Un transformador eléctrico inteligente para alimentar trenes y coches eléctricos

Los ingenieros eléctricos de ETH Zúrich han desarrollado un transformador electrónico inteligente para transformar medio voltaje en bajo voltaje. Este tipo de transformadores son mucho más pequeños que los estándar, lo que les hace especialmente adecuados para usar en espacios limitados o en los que el peso del dispositivo debe ser mínimo, por ejemplo en las locomotoras de ferrocarril.

Las locomotoras de ferrocarril son solo una de las muchas aplicaciones para estos nuevos transformadores. “A diferencia de los transformadores convencionales, los transformadores inteligentes se pueden controlar”, explica Daniel Rothmund, estudiante de doctorado, que junto con Thomas Guillod, han desarrollado esta tecnología en el ETH de Zúrich. Se pueden usar en futuras redes eléctricas, conocidas como redes inteligentes, para administrar activamente la distribución de energía y equilibrar las fluctuaciones en la generación y demanda de electricidad.

El nuevo sistema es capaz no solo de alterar la frecuencia de la corriente alterna en la red, sino también de convertir la corriente alterna en corriente continua. Una aplicación podría ser futuras estaciones de carga rápida a gran escala, que pueden cargar varios vehículos eléctricos simultáneamente.

Estos puntos de carga podrían conectarse directamente a la red de corriente alterna de voltaje medio existente, con los transformadores compactos eficientes y luego reducir la tensión media al voltaje deseado. “Las baterías se cargan utilizando una tensión continua comparativamente baja”, explica Rothmund. “En comparación con la tecnología convencional, los transformadores inteligentes tienen la ventaja cuando se trata de producir corriente continua a partir de una red de corriente alterna de media tensión".

Otra clase de consumidores a gran escala que se beneficiará de este desarrollo son los centros de datos: les proporcionará sistemas de suministro de energía más eficientes para reducir no solo sus facturas de electricidad, sino también la cantidad de calor residual producido, por lo tanto, se minimizaría la energía que se necesita para la refrigeración.

Desarrollo

Los componentes de este transformador, que tuvieron que crear los estudiantes de doctorado Rothmund y Guillod para este proyecto, están hechos de carburo de silicio y permiten una conmutación extremadamente rápida. Así, han convertido el voltaje medio en una frecuencia muy alta de 75,000 hercios. Gracias a esto, el sistema que han desarrollado es un tercio del tamaño de los transformadores con potencia similares.

“Por razones técnicas, cuanto menor sea la frecuencia de la corriente alterna, mayor será el transformador que se necesita para reducir el voltaje”, explica Rothmund, uno de los dos estudiantes de doctorado del grupo del profesor Johann Kolar, quien construyó el nuevo transformador.

Para evitar este problema de tamaño, los transformadores inteligentes tienen un truco bajo la manga: un convertidor frontal aumenta en gran medida la frecuencia de la corriente alterna, lo que significa que el transformador puede ser mucho más pequeño. Además, otro convertidor, en este caso posterior, produce corriente alterna a la frecuencia deseada.