چه نوع راکتورها وجود دارد؟ نقش کلیدی در سیستم های برق

ریاکتور (اندکتور): تعریف و انواع

ریاکتور، که به عنوان اندکتور نیز شناخته می‌شود، زمانی که جریان از رسانای الکتریکی عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی در فضای اطراف تولید می‌کند. بنابراین، هر رسانای حامل جریان به طور ذاتی دارای القایی است. با این حال، القای یک رسانای مستقیم کوچک است و میدان مغناطیسی ضعیفی تولید می‌کند. ریاکتورهای عملی با پیچاندن رسانا به شکل سولنوئیدی، که به آن ریاکتور هوا-هسته‌ای گفته می‌شود، ساخته می‌شوند. برای افزایش بیشتر القای، یک هسته فرومغناطیسی به داخل سولنوئید قرار داده می‌شود، که به آن ریاکتور آهن-هسته‌ای گفته می‌شود.

۱. ریاکتور شونت
پروتاتایپ ریاکتورهای شونت برای تست کامل بار ژنراتورها استفاده می‌شد. ریاکتورهای شونت آهن-هسته‌ای نیروهای مغناطیسی متناوب بین بخش‌های تقسیم‌شده هسته تولید می‌کنند که منجر به سطح صدای حدود ۱۰ دسی‌بل بالاتر از ترانسفورماتورهای ظرفیت مشابه می‌شود. ریاکتورهای شونت جریان متناوب (AC) را منتقل می‌کنند و برای جبران خازنی سیستم استفاده می‌شوند. آنها اغلب با تایریستورها در سری متصل می‌شوند تا تنظیم مداوم جریان غیرفعال را ممکن سازند.

۲. ریاکتور سری
ریاکتورهای سری جریان متناوب (AC) را منتقل می‌کنند و در سری با خازنهای قدرت متصل می‌شوند تا یک مدار رزونانس سری برای هارمونیک‌های حالت پایدار (مثلاً هارمونیک‌های ۵ام، ۷ام، ۱۱ام، ۱۳ام) تشکیل دهند. ریاکتورهای سری معمولی مقادیر امپدانس ۵-۶٪ دارند و به عنوان نوع‌های با القای بالا در نظر گرفته می‌شوند.

۳. ریاکتور تنظیم‌کننده
ریاکتورهای تنظیم‌کننده جریان متناوب (AC) را منتقل می‌کنند و در سری با خازنهای متصل می‌شوند تا رزونانس سری در یک فرکانس هارمونیک مشخص (n) ایجاد کنند، بنابراین آن مولفه هارمونیک را جذب می‌کنند. ترتیبات تنظیم معمول n = ۵, ۷, ۱۱, ۱۳, و ۱۹ هستند.

۴. ریاکتور خروجی
یک ریاکتور خروجی جریان شارژ خازنی در کابل‌های موتور را محدود می‌کند و نرخ افزایش ولتاژ در سیم‌پیچ‌های موتور را در حدود ۵۴۰ V/μs محدود می‌کند. این ریاکتور وقتی که طول کابل بین یک مبدل فرکانس متغیر (VFD) (۴-۹۰ kW) و موتور بیش از ۵۰ متر باشد مورد نیاز است. همچنین، این ریاکتور ولتاژ خروجی VFD را هموار می‌کند (شدت لبه‌های تغییر ولتاژ را کاهش می‌دهد)، اختلالات و تنش‌های روی اجزای مبدل مانند IGBTs را کاهش می‌دهد.

یادداشت‌های کاربردی برای ریاکتورهای خروجی:
برای افزایش فاصله بین VFD و موتور، از کابل‌های ضخیم‌تر با عایق‌بندی بهبود یافته، بهترین انتخاب کابل‌های بدون محافظ است.

ویژگی‌های ریاکتورهای خروجی:

• مناسب برای جبران توان غیرفعال و کاهش هارمونیک‌ها؛

• جبران خازن‌های توزیع شده در کابل‌های بلند و کاهش جریان‌های هارمونیک خروجی؛

• حفاظت مؤثر VFDs، بهبود عامل توان، مسدود کردن تداخل سمت شبکه و کاهش آلودگی هارمونیک از واحد مستطیل‌کننده به شبکه.

۵. ریاکتور ورودی
ریاکتور ورودی کاهش ولتاژ در سمت شبکه در حین تبدیل مبدل را محدود می‌کند، هارمونیک‌ها را کاهش می‌دهد و گروه‌های مبدل موازی را جدا می‌کند. همچنین، افزایش جریان ناشی از ترانزیت‌های ولتاژ شبکه یا عملیات کلیدزنی را محدود می‌کند. وقتی نسبت ظرفیت کوتاه‌مدار شبکه به ظرفیت VFD بیش از ۳۳:۱ باشد، کاهش نسبی ولتاژ ریاکتور ورودی باید ۲٪ برای عملیات یک‌ربعی و ۴٪ برای عملیات چهار‌ربعی باشد. ریاکتور ممکن است زمانی که ولتاژ کوتاه‌مدار شبکه بیش از ۶٪ باشد عمل کند. برای واحد مستطیل‌کننده ۱۲ پالسی، نیاز به ریاکتور ورودی خط با حداقل کاهش ولتاژ ۲٪ است. ریاکتورهای ورودی در سیستم‌های کنترل خودکار صنعتی و کارخانه‌ای گسترده استفاده می‌شوند. آنها بین شبکه برق و VFDs یا تنظیم‌کننده‌های سرعت نصب می‌شوند تا ولتاژ و جریان سریع‌جنگلی تولید شده توسط این دستگاه‌ها را کاهش دهند و هارمونیک‌های مرتبه بالا و تحریف شده در سیستم را به طور قابل توجهی کاهش دهند.

ویژگی‌های ریاکتورهای ورودی:

• مناسب برای جبران توان غیرفعال و فیلتر کردن هارمونیک‌ها؛

• محدود کردن افزایش جریان ناشی از ترانزیت‌های ولتاژ شبکه و ولتاژهای کلیدزنی؛ فیلتر کردن هارمونیک‌ها برای کاهش تحریف موج ولتاژ؛

• هموار کردن اوج‌های ولتاژ و ناهمواری‌های تبدیل مستطیل‌کننده در مدارهای پل.

۶. ریاکتور محدودکننده جریان
ریاکتورهای محدودکننده جریان معمولاً در مدارهای توزیع استفاده می‌شوند. آنها در سری با خطوط تغذیه‌ای که از همان باربر شاخه می‌شوند متصل می‌شوند تا جریان کوتاه‌مدار را محدود کرده و پایداری ولتاژ باربر را در حین خطا حفظ کنند و از کاهش بیش از حد ولتاژ جلوگیری کنند.

۷. کویل خنثی‌کننده قوس (کویل پیترسن)
کویل‌های خنثی‌کننده قوس به طور گسترده در سیستم‌های زمین‌شده رزونانسی در فشار ۱۰kV-۶۳kV استفاده می‌شوند. به دلیل روند به سمت زیرآستانه‌های بدون روغن، کویل‌های خنثی‌کننده قوس از نوع رزین‌پوش سخت‌شو با طرح خشک بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، به ویژه برای سیستم‌های زیر ۳۵kV.

۸. ریاکتور دمپینگ (اغلب هم‌معنا با ریاکتور سری)
در سری با بانک‌های خازن یا خازنهای فشرده متصل می‌شوند، ریاکتورهای دمپینگ جریان ورودی را در زمان کلیدزنی خازن محدود می‌کنند—که تابعیت مشابه با ریاکتورهای محدودکننده جریان دارند. ریاکتور فیلتر: وقتی در سری با خازنهای فیلتر متصل می‌شوند، آنها مدارهای فیلتر رزونانس تشکیل می‌دهند که معمولاً برای فیلتر کردن هارمونیک‌های ۳ تا ۱۷ یا فیلترهای عبور بالا مرتبه بالاتر استفاده می‌شوند. ایستگاه‌های مبدل HVDC، کنترل‌کننده‌های VAR ثابت فازی، مستطیل‌کننده‌های بزرگ، راه‌آهن‌های برقی و مدارهای الکترونیکی تایریستوری با توان بالا همه منابع جریان هارمونیک هستند که باید فیلتر شوند تا جلوگیری از تزریق هارمونیک به شبکه شود. شرکت‌های برق دارای مقررات خاصی درباره سطح هارمونیک‌ها در سیستم‌های توان هستند.

۹. ریاکتور هموارساز (ریاکتور پیوند DC)
ریاکتورهای هموارساز در مدارهای DC بعد از مستطیل‌کنندگی استفاده می‌شوند. چون مدارهای مستطیل‌کننده تعداد محدودی پالس تولید می‌کنند، ولتاژ DC خروجی شامل نوسانات است که معمولاً مضر است و باید توسط یک ریاکتور هموارساز کاهش یابد. ایستگاه‌های مبدل HVDC با ریاکتورهای هموارساز مجهز شده‌اند تا ولتاژ DC خروجی به حد ایده‌آل نزدیک شود. ریاکتورهای هموارساز در موتورهای DC کنترل شده با تایریستور نیز ضروری هستند. در مدارهای مستطیل‌کننده، به ویژه منابع توان متوسط‌فرکانس، وظایف اصلی آنها شامل:

• محدود کردن جریان کوتاه‌مدار (در زمان تبدیل تایریستورهای مبدل معکوس، همزمانی اتصال معادل یک کوتاه‌مدار مستقیم در خروجی پل مستطیل‌کننده)؛ بدون ریاکتور، این باعث کوتاه‌مدار مستقیم می‌شود؛

• کاهش تأثیر مولفه‌های متوسط‌فرکانس بر شبکه برق عمومی؛

• اثر فیلتر—جریان مستطیل‌شده شامل مولفه‌های AC است؛ AC با فرکانس بالا توسط القای بزرگ مسدود می‌شود—که مطمئن می‌شود موج جریان خروجی پیوسته باشد. جریان ناپیوسته (با بازه‌های بدون جریان) باعث توقف مدار مبدل معکوس می‌شود و وضعیت باز مدار مستطیل‌کننده را ایجاد می‌کند؛

• در مدارهای مبدل معکوس موازی، توان غیرفعال در ورودی مبادله می‌شود؛ بنابراین، عناصر ذخیره‌ساز انرژی—ریاکتورها—در مدار ورودی ضروری هستند.

یادداشت‌های مهم

ریاکتورها در شبکه‌های برق برای جذب توان غیرفعال خازنی تولید شده توسط خطوط کابل استفاده می‌شوند. با تنظیم تعداد ریاکتورهای شونت، می‌توان ولتاژ عملیاتی سیستم را تنظیم کرد. ریاکتورهای شونت فشار فوق‌عالی (UHV) توابع متعددی در مدیریت توان غیرفعال در سیستم‌های توان دارند، از جمله:

• کاهش اثر خازنی در خطوط انتقال با بار کم یا بدون بار، کاهش ولتاژهای ترانزیت فرکانس توان؛

• بهبود توزیع ولتاژ در طول خطوط انتقال بلند؛

• تعادل توان غیرفعال محلی در شرایط بار کم، جلوگیری از جریان غیرمنطقی توان غیرفعال و کاهش تلفات خط؛

• کاهش ولتاژ فرکانس توان ثابت در باربرهای فشار بالا هنگام همزمان‌سازی ژنراتورهای بزرگ با شبکه، تسهیل همزمان‌سازی ژنراتورها؛

• جلوگیری از رزونانس خود-تحریک که ممکن است هنگام اتصال ژنراتورها به خطوط انتقال بلند رخ دهد؛

• وقتی نوترو ریاکتور از طریق یک ریاکتور کوچک زمین شده است، ریاکتور کوچک می‌تواند خازن‌های بین‌فازی و فاز-زمین را جبران کند، که منجر به خاتمه سریع‌تر جریان‌های باقی‌مانده و امکان بازپردازی خودکار تک‌قطبی می‌شود.

ریاکتورها یا در سری یا در شونت متصل می‌شوند. ریاکتورهای سری معمولاً برای محدود کردن جریان استفاده می‌شوند، در حالی که ریاکتورهای شونت معمولاً برای جبران توان غیرفعال استفاده می‌شوند.

• ریاکتور شونت: در سیستم‌های انتقال فشار فوق‌عالی و فاصله‌های بلند، آنها به پیچش سوم ترانسفورماتور متصل می‌شوند تا جریان شارژ خازنی خطوط انتقال را جبران کنند، افزایش ولتاژ و ولتاژهای کلیدزنی را محدود کنند و عملکرد قابل اعتماد سیستم را تضمین کنند.

• ریاکتور سری: در مدارهای خازن نصب می‌شوند و زمانی که بانک خازن تغذیه می‌شود استفاده می‌شوند.