Transformador de estado sólido vs transformador tradicional: Ventajas y aplicaciones explicadas

Un transformador de estado sólido (SST), también conocido como transformador electrónico de potencia (PET), es un dispositivo eléctrico estático que integra la tecnología de conversión electrónica de potencia con la conversión de energía de alta frecuencia basada en la inducción electromagnética. Transforma la energía eléctrica de un conjunto de características de potencia a otro. Los SST pueden mejorar la estabilidad del sistema de potencia, permitir una transmisión de potencia flexible y son adecuados para aplicaciones de red inteligente.

Los transformadores tradicionales sufren desventajas como tamaño grande, peso elevado, perturbaciones mutuas entre el lado de la red y el lado de la carga, y falta de capacidad de almacenamiento de energía, lo que los hace cada vez más incapaces de satisfacer las demandas del mercado para una operación estable y segura del sistema de potencia. En contraste, los transformadores de estado sólido son compactos y ligeros, y ofrecen un control flexible sobre la corriente primaria, el voltaje secundario y el flujo de potencia. Mejoran la calidad de la potencia y tienen claras ventajas en la solución de perturbaciones de voltaje, asegurando una operación estable del sistema y permitiendo una transmisión de potencia flexible. Más allá de la industria de la potencia, los SST se pueden aplicar en vehículos eléctricos, equipos médicos, procesamiento químico, aeroespacial y campos militares.

Características

El transformador electrónico es un novedoso dispositivo de conversión de potencia. Además de las funciones básicas de los transformadores de potencia convencionales—transformación de voltaje, aislamiento eléctrico y transferencia de energía—también proporciona capacidades adicionales como regulación de la calidad de la potencia, control del flujo de potencia y compensación de potencia reactiva. Estas funcionalidades mejoradas son posibles gracias a la incorporación de tecnologías de conversión electrónica de potencia y control avanzado, que permiten una manipulación flexible de la amplitud y la fase de los voltajes y corrientes en ambos lados, primario y secundario. Como resultado, el flujo de potencia puede ser controlado con precisión según los requisitos del sistema, permitiendo una transmisión de potencia más estable y flexible. Los SST pueden abordar muchos desafíos en los sistemas de potencia modernos y, por lo tanto, tienen amplias perspectivas de aplicación.

En comparación con los transformadores de potencia convencionales, los PET ofrecen las siguientes características:

• Tamaño compacto y ligero;

• Operación a aire sin necesidad de aceite aislante, reduciendo la contaminación ambiental, simplificando el mantenimiento y mejorando la seguridad;

• Capacidad de proporcionar una amplitud constante de voltaje de salida en el lado secundario;

• Mejora de la calidad de la potencia con corriente de entrada sinusoidal y voltaje de salida, capaz de lograr un factor de potencia unitario. Tanto el voltaje como la corriente en los lados primario y secundario son controlables, permitiendo un ajuste arbitrario del factor de potencia;

• Funcionalidad integrada de interruptor automático—los dispositivos semiconductores de alta potencia pueden interrumpir corrientes de fallo en microsegundos, eliminando la necesidad de relés de protección separados.

Además, los transformadores electrónicos de potencia ofrecen funcionalidades únicas, como: mejora de la confiabilidad del suministro de energía cuando están conectados a baterías; la capacidad de realizar conversiones de fase especiales (por ejemplo, de tres fases a dos fases o de tres fases a cuatro fases); y la capacidad de entregar simultáneamente salidas de CA y CC. En un estudio referenciado, los autores realizaron comparaciones de simulación entre transformadores de potencia convencionales y transformadores electrónicos de potencia autocompensados bajo cinco condiciones de operación diferentes.

Los resultados de la simulación muestran que el PET exhibe características de entrada y salida superiores en operación a plena carga nominal, circuito abierto de una fase en el lado de baja tensión, cortocircuito de tres fases, voltaje de tres fases desequilibrado en el lado de alta tensión y contaminación armónica. El PET aísla eficazmente los desequilibrios o perturbaciones de un lado para que no afecten al otro, demostrando un rendimiento significativamente mejor que los transformadores convencionales.