Transformateur à état solide vs transformateur traditionnel : Avantages et applications expliqués

Un transformateur à état solide (SST), également connu sous le nom de transformateur électronique de puissance (PET), est un dispositif électrique statique qui intègre la technologie de conversion électronique de puissance avec une conversion d'énergie haute fréquence basée sur l'induction électromagnétique. Il transforme l'énergie électrique d'un ensemble de caractéristiques de puissance en un autre. Les SST peuvent améliorer la stabilité du système de puissance, permettre une transmission flexible de l'énergie et sont adaptés aux applications de réseau intelligent.

Les transformateurs traditionnels souffrent de défauts tels que leur grande taille, leur poids important, les perturbations mutuelles entre le côté réseau et le côté charge, et l'absence de capacité de stockage d'énergie, ce qui les rend de plus en plus incapables de répondre aux exigences du marché pour un fonctionnement stable et sécurisé des systèmes de puissance. En revanche, les transformateurs à état solide sont compacts et légers, et offrent un contrôle flexible du courant primaire, de la tension secondaire et du flux de puissance. Ils améliorent la qualité de l'énergie et présentent des avantages clairs pour lutter contre les perturbations de tension, assurer un fonctionnement stable du système et permettre une transmission flexible de l'énergie. Au-delà de l'industrie de l'électricité, les SST peuvent être appliqués dans les véhicules électriques, l'équipement médical, la transformation chimique, l'aérospatiale et les domaines militaires.

Caractéristiques

Le transformateur électronique est un dispositif de conversion de puissance novateur. En plus des fonctions de base des transformateurs de puissance conventionnels - transformation de tension, isolation électrique et transfert d'énergie - il offre également des capacités supplémentaires telles que la régulation de la qualité de l'énergie, le contrôle du flux de puissance et la compensation de la puissance réactive. Ces fonctionnalités améliorées sont rendues possibles par l'intégration de la technologie de conversion électronique de puissance et des technologies de contrôle avancées, qui permettent une manipulation flexible de l'amplitude et de la phase des tensions et des courants sur les côtés primaire et secondaire. Ainsi, le flux de puissance peut être contrôlé avec précision selon les besoins du système, permettant une transmission de puissance plus stable et flexible. Les SST peuvent résoudre de nombreux défis des systèmes de puissance modernes et ont donc de vastes perspectives d'application.

Comparés aux transformateurs de puissance conventionnels, les PET offrent les caractéristiques suivantes :

• Taille compacte et poids léger ;

• Fonctionnement refroidi par air sans besoin d'huile isolante, réduisant la pollution environnementale, simplifiant la maintenance et améliorant la sécurité ;

• Capacité à fournir une amplitude de tension constante sur le côté secondaire ;

• Amélioration de la qualité de l'énergie avec un courant d'entrée sinusoïdal et une tension de sortie sinusoïdale, capable d'atteindre un facteur de puissance unitaire. Tant la tension que le courant sur les côtés primaire et secondaire sont contrôlables, permettant un ajustement arbitraire du facteur de puissance ;

• Fonctionnalité intégrée de disjoncteur - les dispositifs semi-conducteurs de haute puissance peuvent interrompre les courants de défaut en microsecondes, éliminant la nécessité de relais de protection séparés.

De plus, les transformateurs électroniques de puissance offrent des fonctionnalités uniques, telles que : une meilleure fiabilité de l'alimentation électrique lorsqu'ils sont connectés à des batteries ; la capacité d'effectuer des conversions de phase spéciales (par exemple, triphasé vers biphasé ou triphasé vers quadriphasé) ; et la possibilité de fournir simultanément des sorties AC et DC. Dans une étude référencée, les auteurs ont effectué des comparaisons de simulation entre les transformateurs de puissance conventionnels et les transformateurs électroniques de puissance auto-équilibrés sous cinq conditions de fonctionnement différentes.

Les résultats de la simulation montrent que le PET présente des caractéristiques d'entrée et de sortie supérieures en opération nominale à pleine charge, en cas de circuit ouvert monophasé sur le côté basse tension, de court-circuit triphasé, de tension triphasée déséquilibrée sur le côté haute tension, et de pollution harmonique. Le PET isole efficacement les déséquilibres ou perturbations d'un côté pour qu'ils n'affectent pas l'autre, démontrant une performance significativement meilleure que celle des transformateurs conventionnels.