Transformador d'estat sòlid vs transformador tradicional: avantatges i aplicacions explicades

Un transformador d'estat sòlid (SST), també conegut com a transformador electrònic de potència (PET), és un dispositiu elèctric estàtic que integra la tecnologia de conversió electrònica de potència amb la conversió d'energia d'alta freqüència basada en l'inducció electromagnètica. Transforma l'energia elèctrica d'un conjunt de característiques de potència en un altre. Els SST poden millorar la stabilitat del sistema de potència, permetre una transmissió flexible de potència i són adequats per a aplicacions de xarxa intel·ligent.

Els transformadors tradicionals tenen desavantatges com la gran mida, el pes elevat, les pertorbacions mútuas entre el costat de la xarxa i el costat de càrrega, i la falta de capacitat d'emmagatzematge d'energia, cosa que els fa cada vegada més incapaces de complir les demandes del mercat per a una operació estable i segura del sistema de potència. En canvi, els transformadors d'estat sòlid són compactes i lleugers, i ofereixen un control flexible de la corrent primària, el voltatge secundari i el flux de potència. Milloren la qualitat de la potència i tenen clares avantatges en l'abordament de les pertorbacions de voltatge, assegurant una operació estable del sistema i permetent una transmissió de potència flexible. Més enllà de l'indústria de la potència, els SST es poden aplicar en vehicles elèctrics, equips mèdics, processament químic, aeroespacial i camps militars.

Característiques

El transformador electrònic és un nou dispositiu de conversió de potència. A més de les funcions bàsiques dels transformadors de potència convencionals—transformació de voltatge, aïllament elèctric i transferència d'energia—també proporciona capacitats addicionals com la regulació de la qualitat de la potència, el control del flux de potència i la compensació de potència reactiva. Aquestes funcionalitats millorades són possibles gràcies a la incorporació de la conversió electrònica de potència i les tecnologies de control avançades, que permeten una manipulació flexible de l'amplitud i la fase de voltatges i corrents en els costats primari i secundari. Com a resultat, el flux de potència es pot controlar amb precisió segons les necessitats del sistema, permetent una transmissió de potència més estable i flexible. Els SST poden abordar molts reptes en els sistemes moderns de potència i, per tant, tenen amplis prospects d'aplicació.

En comparació amb els transformadors de potència convencionals, els PET ofereixen les següents característiques:

• Mida compacta i lleuger;

• Funcionament refrigerat per aire sense necessitat d'oli aïllant, reduint la contaminació ambiental, simplificant la manteniment i millorant la seguretat;

• Capacitat de proporcionar una amplitud de voltatge de sortida constant al costat secundari;

• Millora de la qualitat de la potència amb corrent d'entrada sinusoïdal i voltatge de sortida, capaç d'aconseguir un factor de potència unitari. Tant el voltatge com la corrent als costats primari i secundari són controlables, permetent una regulació arbitrària del factor de potència;

• Funcionalitat de disjuntor integrada—els dispositius semiconductors de gran potència poden interrompre les corrents de fallada en microsegons, eliminant la necessitat de relés de protecció separats.

A més, els transformadors electrònics de potència ofereixen funcionalitats úniques, com: millora de la fiabilitat de l'abastament elèctric quan estan connectats a bateries; la capacitat de realitzar conversions de fase especials (per exemple, de tres fases a dues fases o de tres fases a quatre fases); i la capacitat de lliurar simultàniament sortides AC i DC. En un estudi referenciat, els autors van realitzar comparacions de simulació entre transformadors de potència convencionals i transformadors electrònics de potència autoequilibrants en cinc condicions d'operació diferents.

Els resultats de la simulació mostren que el PET presenta característiques d'entrada i sortida superiors en operació a plena càrrega, circuit obert en una fase al costat de baixa tensió, curto-circuit en tres fases, voltatge de tres fases desequilibrat al costat d'alta tensió, i pol·lució harmònica. El PET aïlla eficacement desequilibris o pertorbacions d'un costat per no afectar l'altre, demostrant un rendiment significativament millor que els transformadors convencionals.