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智能集成式电力电容器在山东某环保材料制造厂中的应用

摘要:分析智能集成式电力电容的工作原理及功能,结合山东环保材料制造厂配电现状,选择经济可靠的方案,智能电容过零投切与低功耗,解决了继电器投切产生涌流的问题;接线简单,扩容方便,解决无功补偿柜内空间不足、补偿容量不足的问题;带有通讯功能可传输后台,解决了补偿配电分散管理、故障报警不及时的问题。

对于电力系统中的供电部分,提供电能的发电机是按要求的额定电压和额定电流设计的,发电机长期运行中,电压和电流都不能超过额定值,否则会缩短其使用寿命,甚至损坏发电机。由于发电机是通过额定电流与额定电压之积定额的,这意味着当其接入负载为电阻时,理论上发电机得到完全的利用,因为P= UIcosφ中的cosφ=1;但是当负载为感性或容性时,cosφ1,发电机就得不到充分利用。为了利用发电机的容量,即发电机产生有功较大,就要提高其功率因数。在低压配电系统中,采用并联电容器装置对无功功率进行集中补偿或就地补偿是降低线损、节约电能有效的方法。无功功率补偿的主要功效是:减少设备和线路的功率损耗;稳定电压,提高供电质量;提高电力变压器的承载能力;在长距离输电中,提高系统输电稳定性和输电能力等。

传统的电容电抗无功补偿装置,补偿精度低,功能单一,安装接线复杂,同时不利于生产、运输、安装、调试和可靠运行,已经严重制约它的发展,电容器在投切过程中容易产生较大的冲击电流,引起电网过电压,严重时会产生谐波,对电网的稳定性产生影响。为解决这些问题,可改用具有过零投切技术的低压智能集成式电力电容器作为补偿装置。

AZCL智能集成式谐波抑制电力电容以共补电容或分补电容为主体,采用微型电子元件技术、微型传感器技术、微型网络技术和电器制造技术,将智能组件、控制器、电容器、电抗器、塑壳断路器等元件微型化,整机体积小,结构精巧。智能电容控制器通过电流互感器、电压采样计算出无功缺额、功率因数等参数,以工业级MCU为核心,同AD转换、RS-485通讯、LCD显示、数据存储等构成一个系统,集采集、运算、分析、控制、通信、人机交互、数据存储于一体。

自动检测及跟踪系统中的无功功率变化,自动投切电容器组。投切方法为:容量相同的电容器,按循环投切原则;容量不同的电容器,按适补原则进行投切;先投先切,先退先投。补偿工况恒定时,电容器每一小时循环投切一次,避免单只电容器长时间投运。

投切开关选用复合开关,无触点过零投切,配合专用的智能电容无功补偿控制器,动作时间缩短到1s,动态追踪补偿系统所缺少的无功功率,力争使线损降到较低水平。复合开关电路包含可控硅过零检测与触发模块、可控硅保护模块、磁保持继电器驱动模块。电路采用电力电子可控硅与大功率磁保持继电器复合技术,利用可控硅的快速导通和磁保持继电器触点的零压降实现互补,真正做到过零投切和低功耗运行。合闸时,该电路实时检测可控硅两端电压差,当电压差基本为0时,触发可控硅导通,无冲击涌流,做到柔性投入;稳定后,磁保持继电器吸合,短路可控硅的两端电极,通过继电器触点接通主回路,降低开关压降,同时继电器触点通过永磁元件定位保持进一步降低功耗。

可测量系统电压、电流、频率、有功功率、无功功率及功率因数等电参量,也可以检测各次电压、电流谐波,实时查看电网参数。

分相型电容器可对各相上的电容器进行分别投切,提高对系统无功功率的补偿精度,使三相无功功率不平衡的系统得到了良好的补偿。

电容器有过压、欠压、欠流、过温、断相、过谐保护。当电容器内部温度超过60℃时,电容器会整机退出运行,确保系统安全。

电容器和控制器之间采用网线连接,控制器与后台采用RS485通讯连接,便于大量采集数据、上传数据及与外设监控终端进行信息交换,构成系统工作。

将电抗器与电容器串联构成LC回路,降低谐波的失真,对于高于LC回路自振频率的谐波而言,表现为感性,避免了谐振。7%电抗器能够有效抑制5、7次以上谐波,防止电容器过热、绝缘介质老化及自愈性能下降等不利因素的发生。

山东某环保材料制造厂,主要经营仿木装饰品、仿木线材制品、画框、相框等,占地面积142亩,主要包括厂房、办公楼、展示厅、食堂、员工宿舍等。其配电系统是由数台10/0.4KV主变压器,经低压配电设备向用电设备供电。厂房车间变压器容量为1600kva,负载总容量为1020kw,当前功率因数为0.8,要将功率因数提高到0.95左右,其主要负载为加热炉、电动机等,负载谐波以5、7次为主,选用7%智能电容;办公楼变压器1250kva,负载总容量为650kw,当前功率因数0.75,其主要负载为开关电源、照明等,谐波以3次谐波为主,选用14%智能电容。

厂房车间的低压配电系统主要为三相负载加热炉、电动机,主要引起5、7次谐波,采用7%电抗进行调谐处理,保护电容器不受谐波影响从而放大电流。安装容量为600kvar,选用共补、7%智能电容,补偿功率因数达到0.95左右,满足客户要求。使用普通电容电抗,至少需要两套宽1000*深1000的柜子,现在安装AZCL智能集成式谐波抑制电力电容器,只需要两套宽800*深800的柜子,柜体空间也大大节省,接线简单,安装方便,可靠性更高。

办公楼的低压配电系统有大量的谐波源负荷,会产生3、5、7次谐波,大量的单相非线性负荷会造成三相不平衡、谐波超标、中性线谐波过载等电能质量问题,进行无功补偿要考虑谐波的影响。计算得无功需量为350kvar,安装容量为480kvar,考虑到系统中带有的谐波,安装共补300kvar、分补180kvar容量的14%智能电容,实际功率因数达到0.94,符合要求,使用普通电容电抗,至少需要两套宽1000*深1000的柜子,现在安装AZCL智能集成式谐波抑制电力电容器,只需要两套宽800*深800的柜子,柜体空间也大大节省,接线简单,安装方便,可靠性更高。

AZCL智能集成式谐波抑制电力电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元、晶闸管复合开关电路、线路保护单元、电容器和电抗器构成。AZCL低压智能电力电容器采用定制段式LCD液晶显示器,可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路,自动寻找投入(切除)点,实现过零投切,具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。

在山东环保材料制造厂项目中,功率因数普遍偏低,电费罚款较多,使用AZCL智能集成式谐波抑制电力电容器发出无功,提高受电端母线的电压水平,减少了线路上感性无功的输出,降低了电压和功率损耗,因而提高了线路的输电能力。AZCL智能集成式谐波抑制电力电容器操作简单、功能齐全,能有效地解决用户问题,达到节能的效果。无论从经济性还是从实用性而言,都具有广泛的推广价值。电网既产生有功也产生无功,而无功在电网传输过程中会有损耗,低压智能电力电容进行无功补偿,从而提高功率因数,有效地改善了用电质量,节约用电成本,减少企业的开支,可减少线路的损耗,提高电网输电的效率。

[2]刘亚东,薛亚彬.基于DSP的低压智能电容器的研究与设计[J].电工技术,2018,1(下):7,9

[2] 王兆安,刘进军,王跃,等.谐波抑制和无功功率补偿[M].地3版.北京:机械工业出版社.2015

[4] 郭国方.无功补偿在城市配电网中的应用[J],电网技术,2007,31(增刊1):229,230

2022年中国超级电容器产业规模及企业分析:场规模约为1983亿元[图]

原标题:2022年中国超级电容器产业规模及企业分析:场规模约为198.3亿元[图]

超级电容器主要由阴阳两电极、电解质溶液、分离器和集流器组成,其中浸在电解液中的分离器使阴阳电极保持分离。超级电容器基于电极/电解液界面的充放电过程进行储能,其储能原理与传统电容器相同,但更适合于能量的快速释放和存储。与传统电容相比,超级电容具有更大的有效表面积,可使其电容量比传统电容提高1万倍,同时还可保持较低的等效串联内阻和高的比功率。

根据电荷储存原理的不同,超级电容器可以分为三大类别:双电层电容器(EDLC,electricdouble-layercapacitor)、赝电容器(PC,pseudo-capacitor)以及混合超级电容器(HSC,hybridsupercapacitor),根据电极材料的不同以及电容产生原理的不同等可将超级电容器按下图所示进行分类。

自改革开放以来,日本、韩国及我国台湾地区将电容器制造业转向中国内地,世界电子信息整机制造业在中国内地设厂,跨国公司在中国内地采购,我国已成为世界上电容器生产大国和消费大国,2020年中国超级电容器行业市场规模达154.9亿元,较2019年增加了22.5亿元,同比增长17.0%,2021年中国超级电容器行业市场规模约为198.3亿元。

行业报告:共研网发布的《2022-2028年中国超级电容器市场调查与投资战略报告》

超级电容器根据制造工艺和外形结构可划分为钮扣型、卷绕型和大型三种类型,三者在容量上大致归类为5F以下、5~200F、200F以上。钮扣型产品具备小电流、长时间放电的特点,可用在小功率电子产品及电动玩具产品中。钮扣型超级电容器可用于手摇手电筒、电表、时钟保持,家电控制器,玩具等,2020年我国纽扣型超级电容器规模增至34.98亿元。卷绕型和大型产品则多在需要大电流短时放电,有记忆存储功能的电子产品中做后备电源,适用于带CPU的智能家电、工控和通信领域中的存储备份部件,2020年我国卷绕型超级电容器市场规模约为74.72亿元。大型超级电容器正越来越多地用于需要初始高扭矩的工业应用,2020年我国大型超级电容器市场规模约为45.2亿元。

2020年卷绕型超级电容器市场规模占比逼近50%,其次为大型超级电容器,占比29.2%。

从下游消费结构来看,2020年我国超级电容器的市场规模154.9亿元,其中交通运输用超级电容器市场规模约48.1亿元,占比约31.05%;工业用超级电容器市场规模约32.4亿元,占比约20.89%;新能源用超级电容器市场规模约63.3亿元,占比约40.88%;装备等其他应用领域市场规模约11.1亿元,占7.18%。

中国超级电容器重点生产企业主要有江海股份、深圳惠程、铜峰电子、浩宁达、新筑股份等,从营收情况来看,2021年江海股份营业总收入明显高于新筑股份、铜峰电子和深圳惠程,2021年江海股份营业总收入完成35.5亿元,新筑股份营业总收入完成12.5亿元,铜峰电子营业总收入完成10.0亿元,深圳惠程营业总收入完成3.3亿元。

2014-2021年中国超级电容器行业重点上市企业营业总收入统计(亿元)

从毛利润来看,2021年深圳惠程毛利润明显高于江海股份、铜峰电子和新筑股份,2021年深圳惠程毛利润为34.6%,江海股份毛利润为25.9%,铜峰电子毛利润为20.4%,新筑股份毛利润为14.9%。

中科院合肥物质科学研究院专家成功研制出一种柔性全固态超级电容器,这种具有高性能杂原子掺杂石墨烯基纳米结构的超级电容器首次实现了可规模化制造的突破。随着柔性可穿戴电子产品的需求快速增长,发展柔性的能量储存装置显得迫切,其关键在于设计开发出兼具优异储能和机械性质的电极材料。两个课题组在研究过程中,巧妙地将有机分子的碳化、掺杂、相转换和自组装等重要的物理化学过程集成于一体,首次成功实现了硫掺杂石墨烯和硫化亚锡杂化纳米片的原位合成与组装,得到了新颖的三维纳米结构,为延伸和拓展掺杂石墨烯材料在清洁能源、光电和传感等重要技术领域的应用奠定了基础。这项科研成果具备规模化制备的前景,为今后理性设计高性能的杂化电极材料,发展柔性功率源或能量储存装置铺垫了道路。

超级电容器作为一种新型储能装置,因具有快速充放电、库伦效率高及循环寿命长等特性受到了国内外研究人员的广泛关注。然而,构筑出具有良好电化学性能的电极材料是实现其高效能量存储的关键。因此,如何设计高性能骨架材料和活性材料,并实现两种材料的协同作用,就成为该领域亟待解决瓶颈问题。

青岛科技大学经过多年努力,在已掌握的具有自主知识产权的量产化制备SiC纳米线核心技术的基础上,首次以量产化制备出的SiC纳米线网络为骨架,以过渡金属化合物为活性材料,通过控制工艺参数,分别在SiC纳米线混合纳米片阵列正极材料和Fe2O3纳米针阵列负极材料,所制备的复合电极材料不仅具有高的比电容还具有优异的倍率特性;此外,利用制备出的复合正极和负极材料,并通过合理匹配正、负电极材料的质量和电容量等,组装得到了具有高能量密度及良好循环稳定性的非对称型超级电容器。该项成果为新一代高性能超级电容器的产业化制造奠定了坚实基础。

2020年4月,青岛科技大学中德科技学院李镇江教授、赵健副教授等团队成员在超级电容器负极材料研究领域取得新进展。研究表明,纳米Bi2O3具有较高的理论比电容、较大的工作电压、优异的氧化还原特性、高的电化学活性及低廉的价格等优势,被认为是一种理想的超级电容器负极候选材料。然而在现有研究结果中,测试的比电容却远低于其理论值,并且由于它们的导电性较差,在大电流条件下,电子无法及时传导,极大地降低了其倍率性能。针对上述问题,该团队研究人员一方面采用还原法在Bi2O3内部引入氧空位,构筑了具有可控缺陷浓度的产物,大大增加了其与电解液离子接触的活性位点;另一方面,通过水热技术对Bi2O3进行硒化,通过控制工艺参数,得到Bi2O3/Bi2Se3复合材料,从根本上提高了其电子传输速率。电化学性能测试结果表明:所制备的负极材料可呈现出高比电容和倍率特性,同时,构筑出的超级电容器也具有高比能量密度和长循环寿命。这两项研究工作不仅为设计高性能的超级电容器负极材料提供了新思路,还为金属化合物基超级电容器储能装置的实际应用奠定了坚实的基础。

随着现代科技的发展,柔性手机、贴肤传感器、健康检测器等概念性智能电子产品相继问世,引起了人们的极大兴趣和对其商品化的热切期盼。2018年大连化物所吴忠帅研究员团队、包信和院士团队与中国科学院金属研究所合作,采用丝网印刷方法制备出高度集成化、柔性化、高电压输出的石墨烯基平面微型超级电容器,让柔性电子设备从概念产品向现实应用迈近了一步。

2020年中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组研究员吴忠帅团队与化学传感器研究组研究员冯亮团队合作,设计并可控制备出一种有序双介孔聚吡咯/石墨烯纳米片,以其作为双功能活性材料构筑出高性能、柔性化的微型超级电容器-气体传感器平面化集成微系统。集成微系统中的微型超级电容器在充电100s后,可有效驱动NH3传感器的正常运行,并且展现出了较高的响应性和优异的机械柔性。该工作为新型二维介孔材料的设计与合成,以及便携式、可穿戴的集成微系统的构筑提供了一定的科学依据。

朝阳市提出大力发展新能源材料(超级电容器)高新技术产业基地,努力把朝阳发展成为全国一流、世界知名的新能源材料(超级电容器)高新技术产业集群基地。基地坐落在朝阳市高新技术产业园区内,重点发展超级电容器、绿色电池、风能和太阳能发电设备为代表的新能源电器产业及相关配套产业,使基地成为国内一流的新能源电器研发、生产、销售的集散地,成为朝阳市的新兴支柱产业。

新能源产业基地自正式启动实施以来,朝阳市高新技术产业园区高起点规划、高标准建设、高强度投入、高效能管理、高速度推进。为了让中小型科技企业迅速落地园区,降低企业投资成本,缩短企业建设周期,园区建设了中小型科技成果孵化基地,高新区把招商引资作为加快产业集群发展的首要条件,领导多次带队赴韩国及香港、上海、北京、深圳等地开展主题招商活动。

作为高新技术产业,新能源电器产业基地把科技创新放在首位。基地坚持建立以企业为主体、以市场为导向的技术创新体系。围绕新能源电器(超级电容器)产业发展,高新区以科技大厦为载体,引进了多家超级电容器研发检测机构和太阳能光伏研发检测机构,为入驻园区项目提供公共技术支撑和常规检测服务。

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空调电容器工作原理

已经成为人们生活中不可或缺的必需品,随着空调的普及已经使用范围扩大,各类空调故障也日益增多。今天小编要与大家一起分享的是空调中一个零部件, 电容 器的作用,希望能带给大家一些帮助。

电容器是启动空调电机的关键性部件,现在市面上的大部分空调都是采用的电容器来进行空调启动兼顾运行一体的。电容的损坏将导致压缩机启动电流过快升高自动开启保护模式停机或无法启动压缩机,从而导致空调无法正常运行或者开机过程中自动断电。在空调启动通电的过程中,电容器充当了传导的角色帮助压缩机正常启动。

市面上的电容器鱼龙混杂,各种粗制滥造的电容器不仅不能保证正常使用,而且在使用过程中会导致电流过大过小对空调造成无法恢复的损坏。小编在此与大家分享一下如何鉴别空调电容器的好坏。可以通过使用 万用表 测试容量,查看数值是否过大或过小,同样可以使用万用表二级管档测试是否直接导通,如果直接导通证明电容器就是坏的。交流、直流电路电容普遍容量偏小比较多。

空调多是单相压缩机在启动过程中需要电容分相才能启动,电容器在家用220V的较高电压下运行工作容易超负荷。而电容器的好坏直接关乎压缩机是否能正常启动,因此空调不能正常启动时应首先检查电容器,电容损坏的情况也比较多。

那么电容器的原理是什么呢?电容感应式电机有两个绕组,分别为启动绕组和运行绕组。在启动绕组上串联一个大容量的电容器。当运行绕组与启动绕组通过单相交流电时,启动绕组由于电容器的作用下使得启动绕组电流在时间上比运行绕组提前90度角,在磁场旋转的情况下,电机产生感应电流,电流与旋转磁场产生交互作用使得电机旋转,以上就是电容器的原理说明。