• Product
  • Suppliers
  • Manufacturers
  • Solutions
  • Free tools
  • Knowledges
  • Experts
  • Communities
Search


Unsa ang Solid-State Transformer? 2025Tech, Iginuhit ang Struktura ug mga Prinsipyo

Noah
Noah
Larangan: Diseño ug Pagsulay
Australia

1. Ano ang Solid-State Transformer (SST)?

1.1 Pundamental ug Limitasyon sa mga Tradisyonal nga Transformers

Ang artikulo muna nagbalikan sa kasinatian (e.g., ang patente ni Stanley sa 1886) ug mga pundamental nga prinsipyo sa mga tradisyonal nga transformers. Batasan sa electromagnetic induction, ang mga tradisyonal nga transformers gisangpot sa silicon steel cores, copper o aluminum windings, ug insulation/cooling systems (mineral oil o dry-type). Sila nagoperar sa fixed frequencies (50/60 Hz o 16⅔ Hz), na may fixed voltage transformation ratios, power transfer capabilities, ug frequency characteristics.

Ang mga advantage sa mga tradisyonal nga transformers:

  • Mura

  • High reliability (efficiency >99%)

  • Short-circuit current limiting capability

Ang mga disadvantage kinahanglan:

  • Dako kaayo ug heavy weight

  • Sensitive sa harmonics ug DC bias

  • Walay overload protection

  • Fire ug environmental risks

1.2 Definision ug Origin sa Solid-State Transformers

Ang Solid-State Transformer (SST) usa ka alternative sa mga tradisyonal nga transformers batas sa power electronics technology, na may origin nga nagpuyo hangtod sa McMurray's "electronic transformer" concept sa 1968. Ang SSTs nakamit ang voltage transformation ug galvanic isolation pinaagi sa Medium-Frequency (MF) isolation stage, samtang naghatag og multiple intelligent control functions.

Ang basic structure sa SST includes:

  • Medium-Voltage (MV) interface

  • Medium-Frequency (MF) isolation stage

  • Communication ug control links

SST.jpg

2. Design Challenges sa SSTs

2.1 Challenge: Handling Medium Voltage (MV)

Ang medium-voltage levels (e.g., 10 kV) labi na dako sa voltage ratings sa existing semiconductor devices (Si IGBTs up to 6.5 kV, SiC MOSFETs ~10–15 kV). Busa, kailangan adunay multi-cell (modular) o single-cell (high-voltage device) approach.

Advantages sa multi-cell solutions:

  • Modular ug redundant design

  • Multi-level output waveforms, reducing filter requirements

  • Support for hot-swapping ug fault tolerance

Advantages sa single-cell solutions:

  • Simpler structure

  • Suitable for three-phase systems

2.2 Challenge: Topology Selection

Ang SST topologies makakategorisahan isip:

  • Isolated Front-End (IFE): Isolation before rectification

  • Isolated Back-End (IBE): Rectification before isolation

  • Matrix converter type: Direct AC-AC conversion

  • Modular Multilevel Converter (M2LC)

2.3 Challenge: Reliability

Ang mga tradisyonal nga transformers labi na reliable, nganong ang SSTs adunay daghan nga semiconductors, control circuits, ug cooling systems, making reliability usa ka critical concern. Ang paper nag-introduce sa Reliability Block Diagrams (RBD) ug failure rate (λ in FIT) models, indicating na ang redundancy makapadako sa system reliability.

2.4 Challenge: Medium-Frequency Isolated Power Converters

Common topologies include:

  • Dual Active Bridge (DAB): Power flow controlled via phase shift, enabling soft switching

  • Half-Cycle Discontinuous Mode Series Resonant Converter (HC-DCM SRC): Achieves ZCS/ZVS, exhibiting "DC transformer" characteristics

2.5 Challenge: Medium-Frequency Transformer Design

Ang medium-frequency transformers nagoperar sa kHz-level frequencies, facing challenges such as:

  • Smaller magnetic core volume

  • Conflict between insulation ug thermal management

  • Uneven current distribution in Litz wire

2.6 Challenge: Isolation Coordination

Ang medium-voltage units nanginahanglan og high insulation to ground, necessitating consideration of:

  • Combined 50 Hz power frequency ug medium-frequency electric field stress

  • Dielectric losses ug risk of localized overheating

2.7 Challenge: Electromagnetic Interference (EMI)

Ang common-mode currents generated during MV switching can flow to ground through parasitic capacitance ug must be suppressed using common-mode chokes.

2.8 Challenge: Protection

Ang SSTs nanginahanglan mog handle overvoltage, overcurrent, lightning strikes, ug short circuits. Ang traditional fuses ug surge arresters remain applicable but should be combined with electronic current limiting ug energy absorption strategies.

SST.jpg

2.9 Challenge: Control

Ang SST control systems complex ug nanginahanglan og hierarchical structure:

  • External control: Grid interaction, power dispatch

  • Internal control: Voltage/current regulation, redundancy management

  • Unit-level control: Modulation ug protection

2.10 Challenge: Construction of Modular Converters

Building practical MV modular systems involves:

  • Insulation design

  • Cooling systems

  • Communication ug auxiliary power

  • Mechanical structure ug hot-swappable support

2.11 Challenge: Testing of MV Converters

MV testing facilities complex ug nanginahanglan:

  • High-voltage, high-power sources/loads

  • High-precision measurement equipment (e.g., high-voltage differential probes)

  • Backup test strategies (e.g., back-to-back testing)

3. Applicability ug Use Cases sa SSTs

3.1 Grid Applications

Ang SSTs makapagamit sa power grids para sa:

  • Voltage regulation ug reactive power compensation

  • Harmonic filtering ug power quality improvement

  • DC interface integration (e.g., energy storage, photovoltaics)

But, compared to conventional Line Frequency Transformers (LFTs), ang SSTs face an "efficiency challenge":

  • LFT efficiency can reach 98.7%

  • SSTs typically achieve only ~96.3% due to multi-stage conversion

  • Limited reduction in size ug weight (~2.6 m³ vs. 3.4 m³)

  • Significantly higher cost (>52.7k USD vs. 11.3k USD)

3.2 Traction Applications

Ang traction systems (e.g., electric locomotives) adunay stringent requirements sa size, weight, ug efficiency, diin ang SSTs nagsugyot sa clear advantages:

  • Significantly reduced transformer size through higher operating frequencies (e.g., 20 kHz)

  • Dual optimization of efficiency ug volume reduction

3.3 DC-DC Applications

Sa DC systems (e.g., offshore wind power collection, data centers), ang SSTs ang tanging viable isolation solution, tungod kay ang ilang operating frequency mahimong freely chosen without being constrained by grid frequency.

4. Future Concepts ug Conclusion

4.1 Future Application Scenarios

  • Subsea oil & gas processing systems

  • Airborne wind turbines

  • All-electric aircraft

  • Naval medium-voltage DC (MVDC) systems

Maghatag og tip ug pagsalig sa author
Mga Paksa:
SST
Gipareserbado
Pagkaunawa sa mga Variasyon sa Rectifier ug Power Transformer
Pagkaunawa sa mga Variasyon sa Rectifier ug Power Transformer
Pagkakaiba sa pagitan sa mga Rectifier Transformers ug Power TransformersAng mga rectifier transformers ug power transformers parehas sila naglakip sa pamilya sa mga transformer, apan may pagkakaiba sila sa aplikasyon ug functional characteristics. Ang mga transformers nga kasagaran makita sa utility poles mao ang power transformers, apan ang mga nagpadala og electrolytic cells o electroplating equipment sa factories adunay kaayo ang mga rectifier transformers. Ang pagkaamoma sa ilang pagkakaiba
Echo
10/27/2025
Pamaagi sa Pagkalkula sa Core Loss sa SST Transformer ug Pamaagi sa Pag-ayo sa Winding
Pamaagi sa Pagkalkula sa Core Loss sa SST Transformer ug Pamaagi sa Pag-ayo sa Winding
Diseño ug Pagkalkula sa Core sa SST High-Frequency Isolated Transformer Ang Impact sa Mga Katangian sa Materyales: Ang materyal sa core nagpakita og iba't ibang kahibawon sa pagkawasak sa wala sama nga temperatura, peryedyo, ug flux density. Kini nga mga katangian ang naghuhubad sa kabuokan sa pagkawasak sa core ug nanginahanglan og eksakto nga pagkaunawa sa mga non-linear na katangian. Ang Interferensiya sa Stray Magnetic Field: Ang high-frequency stray magnetic fields sa palibot sa mga winding
Dyson
10/27/2025
Diseño sa usa ka Apwat-ang Port Solid-State Transformer: Epektibong Integrated Solution alang sa Microgrids
Diseño sa usa ka Apwat-ang Port Solid-State Transformer: Epektibong Integrated Solution alang sa Microgrids
Ang paggamit sa power electronics sa industriya mao ang nagdugay, gikan sa small-scale nga mga aplikasyon sama sa chargers para sa mga bateria ug LED drivers, hangtod sa large-scale nga mga aplikasyon sama sa photovoltaic (PV) systems ug electric vehicles. Kasagaran, usa ka power system naghuhubad og tulo ka bahin: power plants, transmission systems, ug distribution systems. Tradisyonal, ang low-frequency transformers gamiton sa duha ka katuyoan: electrical isolation ug voltage matching. Apan, a
Dyson
10/27/2025
Solid-State Transformer vs Traditional Transformer: Advantages and Applications Explained

Solid-State Transformer kontra Tradisyonal nga Transformer: Ginahulagway ang mga Advantages ug Applications
Solid-State Transformer vs Traditional Transformer: Advantages and Applications Explained Solid-State Transformer kontra Tradisyonal nga Transformer: Ginahulagway ang mga Advantages ug Applications
Ang solid-state transformer (SST), nga kasagaran gisulti usab isip power electronic transformer (PET), usa ka estatiko nga elektrikal nga device nga nag-integrate sa power electronic conversion technology sama sa high-frequency energy conversion batas sa electromagnetic induction. Ito ang nag-transform sa electrical energy gikan sa usa ka set sa mga katangian sa power ngadto sa uban pa. Ang SSTs makapadako sa stability sa power system, makahimo og flexible power transmission, ug angay sa aplikas
Echo
10/27/2025
Mga Produktong Nakarrelasyon
Inquiry
Pangutana
Pangutana sa IEE-Business Application
Pangita og mga equipment gamit ang IEE-Business app asa asa ug kailan man sugad og pagkuha og solusyon pagsulay sa mga eksperto ug pagpadayon sa industriya nga pakisayran suportahan ang imong proyekto sa kuryente ug negosyo