ترانسفورماتور جامد در مقایسه با ترانسفورماتور سنتی: مزایا و کاربردها توضیح داده شده

یک ترانسفورماتور حالت جامد (SST) که همچنین به عنوان ترانسفورماتور الکترونیک قدرت (PET) نیز شناخته می‌شود، دستگاه الکتریکی استاتیکی است که فناوری تبدیل الکترونیک قدرت را با تبدیل انرژی با فرکانس بالا بر اساس القای الکترومغناطیسی یکپارچه می‌کند. این دستگاه انرژی الکتریکی را از یک مجموعه ویژگی‌های قدرت به مجموعه دیگری تبدیل می‌کند. SSTها می‌توانند پایداری سیستم قدرت را افزایش داده، انتقال انعطاف‌پذیر قدرت را امکان‌پذیر کنند و برای کاربردهای شبکه هوشمند مناسب هستند.

ترانسفرماتورهای سنتی مشکلاتی مانند حجم بزرگ، وزن زیاد، اختلالات متقابل بین طرفین شبکه و بار، و فقدان قابلیت ذخیره‌سازی انرژی دارند که آن‌ها را قادر به برآوردن نیازهای بازار برای عملکرد پایدار و ایمن سیستم قدرت می‌کند. در مقابل، ترانسفورماتورهای حالت جامد فشرده و سبک وزن هستند و کنترل انعطاف‌پذیر روی جریان اصلی، ولتاژ ثانویه و جریان قدرت را ارائه می‌دهند. آن‌ها کیفیت قدرت را بهبود می‌بخشند و مزایای واضحی در مقابله با اختلالات ولتاژ، تضمین عملکرد پایدار سیستم و امکان انتقال انعطاف‌پذیر قدرت دارند. علاوه بر صنعت برق، SSTها می‌توانند در خودروهای الکتریکی، تجهیزات پزشکی، پردازش شیمیایی، هوافضا و زمینه‌های نظامی کاربرد داشته باشند.

ویژگی‌ها

ترانسفورماتور الکترونیکی یک دستگاه تبدیل قدرت نوآورانه است. علاوه بر عملکردهای اساسی ترانسفورماتورهای قدرت سنتی—تبدیل ولتاژ، جداسازی الکتریکی و انتقال انرژی—این دستگاه قابلیت‌های اضافی مانند تنظیم کیفیت قدرت، کنترل جریان قدرت و جبران قدرت واکنشی را ارائه می‌دهد. این قابلیت‌های ارتقا یافته با استفاده از فناوری‌های تبدیل الکترونیک قدرت و کنترل پیشرفته ممکن شده‌اند که اجازه می‌دهند ولتاژ و جریان را در طرفین اصلی و ثانویه به صورت انعطاف‌پذیر کنترل کنند. بنابراین، جریان قدرت می‌تواند بر اساس نیازهای سیستم به صورت دقیق کنترل شود و انتقال قدرت پایدارتر و انعطاف‌پذیرتری را ممکن می‌کند. SSTها می‌توانند چالش‌های زیادی در سیستم‌های قدرت مدرن را حل کنند و بنابراین دارای چشم‌انداز کاربرد گسترده‌ای هستند.

در مقایسه با ترانسفورماتورهای قدرت سنتی، PETها دارای ویژگی‌های زیر هستند:

• حجم فشرده و سبک وزن؛

• عملکرد خنک‌سازی هوایی بدون نیاز به روغن عایق، کاهش آلودگی محیط زیست، ساده‌سازی نگهداری و بهبود ایمنی؛

• قابلیت ارائه ولتاژ ثابت در طرف ثانویه؛

• بهبود کیفیت قدرت با جریان ورودی سینوسی و ولتاژ خروجی، قابلیت دستیابی به ضریب قدرت واحد. هر دو ولتاژ و جریان در طرفین اصلی و ثانویه قابل کنترل هستند و می‌توانند ضریب قدرت را به صورت دلخواه تنظیم کنند؛

• قابلیت مدار قطع کننده داخلی—دستگاه‌های نیمه‌رسانا با قدرت بالا می‌توانند جریان‌های خطای را در میکروثانیه‌ها قطع کنند و نیاز به رله‌های محافظ جداگانه را حذف کنند.

علاوه بر این، ترانسفورماتورهای الکترونیک قدرت قابلیت‌های منحصر به فردی مانند: بهبود قابلیت اطمینان تأمین قدرت هنگام اتصال به باتری‌ها؛ قابلیت انجام تبدیلات فازی خاص (مانند تبدیل سه‌فاز به دو‌فاز یا سه‌فاز به چهارفاز)؛ و قابلیت تحویل همزمان خروجی‌های AC و DC را ارائه می‌دهند. در یک مطالعه مرجع، نویسندگان مقایسه‌های شبیه‌سازی بین ترانسفورماتورهای قدرت سنتی و ترانسفورماتورهای الکترونیک قدرت خودتعادلی تحت پنج شرایط عملکرد مختلف انجام داده‌اند.

نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که PET ویژگی‌های ورودی و خروجی برتری را در عملکرد با بار کامل، باز شدن مدار تک‌فاز در طرف کم‌ولتاژ، کوتاه‌شدن سه‌فاز، نامتوازن بودن ولتاژ سه‌فاز در طرف بالاولتاژ و آلودگی هارمونیکی دارد. PET به طور موثر نامتوازنی یا اختلالات یک طرف را از تأثیر بر طرف دیگر جدا می‌کند و عملکرد بهتری نسبت به ترانسفورماتورهای سنتی دارد.