Transformador de Estado Sólido vs Transformador Tradicional: Vantagens e Aplicações Explicadas

Um transformador de estado sólido (SST), também conhecido como transformador eletrônico de potência (PET), é um dispositivo elétrico estático que integra tecnologia de conversão de energia eletrônica com conversão de energia de alta frequência baseada em indução eletromagnética. Ele transforma energia elétrica de um conjunto de características de potência para outro. Os SSTs podem melhorar a estabilidade do sistema de potência, permitir a transmissão flexível de energia e são adequados para aplicações de redes inteligentes.

Transformadores tradicionais sofrem de desvantagens como grande tamanho, peso elevado, perturbações mútuas entre o lado da rede e o lado da carga, e falta de capacidade de armazenamento de energia, tornando-os cada vez mais incapazes de atender às demandas do mercado por operação estável e segura do sistema de potência. Em contraste, os transformadores de estado sólido são compactos e leves, e oferecem controle flexível sobre a corrente primária, tensão secundária e fluxo de potência. Eles melhoram a qualidade da energia e têm vantagens claras na resolução de perturbações de tensão, garantindo a operação estável do sistema e permitindo a transmissão flexível de energia. Além da indústria de energia, os SSTs podem ser aplicados em veículos elétricos, equipamentos médicos, processamento químico, aeroespacial e campos militares.

Características

O transformador eletrônico é um dispositivo de conversão de energia inovador. Além das funções básicas dos transformadores de potência convencionais—transformação de tensão, isolamento elétrico e transferência de energia—ele também fornece capacidades adicionais, como regulação da qualidade da energia, controle do fluxo de potência e compensação de potência reativa. Essas funcionalidades aprimoradas são possíveis graças à incorporação de tecnologias de conversão de energia eletrônica e controle avançado, que permitem a manipulação flexível da amplitude e fase de tensões e correntes nos lados primário e secundário. Como resultado, o fluxo de potência pode ser controlado com precisão de acordo com as necessidades do sistema, permitindo uma transmissão de energia mais estável e flexível. Os SSTs podem resolver muitos desafios nos sistemas de energia modernos e, portanto, têm amplos prospectos de aplicação.

Em comparação com os transformadores de potência convencionais, os PETs oferecem as seguintes características:

• Tamanho compacto e leve;

• Operação a ar, sem a necessidade de óleo isolante, reduzindo a poluição ambiental, simplificando a manutenção e aumentando a segurança;

• Capacidade de fornecer uma amplitude de tensão de saída constante no lado secundário;

• Melhoria da qualidade da energia com corrente de entrada e tensão de saída sinusoidais, capaz de alcançar fator de potência unitário. Tanto a tensão quanto a corrente nos lados primário e secundário são controláveis, permitindo ajuste arbitrário do fator de potência;

• Funcionalidade de disjuntor embutida—dispositivos semicondutores de alta potência podem interromper correntes de falha em microssegundos, eliminando a necessidade de relés de proteção separados.

Além disso, os transformadores eletrônicos de potência oferecem funcionalidades únicas, como: melhoria da confiabilidade do fornecimento de energia quando conectados a baterias; a capacidade de realizar conversões de fase especiais (por exemplo, de três fases para duas fases ou de três fases para quatro fases); e a capacidade de fornecer simultaneamente saídas AC e DC. Em um estudo referenciado, os autores realizaram comparações de simulação entre transformadores de potência convencionais e transformadores eletrônicos de potência autocompensados sob cinco condições de operação diferentes.

Os resultados da simulação mostram que o PET exibe características de entrada e saída superiores sob operação nominal de carga total, circuito aberto monofásico no lado de baixa tensão, curto-circuito trifásico, tensão trifásica desequilibrada no lado de alta tensão e poluição harmônica. O PET isola efetivamente desequilíbrios ou perturbações de um lado, impedindo que afetem o outro, demonstrando um desempenho significativamente melhor do que os transformadores convencionais.