Синхронный конденсатор

Установка синхронного конденсатора на подстанции Темплстоу , Мельбурн, Виктория, Австралия. Построенный ASEA в 1966 году, агрегат имеет водородное охлаждение и обеспечивает трехфазную мощность 125 МВА .

В электротехнике , синхронный конденсатор (иногда называемый синхронный конденсатор или синхронного компенсатора ) является DC-возбужденный синхронный двигатель , которого вал не подключен ни к чему , но свободно вращается. ^[1] Его цель - не преобразовывать электрическую энергию в механическую или наоборот, а регулировать условия в сети передачи электроэнергии . Его поле контролируется регулятором напряжения, чтобы генерировать или поглощать реактивную мощность по мере необходимости для регулировки напряжения сети или для улучшения коэффициента мощности.. Установка и работа конденсатора идентичны большим электродвигателям и генераторам.

Увеличение возбуждения поля устройства приводит к передаче реактивной мощности (измеряемой в единицах вар ) системе. Его главное преимущество - легкость, с которой можно отрегулировать величину коррекции. Кинетическая энергия , запасенная в роторе машины может помочь стабилизировать систему питания во время быстрых колебаний нагрузок , таких как те , которые создаются коротких замыканий или электрических дуговых печей . Большие установки синхронных конденсаторов иногда используются вместе с высоковольтными преобразовательными станциями постоянного тока для подачи реактивной мощности в сеть переменного тока.

Синхронные конденсаторы являются альтернативой конденсаторным батареям для коррекции коэффициента мощности в электрических сетях. Одним из преимуществ является возможность непрерывной регулировки количества реактивной мощности от синхронного конденсатора. Реактивная мощность от конденсаторной батареи уменьшается при понижении напряжения сети, в то время как синхронный конденсатор может увеличивать реактивный ток при понижении напряжения. Однако синхронные машины имеют более высокие потери энергии, чем батареи статических конденсаторов. ^[1] Большинство синхронных конденсаторов, подключенных к электрическим сетям, имеют номинал от 20 МВАр (мегавар) до 200 МВАр, и многие из них охлаждаются водородом . Опасность взрыва отсутствует, пока концентрация водорода поддерживается выше 70%, обычно выше 91%.^[2]

Теория [ править ]

Кривые V для синхронной машины. Синхронный конденсатор работает практически с нулевой реальной мощностью. Когда машина переходит от недовозбуждения к перевозбуждению, ток его статора проходит через минимум.

Вращающаяся катушка ^[3] в магнитном поле имеет тенденцию создавать синусоидальное напряжение. При подключении к цепи некоторый ток будет течь в зависимости от того, насколько напряжение в системе отличается от этого напряжения холостого хода. Обратите внимание, что механический крутящий момент (создаваемый двигателем, необходимый для генератора) соответствует только реальной мощности. Реактивная мощность не приводит к крутящему моменту.

По мере увеличения механической нагрузки на синхронный двигатель ток статора увеличивается независимо от возбуждения поля. Как для двигателей с недостаточным, так и с избыточным возбуждением коэффициент мощности (pf) стремится приближаться к единице с увеличением механической нагрузки. Это изменение коэффициента мощности больше, чем изменение с увеличением нагрузки. ${\ displaystyle I_ {a}}$ ${\ displaystyle I_ {a}}$

Фаза тока якоря меняется с возбуждением поля. Тока имеют большие значения для более низких и более высоких значений возбуждения. Между ними ток имеет минимальное значение, соответствующее определенному возбуждению (см. График справа). Вариации с возбуждением известны как кривые из-за их формы. ${\ displaystyle I}$ ${\ displaystyle V}$

Для одной и той же механической нагрузки ток якоря изменяется в зависимости от возбуждения поля в широком диапазоне, что приводит к соответствующему изменению коэффициента мощности. При избыточном возбуждении двигатель работает с опережающим коэффициентом мощности (и подает переменные в сеть), а при недовозбуждении - с запаздывающим коэффициентом мощности (и поглощает переменные из сети). Между ними коэффициент мощности равен единице. Минимальный ток якоря соответствует точке, равной единице коэффициента мощности (напряжение и ток в фазе).

Как и в синхронном двигателе, статор машины подключен к трехфазному источнику напряжения (предполагается, что он постоянный), и это создает вращающееся магнитное поле внутри машины. Точно так же ротор возбуждается постоянным током, который действует как электромагнит. При нормальной работе магнит ротора следует за полем статора с синхронной скоростью. Вращающийся электромагнит индуцирует трехфазное напряжение в обмотках статора, как если бы машина была синхронным генератором. Если машина считается идеальной, без механических, магнитных или электрических потерь, ее эквивалентной схемой будет генератор переменного тока, включенный последовательно с индуктивностью обмотки статора. Величина зависит от тока возбуждения. ${\ displaystyle V_ {s}}$ ${\ displaystyle I_ {e}}$ ${\ displaystyle V_ {g}}$ ${\ displaystyle L}$ ${\ displaystyle V_ {g}}$ ${\ displaystyle I_ {e}}$ а скорость вращения, а поскольку последняя фиксирована, зависит только от . Если критически настроено на значение , будет равно и противоположно , а ток в статоре будет равен нулю. Это соответствует минимуму на кривой, показанной выше. Если, однако, увеличивается выше , будет превышать , и разница объясняется напряжением, возникающим на индуктивности статора : где - реактивное сопротивление статора. Теперь ток статора больше не равен нулю. Так как машина является идеальным, , и все будет в фазе, и ${\ displaystyle V_ {g}}$ ${\ displaystyle I_ {e}}$ ${\ displaystyle I_ {e}}$ ${\ displaystyle I _ {\ text {e0}}}$ ${\ displaystyle V_ {g}}$ ${\ displaystyle V_ {s}}$ ${\ displaystyle I_ {s}}$ ${\ displaystyle I_ {e}}$ ${\ displaystyle I _ {\ text {e0}}}$ ${\ displaystyle V_ {g}}$ ${\ displaystyle V_ {s}}$ ${\ displaystyle V_ {1}}$ ${\ displaystyle L}$ ${\ displaystyle V_ {L} = I_ {s} X_ {L}}$ ${\ displaystyle X_ {L}}$ ${\ displaystyle I_ {s}}$ ${\ displaystyle V_ {g}}$ ${\ displaystyle V_ {L}}$ ${\ displaystyle V_ {s}}$ ${\ displaystyle I_ {s}}$ будет полностью реактивным (т.е. в квадратуре фаз). Если смотреть со стороны питания клемм машины, отрицательный реактивный ток будет течь через клеммы, и машина, следовательно, будет выглядеть как конденсатор, величина реактивного сопротивления которого будет падать по мере увеличения выше . Если отрегулировано, чтобы быть меньше , будет превышать , и положительный реактивный ток будет течь в машину. Тогда машина будет выглядеть как индуктор, реактивное сопротивление которого падает как ${\ displaystyle I_ {r}}$ ${\ displaystyle I _ {\ text {s0}}}$ ${\ displaystyle I_ {e}}$ ${\ displaystyle I _ {\ text {e0}}}$ ${\ displaystyle V_ {s}}$ ${\ displaystyle V_ {g}}$ ${\ displaystyle I_ {e}}$ уменьшается дальше. Эти условия соответствуют двум восходящим плечам V-образных кривых (вверху). В практической машине с потерями эквивалентная схема будет содержать резистор, включенный параллельно клеммам, для представления механических и магнитных потерь, и еще один резистор, включенный последовательно с генератором и L, представляющий потери в меди в статоре. Таким образом, на практике машина будет содержать небольшую синфазную составляющую и не будет падать до нуля. ${\ displaystyle I_ {s}}$

Заявление [ править ]

Синхронный двигатель с избыточным возбуждением имеет ведущий коэффициент мощности. Это делает его полезным для коррекции коэффициента мощности промышленных нагрузок. И трансформаторы, и асинхронные двигатели потребляют от линии запаздывающие (намагничивающие) токи. При легких нагрузках мощность, потребляемая асинхронными двигателями, имеет большую реактивную составляющую, а коэффициент мощности имеет низкое значение. Добавленный ток, протекающий для обеспечения реактивной мощности, создает дополнительные потери в энергосистеме. На промышленном предприятии синхронные двигатели могут использоваться для обеспечения части реактивной мощности, необходимой для асинхронных двигателей. Это улучшает коэффициент мощности установки и снижает реактивный ток, требуемый от сети.

Синхронный конденсатор обеспечивает бесступенчатую автоматическую коррекцию коэффициента мощности с возможностью производить до 150% дополнительных переменных. Система не производит переходных процессов переключения и не подвержена влиянию электрических гармоник системы (некоторые гармоники могут даже поглощаться синхронными конденсаторами). Они не создают чрезмерного напряжения и не подвержены электрическому резонансу . Из-за инерции вращения синхронного конденсатора он может обеспечивать ограниченную поддержку напряжения во время очень коротких падений мощности.

Использование вращающихся синхронных конденсаторов было обычным делом на протяжении 1950-х годов. Они остаются альтернативой (или дополнением) конденсаторам для коррекции коэффициента мощности из-за проблем, возникающих с гармониками, вызывающими перегрев конденсатора и катастрофические отказы. Синхронные конденсаторы также полезны для поддержки уровней напряжения. Реактивная мощность, производимая конденсаторной батареей.прямо пропорционально квадрату его напряжения на клеммах, и если напряжение в системе снижается, конденсаторы вырабатывают меньше реактивной мощности, когда она больше всего необходима, в то время как при увеличении напряжения системы конденсаторы производят больше реактивной мощности, что усугубляет проблему. Напротив, при постоянном поле синхронный конденсатор естественным образом подает большую реактивную мощность при низком напряжении и поглощает больше реактивной мощности при высоком напряжении, к тому же полем можно управлять. Эта реактивная мощность улучшает регулирование напряжения в таких ситуациях, как запуск больших двигателей или когда мощность должна передаваться на большие расстояния от места выработки до места использования, как в случае с силовым приводом., передача электроэнергии из одного географического региона в другой в пределах набора взаимосвязанных электроэнергетических систем.

Синхронные конденсаторы также могут называться системами динамической коррекции коэффициента мощности . Эти машины могут оказаться очень эффективными при использовании передовых средств управления. ПЛК на базе контроллера с контроллером PF и регулятором позволит системе должна быть установлена , чтобы удовлетворить заданный коэффициент мощности или может быть установлена , чтобы произвести определенное количество реактивной мощности.

В электроэнергетических системах синхронные конденсаторы могут использоваться для управления напряжением в длинных линиях передачи, особенно в линиях с относительно высоким отношением индуктивного реактивного сопротивления к сопротивлению. ^[4]

Галерея [ править ]

Синхронная конденсаторная установка на подстанции Темплстоу , Виктория, Австралия

Вид сбоку на конденсаторный агрегат
Передняя часть конденсаторного блока
Вид в разрезе, показывающий внутреннюю конструкцию конденсатора
Информационная табличка с техническими характеристиками конденсаторного агрегата.

См. Также [ править ]

Статический синхронный компенсатор
Статический компенсатор VAR
Единый регулятор потока мощности

Ссылки [ править ]

^ а б Б. М. Уиди, Electric Power Systems Second Edition, John Wiley and Sons, London, 1972, ISBN 0-471-92445-8, стр. 149
^ «Все о схемах» .
^ http://www.pscpower.com/wp-content/uploads/2013/06/Power-Factor.pdf
^ Дональд Финк, Уэйн Бити (редактор) Стандартный справочник для инженеров-электриков, одиннадцатое издание , Mc Graw Hill, 1978, ISBN 0-07-020974-X , стр. 14-33

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с синхронными конденсаторами .

Краткий курс синхронных машин и синхронных конденсаторов

[Weedy72-1] а б Б. М. Уиди, Electric Power Systems Second Edition, John Wiley and Sons, London, 1972, ISBN 0-471-92445-8, стр. 149

[2] «Все о схемах» .

[3] ttp://www.pscpower.com/wp-content/uploads/2013/06/Power-Factor.pdf

[4] Дональд Финк, Уэйн Бити (редактор) Стандартный справочник для инженеров-электриков, одиннадцатое издание , Mc Graw Hill, 1978, ISBN 0-07-020974-X , стр. 14-33

[1]