Reaktiivitehon kompensointilaitteiden nykyinen kehitystaso

Kompensointilaitteissa tällä hetkellä käytettävät matalajännitekondensaattorit ovat kaikki metallisoituja kondensaattoreita. Metallisoitujen kondensaattoreiden rakenne on tiivis, hinnaltaan edullinen ja niillä on itsekorjaava ominaisuus; siksi niitä on yleisesti otettu käyttöön.

Metallisoitujen kondensaattorien elektrodi levyt koostuvat nanometrien tarkkuudella ohuista alumiinikalvoista, jotka on höyrystetty tyhjiössä. Alumiinikalvon erittäin ohuen paksuuden vuoksi paikallinen läpilyönti eristekalvossa, joka johtuu materiaalin virheistä, aiheuttaa virheen kiertävän alumiinikalvon höyrystymisen, estäen oikosulkuvian. Tätä ilmiötä kutsutaan itseterapeuttiseksi vaikutukseksi.

Metallisoitujen kondensaattorien elektrodin liitännän prosessiin kuuluu metallisen johtavan kerroksen ruiskuttaminen kierrekunnan molempiin päihin kierroksen jälkeen, minkä jälkeen liitäntäjohdot juotetaan johtavan kerroksen päälle. Koska elektrodilevyn virta kulkee kierrekunnan keskeltä kohti molempia päitä, ja elektrodilevyn alumiinikalvo on erittäin ohut suhteellisen korkean resistiivisen häviön vuoksi, on siis suositeltavaa kierrettä kierrekunta lyhyeksi ja paksummaksi muodoksi, jotta resistiiviset häviöt minimoituvat. Toisaalta koska erittäin ohut alumiinikalvo elektrodilevyssä on rajoittunut mekaanisesti vahvuudeltaan, vahvaa yhteyttä ei voida muodostaa päätyjen johtavan kerroksen ja elektrodilevyn välille. Kun kierrekunta kärsii epätasaisesta muodonmuutoksesta lämmön vaikutuksesta, paikallinen irtautuminen päätyjohtavan kerroksen ja elektrodilevyn välille tapahtuu helposti, aiheuttaen vikoja. Tästä näkökulmasta on suositeltavaa kierrettä kierrekunta pitkänomaiseksi muodoksi.

Metallisoituja tehokondensaattoreita on kahta rakennetyyppiä: suorakulmainen ja sylinterimäinen. Suorakulmaisten kondensaattorien ydinelementit ovat kapeita ja niiden asettelu on rinnakkainen, mikä tekee niistä soveltuvia yleisiin käyttöön. Sylinterimäisten kondensaattorien ydinelementit ovat lyhyitä ja paksumpia, sarjaan liitettynä, mikä tekee niistä soveltuvia ympäristöihin, joissa esiintyy vakavia harmonisia värähtelyjä.

Metallisoitujen kondensaattoreiden käytössä esiintyy ensisijainen ongelma, joka on kapasitanssin väheneminen. Kaikki metallisoidut kondensaattorit kärsivät kapasitanssin laskusta ajan mittaan itsekorjaavan prosessin vuoksi, vaikka vähenemisen määrä vaihtelee. Joidenkin alhaisemman laadun kondensaattoreiden kohdalla voi esiintyä myös vikoja, joissa päätyjen johtava kerros irtoaa elektrodilevystä, mikä johtaa kapasitanssin laskuun puoleen, kolmannekseen tai jopa nollaan nimellisarvosta. Saman merkin kondensaattoreissa mitä suurempi yksittäisen yksikön kapasiteetti on, sitä pidempi on ydinelementti ja sitä paksumpi sen halkaisija. Pidempi elementti johtaa suurempiin resistiivisiin häviöihin, kun taas paksumpi elementti aiheuttaa suuremman johtavan kerroksen pinta-alan päätypinnalla ja suuremman lämpötilaeron elementin sisä- ja ulkopuolen välillä, mikä tekee johtavasta kerroksesta herkemmin irtoavan elektrodilevystä. Siksi yhden suuren kapasitanssin kondensaattorin käyttö ei ole yhtä luotettavaa kuin useamman pienen kondensaattorin käyttö rinnakkain. Metallisoitujen kondensaattoreiden kohdalla esiintyy vähemmän oikosulkujen ja räjähdysvaurioiden tapauksia.

Varhaisimmat loistehon kompensointiohjaimet perustuivat tehokerroinohjaukseen; näitä ohjaimia käytetään edelleen alhaisen hinnan vuoksi. Ohjauksen tekeminen tehokertoimen perusteella johtaa kuitenkin kevyen kuorman värähtelyongelmaan. Esimerkiksi: kompensointilaitteessa pienin kondensaattorin arvo on 10 kvar, kuorman induktiivinen loisteho on 5 kvar ja tehokerroin on jälkeen 0,5. Tällöin kondensaattorin kytkeminen aiheuttaa tehokertoimen etenemisen 0,5; kondensaattorin irtikytkeminen aiheuttaa tehokertoimen jäämisen 0,5. Näin ollen värähtelyprosessi jatkuu ikuisesti.

Nykyiset loistehon kompensointiohjaimet toimivat loistehon perusteella, mikä vaatii asetusfunktion, jolla voidaan määrittää kondensaattorin arvo kompensointilaitteessa. Tämä mahdollistaa kondensaattorin kytkemisen kuorman loistehon mukaan, mikä poistaa kevyen kuorman värähtelyilmiön.

Jatkuvan teknologisen kehityksen myötä reaktiivitehon kompensointiohjaimien lisätoiminnot ovat yhä enemmän laajentuneet, kuten tietojen tallennus, tietojenvaihto, yliaaltojen havaitseminen, tehonmittaus ja niin edelleen. Ohjainkomponentit ovat kehittyneet alkuperäisistä pienimuotoisista integraattipiireistä 8-bittisiin mikrokontrollereihin, sitten 16-bittisiin mikrokontrollereihin, sen jälkeen 16-bittisiin DSP:ihin ja lopulta 32-bittisiin mikrokontrollereihin. Tällä hetkellä 32-bittisten mikrokontrollerien hinta on laskenut alle 30 yuanin per yksikkö, mikä ei juuri vaikuta ohjainten laitteistokustannuksiin. Niiden suorituskyky ylittää 8-bittisten mikrokontrollerien suorituskyvyn yli 100-kertaisesti. Käytön laajamittaisen hyväksymisen pääeste on korkea tekninen kehityksen monimutkaisuus.

Reaktiivitehon kompensointilaitteiden jatkuvan lisääntymisen myötä kompensointilaitteiden integrointi muihin laitteisiin on tullut välttämättömäksi trendiksi. Esimerkiksi kompensointilaitteiden integrointi mittarilaatikoihin, kytkinten laatikoihin ja vastaaviin laitteisiin. Integroidut laitteet voivat vähentää kustannuksia, säästää tilaa, vähentää johdotusta ja huoltotyön määrää. Integroidun laitteiden suunnittelu ja valmistus ei aiheuta teknisiä haasteita; kuitenkin yhtenäisten standardien puuttumisen vuoksi valmistajat voivat järjestää tuotannon vain tilausten perusteella.