Trenutno stanje razvoja naprav za kompenzacijo jalove moči

Nizkonapetostni močnostni kondenzatorji, ki se trenutno uporabljajo v kompenzacijskih napravah, so vsi metalizirani kondenzatorji. Metalizirani kondenzatorji so kompaktni, cenovno ugodni in imajo lastnost samozdravljanja; zato so široko uporabljani.

Elektrodne plošče kovinskih kondenzatorjev so sestavljene iz aluminijastih plen, ki se uparjajo v vakuumu in imajo debelino v nanometrskem obsegu. Zaradi izjemne tanjosti aluminijeve plen, ko pride do lokalnega preboja dielektrične plen zaradi napak, se aluminijeva plen okoli napake upari, s čimer se prepreči pojav kratekega stika. Ta pojav se imenuje samozdravitveni učinek.

Postopek izvajanja elektrod pri kovinskih kondenzatorjih vključuje razprševanje kovinske prevodne plasti na oba konca osrednjega elementa po navijanju, nato pa zavarjanje priključnih žic na prevodno plast. Ker tok teče po plošči elektrode od sredine elementa proti obema koncema, debelina aluminijeve folije elektrodne plošče pa je izjemno majhna, kar povzroča precej visoke uporne izgube, je zato priporočljivo, da se osrednji element navije v čim krajšo in debelejšo obliko, da se zmanjšajo uporne izgube. Nasprotno pa zaradi zelo tanke aluminijeve folije elektrodne plošče, ki ima omejeno mehansko trdnost, ni mogoče vzpostaviti trdne povezave med končno prevodno plastjo in elektrodno ploščo. Ko osrednji element podleže neenakomerni deformaciji zaradi segrevanja, se med končno prevodno plastjo in elektrodno ploščo lahko lokalno odlipi, kar povzroči okvare. Iz tega vidika je bolje, da se osrednji element navije v bolj dolgo in tanko obliko.

Metalizirani močnostni kondenzatorji imajo dve strukturni obliki: pravokotno in valjasto. Jedrne komponente znotraj pravokotnih kondenzatorjev so vitke in poravnane vzporedno, kar jih naredi primerne za splošne aplikacije. Jedrne komponente znotraj valjastih kondenzatorjev so kratke in debele, povezane zaporedno, kar jih naredi primerne za okolja z močnimi harmonikami.

Glavni problem pri delovanju metaliziranih kondenzatorjev je zmanjšanje kapacitance. Vsi metalizirani kondenzatorji sčasoma izgubljajo kapacitanso zaradi samozdravitvenega procesa, čeprav stopnja izgube variira. Nekateri kondenzatorji nižje kakovosti lahko tudi odpovejo, pri čemer se konduktivni sloj na koncu odpriči od elektrodne plošče, kar povzroči zmanjšanje kapacitance na polovico, tretjino ali celo nič nominalne vrednosti. Pri kondenzatorjih istega blagovne znamke velja, da je večja kapaciteta posamezne enote, daljše jedro in debelejši premer. Daljše jedro povzroča večje ohmske izgube, debelejše pa večjo površino konduktivnega sloja na končni ploskvi in večjo temperaturno razliko med notranjostjo in zunanjkostjo elementa, kar naredi konduktivni sloj bolj dovzetnega za odpričenje od elektrodne plošče. Zato je uporaba enega samega velikega kondenzatorja manj zanesljiva kot uporaba več manjših kondenzatorjev, povezanih vzporedno. Metalizirani kondenzatorji kažejo manj okvar zaradi kratkega stika in eksplozij.

Najzgodnejši regulatorji kompenzacije jalove moči so temeljili na upravljanju s faktorjem moči; ti regulatorji se še vedno uporabljajo zaradi svoje nizke cene. Vendar upravljanje na podlagi faktorja moči povzroča težavo nihajnega obremenjevanja pri majhnih obremenitvah. Na primer: v kompenzacijski napravi je najmanjša moč kondenzatorja 10 kvar, induktivna jalova moč obremenitve je 5 kvar in faktor moči zaostaja za 0,5. Takrat vklop kondenzatorja povzroči, da faktor moči postane voden 0,5; izklop kondenzatorja povzroči, da faktor moči postane zaostajajoč 0,5. Posledično se nihajni proces nadaljuje v neskončnost.

Sodobni regulatorji kompenzacije jalove moči delujejo na podlagi jalove moči, kar zahteva nastavitveno funkcijo, ki omogoča konfiguracijo moči kondenzatorja znotraj kompenzacijske naprave. To omogoča stikalo kondenzatorja glede na jalovo moč obremenitve, s čimer se odpravi pojav nihajne majhne obremenitve.

Z nenehnim tehnološkim napredkom se dodatne funkcije krmilnikov za kompenzacijo jalove moči vedno bolj razširjajo, vključno s shranjevanjem podatkov, komunikacijo podatkov, detekcijo harmonikov, merjenjem moči in podobno. Krmilne komponente so se razvile iz začetnih majhnih integriranih vezij na 8-bitna mikrokrmilnika, nato na 16-bitna mikrokrmilnika, nato na 16-bitne DSP-je in končno na 32-bitna mikrokrmilnika. Trenutno se cena 32-bitnih mikrokrmilnikov giblje okoli 30 juanov na enoto, kar minimalno vpliva na stroške strojne opreme krmilnikov. Njihova zmogljivost presega zmogljivost 8-bitnih mikrokrmilnikov več kot 100-krat. Glavna ovira za široko uporabo je visoka kompleksnost tehnološkega razvoja.

Z nenehnim širjenjem naprav za kompenzacijo jalove moči postaja vključevanje kompenzacijskih naprav v druge opreme neizbežna tendenca. Na primer, integracija kompenzacijskih naprav s števčnimi omaricami, stikalnimi omaricami in podobno opremo. Integrirane naprave lahko zmanjšajo stroške, prihranijo prostor, zmanjšajo ožičenje in zmanjšajo vzdrževalne obremenitve. Načrtovanje in proizvodnja integriranih naprav ne povzroča tehničnih izzivov; vendar zaradi odsotnosti enotnih standardov proizvajalci lahko organizirajo proizvodnjo samo na podlagi naročil.