Trasformatori inverter DC a media e alta frequenza: differenze fondamentali e scenari applicativi

Un trasformatore è un dispositivo che utilizza il principio dell'induzione elettromagnetica per modificare la tensione CA. I suoi componenti principali sono la bobina primaria, la bobina secondaria e il nucleo di ferro (nucleo magnetico). Le funzioni principali sono: conversione della tensione, conversione della corrente, conversione dell'impedenza, isolamento, stabilizzazione della tensione (trasformatore di saturazione magnetica), ecc. I trasformatori possono essere suddivisi in: trasformatori di distribuzione, trasformatori di potenza, trasformatori completamente sigillati, trasformatori combinati, trasformatori a secco, trasformatori immersi in olio, trasformatori monofase, trasformatori per forni elettrici, trasformatori raddrizzatori, reattori, trasformatori anti-interferenza, trasformatori di protezione dai fulmini, trasformatori di prova per trasformatori di tipo box, trasformatori d'angolo, trasformatori ad alta corrente, trasformatori di eccitazione, ecc.

Ci concentreremo su due tipi di trasformatori, quelli a media frequenzaTrasformatori inverter DC e trasformatori inverter CC ad alta frequenza.

1. Trasformatore inverter CC ad alta frequenza

Scenari applicativi

Campo dell'energia pulita: utilizzato per la produzione di energia solare fotovoltaica e per i sistemi di generazione di energia eolica per convertire l'energia CC in energia CA e collegarla alla rete.

Automazione industriale: azionamento di motori, compressori e altri carichi per ottenere un controllo preciso.

Settore dei trasporti: sistemi di alimentazione per veicoli elettrici, ferrovie ad alta velocità, navi e altri mezzi di trasporto.

Comunicazioni e data center: elaborazione del segnale, alimentazione delle apparecchiature e garanzia di alimentazione ridondante.

Aerospaziale: sistema di alimentazione per aeromobili per soddisfare le esigenze di apparecchiature elettriche ad alta precisione.

Vantaggi

Dimensioni ridotte e peso leggero: i materiali del nucleo ad alta frequenza riducono notevolmente le dimensioni, rendendo il trasformatore per saldatura a resistenza dell'inverter a media frequenza facile da trasportare e installare.

Elevata efficienza: efficienza di conversione di picco superiore al 90%, bassa perdita a vuoto.

Regolazione della tensione: il controllo preciso della tensione di uscita è ottenuto tramite la tecnologia PWM ad alta frequenza.

Ampia gamma di applicazioni: supporta un'ampia gamma di tensioni di ingresso e si adatta a diversi ingressi di alimentazione CC.

Svantaggi

Grandi interferenze elettromagnetiche (EMI): la commutazione ad alta frequenza genera interferenze e occorre progettare circuiti aggiuntivi di compatibilità elettromagnetica.

Scarsa capacità di sovraccarico: i carichi induttivi (come i motori) non possono essere azionati a pieno carico e vengono facilmente danneggiati dagli urti.

Circuito complesso: basato su una tecnologia di controllo di precisione, i costi di produzione e la difficoltà di manutenzione sono elevati.

Requisiti di elevata stabilità: requisiti rigorosi sulla dissipazione del calore e sulle prestazioni del dispositivo, è necessario un circuito di filtraggio ad alta frequenza per ottimizzare la forma d'onda.

2. Trasformatore inverter CC a media frequenza

Scenari applicativi

Apparecchiature di riscaldamento industriale: come forni di riscaldamento a induzione, gamma di frequenza 1 kHz-10 kHz, adatti per la fusione dei metalli.

Apparecchiature mediche: sistemi di alimentazione medicale che richiedono frequenze specifiche, come i dispositivi di elettroterapia a media frequenza.

Test dell'elettronica di potenza: gli inverter a media frequenza vengono utilizzati nei laboratori per simulare le condizioni della rete o per effettuare test di invecchiamento delle apparecchiature.

Alimentatori speciali: come alimentatori per l'aviazione (400 Hz) e sistemi di alimentazione a media frequenza per apparecchiature militari.

Vantaggi

Prestazioni bilanciate: frequenza inferiore a quella industriale, capacità anti-interferenza più forte rispetto all'alta frequenza.

Efficienza moderata: l'efficienza di conversione è solitamente dell'85%-90%, adatta per scenari di domanda di potenza media.

Elevata capacità di guida: può supportare parzialmente carichi induttivi, come piccoli motori o trasformatori.

Svantaggi

Campo di applicazione limitato: concentrato principalmente in specifici scenari industriali e meno versatile degli inverter ad alta frequenza.

Costi elevati: è richiesta una progettazione personalizzata e il costo della selezione del dispositivo (ad esempio, un trasformatore a media frequenza) è elevato.

Scarsa compatibilità di frequenza: è necessario un circuito di filtro corrispondente per adattarsi alle esigenze delle diverse apparecchiature.

3. Suggerimenti per il confronto e la selezione