Transformador electrónico, equipo en innovación para la red de energía eléctrica
Escrito por: Iván Hernández
Los transformadores son equipos muy importantes para la transmisión y distribución de la energía eléctrica, desde su origen (hace más de un siglo) se mantienen firmes y eficientes en la conversión de la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de voltaje, a otro nivel de voltaje de energía alterna.
Desde su aparición se experimentan diversos estudios y análisis, por lo que logran mejorar sus diseños, reducir sus tamaños, aumentan su eficiencia debido a la disminución de sus pérdidas; además son adaptados a las diferentes configuraciones de conexión de la red eléctrica y son compatibles con los diferentes tipos de cargas eléctricas surgidas. Sin duda, el transformador sufre cambios desde su origen pero no evoluciona drásticamente ni mucho menos se logra abolir. En los recientes años, debido a los grandes avances en la tecnología del estado sólido (específicamente el semiconductor de potencia), se rumora la jubilación de los transformadores que se conocen hoy en día, para dar paso a la nueva generación el “transformador electrónico“.
Esta nueva generación del transformador se basa en la aplicación de la electrónica de potencia y comparado con el transformador convencional este tiene un bajo peso, un volumen más compacto, evita el uso de enfriadores dieléctricos tóxicos (aceites) y aumenta su funcionalidad ya que es posible adicionarle otras características como un regulador de tensión instantáneo, compensación de sags (caídas de voltajes), corrección de factor de potencia y suprimir armónicos. De manera general un transformador electrónico consiste en un convertidor estático AC/AC aplicados a los devanados primarios y secundarios.
Cada convertidor tiene switches bi-direccionales que proporcionan un flujo de energía bi-direccional. La entrada del voltaje con baja frecuencia (50/60 Hz) es convertido a alta frecuencia por medio del convertidor primario, y pasa a través de un transformador de alta frecuencia y nuevamente por medio del convertidor secundario la baja frecuencia se regresa.
Paradójicamente un transformador electrónico requiere de otro transformador, en este caso para operar a altas frecuencias, y la razón de utilizarlo se debe a que el tamaño de un transformador convencional es inversamente proporcional a la frecuencia de operación así para altas frecuencias el tamaño y peso del transformador es reducido considerablemente. Un transformador convencional a pesar de ser equipo muy eficiente tiene algunas propiedades indeseables como sensibilidad a los armónicos, caídas de tensión, requiere de protección contra disturbios del sistema y contra sobrecargas, además de presentar problemas ambientales debido a la utilización de aceites minerales. Estas desventajas se pueden revocar por medio de la utilización del transformador electrónico.
Entre sus principales ventajas se pueden citar: protege al sistema de distribución y a su usuario contra la propagación de armónicos; capacidad de corregir factor de potencia; capacidad de compensar sags y swells (caídas y elevaciones de voltaje) en el sistema; capacidad de suministrar carga con DC características; no utiliza aceites minerales o dieléctricos líquidos que puedan dañar al medio ambiente.
Actualmente con el desarrollo del smartGrid (red inteligente) a los sistemas de transmisión y distribución eléctrica donde es indispensable la interconexión y perfecto control entre los componentes de suministro eléctrico y cargas, así como optimización de todos los recursos de la red de energía eléctrica, el transformador convencional no tiene posibilidades de competir con el transformador electrónico en este novedoso sistema por lo que la aplicación de la nueva de generación de transformadores en la red de transmisión y distribución eléctrica se aproxima.
Fuentes:Wang Jun, Huan Alex Q., Sung Woongle, Liu Yu, and Baliga, B. J., “Smartgrid Technologies,”IEEE Industrial Electronics Magazine, pp. 16-23, June 2009. | Iman-Eini, H., Schanen, J., Farhangi, S., Barbaroux, J., and Keradec, J., “A power electronic based transformer for feeding sensitive loads,” in proc. IEEE Power Electronic Specialist Conference, PESC 2008, pp. 2549-2555, August 2008.
