Transformador de estado sólido vs transformador tradicional: vantaxes e aplicacións explicadas

Un transformador de estado sólido (SST), tamén coñecido como transformador electrónico de potencia (PET), é un dispositivo eléctrico estático que integra a tecnoloxía de conversión electrónica de potencia con a conversión de enerxía de alta frecuencia baseada na indución electromagnética. Transforma a enerxía eléctrica dun conxunto de características de potencia noutra. Os SST poden mellorar a estabilidade do sistema de potencia, permitir a transmisión flexible de potencia e son adecuados para aplicacións de rede inteligente.

Os transformadores tradicionais teñen inconvenientes como o gran tamaño, o peso elevado, as perturbacións mutuas entre os lados da rede e a carga, e a falta de capacidade de almacenamento de enerxía, facéndolos cada vez menos capaces de satisfacer as demandas do mercado para unha operación estable e segura do sistema de potencia. En contraste, os transformadores de estado sólido son compactos e lixeiros, e ofrecen un control flexible sobre a corrente primaria, a tensión secundaria e o fluxo de potencia. Meloran a calidade da potencia e teñen claras vantaxes para abordar as perturbacións de tensión, garantindo unha operación estable do sistema e permitindo a transmisión flexible de potencia. Máis aló da industria eléctrica, os SST poden aplicarse en vehículos eléctricos, equipos médicos, procesamento químico, aeroespacial e campos militares.

Características

O transformador electrónico é un novo dispositivo de conversión de potencia. Ademais das funcións básicas dos transformadores de potencia convencionais—transformación de tensión, aislamento eléctrico e transferencia de enerxía—tamén ofrece capacidades adicionais como a regulación da calidade da potencia, o control do fluxo de potencia e a compensación de potencia reactiva. Estas funcionalidades melloradas son posibles gracias á incorporación de tecnoloxías de conversión electrónica de potencia e control avanzado, que permiten a manipulación flexible da amplitud e a fase das tensións e correntes nos lados primario e secundario. Como resultado, o fluxo de potencia pode ser controlado de xeito preciso segundo as necesidades do sistema, permitindo unha transmisión de potencia máis estable e flexible. Os SST poden abordar moitos desafíos nos sistemas modernos de potencia e, polo tanto, teñen amplias perspectivas de aplicación.

En comparación cos transformadores de potencia convencionais, os PET ofreces as seguintes características:

• Tamaño compacto e lixeiro;

• Operación a aire, sen necesidade de aceite aislante, reducindo a contaminación ambiental, simplificando a manutención e mellorando a seguridade;

• Capacidade de proporcionar unha amplitud constante de tensión de saída no lado secundario;

• Melhora da calidade da potencia con corrente de entrada e tensión de saída sinusoidal, capaz de lograr un factor de potencia unitario. Tanto a tensión como a corrente nos lados primario e secundario son controlables, permitindo un ajuste arbitrario do factor de potencia;

• Funcionalidade de interruptor integrada—dispositivos semiconductores de alta potencia poden interromper correntes de fallo en microsegundos, eliminando a necesidade de relevadores protectores separados.

Ademais, os transformadores electrónicos de potencia ofreces funcionalidades únicas, como: maior fiabilidade do suministro de enerxía cando están conectados a baterías; a capacidade de realizar conversiones de fase especiais (por exemplo, de tres fases a dúas fases ou de tres fases a catro fases); e a capacidade de entregar simultaneamente salidas AC e DC. Neste estudo, os autores realizaron comparacións de simulación entre transformadores de potencia convencionais e transformadores electrónicos de potencia autocompensados ba cinco condicións de funcionamento diferentes.

Os resultados da simulación mostran que o PET exhibe características de entrada e saída superiores ba operación nominal a carga completa, circuito aberto monofásico no lado de baixa tensión, curto-circuíto trifásico, tensión trifásica desequilibrada no lado de alta tensión e polución harmónica. O PET isola eficazmente os desequilibrios ou perturbacións nun lado para que non afecten ao outro, demostrando un rendemento significativamente mellor que os transformadores convencionais.