Σύγχρονος Συμπυκνωτής: Σχεδιασμός, Εργασία, Διάγραμμα Phasor & Εφαρμογές του

Οι σύγχρονοι συμπυκνωτές δεν είναι νέοι αλλά χρησιμοποιούνται συνήθως από τη δεκαετία του 1950 για τη σταθεροποίηση συστημάτων ισχύος. Οι σύγχρονοι συμπυκνωτές είναι μεγάλες μηχανές που περιστρέφονται πολύ ελεύθερα και μπορούν να απορροφήσουν ή να παράγουν άεργο ισχύ για να σταθεροποιήσουν και να ενισχύσουν ένα σύστημα ισχύος. Αυτοί οι συμπυκνωτές βοηθούν όταν υπάρχουν αλλαγές στο φορτίο καθώς ενισχύουν την αδράνεια του δικτύου. Η κινητική ενέργεια που αποθηκεύεται σε έναν σύγχρονο συμπυκνωτή τροφοδοτεί ολόκληρη την αδράνεια του συστήματος ισχύος και είναι πολύ χρήσιμη από την άποψη του ελέγχου συχνότητας. Αυτό το άρθρο εξετάζει μια επισκόπηση του σύγχρονος συμπυκνωτής – την εργασία και τις εφαρμογές της.

Τι είναι ο Σύγχρονος Συμπυκνωτής;

Ένας υπερβολικά ενθουσιασμένος σύγχρονος κινητήρας που λειτουργεί χωρίς φορτίο είναι γνωστός ως σύγχρονος συμπυκνωτής. Αυτός ο συμπυκνωτής είναι ένα σύγχρονο μηχάνημα με διέγερση DC του οποίου ο άξονας δεν είναι συνδεδεμένος με κανέναν εξοπλισμό οδήγησης. Αυτός ο συμπυκνωτής είναι επίσης γνωστός ως σύγχρονος αντισταθμιστής ή σύγχρονος πυκνωτής . Αυτή η συσκευή παρέχει βελτιωμένη σταθερότητα και ρύθμιση τάσης δημιουργώντας ή απορροφώντας συνεχώς ρυθμιζόμενη άεργο ισχύ, βελτιωμένη αντοχή βραχυκυκλώματος και σταθερότητα συχνότητας παρέχοντας σύγχρονη αδράνεια.

Ο κύριος σκοπός ενός σύγχρονου συμπυκνωτή είναι να χρησιμοποιήσει τις δυνατότητες ελέγχου άεργου ισχύος και τη σύγχρονη αδράνεια του μηχανήματος. Το σύστημα ισχύος περιλαμβάνει μια ελκυστική εναλλακτική λύση σε συστοιχίες πυκνωτών λόγω της δυνατότητας συνεχούς ρύθμισης της ποσότητας άεργου ισχύος. Αυτοί οι συμπυκνωτές είναι απόλυτα κατάλληλοι για τον έλεγχο της τάσης σε μεγάλες γραμμές μεταφοράς ή εντός δικτύων μέσω υψηλής διάχυσης ηλεκτρονικών συσκευών ισχύος και σε δίκτυα όπου υπάρχει μεγάλος κίνδυνος «νησιώσεως» από το μεγάλο δίκτυο.

Σχεδιασμός Σύγχρονου Συμπυκνωτή

Ο σύγχρονος συμπυκνωτής έχει σχεδιαστεί με διαφορετικά εξαρτήματα, όπως στάτορα, ρότορα, διεγέρτη, περιέλιξη υφασμάτινου φακού και πλαίσιο. Ένας σύγχρονος κινητήρας περιλαμβάνει έναν στάτορα 3 φάσεων που είναι ανάλογος με έναν επαγωγικό κινητήρα. Η μονάδα ξεκινά ως ένα επαγωγικός κινητήρας με την περιέλιξη του αποσβεστήρα που πρέπει να γλιστρήσει για να δημιουργήσει ροπή εκκίνησης.

Για τους σύγχρονους κινητήρες, το DC παρέχεται στην περιέλιξη πεδίου του ρότορα που ονομάζεται διεγέρτης. Είναι τοποθετημένο στον άξονα του σύγχρονου κινητήρα. Ένας ρότορας με ίσο αριθμό πόλων όπως ο στάτορας τροφοδοτείται μέσω μιας πηγής συνεχούς ρεύματος. Το ρεύμα του ρότορα δημιουργεί μια σύνδεση μαγνητικού πόλου βορρά-νότου εντός των ζευγών πόλων του ρότορα, επιτρέποντας στον ρότορα να «κλειδώσει στο βήμα» από την περιστροφική ροή του στάτη. Το πλαίσιο είναι το εξωτερικό μέρος της μηχανής και είναι σχεδιασμένο από χυτοσίδηρο.

Πώς λειτουργεί ο σύγχρονος συμπυκνωτής;

Καθώς η λειτουργία του σύγχρονου συμπυκνωτή είναι παρόμοια με την αρχή του σύγχρονου κινητήρα. Η αρχή λειτουργίας αυτού του κινητήρα είναι το κινητικό EMF που σημαίνει ότι ένας αγωγός τείνει να περιστρέφεται λόγω του φαινομένου του μαγνητικού πεδίου. Εδώ, υπάρχουν δύο τρόποι που χρησιμοποιούνται για την παροχή ενός μαγνητικού πεδίου όπως μια τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος 3 φάσεων και μια σταθερή παροχή ρεύματος συνεχούς ρεύματος στο στάτωρ .

Ο κύριος λόγος για την παροχή δύο τρόπων διέγερσης είναι ότι μπορεί να περιστρέφεται με σύγχρονη ταχύτητα, επειδή ο κινητήρας λειτουργεί απλώς με το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται λόγω της περιέλιξης του στάτορα καθώς και του dc πεδίου.

Η αλλαγή της διέγερσης πεδίου συνεχούς ρεύματος μπορεί να οδηγήσει σε διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας. Έτσι, οι τρόποι λειτουργίας του σύγχρονου συμπυκνωτή συζητούνται παρακάτω.

Αρχικά αυξάνοντας την παροχή συνεχούς ρεύματος, το ρεύμα του οπλισμού μειώνεται και δείχνει ότι ο στάτορας χρησιμοποιεί χαμηλό ρεύμα για να δημιουργήσει ροή, και επίσης ο σύγχρονος κινητήρας αντλεί λιγότερο άεργο ρεύμα, επομένως ονομάζεται λειτουργία υποδιέγερσης.

Περαιτέρω αύξηση εντός της διέγερσης πεδίου συνεχούς ρεύματος, έρχεται ένα σημείο όπου το ρεύμα οπλισμού είναι χαμηλό και ο κινητήρας λειτουργεί με συντελεστή ισχύος μονάδας (PF). Οι απαιτήσεις όλης της διέγερσης πεδίου ικανοποιούνται από την πηγή συνεχούς ρεύματος. Έτσι, αυτή η λειτουργία είναι γνωστή ως η λειτουργία κανονικής διέγερσης.

Περαιτέρω, αυξήστε το ρεύμα πεδίου με την παροχή συνεχούς ρεύματος, στη συνέχεια η ροή αυξάνεται υπερβολικά και για να την αντισταθμίσετε, ο στάτορας θα αρχίσει να παρέχει άεργο ισχύ αντί να την απορροφά. Έτσι, ο σύγχρονος κινητήρας τραβάει ένα κύριο ρεύμα.

Σύγχρονος συμπυκνωτής έναντι συστοιχίας πυκνωτών

Η διαφορά μεταξύ ενός σύγχρονου συμπυκνωτή Vs a τράπεζα πυκνωτών περιλαμβάνει τα ακόλουθα.

Διάγραμμα Phasor

ο διάγραμμα φάσης σύγχρονου συμπυκνωτή φαίνεται παρακάτω. Κάθε φορά που ένας σύγχρονος κινητήρας είναι συνήθως υπερβολικά διεγερμένος, τότε παίρνει το κύριο ρεύμα συντελεστή ισχύος. Εάν αυτός ο κινητήρας βρίσκεται σε κατάσταση χωρίς φορτίο, όπου η γωνία φορτίου «δ» είναι εξαιρετικά μικρή και επίσης είναι υπερβολικά διεγερμένος όπως Eb > V, τότε η γωνία PF θα αυξηθεί σχεδόν στις 90 μοίρες. Έτσι, αυτός ο κινητήρας λειτουργεί με περίπου «0» συνθήκη PF που φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα φάσης.

Αυτό το χαρακτηριστικό σχετίζεται με έναν τυπικό πυκνωτή που χρησιμοποιεί ένα κύριο ρεύμα PF. Έτσι ο υπερδιεγερμένος κινητήρας που λειτουργεί σε συνθήκες χωρίς φορτίο είναι γνωστός ως σύγχρονος συμπυκνωτής. Αυτή είναι η κύρια ιδιότητα επειδή ποιος κινητήρας χρησιμοποιείται ως συσκευή βελτίωσης ισχύος ή ως προηγμένη φάση.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

ο πλεονεκτήματα ενός σύγχρονου συμπυκνωτή περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Μπορεί να ενισχύσει την αδράνεια του συστήματος.
• Η βραχυπρόθεσμη ικανότητα υπερφόρτωσης μπορεί να αυξηθεί.
• Χαμηλής τάσης ride-through.
• Γρήγορη απάντηση
• Επιπλέον αντοχή βραχυκυκλώματος.
• Δεν υπάρχουν αρμονικές.
• Η άεργος ισχύς ρυθμίζεται συνεχώς.
• Δεν χρειάζεται συντήρηση.
• Μπορεί να διατηρηθεί ένα υψηλό επίπεδο ασφάλειας.
• Έχει μεγάλη διάρκεια ζωής.
• Οι βλάβες μπορούν να αφαιρεθούν εύκολα.
• Το μέγεθος του ρεύματος που διέρχεται από τον κινητήρα μπορεί εύκολα να αλλάξει αλλάζοντας τη διέγερση του πεδίου με οποιοδήποτε ποσό. Έτσι, αυτό βοηθά στην επίτευξη ελέγχου συντελεστή ισχύος χωρίς βήμα.
• Η θερμική σταθερότητα των περιελίξεων του κινητήρα είναι υψηλή για ρεύματα βραχυκυκλώματος.

ο μειονεκτήματα ενός σύγχρονου συμπυκνωτή περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Είναι ακριβό.
• Παράγει θόρυβο.
• Υπάρχουν τεράστιες απώλειες στο μοτέρ.
• Καταλαμβάνει περισσότερο χώρο.
• Απαιτεί συνεχή ψύξη.
• Το ρεύμα πεδίου πρέπει να ελέγχεται συνεχώς.
• Δεν έχει ροπή αυτοεκκίνησης οπότε? πρέπει να παρέχεται βοηθητικός εξοπλισμός.

Εφαρμογές

Οι χρήσεις ή οι εφαρμογές των σύγχρονων συμπυκνωτών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Οι τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν κυρίως HVDC, Wind  ή  Solar, Grid Support & Regulation.
• Αυτά χρησιμοποιούνται τόσο σε επίπεδα τάσης μετάδοσης όσο και σε επίπεδα τάσης διανομής για την ενίσχυση της σταθερότητας και τη διατήρηση των τάσεων σε προτιμώμενα όρια σε μεταβαλλόμενες συνθήκες φορτίου και καταστάσεις έκτακτης ανάγκης.
• Αυτοί οι συμπυκνωτές χρησιμοποιούνται σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας για έλεγχο τάσης σε μεγάλο μήκος γραμμές μεταφοράς , ιδιαίτερα για γραμμές μεταφοράς με αρκετά υψηλό λόγο επαγωγικής αντίδρασης προς αντίσταση.
• Χρησιμοποιείται σε καλώδια ρεύματος για τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος (P.F) και της διόρθωσης PF με απλή σύνδεση του με γραμμές μεταφοράς.
• Αυτοί οι συμπυκνωτές χρησιμοποιούνται σε υβριδικά ενεργειακά συστήματα.
• Αυτοί οι συμπυκνωτές συμπεριφέρονται σαν μεταβλητός πυκνωτής ή μεταβλητό πηνίο , που χρησιμοποιείται σε συστήματα μετάδοσης ισχύος για τον έλεγχο της τάσης γραμμής.

Γιατί ονομάζεται Σύγχρονος Συμπυκνωτής;

Όταν ένας σύγχρονος κινητήρας χωρίς φορτίο διεγείρεται υπερβολικά, τότε λειτουργεί σαν πυκνωτής επειδή αρχίζει να χρησιμοποιεί ένα ρεύμα οδήγησης χωρίς φορτίο. Έτσι, ένας σύγχρονος κινητήρας που διεγείρεται υπερβολικά χωρίς φορτίο είναι γνωστός ως σύγχρονος συμπυκνωτής. Απλώς συνδέεται με το φορτίο παράλληλα για τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος.

Πού χρησιμοποιείται ο σύγχρονος συμπυκνωτής;

Χρησιμοποιείται σε συστήματα μεταφοράς ισχύος για τη ρύθμιση της τάσης γραμμής, σε HVDC, αιολική/ηλιακή, υποστήριξη δικτύου, ρύθμιση, διόρθωση συντελεστή ισχύος και ΗΤΑΝ αντισταθμιστής .

Ο σύγχρονος κινητήρας προκαλείται από τον εαυτό του;

Ένας σύγχρονος κινητήρας δεν είναι κινητήρας αυτοεκκίνησης λόγω της αδράνειας του στροφείο . Έτσι, δεν μπορεί να ακολουθήσει αμέσως την περιστροφή του μαγνητικού πεδίου του στάτορα. Όταν ο ρότορας φτάσει στη σύγχρονη ταχύτητα, τότε η περιέλιξη του πεδίου διεγείρεται και ο κινητήρας θα συγχρονιστεί.

Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της εγκατάστασης ενός σύγχρονου συμπυκνωτή σε ένα ηλεκτρικό σύστημα;

Ένας σύγχρονος συμπυκνωτής είναι πολύ χρήσιμος τόσο σε επίπεδα τάσης μετάδοσης όσο και διανομής για να βελτιώσει τη σταθερότητα και επίσης να διατηρήσει τις τάσεις στα επιθυμητά όρια σε μεταβαλλόμενες συνθήκες φορτίου καθώς και σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης.

Γιατί η Σύγχρονη Μηχανή είναι Σύγχρονος Συμπυκνωτής;

Μια σύγχρονη μηχανή που λειτουργεί χωρίς φορτίο θα οδηγήσει το ρεύμα. Έτσι, οι σύγχρονες λειτουργίες του κινητήρα χωρίς υπερδιέγερση φορτίου είναι γνωστές ως σύγχρονος συμπυκνωτής.

Έτσι, αυτό είναι μια επισκόπηση ενός σύγχρονου συμπυκνωτή που χρησιμοποιείται κυρίως για τη διόρθωση του συντελεστή ισχύος (PF) για την ενίσχυση του PF από υστέρηση σε προπορευόμενο. Δεδομένου ότι αυτός ο συμπυκνωτής λειτουργεί σαν μεταβλητός πυκνωτής ή μεταβλητός επαγωγέας, τότε χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της τάσης γραμμής στα συστήματα μετάδοσης ισχύος. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι ένας σύγχρονος κινητήρας;