Los investigadores de EPFL han desarrollado un transformador de frecuencia media compacto y eficiente. Su dispositivo está preparado para mejorar la flexibilidad y la eficiencia de las redes inteligentes y las redes de distribución de energía de CC del mañana. Un prototipo elaborado por EPFL ha sido probado a fondo y presentado en varios tutoriales diseñados para expertos del mundo académico e industrial.

Durante más de 100 años, Las redes eléctricas de todo el mundo han funcionado con corriente alterna (CA). Sin embargo, La corriente continua (CC) vuelve a estar de moda y, gracias a los avances en la electrónica de potencia, ya se está convirtiendo en la nueva norma.

Hoy dia, la mayoría de nuestros electrodomésticos, como las computadoras, Los LED y los coches eléctricos funcionan con CC. Las baterías y los paneles fotovoltaicos también producen corriente continua. Y aunque la CC de alto voltaje es un método eficaz y probado para transportar energía a grandes distancias, la interconexión aún requiere redes de CA heredadas. Si algún día vamos a lograr redes de CC que puedan facilitar el concepto de red inteligente, Todavía se necesitan más avances tecnológicos en este ámbito. Esta transición requerirá dispositivos de conversión electrónica de potencia eficientes y de alto rendimiento, comúnmente denominados transformadores de estado sólido (SST).

Los SST pueden realizar cualquier conversión de energía eléctrica deseada (es decir, AC-AC, AC/DC, DC-DC, DC-AC), dependiendo de las necesidades de la aplicación. De esta forma son similares a una navaja suiza multiusos.

Aquí es donde entran en juego los investigadores de EPFL del Laboratorio de Electrónica de Potencia (PEL) de la Escuela de Ingeniería. Han desarrollado una forma de diseñar y producir de manera óptima transformadores de frecuencia media (MFT), que son una de las tecnologías habilitadoras clave para las SST.

Los investigadores han diseñado, optimizado y construido un prototipo de MFT funcional, clasificado para 100kW y operado a 10kHz. Después de rigurosas pruebas, sirve como base para tutoriales técnicos, algunas de las cuales ya han sido entregadas a diversos especialistas del mundo académico e industrial.

Controlabilidad de las redes eléctricas

Se puede lograr una capacidad de control total. "Podemos ser muy flexibles y alterar rápidamente el flujo de energía, y podemos hacerlo de manera muy eficiente, "explica Marko Mogorovic, uno de los diseñadores del dispositivo. "Esto será muy importante a la hora de integrar la generación de energía intermitente a partir de fuentes renovables en las redes inteligentes del mañana".

Cuanto mayor sea la frecuencia, cuanto más pequeño es el MFT

Otra ventaja es el pequeño tamaño del dispositivo:"En un sistema de CA, la frecuencia a la que operan los transformadores depende de la de la red circundante. En Europa, esa frecuencia está fijada en 50Hz, "explica Drazen Dujic, director de PEL. Dado que la frecuencia no se puede cambiar, la miniaturización es imposible.

"En un sistema de CC, sin embargo, Los transformadores operan dentro de los convertidores a frecuencias muy altas de hasta varias decenas de kilohercios. gracias a la electrónica de potencia. Y cuanto mayor sea la frecuencia, cuanto más compacto sea el dispositivo, "dice Dujic.

El tamaño reducido de estos transformadores será particularmente útil en sistemas de tracción, en términos de eficiencia e integración:"Una locomotora más ligera consumiría mucha menos energía, "dice Mogorovic. En los sistemas de tracción, el dispositivo transformaría la CA de las líneas ferroviarias en CC para la cadena de tracción / propulsión. La red ferroviaria en Suiza opera a 16.7Hz, lo que hasta ahora se ha traducido en transformadores bastante voluminosos dentro de las locomotoras.

Al mismo tiempo, sin embargo, la miniaturización representa un verdadero desafío para los ingenieros, que tienen que lidiar con muchas limitaciones interdisciplinarias, incluyendo térmica, cuestiones dieléctricas y magnéticas. Los investigadores de EPFL desarrollaron un conjunto de modelos sofisticados y muy rápidos que pueden generar rápidamente varios millones de diseños. Permite seleccionar el mejor diseño, dependiendo del desempeño que quieran lograr.

"El hecho de que hayamos fabricado este tipo de transformador dentro de un laboratorio es un paso importante, dados los problemas relacionados con la seguridad y las funciones que suelen surgir, "explica Dujic." Logramos que funcionara perfectamente. Eso es lo que es importante para los expertos en este campo ".

Ya está programada una reunión de estos expertos. El Centro Europeo de Electrónica de Potencia (ECPE) llevará a cabo un taller llamado "Nuevas tecnologías para transformadores de estado sólido de frecuencia media" del 14 al 15 de febrero de 2019 en EPFL. El taller, que estará presidida por Drazen Dujic (EPFL) y Johann Kolar (ETHZ), ha atraído a un número récord de participantes de la industria y el mundo académico.