【文章內(nèi)容簡介】 同步開關(guān)，就是要在開關(guān)接點兩端電壓為零的時刻閉合，從而實現(xiàn)電容器的無涌流投入，在電流為零的時刻斷開，從而實現(xiàn)開關(guān)接點的無電弧分斷。 同步開關(guān)技術(shù)中拒絕使用可控硅，因此仍然不適用于頻繁投切?？梢灶A(yù)見：使用磁保持繼電器的同步開關(guān)必將替代復合開關(guān)和交流接觸器。 瞬時投切方式瞬時投切方式即人們熟稱的動態(tài)補償方式，應(yīng)該說它是半導體電力器件與數(shù)字技術(shù)綜合的技術(shù)結(jié)晶，實際就是一套快速隨動系統(tǒng)，控制器一般能在半個周波至1個周波內(nèi)完成采樣、計算，在2個周期到來時，控制器已經(jīng)發(fā)出控制信號了。通過脈沖信號使晶閘管導通，投切電容器組大約2030毫秒內(nèi)就完成一個全部動作，這種控制方式是機械動作的接觸器類無法實現(xiàn)的。動態(tài)補償方式作為新一代的補償裝置有著廣泛的應(yīng)用前景?，F(xiàn)在很多開關(guān)行業(yè)廠都試圖生產(chǎn)、制造這類裝置且有的生產(chǎn)廠已經(jīng)生產(chǎn)出很不錯的裝置。當然與國外同類產(chǎn)品相比從性能上、元器件的質(zhì)量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上還有一定的差距。 動態(tài)補償?shù)木€路方式 1 LC串接法 這種方式采用電感與電容的串聯(lián)接法，調(diào)節(jié)電抗以達到補償無功損耗的目的。從原理上分析，這種方式響應(yīng)速度快，閉環(huán)使用時，可做到無差調(diào)節(jié)，使無功損耗降為零。從元件的選擇上來說，根據(jù)補償量選擇1組電容器即可，不需要再分成多路。既然有這么多的優(yōu)點，應(yīng)該是非常理想的補償裝置了。但由于要求選用的電感量值大，要在很大的動態(tài)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，所以體積也相對較大，價格也要高一些，再加一些技術(shù)的原因，這項技術(shù)到目前來說還沒有被廣泛采用或使用者很少。 2 采用電力半導體器件 作為補償裝置所采用的半導體器件一般都采用晶閘管，其優(yōu)點是選材方便，電路成熟又很經(jīng)濟。其不足之處是元件本身不能快速關(guān)斷，在意外情況下容易燒毀，所以保護措施要完善。當解決了保護問題，作為電容器組投切開關(guān)應(yīng)該是較理想的器件。動態(tài)補償?shù)难a償效果還要看控制器是否有較高的性能及參數(shù)。很重要的一項就是要求控制器要有良好的動態(tài)響應(yīng)時間，準確的投切功率，還要有較高的自識別能力，這樣才能達到最佳的補償效果。 當控制器采集到需要補償?shù)男盘柊l(fā)出一個指令（投入一組或多組電容器的指令），此時由觸發(fā)脈沖去觸發(fā)晶閘管導通，相應(yīng)的電容器組也就并入線路運行。需要強調(diào)的是晶閘管導通的條件必須滿足其所在相的電容器的端電壓為零，以避免涌流造成元件的損壞，半導體器件應(yīng)該是無涌流投切。當控制指令撤消時，觸發(fā)脈沖隨即消失，晶閘管零電流自然關(guān)斷。關(guān)斷后的電容器電壓為線路電壓交流峰值，必須由放電電阻盡快放電，以備電容器再次投入。 元器件可以選單相晶閘管反并聯(lián)或是雙向晶閘管，也可選適合容性負載的固態(tài)接觸器，這樣可以省去過零觸發(fā)的脈沖電路，從而簡化線路，元件的耐壓及電流要合理選擇，散熱器及冷卻方式也要考慮周全。 混合投切方式 實際上就是靜態(tài)與動態(tài)補償?shù)幕旌?，一部分電容器組使用接觸器投切，而另一部分電容器組使用電力半導體器件。這種方式在一定程度上可做到優(yōu)勢互補，但就其控制技術(shù)，目前還見到完善的控制軟件，該方式用于通常的網(wǎng)絡(luò)如工礦、小區(qū)、域網(wǎng)改造，比起單一的投切方式拓寬了應(yīng)用范圍，節(jié)能效果更好。補償裝置選擇非等容電容器組，這種方式補償效果更加細致，更為理想。還可采用分相補償方式，可以解決由于線路三相不平行造成的損失。 無功功率補償裝置的選擇　　無功功率補償控制器有三種采樣方式，功率因數(shù)型、無功功率型、無功電流型。選擇那一種物理控制方式實際上就是對無功功率補償控制器的選擇?？刂破魇菬o功補償裝置的指揮系統(tǒng)，采樣、運算、發(fā)出投切信號，參數(shù)設(shè)定、測量、元件保護等功能均由補償控制器完成。十幾年來經(jīng)歷了由分立元件集成線路單片機DSP芯片一個快速發(fā)展的過程，其功能也愈加完善。就國內(nèi)的總體狀況，由于市場的需求量很大，生產(chǎn)廠家也愈來愈多，其性能及內(nèi)在質(zhì)量差異很大，很多產(chǎn)品名不符實，在選用時需認真對待。在選用時需要注意的另一個問題就是國內(nèi)生產(chǎn)的控制器其名稱均為XXX無功功率補償控制器，名稱里出現(xiàn)的無功功率的含義不是這臺控制器的采樣物理量。采樣物理量取決于產(chǎn)品的型號，而不是產(chǎn)品的名稱。 功率因數(shù)用cosΦ表示，它表示有功功率在線路中所占的比例。當cosΦ=1時，線路中沒有無功損耗。提高功率因數(shù)以減少無功損耗是這類控制器的最終目標。這種控制方式也是很傳統(tǒng)的方式，采樣、控制也都較容易實現(xiàn)。 * 延時整定，投切的延時時間，應(yīng)在10s120s范圍內(nèi)調(diào)節(jié) 靈敏度整定，電流靈敏度，不大于02A 。 * 投入及切除門限整定，（滯后）（超前）范圍內(nèi)整定。 * 過壓保護設(shè)量 * 顯示設(shè)置、循環(huán)投切等功能 這種采樣方式在運行中既要保證線路系統(tǒng)穩(wěn)定、無振蕩現(xiàn)象出現(xiàn)，又要兼顧補償效果，這是一對矛盾，只能在現(xiàn)場視具體情況將參數(shù)整定在較好的狀態(tài)下工作。即使調(diào)整的較好，也無法禰補這種方式本身的缺陷，尤其是在線路重負荷時。舉例說明：設(shè)定投入門限；cosΦ=（滯后）此時線路重載荷，即使此時的無功損耗已很大，再投電容器組也不會出現(xiàn)過補償，控制器就不會再有補償指令，也就不會有電容器組投入，所以這種控制方式建議不做為推薦的方式。 無功功率（無功電流）型控制器無功功率（無功電流）型的控制器較完善的解決了功率因數(shù)型的缺陷。一個設(shè)計良好的無功型控制器是智能化的，有很強的適應(yīng)能力，能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測及補償效果，并能對補償裝置進行完善的保護及檢測，這類控制器一般都具有以下功能： * 四象限操作、自動、手動切換、自識別各路電容器組的功率、根據(jù)負載自動調(diào)節(jié)切換時間、諧波過壓報警及保護、線路諧振報警、過電壓保護、線路低電流報警、電壓、電流畸變率測量、顯示電容器功率、顯示cosΦ、U、I、S、P、Q及頻率。 由以上功能就可以看出其控制功能的完備，由于是無功型的控制器，也就將補償裝置的效果發(fā)揮得淋漓盡致。如線路在重負荷時，（滯后），只要再投一組電容器不發(fā)生過補，也還會再投入一組電容器，使補償效果達到最佳的狀態(tài)。采用DSP芯片的控制器，運算速度大幅度提高，使得富里葉變換得到實現(xiàn)。當然，不是所有的無功型控制器都有這么完備的功能。國內(nèi)的產(chǎn)品相對于國外的產(chǎn)品還存在一定的差距。 用于動態(tài)補償?shù)目刂破鲗τ谶@種控制器要求就更高了，一般是與觸發(fā)脈沖形成電路一并考慮的，要求控制器抗干擾能力強，運算速度快，更重要的是有很好的完成動態(tài)補償功能。由于這類控制器也都基于無功型，所以它具備靜態(tài)無功型的特點。 目前，國內(nèi)用于動態(tài)補償?shù)目刂破?，與國外同類產(chǎn)品相比有較大的差距，一是在動態(tài)響應(yīng)時間上較慢，動態(tài)響應(yīng)時間重復性不好；二是補償功率不能一步到位，沖擊電流過大，系統(tǒng)特性容易漂移，維護成本高、造成設(shè)備整體投資費用高。另外，相應(yīng)的國家標準也尚未見到，這方面落后于發(fā)展。 第3章 無功補償計算 交流電動機就地無功補償容量的計算及應(yīng)用三相異步交流電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，價格低，維護方便等一系列優(yōu)點。因此三相異步電動機被廣泛應(yīng)用在電力拖動系統(tǒng)中，尤其是隨著電子技術(shù)的日新月異，使得三相異步電動機的性能得到了大大的提高。目前三相異步電動機被廣泛用在各個工業(yè)自動化電氣控制領(lǐng)域中，就不得不對它的某些性能進行探索。 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性是指電動機的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。由于轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率有一定的對應(yīng)關(guān)系，所以機械特性也常用轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)差率之間按一定的對應(yīng)關(guān)系成立。三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子電流和主滋通相互作用所產(chǎn)生的。轉(zhuǎn)子電流與氣隙磁密度作用產(chǎn)生電磁力，遵守電磁力定律，但是由于轉(zhuǎn)子電流滯后轉(zhuǎn)子電動勢，在氣隙磁場同一極性下面的各轉(zhuǎn)子有效導體中，電流方向不會相同，所以電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)有關(guān)。[1]主磁通決定于定子電動勢，而定子電動勢則決定于定子的電壓平衡關(guān)系，當定子漏阻抗電壓降可以忽略不計時，定子電動勢與電網(wǎng)電壓相平衡，因為電網(wǎng)電壓實際上是恒定的，所以主磁通可以近似認為是恒定的。但是當轉(zhuǎn)差率較大時，定子電流較大，定子漏阻抗電壓降不能忽略。轉(zhuǎn)差率增大使轉(zhuǎn)子電動勢增大，盡管轉(zhuǎn)子漏抗也增大，但轉(zhuǎn)子漏阻抗的增大比轉(zhuǎn)子漏抗的增大要小，所以轉(zhuǎn)子電流隨轉(zhuǎn)差率的增大而增大。轉(zhuǎn)子電阻不隨轉(zhuǎn)差率的增大而減小。用電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系，繪制出三相異步電動機的特性是一條曲線。而三相異步電動機的機械特性曲線具有比較復雜的形狀。當轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子頻率等于零，轉(zhuǎn)子漏抗等于零，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)等于1。但因轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢等于零，轉(zhuǎn)子電流等于零，所以電磁轉(zhuǎn)矩等于零。三相異步電動機只有在理想空載下，才能不依靠外力以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。實際條件下，以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)就是指靠外力克服所有靜阻轉(zhuǎn)矩的情況。隨著轉(zhuǎn)速從同步轉(zhuǎn)速開始降低，轉(zhuǎn)子繞組中有感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)差率增大使轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流均增大，使轉(zhuǎn)子功率因數(shù)降低，主磁通也有所減小。當轉(zhuǎn)速較高即轉(zhuǎn)差率較小時，轉(zhuǎn)子漏抗比轉(zhuǎn)子電阻要小很多，轉(zhuǎn)子電流隨轉(zhuǎn)差率增加而增加較快，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)則減小較慢。隨著轉(zhuǎn)速進一步降低，轉(zhuǎn)子漏抗相對于轉(zhuǎn)子電阻越來越大，使轉(zhuǎn)子電流增加較慢而轉(zhuǎn)子功率因數(shù)減小較快，又因定子電流較大，主磁通隨轉(zhuǎn)速降低而減小越來越明顯，使得電磁轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速降低而減小。雖然三相異步電動機能夠產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩是臨界轉(zhuǎn)矩，但是如果勞動恰好等于臨界轉(zhuǎn)矩的靜負載是不能穩(wěn)定運行的。根據(jù)三相異步電動機的機械特性。因為只要出現(xiàn)擾動使轉(zhuǎn)速稍有降低，就會導致拖動系統(tǒng)減速直到停止。因此，設(shè)計電動機時都把額定轉(zhuǎn)矩確定為臨界轉(zhuǎn)矩一半左右。[2]用最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比來衡量電動機短時間允許超過額定負載的能力。因為，額定轉(zhuǎn)矩是按照發(fā)熱條件允許的最大轉(zhuǎn)矩，如果使異步電動帶動接近于臨界轉(zhuǎn)矩的負載長時間運行，就會使電動機因過熱而損壞。 電動機的功率因數(shù)功率因數(shù)是 指有功功率與視在功率的比值。通俗地講就是用電設(shè)備的實際出力與用電設(shè)備的容量的比值。提高功率因數(shù)能提高用電質(zhì)量，改善設(shè)備運行條件，可保證設(shè)備在正常條件下工作，能提高企業(yè)用電設(shè)備的利用率，削減感性負載于電源之間原有能量交換等。異步電動機運行的前提是在氣隙內(nèi)建立主磁場，并隨之在某些部位有了漏磁場，這就需要滯后的無功電流和無功功率，所以它的功率因數(shù)必然是滯后的?？蛰d時，定子電流僅有微小的鐵損耗電流是有功分量，功率因數(shù)很低，~。負載增加，轉(zhuǎn)子電流有功分量增加，定子電流有功分量也隨之增加，功率因數(shù)提高。額定負載附近，功率因數(shù)達最大。如果負載進一步增加，轉(zhuǎn)速下降較多，轉(zhuǎn)差率增加較大，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角增加，因此兩個轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角的余弦值都隨之下降。~。 電動機無功補償?shù)姆诸愲妱訖C的無功補償屬于末端補償，通常又稱為就地補償。從安裝位置和被補償電動機參數(shù)的角度來講，其又可分為單機就地補償和分散就地補償。單臺電動機就地補償，就是將補償電容器安裝在電機附近，且是單獨給該臺電動機進行無功補償。分散就地補償，是將補償電容器安裝在多臺電動機組附近，對多臺電機進行無功補償，如接在車間動力箱出線側(cè)母線上。這里講的分散組是相對于總配電房的集中補償而言。對不需要頻繁操作的電容器。可用空氣斷路器操作，而對于需要經(jīng)常操作的并聯(lián)電容器，可用專用交流接觸器操作。單機就地補償主要適合用于年運行時間較長的電動機。在實際工作中，綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟等各種因素，不可一概而論，而應(yīng)和分散補償及中補償?shù)钠渌绞较嗯浜?，以取得最佳的?jīng)濟效益。采用電容補償電動機無功功率，以中小型電動機為主要對象?？紤]到節(jié)能，節(jié)約的實際效益，對年利用小時數(shù)很少的，經(jīng)常停用的中小型電動機一般不采用就地補償方式。[3]另外，為了降低補償技術(shù)的復雜性，對高速電機，經(jīng)濟反復開停的，點動，堵轉(zhuǎn)電動機，雙向轉(zhuǎn)動或反接制動的電動機以及高壓大容量電動機，也都不考慮采用就地補償。對于繞線型感應(yīng)電動機可以采用轉(zhuǎn)子進相器補償，或者進行同步化改造。也可以采用電容器就地補償。 三相異步電動機就地無功補償容量計算補償容量的確定確認各單獨用電設(shè)備的功率Pn和功率因素COSΦn，這二個參數(shù)可以查廠家的產(chǎn)品樣本資料，沒有廠家資料的可以采用設(shè)計手冊上的通用資料。計算各單獨用電設(shè)備的無功功率Qn，計算方法有二種：根據(jù)COSΦn算出功率因素角Φn（怎樣算相信學過函數(shù)的都可以了），則Qn=Pn/tagΦn。根據(jù)COSΦn和Pn算出視在功率Sn=Pn*COSΦn，Qn=(Sn*SnPn*Pn)再開方。分別算出總的有功功率Pj=∑Pn、無功功率Qj=∑Qn、視在功率Sj=∑Sn。算出計算總負荷的實際功率因素COSΦj=Pj/Sj。若COSΦj達到規(guī)定的功率因素就可以不用補償，若沒達到，則進行以下步驟。算出規(guī)定功率因素的無功功率Q=Pj/COSΦ(Q為規(guī)定功率因素下的無功功率，COSΦ為規(guī)定的功率因素）算出需要補償?shù)臒o功功率Qb=QjQ。最后根據(jù)Qb選擇補償電容容量。另外。，以保證無功補償有上下浮動的余地，太低有時達不到規(guī)定，補償太高也不好，會增加諧振過電壓的機會。 補償容量的確定可以根據(jù)負荷的最大功率、補償前的功率因數(shù)及要求補償后達到的功率因數(shù)，用下式計算確定：Q =α*P*（tanφ1—tanφ2）式中：Q — 所需補償?shù)目偀o功功率，kvar；α— 平均負荷系數(shù)，~； P — 用戶最大負荷，kW； tanφ1—補償前平均功率因數(shù)角 tanφ2—補償后平均功率因數(shù)角或 Q =α*P*qq — 補償率，kvar / kW （可從附表中查?。ヽosφ1　　 cosφ2