Bộ ngưng tụ đồng bộ: Thiết kế, Hoạt động, Sơ đồ Phasor & Ứng dụng của nó

Máy bù đồng bộ không phải là mới nhưng thường được sử dụng từ những năm 1950 để ổn định hệ thống điện. Máy bù đồng bộ là những máy lớn quay rất tự do và có thể hấp thụ hoặc tạo ra công suất phản kháng để ổn định và tăng cường hệ thống điện. Các bộ ngưng tụ này hỗ trợ khi có bất kỳ thay đổi nào trong tải khi chúng tăng cường quán tính mạng. Động năng được lưu trữ trong một bộ ngưng tụ đồng bộ cung cấp toàn bộ quán tính của hệ thống điện và rất hữu ích từ quan điểm điều khiển tần số. Bài viết này đề cập đến một cái nhìn tổng quan về bình ngưng đồng bộ - làm việc và các ứng dụng của nó.

Bình ngưng đồng bộ là gì?

Quá phấn khích động cơ đồng bộ chạy không tải được gọi là tụ điện đồng bộ. Bộ ngưng tụ này là một máy điện đồng bộ kích thích một chiều có trục không được kết nối với bất kỳ thiết bị truyền động nào. Bộ bù này còn được gọi là bộ bù đồng bộ hoặc đồng bộ tụ điện . Thiết bị này giúp cải thiện độ ổn định và điều chỉnh điện áp bằng cách tạo  hoặc hấp thụ công suất phản kháng có thể điều chỉnh liên tục, cải thiện cường độ ngắn mạch và ổn định tần số bằng cách cung cấp quán tính đồng bộ.

Mục đích chính của máy bù đồng bộ là sử dụng khả năng điều khiển công suất phản kháng & quán tính đồng bộ của máy. Hệ thống điện bao gồm một giải pháp thay thế hấp dẫn cho các tụ bù nhờ khả năng điều chỉnh lượng công suất phản kháng liên tục. Những tụ điện này hoàn toàn phù hợp để điều khiển điện áp trên các đường truyền dài hoặc trong các mạng thông qua sự khuếch tán cao của các thiết bị điện tử công suất & trong các mạng ở bất kỳ nơi nào có nguy cơ 'đảo' cao khỏi mạng chính.

Thiết kế dàn ngưng tụ đồng bộ

Bộ ngưng tụ đồng bộ được thiết kế với các thành phần khác nhau như stato, rôto, bộ kích thích, cuộn dây mô tơ và khung. Động cơ đồng bộ bao gồm stato 3 pha tương tự như động cơ cảm ứng. Đơn vị bắt đầu như một động cơ cảm ứng với cuộn dây khấu hao cần trượt để tạo ra mô men xoắn khởi động.

Đối với động cơ đồng bộ, điện một chiều được cấp cho cuộn kích từ của rôto gọi là bộ kích từ. Nó được bố trí trên trục của động cơ đồng bộ. Một rôto có số cực bằng nhau như stato được cung cấp thông qua nguồn điện một chiều. Dòng điện rôto tạo ra một kết nối cực từ bắc-nam trong các cặp cực rôto bằng cách cho phép rôto “khóa từng bước” bằng từ thông quay stato. Khung là bộ phận bên ngoài của máy & được thiết kế bằng gang.

Dàn ngưng tụ đồng bộ hoạt động như thế nào?

Nguyên lý hoạt động của dàn ngưng đồng bộ cũng tương tự như nguyên lý của động cơ đồng bộ. Nguyên lý hoạt động của động cơ này là EMF chuyển động, nghĩa là dây dẫn có xu hướng quay do tác dụng của từ trường. Ở đây, có hai cách được sử dụng để cung cấp từ trường là nguồn điện xoay chiều 3 pha và nguồn điện một chiều ổn định cho stato .

Lý do chính để cung cấp hai cách kích thích là nó có thể quay ở tốc độ đồng bộ vì động cơ chỉ đơn giản hoạt động trên khóa liên động từ trường được tạo ra do cuộn dây trường stato cũng như cuộn dây một chiều.

Việc thay đổi kích thích trường DC có thể dẫn đến các chế độ khác nhau. Vì vậy, các chế độ hoạt động của tụ bù đồng bộ được thảo luận dưới đây.

Lúc đầu, bằng cách tăng nguồn cung cấp một chiều, dòng điện phần ứng giảm và cho thấy rằng stato đang sử dụng dòng điện thấp để tạo ra từ thông, đồng thời động cơ đồng bộ cũng sử dụng ít dòng điện phản ứng hơn, vì vậy nó được gọi là chế độ kích thích dưới mức.

Hơn nữa, khi tăng trong kích thích trường dc, một điểm xuất hiện ở bất cứ nơi nào dòng điện phần ứng thấp và động cơ hoạt động ở hệ số công suất thống nhất (PF). Các yêu cầu của tất cả các kích thích trường được đáp ứng bởi nguồn dc. Vì vậy, chế độ này được gọi là chế độ kích thích bình thường.

Hơn nữa, tăng dòng kích từ bằng nguồn một chiều, sau đó từ thông tăng quá mức & để bù lại, stato sẽ bắt đầu cung cấp công suất phản kháng thay cho việc hấp thụ nó. Do đó, động cơ đồng bộ rút ra một dòng điện hàng đầu.

Tụ điện đồng bộ Vs Ngân hàng tụ điện

Sự khác biệt giữa một bình ngưng đồng bộ Vs một ngân hàng tụ điện bao gồm những điều sau đây.

Sơ đồ pha

Các sơ đồ pha tụ điện đồng bộ được hiển thị bên dưới. Bất cứ khi nào một động cơ đồng bộ thông thường quá kích thích thì nó sẽ lấy dòng điện có hệ số công suất dẫn đầu. Nếu động cơ này ở trạng thái không tải, trong đó góc tải 'δ' cực kỳ nhỏ và nó cũng bị kích thích quá mức như Eb > V thì góc PF sẽ tăng lên gần 90 độ. Vì vậy, động cơ này chạy với điều kiện PF dẫn đầu xấp xỉ '0' được thể hiện trong sơ đồ pha sau đây.

Đặc tính này liên quan đến một tụ điện điển hình sử dụng dòng điện PF hàng đầu. Do đó, động cơ quá kích hoạt làm việc trong điều kiện không tải được gọi là máy bù đồng bộ. Đây là thuộc tính chính vì động cơ nào được sử dụng như một thiết bị cải tiến năng lượng hoặc nâng cao pha.

Ưu điểm và nhược điểm

Các ưu điểm của dàn ngưng tụ đồng bộ bao gồm những điều sau đây.

• Nó có thể tăng quán tính hệ thống.
• Khả năng quá tải ngắn hạn có thể được tăng lên.
• Đi qua điện áp thấp.
• Trả lời nhanh
• Cường độ ngắn mạch bổ sung.
• Không có sóng hài.
• Công suất phản kháng được điều chỉnh liên tục.
• Nó là bảo trì miễn phí.
• Một lượng bảo mật cao có thể được duy trì.
• Nó có tuổi thọ cao.
• Các lỗi có thể dễ dàng được loại bỏ.
• Độ lớn của dòng điện được kéo qua động cơ có thể dễ dàng thay đổi bằng cách thay đổi trường kích thích với bất kỳ lượng nào. Vì vậy, điều này giúp đạt được kiểm soát hệ số công suất ít hơn.
• Độ ổn định nhiệt của cuộn dây động cơ cao đối với dòng điện ngắn mạch.

Các nhược điểm của tụ bù đồng bộ bao gồm những điều sau đây.

• Nó đắt.
• Nó tạo ra tiếng ồn.
• Có những tổn thất lớn trong động cơ.
• Nó chiếm nhiều không gian hơn.
• Nó đòi hỏi làm mát liên tục.
• Dòng điện liên tục cần được kiểm tra.
• Nó không có mô-men xoắn tự khởi động; thiết bị phụ trợ phải được cung cấp.

Các ứng dụng

Việc sử dụng hoặc ứng dụng của thiết bị ngưng tụ đồng bộ bao gồm những điều sau đây.

• Các ứng dụng điển hình chủ yếu bao gồm HVDC, Gió  hoặc  Mặt trời, Hỗ trợ & Điều chỉnh lưới điện.
• Chúng được sử dụng ở cả cấp điện áp truyền tải và phân phối để tăng cường độ ổn định và duy trì điện áp trong giới hạn ưu tiên trong điều kiện tải thay đổi và tình huống dự phòng.
• Những tụ điện này được sử dụng trong các hệ thống điện để điều khiển điện áp trong thời gian dài đường truyền , đặc biệt là đối với các đường dây tải điện có tỷ số điện kháng cảm kháng khá cao.
• Nó được sử dụng trong các đường dây điện để nâng cao hệ số công suất (P.F) và hiệu chỉnh PF bằng cách kết nối đơn giản với các đường dây truyền tải.
• Những bình ngưng này được sử dụng trong các hệ thống năng lượng lai.
• Những tụ điện này hoạt động giống như một tụ điện thay đổi hoặc cuộn cảm biến , được sử dụng trong các hệ thống truyền tải điện để kiểm soát điện áp đường dây.

Tại sao lại gọi là Dàn ngưng tụ đồng bộ?

Khi một động cơ đồng bộ ở điều kiện không tải bị kích thích quá mức thì nó hoạt động giống như một tụ điện vì nó bắt đầu sử dụng dòng điện dẫn khi không tải. Do đó, một động cơ đồng bộ quá kích thích khi không tải được gọi là máy bù đồng bộ. Nó chỉ đơn giản là kết nối song song với tải để cải thiện hệ số công suất.

Dàn ngưng tụ đồng bộ được sử dụng ở đâu?

Nó được sử dụng trong các hệ thống truyền tải điện để điều chỉnh điện áp đường dây, trong HVDC, gió/mặt trời, hỗ trợ lưới điện, điều chỉnh, hiệu chỉnh hệ số công suất và WAS bù .

Là động cơ đồng bộ tự cảm ứng?

Động cơ đồng bộ không phải là động cơ tự khởi động do quán tính của cánh quạt . Vì vậy, nó không thể theo vòng quay của từ trường của stato ngay lập tức. Khi rôto đạt được tốc độ đồng bộ, thì cuộn dây kích từ được kích thích và động cơ sẽ chuyển sang trạng thái đồng bộ.

Ưu điểm của việc lắp đặt máy bù đồng bộ trong hệ thống điện là gì?

Bộ bù đồng bộ rất hữu ích ở cả cấp điện áp truyền tải và phân phối để tăng cường độ ổn định và cũng để duy trì điện áp ở giới hạn mong muốn trong điều kiện tải thay đổi cũng như các tình huống dự phòng.

Tại Sao Máy Đồng Bộ Là Dàn Tụ Đồng Bộ?

Máy điện đồng bộ chạy không tải sẽ dẫn dòng. Vì vậy, động cơ đồng bộ chạy không tải quá kích thích được gọi là máy bù đồng bộ.

Như vậy, đây là tổng quan về tụ bù đồng bộ được sử dụng chủ yếu được sử dụng trong hiệu chỉnh hệ số công suất (PF) để nâng cao PF từ tụt hậu lên dẫn đầu. Vì tụ điện này hoạt động giống như một tụ điện biến thiên hoặc một cuộn cảm biến đổi nên nó được sử dụng để điều khiển điện áp đường dây trong các hệ thống truyền tải điện. Đây là câu hỏi dành cho bạn, động cơ đồng bộ là gì?