超级电容在高压电机启动中的应用指南.docx

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1、超级电容在高压电机启动中的应用指南目录1,简析超级电容器的原理及应用I1.1. 前述1?超级电容器的概述2”起缓电定父的残本耕今2i*OTP.,WI(W)W(IW(W(W(I(W)W(IW(W(W(I(W)W(IW(W(W(I(W(W?超俄也容若的愤胞原理2?超汲电容若的分英3?超慑电容器的特点3?超纨电定X的优点3?超汲电容若的块点4?超级电容器与其他储能装五的比较4?超级电容器的主要应用领域4？:石4?消费电子方面5?可再生能漉发电/分布式电力系烷5?变频蕤动系统的能,置缓冲385?军事我各52 .而压电容能减小高压电机启动过程时于电网的冲击62.1. 1.离Ik电容的H-JIJ.aama

2、aaaaaaaaaaaa-62.2. 高压电容能否减小高压电机启动过程对于电网的冲击？62.3. 高JK电容的选型和使用注意事项63 .高压电机应急启动的铅酸蓄电池74 .超级电容的作刖81.简析超级电容器的原理及应用1.1.前述超级电容器是一种新型的电化学储能装巴，其储能过程高度可逆，经研究发现：超级电容器具有法拉级的大容量，其功率密度远大于普通电池的功率密度，并且兼具充放电效率育、绿色环保、无需维护等特点.正是由r超级电容器具备的这些特点，使得人们一再亚视并不断研究如何提高,超级电容器性能的课题。但是，与普通电池相比，超级电容器的能量密度远低r普通电池，这一原因在一定程度上限制了超级电容耦

3、的发展。如何增大超级电容器的比容量，成为发展超级电容器面临的难题之一。有学者提出：普通电池具有很大的比容量,将超级电容器与普通电池结合起来使用，充分发挥两者的优点，扬其长避其短,是未来储能器件的发展方向之一.超级电容器的概述画翻超级电容器的基本概念超级电容器是一类类似于蓄电池而又有一定程度差别的储能装置。它是一种介于普通电池和普通电容渊之间的电化学元件，能量的储存主要是通过极化电解质0具储能过程不仅高度可逆，而且是物理变化过程“因此，超级电容器既能够反更充放电，又不会对比电容产生任何影响。画都超级电容器的储能原理按照储能原理机制，超级电容器分为以下两类：双电展电容和准电容(又称法拉第断电容)。

4、(1)双电层电容。双电层电容涔储存能量的途径，主要是通过电极和电解质之间形成的界面双所谓界面双1.b是指在双电U电容器中电极与电解液相互接触，在库伦力、分子及原子间作用力的相互影响下，固液界面上出现稳定的、符号相反的双层电荷。a.充电过程：在两电极上施加电场，在电场的作用下，电解液中的阴阳离子分别向正负两极移动，从而形成双电层：撤去电场后，利用同种电荷相互排斥异种电荷相瓦吸引的性质，实现双电层的梗定，产生稳定的电势差。b.放电过程：将电极与外电路连通，在电势差的作用下，电了发生定向移动形成外电流.此时吸附在电极表面上的阴阳离子网到电解液本体，双电U解体。(2)准电容。准电容器主要是指在电极材料

5、表面或体相的二维或准二维空间上，电活性物而进行欠电位沉积，发生离度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。由于反应在整个体相中进行，因而这种体系可实现的电容较大。a.充电过程：将电极与外电路连通，在外电场的作用卜.，电极或溶液表面聚集大量的阴阳离子，通过氧化还原反应，这些离子进入到电极表面活性辄化物的体相中，从而实现电荷的储存。b.放电过程：进入氧化物中的离子通过以上氧化还原反应的逆反应重新返回到电解液中，同时将所存储的电荷通过外电路释放出来。厕翻超级电容器的分类对于超级电容器而言，可从不同方面对其进行分类，具体分类如卜丁(1)从储能原理方面，可分为双电层电容器、准

6、电容器和混合型电容器“混合型电容器解决了蓄电池的功率密度低和超级电容器能量密度较低的缺点，而且不必借助串联结构，混合型超级电容器就能满足工作电压的需求。(2)从电极材料方面，可分为碳电极电容器、导电聚合物电容器和贵金屈氧化物电极电容器。其中由于活性炭的成本较低、比表面积高、容量大等优点而被广泛应用。(3)从电极上的反应情况及结构方面,可分为对称型和非对称型超级电容罂。时称型超级电容器的特点是电极组成相同、反应相同、反应方向相反：非对称型超级电容器的特点是电极组成不同、反应不同。超级电容器的特点遨翻超级电容器的优点相对于其它储能装置而言，超级电容器主要有以卜几点优势：(1)而比功率：超级电容器的

7、功率密度是普通电池的I(MOO倍。(2)使用寿命长、充放电效率高：超级电容器的充放电过程是物理变化，理论上可充放电数十万次乃至无穷大，而且能够迅速充放电。(3)作用温度范围宽：在超级电容器的充放电过程中，电荷的转移主要是在电极活性物质表面进行，随湿度的变化其容量不会发生较大的变化，在4070摄氏度的环境卜均能正常工作。(4)可独性高：久置不用，普通电池和超级电容器都会发生电压降低的观望,对它们进行充电便可使电压笑原,与普通电池不同的是，超级电容器的容及性能不会因此受到任何影晌。(5)绿色环保、无污染：超级电容器在生产、装备、工作过程中不会产生污染环境的物质，并且线路简单，可以直接读出剩余电量，

8、检测方便。可都超级电容器的缺点(1)能量密度低：相较于普通电池，超级电容器的能量密度远低于普通电池的能任密度。(2)耐压较低：单体电压低，受制于超级电容器的电解溶液的分解电压.(3)成本商，和铝电解电容器相比，超级电容器的内阻较大，不可以用于交流电路。i圆翻超级电容器与其他储能装置的比较超级电容器在一定程度上弥补了普通电容器和普通电池的空白。如下表所示：超级电容器的比功率远高于普通电池，与普通电池相比，超级电容器的充电时间极短，可迅速充放电，其充放电效率高丁普通电池很多，并且超级电容器的使用寿命长。表1几种电化学元件的性能比较表性能杼通电容器超级电容器普通电池比功率(3/%IO4MOIO2O4

9、500比容量(whR)itf,10*95%85%平，70%的%超级电容器的主要应用领域艇翻运输方面超级电容潜在运输方面主要应用于电动汽车和混合动力汽车领域。电动汽车和混合动力汽车对动力能源的要求较高，蓄电池受其自身的功率输出、寿命、充放电效率等方面的限制，无法在最大程度上满足机车的需求.而超级电容器蓄电池组能够提高机车的启动性，在一定程度上能很好地满足机动车在启动、加速、爬坡时对功率的要求，并且在温度较低的条件下，能够正常启动且次性启动。为尽量减少大电流充放电对电池造成的负面影响，需变超级电容器与动力电池的相互配合，从而延长电池寿命。与此同时，超级电容潺还能够通过再生制动系统聘瞬间能量收回，提

10、而能量利用率。画翻消费电子方面超级电容器具有在短时间内能够迅速完成充电、提供瞬时大电流的特点，可以在系统电压突然降低的情况下，充当后备电源的作用。例如主电源突然发生中断、接触不良或负载过大等，超级电容器可以避免由于突然断电对用电器产生的不良影响。倒翻可再生能源发电/分布式电力系统超级电容具仃高比功率、使用寿命长、储能效率高、无须维护等特点，在可再生能源发电或分布式电力系统领域中，可以弥补发电设备输出功率的不稔定性和不可项测性的劣势。在高压开关站及变电站硅整流分合闸装置,领域中，由于超级电容潺能够有效地解决传统电解电容涔储能低及漏电流大造成的分合闸装罩可靠性差等问题，传统电解电容器逐渐被超级电容

11、器替代。超级电容器也可应用于分布式电网。分布式电网系统利用多组超级电容器将能量以电场能的形式储存起来，当能量出现紧缺时，通过控制单元再将存储的能量择放出来,这能够准确快速地补偿系统所需要的能量，实现电能平衡机制的稳定控制。同时，超级电容器还可以改善电网质量。鲍翻变频驱动系统的能量缓冲器超级电容器和功率变换器构成的能量缓冲器，可以应用T电梯等变驱动系统，加速时，向驱动系统的直流母线提供电流，从而提供电机所需的峰值功率;减速时，电机通过变频器向直流母线进行能量回收。在动力UPS系统中，超级电容器可以作为能量直流储能组件，其可以避免由多节蓄电池申联所带来的一系列的问题，并且降低成本，便于维护，提高U

12、PS设备的可靠性。倒翻军事装备军事装备要求储能单元可靠、轻便并且隐蔽性要强，但很多的军用装备不能够直接通过公共电网供电，而是需要配置发电设备和储能装置。混合型超级电容器在一定程度上能够满足军事装备的需求：能够大幅度减轻背负设备的重量：解决常规潜艇中蓄电池寿命短笆的问题：解决运输里等车辆的低温启动性困难的问题，另外还可以提高车辆的动力性和隐蔽性。2.高压电容能减小高压电机启动过程对于电网的冲击是的，高压电容能减小高压电机启动过程对于电网的冲击，具体原理是将电容与电机并联，利用电容涔的导电性质，可以减少电机启动过程对于电网的冲击.2.高压电容的作用高压电容又称为电容器，是一种可以储存电荷、调节电流

13、、降低电压的电子元件。在高压电机运行中，由于电机启动时需要消耗大量电能，可能会对电网造成电压波动，影响其他设备的正常工作。而高压电容的引入可以减少电机启动时的电流冲击，降低对电网造成的影响。2.2.高压电容能否减小高压电机启动过程对于电网的冲击？是的，高压电容能减小高压电机启动过程对于电网的冲击。具体原理是将电容与电机并联，利用电容器的导电性质，可以减少电机启动过程对于电网的冲击。电容器的电容值决定了其阻止电流波动的能力，一般来说，电容值越大.减少电机启动电流的效果越明显。但同时也要注意，电容器的电容值过大也会增加虚拟功率的损失。所以在实际应用中需要根据具体情况选用合适的电容值。2. 3.高压

14、电容的选型和使用注意事项在选用高压电容时需要考虑多个因素，包括电容值、额定电压、频率特性、温度特性等。一般来说，应根据电机额定参数和实际工作条件选用电容器。此外，在高乐电容的选择和使用中，还需要注意以下儿点：1 .高压电容应具备良好的耐压能力，能够承受电机启动时的电流冲击和电网的干扰。2 .选用高压电容时，应注意其电容值与电机电源的匹配程度,以确保其能够起到降低电机启动电流的作用。3 .高压电容的选用和安装必须符合国家有关标准及安全规定，否则会对电机及工作环境造成不利影响。2.4.小结综上所述，高压电容能够减小高压电机启动过程对于电网的冲击，并对电网的稳定运行起到积极的作用。因此，在实际工作中

15、，选用高质量的高质电容并正确使用，能够提高电机的效率，减少能源浪费，是非常有必要的,3 .高压电机应急启动的铅酸蓄电池高压电机应急启动的“阿喀琉斯之JT是铅酸电池.长期以来，铅酸蓄电池也是高压电机启动所依赖的啡一的储能系统。然而铅酸蓄电池本身的诸多缺点，成为影响备用高压电机成功启动的主要限制因素。通常，人们会选择配备冗余的电池系统予以解决。但是，一些诸如医院手术室、数据中心和空中交通管理系统等用电户需要电力的无健切换。当电网脱网时，发动机必须及时启动，一旦应急高压电机启动失败，将会损失惨重。因此这类用户是无法承受应急高压电机的启动故障的“高压电机的启动能量通冷是由柴油高压电机提供。而传统柴油高压电机的启动系统般包括电池储能系统、启动马达和交流高质电机（为电池、动力引擎和高压电机控制系统供能）。同时，柴油高压