Condensador Síncrono: Projeto, Funcionamento, Diagrama Fasorial e Suas Aplicações

Os condensadores síncronos não são novos, mas normalmente são usados ​​desde a década de 1950 para estabilizar sistemas de energia. Condensadores síncronos são grandes máquinas que giram muito livremente e podem absorver ou gerar energia reativa para estabilizar e fortalecer um sistema de energia. Esses condensadores auxiliam quando há qualquer alteração na carga, pois aumentam a inércia da rede. A energia cinética que é armazenada dentro de um condensador síncrono fornece toda a inércia do sistema de energia e é muito útil do ponto de vista do controle de frequência. Este artigo discute uma visão geral do condensador síncrono – funcionamento e suas aplicações.

O que é um condensador síncrono?

Um superexcitado motor síncrono que funciona sem carga é conhecido como condensador síncrono. Este condensador é uma máquina síncrona de excitação CC cujo eixo não está conectado a nenhum equipamento de acionamento. Este condensador também é conhecido como compensador síncrono ou compensador síncrono. capacitor . Este dispositivo fornece estabilidade aprimorada e regulação de tensão gerando ou absorvendo potência reativa continuamente ajustável, força de curto-circuito aprimorada e estabilidade de frequência fornecendo inércia síncrona.

O principal objetivo de um condensador síncrono é usar os recursos de controle de potência reativa e a inércia síncrona da máquina. O sistema de energia inclui uma solução alternativa atraente para bancos de capacitores devido à capacidade de regular continuamente a quantidade de energia reativa. Esses condensadores são perfeitamente adequados para controlar a tensão em longas linhas de transmissão ou dentro de redes através de uma alta difusão de dispositivos eletrônicos de potência e em redes onde houver um alto risco de 'ilhamento' da rede principal.

Projeto de condensador síncrono

O condensador síncrono é projetado com diferentes componentes, como estator, rotor, excitador, enrolamento de tecido de amortecimento e estrutura. Um motor síncrono inclui um estator trifásico que é análogo a um motor de indução. A unidade começa como um motor de indução com o enrolamento amortizador que precisa escorregar para gerar o torque de partida.

Para motores síncronos, a CC é fornecida ao enrolamento de campo do rotor chamado excitador. Está disposto no eixo do motor síncrono. Um rotor com um número igual de pólos como o estator é alimentado por uma fonte de corrente contínua. A corrente do rotor cria uma conexão de polo magnético norte-sul dentro dos pares de polos do rotor, permitindo que o rotor “trave no passo” pelo fluxo do estator rotativo. A estrutura é a parte externa da máquina e é projetada com ferro fundido.

Como funciona o condensador síncrono?

Como o funcionamento do condensador síncrono é semelhante ao princípio do motor síncrono. O princípio de funcionamento deste motor é EMF de movimento, o que significa que um condutor tende a girar devido ao efeito do campo magnético. Aqui, existem duas maneiras usadas para fornecer um campo magnético como uma fonte CA trifásica e uma fonte de alimentação CC estável para o estator .

A principal razão para fornecer duas formas de excitação é que ele pode girar em velocidade síncrona porque o motor simplesmente funciona no intertravamento do campo magnético gerado pelo estator, bem como pelo enrolamento do campo CC.

A alteração da excitação do campo CC pode resultar em diferentes modos. Portanto, os modos de operação do condensador síncrono são discutidos abaixo.

A princípio, aumentando a alimentação CC, a corrente de armadura reduz e mostra que o estator está utilizando baixa corrente para gerar fluxo, e também o motor síncrono consome menos corrente reativa, por isso é chamado de modo subexcitado.

Além disso, no aumento da excitação do campo CC, surge um ponto onde a corrente da armadura é baixa e o motor funciona com fator de potência unitário (PF). Os requisitos de toda a excitação de campo são atendidos pela fonte CC. Portanto, esse modo é conhecido como modo normal-excitado.

Além disso, aumente a corrente de campo com a alimentação CC, então o fluxo aumenta excessivamente e para compensá-lo, o estator começará a fornecer energia reativa em vez de absorvê-la. Assim, o motor síncrono consome uma corrente adiantada.

Condensador síncrono x banco de capacitores

A diferença entre um condensador síncrono Vs um Banco capacitor inclui o seguinte.

Diagrama Fasorial

O diagrama fasorial do condensador síncrono é mostrado abaixo. Sempre que um motor síncrono é normalmente superexcitado, ele leva a corrente do fator de potência principal. Se este motor estiver sem carga, onde o ângulo de carga 'δ' é extremamente pequeno e também está superexcitado como Eb > V, então o ângulo PF aumentará quase para 90 graus. Portanto, este motor funciona com uma condição de PF de avanço de aproximadamente '0' que é mostrada no diagrama fasorial a seguir.

Essa característica está relacionada a um capacitor típico que usa uma corrente de FP principal. Assim, o motor superexcitado trabalhando sem condição de carga é conhecido como condensador síncrono. Esta é a propriedade principal porque qual motor é utilizado como um dispositivo de melhoria de potência ou avanço de fase.

Vantagens e desvantagens

O vantagens de um condensador síncrono inclui o seguinte.

• Pode aumentar a inércia do sistema.
• A capacidade de sobrecarga de curto prazo pode ser aumentada.
• Passagem de baixa tensão.
• Resposta rápida
• Força extra de curto-circuito.
• Não há harmônicos.
• A potência reativa é continuamente ajustada.
• É livre de manutenção.
• Uma alta quantidade de segurança pode ser mantida.
• Tem uma vida útil elevada.
• As falhas podem ser facilmente removidas.
• A magnitude da corrente consumida pelo motor pode ser facilmente alterada alterando a excitação do campo com qualquer valor. Portanto, isso ajuda a obter controle do fator de potência sem etapas.
• A estabilidade térmica dos enrolamentos do motor é alta para correntes de curto-circuito.

O Desvantagens de um condensador síncrono inclui o seguinte.

• É caro.
• Gera ruído.
• Há enormes perdas dentro do motor.
• Ocupa mais espaço.
• Requer resfriamento contínuo.
• A corrente de campo precisa ser continuamente verificada.
• Não possui torque de partida automática; equipamento auxiliar deve ser fornecido.

Formulários

Os usos ou aplicações de condensadores síncronos incluem o seguinte.

• As aplicações típicas incluem principalmente HVDC, Wind  ou  Solar, Suporte e Regulação de Rede.
• Eles são usados ​​nos níveis de tensão de transmissão e distribuição para aumentar a estabilidade e manter as tensões nos limites preferenciais em condições de carga variáveis ​​e situações de contingência.
• Esses condensadores são usados ​​em sistemas de energia elétrica para controle de tensão em longas linhas de transmissão , particularmente para linhas de transmissão com uma reatância indutiva relativamente alta para a razão de resistência.
• É utilizado em linhas de energia para aumentar o fator de potência (P.F) e correção de PF simplesmente conectando-o com linhas de transmissão.
• Esses condensadores são utilizados em sistemas de energia híbridos.
• Esses condensadores se comportam como um capacitor variável ou indutor variável , usado em sistemas de transmissão de energia para controlar a tensão da linha.

Por que é chamado de Condensador Síncrono?

Quando um motor síncrono sem condição de carga é superexcitado, ele funciona como um capacitor porque começa a usar uma corrente de avanço sem carga. Assim, um motor síncrono que é superexcitado sem carga é conhecido como condensador síncrono. É simplesmente conectado à carga em paralelo para melhorar o fator de potência.

Onde é usado o condensador síncrono?

É usado em sistemas de transmissão de energia para regular a tensão da linha, em HVDC, eólica/solar, suporte de rede, regulação, correção do fator de potência e compensador WAS .

O motor síncrono é autoinduzido?

Um motor síncrono não é um motor de partida automática devido à inércia do rotor . Portanto, não pode seguir a revolução do campo magnético do estator imediatamente. Quando o rotor atinge a velocidade síncrona, o enrolamento de campo é excitado e o motor entra em sincronia.

Quais são as vantagens de instalar um condensador síncrono em um sistema elétrico?

Um condensador síncrono é muito útil nos níveis de tensão de transmissão e distribuição para aumentar a estabilidade e também para manter as tensões nos limites desejados em condições de carga variáveis, bem como em situações de contingência.

Por que a máquina síncrona é um condensador síncrono?

Uma máquina síncrona que funciona sem carga levará a corrente. Portanto, o motor síncrono funciona sem uma carga que está superexcitada e é conhecido como condensador síncrono.

Assim, este é uma visão geral de um condensador síncrono que é usado principalmente na correção do fator de potência (PF) para melhorar o PF de atrasado para líder. Como esse condensador funciona como um capacitor variável ou um indutor variável, ele é usado para controlar a tensão da linha nos sistemas de transmissão de energia. Aqui está uma pergunta para você, o que é um motor síncrono?