Твердотельный трансформатор vs традиционный трансформатор: объяснение преимуществ и областей применения

Твердотельный трансформатор (SST), также известный как электронный трансформатор (PET), представляет собой статическое электрическое устройство, которое интегрирует технологии преобразования мощности с высокочастотным преобразованием энергии на основе электромагнитной индукции. Он преобразует электроэнергию из одного набора характеристик мощности в другой. SST могут повысить устойчивость системы электропитания, обеспечить гибкую передачу мощности и подходят для применения в умных сетях.

Традиционные трансформаторы имеют недостатки, такие как большие размеры, большой вес, взаимные помехи между сторонами сети и нагрузки, а также отсутствие возможности хранения энергии, что делает их все менее способными удовлетворять требования рынка к стабильной и безопасной работе системы электропитания. В отличие от них, твердотельные трансформаторы компактны и легки, и обеспечивают гибкий контроль над первичным током, вторичным напряжением и потоком мощности. Они улучшают качество энергии и имеют явные преимущества в решении проблем с колебаниями напряжения, обеспечивая стабильную работу системы и позволяя гибкую передачу мощности. Помимо энергетической отрасли, SST могут применяться в электромобилях, медицинском оборудовании, химической промышленности, аэрокосмической и военной сферах.

Особенности

Электронный трансформатор является новым устройством преобразования мощности. Помимо основных функций традиционных силовых трансформаторов — преобразования напряжения, электрической изоляции и передачи энергии — он также предоставляет дополнительные возможности, такие как регулирование качества мощности, управление потоком мощности и компенсация реактивной мощности. Эти усовершенствованные функции становятся возможными благодаря использованию технологий преобразования мощности и продвинутых методов управления, которые позволяют гибко манипулировать амплитудой и фазой напряжений и токов на обеих сторонах. В результате поток мощности можно точно контролировать в соответствии с требованиями системы, обеспечивая более стабильную и гибкую передачу мощности. SST могут решать многие проблемы современных систем электроснабжения и, следовательно, имеют широкие перспективы применения.

По сравнению с традиционными силовыми трансформаторами, PET предлагают следующие характеристики:

• Компактные размеры и малый вес;

• Воздушное охлаждение без необходимости использования изоляционного масла, что снижает загрязнение окружающей среды, упрощает обслуживание и повышает безопасность;

• Возможность обеспечения постоянной амплитуды выходного напряжения на вторичной стороне;

• Улучшение качества мощности за счет синусоидального входного тока и выходного напряжения, способности достигать единичного коэффициента мощности. Напряжение и ток на обеих сторонах поддаются контролю, что позволяет произвольно регулировать коэффициент мощности;

• Встроенная функция автоматического выключателя — мощные полупроводниковые устройства могут прерывать токи короткого замыкания в течение микросекунд, устраняя необходимость в отдельных защитных реле.

Кроме того, электронные трансформаторы предлагают уникальные функции, такие как: улучшение надежности питания при подключении аккумуляторов; возможность выполнения специальных фазовых преобразований (например, трехфазное в двухфазное или трехфазное в четырехфазное); и возможность одновременной передачи как переменного, так и постоянного тока. В одном из исследований авторы провели сравнительные симуляции между традиционными силовыми трансформаторами и самобалансирующимися электронными трансформаторами в пяти различных условиях работы.

Результаты симуляций показали, что PET демонстрируют превосходные входные и выходные характеристики при работе на полную номинальную мощность, при однофазном разрыве на низковольтной стороне, трехфазном коротком замыкании, несимметричном трехфазном напряжении на высоковольтной стороне и гармоническом загрязнении. PET эффективно изолируют дисбаланс или возмущения на одной стороне, предотвращая их влияние на другую, демонстрируя значительно лучшую производительность по сравнению с традиционными трансформаторами.