तुल्यकालिक संघनित्र

टेम्पलस्टोवे, विक्टोरिया सबस्टेशन, मेलबर्न, विक्टोरिया, ऑस्ट्रेलिया में सिंक्रोनस कंडेनसर स्थापना। 1966 में एएसईए द्वारा निर्मित, यह इकाई हाइड्रोजन से ठंडा है और 125 वोल्ट-एम्पीयर पर तीन चरण की बिजली देने में सक्षम है।

विद्युतीय अभियांत्रिकी में, एक सिंक्रोनस कंडेनसर (जिसे कभी-कभी सिंकोन, सिंक्रोनस कैपेसिटर या सिंक्रोनस कम्पेसाटर भी कहा जाता है) एक डीसी-एक्साइटेड तुल्यकालिक मोटर होता है, जिसका शाफ्ट किसी भी चीज़ से जुड़ा नहीं होता है लेकिन स्वतंत्र रूप से घूमता है। इसका उद्देश्य विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करना या इसके विपरीत नहीं है, बल्कि विद्युत विद्युत पारेषण ग्रिड पर स्थितियों को समायोजित करना है। ग्रिड के वोल्टेज को समायोजित करने या ऊर्जा घटक में सुधार करने के लिए आवश्यकतानुसार प्रतिक्रियाशील ऊर्जा उत्पन्न करने या अवशोषित करने के लिए इसके क्षेत्र को वोल्टेज नियामक द्वारा नियंत्रित किया जाता है। कंडेनसर की स्थापना और संचालन बड़े विद्युत मोटर्स और जनरेटर के समान है (कुछ जनरेटर वास्तव में प्राइम मूवर डिस्कनेक्ट के साथ सिंक्रोनस कंडेनसर के रूप में काम करने में सक्षम होने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं)).

डिवाइस के क्षेत्र उत्तेजना को बढ़ाने से सिस्टम को इसकी प्रतिक्रियाशील ऊर्जा (वोल्ट-एम्पीयर प्रतिक्रियाशील की इकाइयों में मापी गई) मिलती है। इसका प्रमुख लाभ वह आसानी है जिससे सुधार की मात्रा को समायोजित किया जा सकता है।

पावर ग्रिड में पावर-फैक्टर सुधार के लिए सिंक्रोनस कंडेनसर संधारित्र बैंकों और स्थिर VAR कम्पेसाटर का एक विकल्प है। एक फायदा यह है कि सिंक्रोनस कंडेनसर से प्रतिक्रियाशील ऊर्जा की मात्रा को लगातार समायोजित किया जा सकता है। ग्रिड वोल्टेज कम होने पर कैपेसिटर बैंक से प्रतिक्रियाशील ऊर्जा कम हो जाती है जबकि सिंक्रोनस कंडेनसर से प्रतिक्रियाशील ऊर्जा स्वाभाविक रूप से वोल्टेज कम होने पर बढ़ जाती है। इसके अतिरिक्त, सिंक्रोनस कंडेनसर बिजली के उतार-चढ़ाव और वोल्टेज में गंभीर गिरावट के प्रति अधिक सहनशील होते हैं। हालाँकि, स्थैतिक कैपेसिटर बैंकों की तुलना में सिंक्रोनस मशीनों में अधिक ऊर्जा हानि होती है।

विद्युत ग्रिड से जुड़े अधिकांश सिंक्रोनस कंडेनसर 20 एमवीएआर रिएक्टिव (मेगावार) और 200 एमवीएआर के बीच रेट किए गए हैं और कई हाइड्रोजन-कूल्ड हैं। जब तक हाइड्रोजन सांद्रता 70% से ऊपर बनी रहती है, आमतौर पर 91% से ऊपर, तब तक विस्फोट का कोई खतरा नहीं है। एक सिंकोन 8 मीटर लंबा और 5 मीटर लंबा हो सकता है, जिसका वजन 170 टन हो सकता है।

सिंक्रोनस कंडेनसर ग्रिड को स्थिर करने में भी मदद करते हैं। मशीन के रोटर में जड़ता और इसका प्रेरकत्व शार्ट सर्किट या इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस द्वारा बनाए गए भार के तीव्र उतार-चढ़ाव के दौरान एक बिजली प्रणाली को स्थिर करने में मदद कर सकता है। इस कारण से, प्रत्यावर्ती धारा ग्रिड को प्रतिक्रियाशील ऊर्जा की आपूर्ति करने के लिए कभी-कभी उच्च-वोल्टेज प्रत्यक्ष वर्तमान कनवर्टर स्टेशनों के सहयोग से सिंक्रोनस कंडेनसर की बड़ी स्थापना का उपयोग किया जाता है।

सिंक्रोनस कंडेनसर का उपयोग पावर ग्रिडों के बीच स्विचओवर को सुविधाजनक बनाने और पावर ग्रिड स्थिरीकरण प्रदान करने में भी किया जा रहा है क्योंकि टरबाइन-आधारित बिजली जनरेटर को सौर और पवन ऊर्जा से बदल दिया गया है।

सिद्धांत

एक तुल्यकालिक मशीन के लिए V वक्र। एएस सिंक्रोनस कंडेनसर लगभग शून्य वास्तविक ऊर्जा पर काम करता है। जैसे ही मशीन अतिउत्साहित से अतिउत्साहित की ओर गुजरती है, इसका स्टेटर करंट न्यूनतम से होकर गुजरता है।

चुंबकीय क्षेत्र में घूमने वाली कुंडल साइन-वेव वोल्टेज उत्पन्न होता है। जब किसी सर्किट से कनेक्ट किया जाता है तो कुछ धारा प्रवाहित होगी जो इस बात पर निर्भर करती है कि सिस्टम पर वोल्टेज इस ओपन-सर्किट वोल्टेज से किस प्रकार भिन्न है। ध्यान दें कि यांत्रिक टॉर्क (मोटर द्वारा उत्पादित, जनरेटर के लिए आवश्यक) केवल वास्तविक ऊर्जा से मेल खाता है। प्रतिक्रियाशील ऊर्जा के परिणामस्वरूप कोई टॉर्क उत्पन्न नहीं होता है।

जैसे ही सिंक्रोनस मोटर पर यांत्रिक भार बढ़ता है, स्टेटर चालू हो जाता है $I_{a}$ क्षेत्र उत्तेजना की परवाह किए बिना बढ़ता है। अंडर- और ओवर-एक्साइटेड दोनों मोटरों के लिए, पावर फैक्टर (पीएफ) यांत्रिक भार में वृद्धि के साथ एकता के करीब पहुंचता है। $I_{a}$ भार बढ़ने के साथ ऊर्जा कारक में यह परिवर्तन, परिवर्तन से भी बड़ा है।

आर्मेचर धारा का चरण (तरंगें) क्षेत्र उत्तेजना के साथ बदलता रहता है। विद्युत धारा में उत्तेजना के निम्न और उच्च मूल्यों के लिए बड़े मूल्य होते हैं। बीच में, किसी विशेष उत्तेजना के अनुरूप धारा का न्यूनतम मान होता है (दाईं ओर ग्राफ़ देखें)। $I$ की विविधताएँ उत्तेजना के साथ उनके आकार के कारण $V$ वक्र के रूप में जाना जाता है ।

समान यांत्रिक भार के लिए, आर्मेचर करंट एक विस्तृत श्रृंखला में क्षेत्र उत्तेजना के साथ बदलता रहता है और इसलिए पावर फैक्टर भी तदनुसार भिन्न होता है। अधिक उत्तेजित होने पर, मोटर अग्रणी पावर फैक्टर के साथ चलती है (और ग्रिड को वर्ज़ की आपूर्ति करती है) और जब कम उत्तेजित होती है तो लैगिंग पावर फैक्टर के साथ चलती है (और ग्रिड से वर्र्स को अवशोषित करती है)। इनके बीच ऊर्जा कारक एकता है। न्यूनतम आर्मेचर धारा एकता ऊर्जा कारक (वोल्टेज और चरण में धारा) के बिंदु से मेल खाती है।

एक सिंक्रोनस मोटर की तरह, मशीन का स्टेटर वोल्टेज की तीन-चरण आपूर्ति से जुड़ा होता है $V_{s}$ (स्थिर माना जाता है), और यह मशीन के भीतर एक घूमने वाला चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। इसी तरह, रोटर डीसी करंट से उत्तेजित होता है $I_{e}$ विद्युत चुम्बक के रूप में कार्य करना। सामान्य ऑपरेशन में रोटर चुंबक समकालिक गति से स्टेटर क्षेत्र का अनुसरण करता है। घूमता हुआ विद्युत चुम्बक तीन-चरण वोल्टेज उत्पन्न करता है $V_{g}$ स्टेटर वाइंडिंग्स में मानो मशीन एक सिंक्रोनस जनरेटर हो। यदि मशीन को आदर्श माना जाता है, जिसमें कोई यांत्रिक, चुंबकीय या विद्युत हानि नहीं होती है, तो इसका समतुल्य सर्किट वाइंडिंग इंडक्शन के साथ श्रृंखला में एक एसी जनरेटर होगा $L$ स्टेटर का. का परिमाण $V_{g}$ उत्तेजना धारा पर निर्भर करता है $I_{e}$ और घूर्णन की गति, और जैसा कि उत्तरार्द्ध तय है, $V_{g}$ पर ही निर्भर करता है $I_{e}$. अगर $I_{e}$ एक मूल्य पर आलोचनात्मक रूप से समायोजित किया जाता है $I_{\text{e0}}$, $V_{g}$ के बराबर और विपरीत होगा $V_{s}$, और स्टेटर में करंट $I_{s}$ शून्य होगा. यह ऊपर दिखाए गए वक्र में न्यूनतम से मेल खाता है। जो कुछ भी हो, $I_{e}$ ऊपर बढ़ा दिया गया है $I_{\text{e0}}$, $V_{g}$ से अधिक हो जाएगा $V_{s}$, और अंतर का हिसाब वोल्टेज से होता है $V_{1}$ स्टेटर इंडक्शन के पार दिखाई देना $L$: $V_{L}=I_{s}X_{L}$ कहाँ $X_{L}$ स्टेटर प्रतिक्रिया है. अब स्टेटर चालू $I_{s}$ अब शून्य नहीं है. चूँकि मशीन आदर्श है, $V_{g}$, $V_{L}$ और $V_{s}$ सभी चरण में होंगे, और $I_{s}$ पूरी तरह से प्रतिक्रियाशील होगा (यानी चरण चतुर्भुज में)। मशीन के टर्मिनलों के आपूर्ति पक्ष से देखने पर, टर्मिनलों से एक नकारात्मक प्रतिक्रियाशील धारा प्रवाहित होगी, और मशीन एक संधारित्र के रूप में दिखाई देगी, जिसकी प्रतिक्रिया का परिमाण इस प्रकार गिरेगा $I_{r}$ ऊपर बढ़ जाता है $I_{\text{s0}}$. अगर $I_{e}$ से कम समायोजित किया जाता है $I_{\text{e0}}$, $V_{s}$ से अधिक हो जाएगा $V_{g}$, और एक सकारात्मक प्रतिक्रियाशील धारा मशीन में प्रवाहित होगी। मशीन तब एक प्रारंभकर्ता के रूप में दिखाई देगी जिसकी प्रतिक्रिया इस प्रकार गिरती है $I_{e}$ और कम हो गया है. ये स्थितियाँ V-वक्र (ऊपर) की दो बढ़ती भुजाओं के अनुरूप हैं। घाटे वाली एक व्यावहारिक मशीन में, समतुल्य सर्किट में यांत्रिक और चुंबकीय नुकसान का प्रतिनिधित्व करने के लिए टर्मिनलों के समानांतर एक अवरोधक होगा, और जनरेटर और एल के साथ श्रृंखला में एक और अवरोधक होगा, जो स्टेटर में तांबे के नुकसान का प्रतिनिधित्व करेगा। इस प्रकार एक व्यावहारिक मशीन में $I_{s}$ इसमें एक छोटा इन-फेज घटक होगा, और शून्य तक नहीं गिरेगा।

आवेदन

एक अति-उत्साहित सिंक्रोनस मोटर में एक अग्रणी ऊर्जा कारक होता है। यह इसे औद्योगिक भार के पावर-फैक्टर सुधार के लिए उपयोगी बनाता है। ट्रांसफार्मर और इंडक्शन मोटर दोनों ही लाइन से लैगिंग (चुंबकीय) धाराएँ खींचते हैं। हल्के भार पर, प्रेरण मोटरें द्वारा खींची गई ऊर्जा में एक बड़ा प्रतिक्रियाशील घटक होता है और पावर फैक्टर का मूल्य कम होता है। प्रतिक्रियाशील बिजली की आपूर्ति के लिए प्रवाहित अतिरिक्त धारा बिजली प्रणाली में अतिरिक्त नुकसान पैदा करती है। एक औद्योगिक संयंत्र में, इंडक्शन मोटर्स द्वारा आवश्यक कुछ प्रतिक्रियाशील ऊर्जा की आपूर्ति के लिए सिंक्रोनस मोटर्स का उपयोग किया जा सकता है। इससे प्लांट पावर फैक्टर में सुधार होता है और ग्रिड से आवश्यक प्रतिक्रियाशील धारा कम हो जाती है।

एक सिंक्रोनस कंडेनसर 150% अतिरिक्त वर्र्स का उत्पादन करने की क्षमता के साथ चरणहीन स्वचालित पावर-फैक्टर सुधार प्रदान करता है। सिस्टम कोई स्विचिंग क्षणिक उत्पन्न नहीं करता है और सिस्टम इलेक्ट्रिकल हार्मोनिक्स (विद्युत ऊर्जा) से प्रभावित नहीं होता है (कुछ हार्मोनिक्स को सिंक्रोनस कंडेनसर द्वारा भी अवशोषित किया जा सकता है)। वे अत्यधिक वोल्टेज स्तर उत्पन्न नहीं करेंगे और विद्युत विद्युत अनुनाद के प्रति संवेदनशील नहीं होंगे। सिंक्रोनस कंडेनसर की घूर्णन जड़ता के कारण, यह बहुत कम बिजली की बूंदों के दौरान सीमित वोल्टेज समर्थन प्रदान कर सकता है।

घूमने वाले सिंक्रोनस कंडेनसर 1930 के दशक में पेश किए गए थे और 1950 के दशक में आम थे, लेकिन उच्च लागत के कारण अंततः स्टैटिक वेर कम्पेसाटर्स (एसवीसी) द्वारा नए इंस्टॉलेशन में विस्थापित कर दिए गए। वे पावर-फैक्टर सुधार के लिए संधारित्र का एक विकल्प (या पूरक) बने हुए हैं क्योंकि हार्मोनिक्स के साथ अनुभव की गई समस्याओं के कारण कैपेसिटर ओवरहीटिंग और भयावह विफलताएं होती हैं। सिंक्रोनस कंडेनसर वोल्टेज स्तर का समर्थन करने के लिए भी उपयोगी होते हैं। कैपेसिटर बैंक द्वारा उत्पादित प्रतिक्रियाशील ऊर्जा उसके टर्मिनल वोल्टेज के वर्ग के सीधे अनुपात में होती है, और यदि सिस्टम वोल्टेज कम हो जाता है, तो कैपेसिटर कम प्रतिक्रियाशील ऊर्जा उत्पन्न करते हैं, जब इसकी सबसे अधिक आवश्यकता होती है, जबकि यदि सिस्टम वोल्टेज बढ़ता है तो कैपेसिटर अधिक प्रतिक्रियाशील ऊर्जा उत्पन्न करते हैं, जो समस्या को बढ़ा देता है। इसके विपरीत, एक स्थिर क्षेत्र के साथ, एक तुल्यकालिक कंडेनसर स्वाभाविक रूप से कम वोल्टेज को अधिक प्रतिक्रियाशील ऊर्जा प्रदान करता है और उच्च वोल्टेज से अधिक प्रतिक्रियाशील ऊर्जा को अवशोषित करता है, साथ ही क्षेत्र को नियंत्रित किया जा सकता है। यह प्रतिक्रियाशील ऊर्जा उन स्थितियों में वोल्टेज विनियमन में सुधार करती है जैसे कि बड़ी मोटरें शुरू करते समय, या जहां बिजली को जहां उत्पन्न किया जाता है वहां से जहां इसका उपयोग किया जाता है वहां लंबी दूरी तय करनी पड़ती है, जैसा कि व्हीलिंग (इलेक्ट्रिक पावर ट्रांसमिशन) के मामले में होता है, विद्युत ऊर्जा का संचरण आपस में जुड़े विद्युत ऊर्जा प्रणालियों के एक सेट के भीतर एक भौगोलिक क्षेत्र से दूसरे तक।

एसवीसी से तुलना करने पर, सिंक्रोनस कंडेनसर के कुछ फायदे हैं:

• घूर्णी जड़ता इसे शॉर्ट सर्किट स्थिति से गुजरने की अनुमति देती है;
• प्रतिक्रियाशील बिजली वितरण लाइन वोल्टेज पर निर्भर नहीं करता है;
• यह ओवरलोड के प्रति अपेक्षाकृत असंवेदनशील है और आम तौर पर 110-120% क्षमता पर आधे घंटे तक काम कर सकता है और संक्षेप में 200% रेटेड प्रतिक्रियाशील ऊर्जा प्रदान कर सकता है।

सिंक्रोनस कंडेनसर को डायनेमिक पावर फैक्टर करेक्शन सिस्टम के रूप में भी जाना जा सकता है। उन्नत नियंत्रणों का उपयोग करने पर ये मशीनें बहुत प्रभावी साबित हो सकती हैं। पीएफ नियंत्रक और नियामक (स्वचालित नियंत्रण) के साथ एक प्रोग्रामयोग्य तर्क नियंत्रक आधारित नियंत्रक सिस्टम को किसी दिए गए पावर फैक्टर को पूरा करने के लिए सेट करने की अनुमति देगा या प्रतिक्रियाशील ऊर्जा की एक निर्दिष्ट मात्रा का उत्पादन करने के लिए सेट किया जा सकता है।

विद्युत ऊर्जा प्रणालियों पर, लंबी ट्रांसमिशन लाइनों पर वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए सिंक्रोनस कंडेनसर का उपयोग किया जा सकता है, विशेष रूप से प्रतिरोध के लिए विद्युत प्रतिक्रिया के अपेक्षाकृत उच्च अनुपात वाली लाइनों के लिए। उद्देश्य-निर्मित इकाइयों के अलावा, मौजूदा भाप या दहन टर्बाइनों को सिंकन के रूप में उपयोग के लिए रेट्रोफिट किया जा सकता है। इस स्थिति में, टरबाइन को या तो एक सहायक स्टार्टिंग मोटर के साथ रेट्रोफिट किया जा सकता है, मौजूदा जनरेटर को स्टार्टअप के इलेक्ट्रिक साधन के रूप में उपयोग किया जा सकता है, या मौजूदा टरबाइन/ईंधन स्रोत के साथ एक सिंक्रोनस सेल्फ-शिफ्टिंग (एसएसएस) क्लच का उपयोग किया जा सकता है। आमतौर पर स्टार्टअप के लिए मौजूदा जनरेटर के बजाय एक अलग स्टार्टर मोटर का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है, क्योंकि जनरेटर शाफ्ट/कपलिंग आमतौर पर स्टार्टअप के दौरान उन पर लगाए गए टॉर्क का सामना नहीं कर सकता है। विशुद्ध रूप से इलेक्ट्रिक स्टार्टअप विधियों का उपयोग करते हुए, सिंकोन प्रारंभिक स्टार्टअप प्रदान करने के लिए स्टार्टर मोटर पर निर्भर करता है, और जनरेटर या सहायक मोटर प्रतिक्रियाशील ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए आवश्यक घूर्णी जड़ता के साथ सिस्टम प्रदान करता है। एसएसएस क्लच रेट्रोफिट के साथ, मौजूदा टरबाइन सेटअप का बड़े पैमाने पर पुन: उपयोग किया जाता है। यहां, टरबाइन शुरू करने और ग्रिड से सिंक करने के लिए अपने मौजूदा ईंधन स्रोत का उपयोग करता है, जो तब होता है जब एसएसएस क्लच टरबाइन और जनरेटर को डिस्कनेक्ट कर देता है। इस प्रकार जनरेटर घूमता रहने के लिए ग्रिड ऊर्जा का उपयोग करता है, ताकि आवश्यकतानुसार लीडिंग या लैगिंग प्रतिक्रियाशील ऊर्जा प्रदान की जा सके। प्रत्येक सेटअप के अपने फायदे और नुकसान होते हैं: केवल इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम को पुराने टर्बाइनों से दहन की आवश्यकता नहीं होती है, जहां एक पुरानी पीढ़ी प्रणाली आम तौर पर उसी प्रकार के ईंधन के नए की तुलना में अधिक उत्सर्जन उत्पन्न करती है जबकि दहन संचालित प्रणाली में आवश्यकतानुसार वास्तविक और प्रतिक्रियाशील ऊर्जा उत्पन्न करने के बीच वैकल्पिक करने की क्षमता।

गैलरी

Synchronous condenser unit at Templestowe substation, Victoria, Australia

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  Side view of the condenser unit

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  Front end of condenser unit

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  Section view showing interior construction of condenser

• 

  Information plate showing technical specifications of condenser unit

Example 1

यह भी देखें

• स्थैतिक तुल्यकालिक कम्पेसाटर
• स्टेटिक VAR कम्पेसाटर
• एकीकृत विद्युत प्रवाह नियंत्रक

स्रोत

• Kundur, Prabha (22 January 1994). "Reactive Power and Voltage Control" (PDF). विद्युत प्रणाली स्थिरता और नियंत्रण. McGraw-Hill Education. pp. 627–687. ISBN 978-0-07-035958-1. OCLC 1054007373.

श्रेणी:विद्युत ऊर्जा पारेषण

बाहरी संबंध

• A Short Course on Synchronous Machines and Synchronous Condensers