O inversor trifásico Fraunhofer usa transistores de carbeto de silício (SiC) de alta tensão, o que permite que o inversor se conecte à rede de média tensão sem a necessidade de um transformador adicional. Ao regular a potência reativa e filtrar os harmônicos indesejados na rede elétrica, o inversor contribui para a estabilização das redes elétricas com uma grande proporção de energias renováveis. Embora existam outros meios para filtrar os harmônicos, diz-se que aplicações de alta voltagem como essa são mais eficazes do que aquelas que trabalham com tensões mais baixas e que requerem um transformador de 50Hz.
Atualmente, a eletrônica de potência é acoplada à rede elétrica, principalmente, em uma faixa de baixa voltagem. Para a estabilização da rede, os conversores de potência STATCOM – compensador estático síncrono – fornecem energia reativa contínua indutiva ou capacitiva. O acoplamento à rede de média tensão é afetado por um transformador de 50 Hz.
O produto da Fraunhofer pode alimentar diretamente a rede de média tensão sem transformador, devido ao uso de transistores de alta tensão em carboneto de silício (SiC). Para isso, foram utilizados protótipos de componentes com tensão de bloqueio de 15 kV.
Os transistores de silício comercialmente disponíveis possuem uma tensão de bloqueio de 6,5 kV, o que requer estruturas de componentes mais complicadas com um maior número de componentes e maior complexidade arquitetônica, com mais possibilidades de falhas, devido a isso. Outra vantagem da nova tecnologia é que os transistores podem operar em frequências mais altas, devido aos menores requisitos de potência de comutação, e menores perdas de potência do que os transistores de silício normais, o que resulta em uma melhor dinâmica de controle do inversor. Devido à maior frequência, o inversor pode atuar como um filtro ativo para compensar os harmônicos na rede de média tensão. Com STATCOMS, isso só é possível de forma limitada, devido ao efeito passo baixo do transformador de 50 Hz.
«O uso de transistores de SiC de alto bloqueio, no entanto, também nos apresenta novos desafios», diz Dirk Kranzer, gerente do projeto. «Os transistores mudam muito rápido. A velocidade extremamente pronunciada do aumento de tensão durante a comutação pode causar falhas ou causar descargas parciais ou progressivas no isolamento. Ao desenvolver circuitos, grandes esforços devem ser feitos para minimizar esses efeitos indesejáveis. Antes que a implementação comercial seja possível, mais desenvolvimentos tecnológicos são necessários, por exemplo, nos módulos de potência ou nos componentes indutivos e capacitivos «.
O demonstrador para a injeção na rede de 10 kV tem uma potência de 100 kVA. A freqüência é de 16 kHz, aproximadamente, dez vezes maior do que em conversores de média tensão baseados em semicondutores de silício. Foram utilizados MOSFETs de potência de carboneto de silício de alta potência (15 kV / 10 A) para os transistores. Os componentes indutivos foram desenvolvidos pela empresa e pelo parceiro do projeto Spezial-Transformatoren-Stockach GmbH (STS).
Além de estabilizar a rede de média tensão, existem outras aplicações possíveis para componentes de carboneto de silício de alta tensão. «Para a eletrônica de potência, vemos um grande potencial para aplicações futuras na faixa de média tensão», diz o professor Bruno Burger, líder de novos componentes e tecnologias da Fraunhofer ISE. «No futuro, arquiteturas de sistemas totalmente novas são concebíveis para usinas de energia renovável, por exemplo, grandes usinas fotovoltaicas ou parques eólicos na faixa de megawatts. A nova tecnologia também promete aplicações na indústria ferroviária ou em grandes bancos de armazenamento de baterias. »
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