Synkron kondensor - Synchronous condenser

Synkron installation av kondensor vid Templestowe transformatorstation, Melbourne, Victoria, Australien. Enheten byggdes 1966 och är vätskekyld och har trefaseffekt på 125  MVA .

I elektroteknik är en synkron kondensor (ibland kallad en synkron kondensator eller synkron kompensator ) en DC-upphetsad synkronmotor , vars axel inte är ansluten till något utan snurrar fritt. Syftet är inte att konvertera elkraft till mekanisk kraft eller tvärtom, utan att justera förhållandena i elnätet . Fältet styrs av en spänningsregulator för att antingen generera eller absorbera reaktiv effekt efter behov för att justera nätets spänning eller för att förbättra effektfaktorn . Kondensorns installation och drift är identisk med stora elmotorer och generatorer.

Öka enhetens fält excitation resulterar i att den ger reaktiv effekt (mätt i enheter av var ) till systemet. Dess främsta fördel är hur lätt korrigeringsmängden kan justeras. Den kinetiska energi som lagras i maskinens rotor kan hjälpa till att stabilisera ett kraftsystem under snabba svängningar av belastningar som de som skapas av kortslutningar eller ljusbågsugnar . Stora installationer av synkrona kondensorer används ibland i samband med högspännings likströmsomvandlingsstationer för att leverera reaktiv effekt till växelströmsnätet.

Synkrona kondensorer är ett alternativ till kondensatorbanker för effektfaktorkorrigering i kraftnät. En fördel är mängden reaktiv effekt från en synkron kondensor som kan justeras kontinuerligt. Reaktiv effekt från en kondensatorbank minskar när nätspänningen minskar, medan en synkron kondensor kan öka reaktiv ström när spänningen minskar. Synkrona maskiner har dock högre energiförluster än statiska kondensatorbanker. De flesta synkrona kondensorer anslutna till elnät är märkta mellan 20  MVAR (megavar) och 200 MVAR och många är vätskekylda . Det finns ingen explosionsrisk så länge vätgaskoncentrationen hålls över 70%, vanligtvis över 91%.

Teori

V-kurvor för en synkron maskin. En synkron kondensor arbetar med nästan noll verklig effekt. När maskinen passerar från underexciterad till overexcited passerar dess statorström genom ett minimum.

En roterande spole i ett magnetfält tenderar att producera en sinusvågsspänning. När den är ansluten till en krets kommer en del ström att flöda beroende på hur spänningen i systemet skiljer sig från denna öppna kretsspänning. Observera att det mekaniska vridmomentet (producerat av en motor, som krävs av en generator) endast motsvarar den verkliga effekten. Reaktiv effekt leder inte till något vridmoment.

När den mekaniska belastningen på en synkronmotor ökar, ökar statorströmmen oavsett fältexcitering. För både under och över upphetsade motorer tenderar effektfaktorn (pf) att närma sig enhet med ökad mekanisk belastning. Denna förändring i effektfaktor är större än förändringen med ökad belastning. ${\ displaystyle I_ {a}}$${\ displaystyle I_ {a}}$

Den fas av ankarströmmen varierar med fältexcitering. Den ström har större värden för lägre och högre värden av excitation. Däremellan har strömmen ett minimivärde som motsvarar en viss excitation (se graf till höger). Variationerna av med excitation kallas kurvor på grund av deras form. ${\ displaystyle I}$${\ displaystyle V}$

För samma mekaniska belastning varierar ankarströmmen med fältexcitering över ett stort område och orsakar så att effektfaktorn också varierar i enlighet därmed. När den är alltför upphetsad går motorn med den ledande effektfaktorn (och levererar vars till nätet) och när den är lite upphetsad med eftersläpande effektfaktor (och absorberar vars från nätet). Däremellan är kraftfaktorn enhet. Minsta ankarström motsvarar punkten för enhetseffektfaktor (spänning och ström i fas).

Liksom i en synkronmotor är maskinens stator ansluten till en trefas spänningskälla (antas vara konstant), och detta skapar ett roterande magnetfält inuti maskinen. På samma sätt är rotorn upphetsad med en likström för att fungera som en elektromagnet. Vid normal drift följer rotormagneten statorfältet med synkron hastighet. Den roterande elektromagneten inducerar en trefasspänning i statorlindningarna som om maskinen vore en synkron generator. Om maskinen anses vara idealisk, utan mekaniska, magnetiska eller elektriska förluster, kommer dess ekvivalenta krets att vara en växelströmsgenerator i serie med statorns lindningsinduktans . Storleken på beror på exciteringsströmmen och rotationshastigheten, och eftersom den senare är fixerad beror det bara på . Om är kritiskt justerat till ett värde , kommer att vara lika och motsatt till , och strömmen i statorn blir noll. Detta motsvarar det lägsta i kurvan som visas ovan. Om emellertid ökas ovan , kommer att överstiga , och skillnaden beräknas av en spänning som uppträder över statorinduktansen : var är statorreaktansen. Nu är statorströmmen inte längre noll. Eftersom maskinen är perfekt, , och kommer alla att vara i fas, och kommer att vara helt reaktiv (dvs. i faskvadratur). Sett från försörjningssidan av maskinens terminaler kommer en negativ reaktiv ström att strömma ut ur terminalerna och maskinen kommer därför att se ut som en kondensator vars reaktans storlek kommer att falla som ökar ovan . Om justeras till att vara mindre än , kommer att överstiga , och en positiv reaktiv ström kommer att strömma in i maskinen. Maskinen kommer då att visas som en induktor vars reaktans faller när den reduceras ytterligare. Dessa förhållanden motsvarar de två stigande armarna på V-kurvorna (ovan). I en praktisk maskin med förluster kommer motsvarande krets att innehålla ett motstånd parallellt med anslutningarna för att representera mekaniska och magnetiska förluster, och ett annat motstånd i serie med generatorn och L, som representerar kopparförluster i statorn. Således kommer en praktisk maskin att innehålla en liten fas-komponent och kommer inte att falla till noll. ${\ displaystyle V_ {s}}$${\ displaystyle I_ {e}}$${\ displaystyle V_ {g}}$${\ displaystyle L}$${\ displaystyle V_ {g}}$${\ displaystyle I_ {e}}$${\ 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}}$${\ displaystyle I_ {s}}$${\ displaystyle I_ {r}}$${\ displaystyle I _ {\ text {s0}}}$${\ displaystyle I_ {e}}$${\ displaystyle I _ {\ text {e0}}}$${\ displaystyle V_ {s}}$${\ displaystyle V_ {g}}$${\ displaystyle I_ {e}}$${\ displaystyle I_ {s}}$

Ansökan

En alltför upphetsad synkronmotor har en ledande effektfaktor. Detta gör den användbar för effektfaktorkorrigering av industriella laster. Både transformatorer och induktionsmotorer drar släpande (magnetiserande) strömmar från linjen. Vid lätta belastningar har effekten som drivs av induktionsmotorer en stor reaktiv komponent och effektfaktorn har ett lågt värde. Den extra strömmen som flyter för att leverera reaktiv effekt skapar ytterligare förluster i kraftsystemet. I en industrianläggning kan synkronmotorer användas för att leverera en del av den reaktiva effekt som krävs av induktionsmotorer. Detta förbättrar anläggningseffektfaktorn och minskar den reaktiva ström som krävs från nätet.

En synkron kondensor ger steglös automatisk effektfaktorkorrigering med förmågan att producera upp till 150% extra var. Systemet producerar inga omkopplingstransienter och påverkas inte av systemets elektriska övertoner (vissa övertoner kan till och med absorberas av synkrona kondensorer). De producerar inte för höga spänningsnivåer och är inte mottagliga för elektriska resonanser . På grund av den synkrona kondensorns roterande tröghet kan den ge begränsat spänningsstöd under mycket korta effektfall.

Användningen av roterande synkrona kondensorer var vanligt under 1950-talet. De är fortfarande ett alternativ (eller ett komplement) till kondensatorer för effektfaktorkorrigering på grund av problem som har upplevts med övertoner som orsakar kondensatoröverhettning och katastrofala fel. Synkrona kondensorer är också användbara för att stödja spänningsnivåer. Den reaktiva effekten som produceras av en kondensatorbank står i direkt proportion till kvadratet av dess utgångsspänning, och om systemspänningen minskar producerar kondensatorerna mindre reaktiv effekt när den behövs mest, medan om systemspänningen ökar producerar kondensatorerna mer reaktiv kraft, vilket förvärrar problemet. Däremot, med ett konstant fält, levererar en synkron kondensor naturligt mer reaktiv effekt till en lågspänning och absorberar mer reaktiv effekt från en högspänning, plus fältet kan styras. Denna reaktiva effekt förbättrar spänningsregleringen i situationer som vid start av stora motorer, eller där kraften måste färdas långa sträckor från var den genereras till var den används, vilket är fallet med krafthjulning , överföring av elkraft från ett geografiskt område till en annan inom en uppsättning sammankopplade elkraftsystem.

Synkrona kondensorer kan också kallas Dynamic Power Factor Correction- system. Dessa maskiner kan visa sig vara mycket effektiva när avancerade kontroller används. En PLC- baserad styrenhet med PF-styrenhet och regulator gör att systemet kan ställas in för att möta en given effektfaktor eller kan ställas in för att producera en viss mängd reaktiv effekt.

På elkraftsystem kan synkrona kondensorer användas för att styra spänningen på långa överföringsledningar, särskilt för ledningar med ett relativt högt förhållande mellan induktiv reaktans och motstånd.

Galleri

Se även

• Statisk synkron kompensator
• Statisk VAR-kompensator
• Unified power flow controller

Referenser

externa länkar

• En kort kurs om synkrona maskiner och synkrona kondensorer