Os pesquisadores da EPFL desenvolveram um transformador de média frequência compacto e eficiente. Seu dispositivo está preparado para aumentar a flexibilidade e eficiência das redes inteligentes e redes de distribuição de energia CC de amanhã. Um protótipo feito em EPFL foi exaustivamente testado e apresentado em vários tutoriais projetados para especialistas do mundo acadêmico e industrial.

Por mais de 100 anos, redes de eletricidade em todo o mundo têm funcionado com corrente alternada (CA). Contudo, a corrente contínua (DC) está de volta à moda e - graças aos avanços na eletrônica de potência - já está se tornando a nova norma.

Hoje, a maioria de nossos aparelhos, como computadores, LEDs e carros elétricos funcionam com corrente contínua. Baterias e painéis fotovoltaicos também produzem corrente CC. E embora a CC de alta tensão seja um método eficiente e comprovado para transportar energia por grandes distâncias, a interconexão ainda requer redes CA legadas. Se quisermos um dia alcançar redes CC que possam facilitar o conceito de rede inteligente, ainda são necessários mais avanços tecnológicos nesta área. Esta transição exigirá flexibilidade, dispositivos de conversão eletrônicos de energia eficientes e de alto desempenho - comumente chamados de transformadores de estado sólido (SSTs).

SSTs podem realizar qualquer conversão de energia elétrica desejada (ou seja, AC-AC, AC-DC, DC-DC, DC-AC), dependendo das necessidades do aplicativo. Desta forma, eles são semelhantes a um canivete suíço multiuso.

É aqui que entram os pesquisadores da EPFL do Laboratório de Eletrônica de Potência (PEL) da Escola de Engenharia. Eles desenvolveram uma maneira de projetar e produzir transformadores de média frequência (MFTs) de forma otimizada, que são uma das principais tecnologias de habilitação para SSTs.

Os pesquisadores projetaram, otimizou e construiu um protótipo MFT funcional, avaliado para 100kW e operado a 10kHz. Após testes rigorosos, serve de base para tutoriais técnicos, alguns dos quais já foram entregues a vários especialistas do mundo acadêmico e industrial.

Controlabilidade de redes elétricas

A controlabilidade total pode ser alcançada. "Podemos ser altamente flexíveis e alterar rapidamente o fluxo de energia - e podemos fazer isso de forma muito eficiente, "explica Marko Mogorovic, um dos designers do dispositivo. "Isso será muito importante quando se trata de integrar a geração intermitente de energia a partir de fontes renováveis ​​nas redes inteligentes de amanhã."

Quanto maior a frequência, quanto menor o MFT

Outra vantagem é o pequeno tamanho do dispositivo:"Em um sistema AC, a frequência na qual os transformadores operam depende daquela da rede ao redor. Na Europa, essa frequência é fixada em 50 Hz, "explica Drazen Dujic, diretor da PEL. Uma vez que a frequência não pode ser alterada, a miniaturização é impossível.

"Em um sistema DC, Contudo, transformadores operam dentro de conversores em frequências muito altas de até várias dezenas de quilohertz, graças à eletrônica de potência. E quanto maior a frequência, quanto mais compacto o dispositivo, "diz Dujic.

O tamanho reduzido desses transformadores será particularmente útil em sistemas de tração, em termos de eficiência e integração:"Uma locomotiva mais leve consumiria muito menos energia, "diz Mogorovic. Em sistemas de tração, o dispositivo transformaria o AC das linhas ferroviárias em DC para a cadeia de tração / propulsão. A rede ferroviária na Suíça opera a 16,7 Hz, que até agora se traduziu em transformadores bastante volumosos dentro das locomotivas.

Ao mesmo tempo, Contudo, a miniaturização representa um verdadeiro desafio para engenheiros, que tem que lidar com muitas restrições interdisciplinares, incluindo térmica, questões dielétricas e magnéticas. Os pesquisadores da EPFL desenvolveram um conjunto de modelos sofisticados e muito rápidos que podem gerar rapidamente vários milhões de designs. Torna possível selecionar o melhor design, dependendo do desempenho que desejam alcançar.

"O fato de termos feito esse tipo de transformador dentro de um laboratório é um grande passo, dados os problemas relacionados à segurança e à função que geralmente surgem, "explica Dujic." Conseguimos fazer funcionar perfeitamente. Isso é o que é importante para os especialistas neste campo. "

Uma reunião desses especialistas já está marcada. O Centro Europeu de Eletrônica de Potência (ECPE) realizará um workshop denominado "Novas Tecnologias para Transformadores de Estado Sólido de Média Freqüência" de 14 a 15 de fevereiro de 2019 na EPFL. O workshop, que será presidido por Drazen Dujic (EPFL) e Johann Kolar (ETHZ), atraiu um número recorde de participantes da indústria e da academia.