苏黎世联邦理工学院开发的一种新型智能中压变压器采用了尖端半导体技术，使其非常紧凑和节能。未来的应用范围包括从机车到电动汽车的快速充电站，以及用于未来电网的数据中心电源。
苏黎世联邦理工学院电气工程师开发了一种智能电子变压器，可以非常高效地将中压转换为低压。这种智能变压器也比标准变压器小得多。这使得它们特别适合在空间有限或重量必须保持在最小的情况下使用，例如在轨道机车的情况。
大多数铁路电网提供中压水平的交流电。然后，机车将电压逐步降低到一个较低的值。“由于技术原因，交流电的频率越低，降压所需的变压器就越大。瑞士和其他几个欧洲国家的铁路运输使用的频率为16.7赫兹，相对较低，”丹尼尔·罗斯蒙德解释说，他是ETH教授约翰·科拉尔团队的两个博士生之一，正是他们制造了这种新型变压器。
为了解决这个尺寸问题，智能变压器有一个锦上添花的妙计:首先，前端变换器大大提高了交流电的频率，这意味着变压器本身可以小得多。然后，后续的转换器产生所需频率的交流电。
以极高频率切换
Rothmund和他的同事Thomas Guillod不得不自己为他们的变压器开发许多组件，因为很少有现成的组件可以用于他们工作的10,000伏特的中压。由碳化硅制成的能够实现极快开关的元件——一家美国公司制造的原型——尤其重要。利用这些，ETH的博士生能够将中压转换为75000赫兹的非常高的频率;因此，他们建造的变压器系统只有以前的智能变压器的三分之一的大小，但同样的额定功率。早期的系统达到了96%左右的能源效率，而Rothmund和Guillod达到了98%，换句话说，他们能够将能源损失减半，从4%降到2%。
这种中压变换器是新型智能变压器的一部分。图片来源:苏黎世联邦理工学院/ Daniel Rothmund
他们的研究工作是作为瑞士国家研究计划“能源转型”(NRP 70)的一部分进行的，该计划的重点是研究实施该国2050年能源战略所需的技术。
整流交流电
铁路机车只是这些新型变压器的众多应用之一。“与传统变压器不同，智能变压器是可以控制的，”Rothmund解释道。它们可用于未来的电网，即智能电网，以积极管理电力分配，平衡发电量和需求的波动。
新系统不仅能改变电网上交流电的频率，而且能将交流电(AC)转换成直流电(DC)。一个应用可能是未来的大规模快速充电站，它可以同时为几辆电动汽车充电。这些充电点可以直接连接到现有的中压交流电网，然后用高效紧凑的变压器将中压逐步降低到所需的电压。罗斯蒙德解释说:“电池使用相对较低的直流电压充电。”他补充说:“与传统技术相比，智能变压器在从中压交流电网产生直流方面具有优势。”
另一类从这种发展中受益的大规模消费者是数据中心。为他们提供更高效的供电系统，不仅可以减少电费，还可以减少废热，从而最大限度地减少冷却所需的能源。
具有讽刺意味的是，这项新技术可能不仅仅是缓解向脱碳和电气化的新能源经济的转变;它还可以使开发难以达到的化石燃料储备变得更容易。石油和天然气行业目前正在研究如何利用海底工厂而不是钻井平台来开采位于深海的海上矿床。这些装置的特点是安装在海底的泵、压缩机和机器人，从一条绵延数公里的“脐带”向陆地输送电力。这项新技术意味着电缆可以携带直流，它可以比交流更有效地远距离传输，而在海底的一个相对较小的转换器可以将直流转换为机器所需的交流。
了下:快速原型
