichrichtung, Wechselrichtung, DC-DC-Wandlung und Leistungsregelung zu realisieren – was eine größere Funktionalität, einen geringeren Platzbedarf und eine flexiblere Steuerung ermöglicht.

Bearbeitet von: Echo