nhà máy thủy điện vĩnh sơn - bình định

Thông qua chổi than có thể đưa điện trở phụ vào mạch rôto, có tác dụng cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ, hệ số công suất được thay đổi.. Đặc tính dòng điện của động cơ không

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP

Đồ án: Nhà máy thủy điện Vĩnh Sơn -

Bình Định

1.1 MỞ ĐẦU

Năng lượng là một nhu cầu cấp thiết nhất cho cuộc sống con người, nhất là trong cuộc sống hiện nay Loài người chúng ta sống không thể thiếu năng lượng, nhưng liệu chúng ta có mấy ai quan tâm về hiệu quả sử dụng năng lượng? Chúng ta chỉ quý các tiện ích mà năng lượng mang lại như ánh sáng, sưởi ấm, làm mát, phục vụ công nghiệp… Vấn đề đặt ra là với ít năng lượng hơn, chúng

ta có thể có được những dịch vụ như vậy hay không Điều này chúng ta hoàn toàn thực hiện được, thậm chí còn tốt hơn, vậy làm thế nào để sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả nhất? Điều này không có nghĩa là chúng ta không sử dụng năng lượng, mà là nhận diện cách sử dụng năng lượng lãng phí

và quyết định giảm lãng phí năng lượng tới mức thấp nhất, thậm chí loại bỏ hoàn toàn sự lãng phí

1.2 CHIẾN LƯỢC PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG QUỐC GIA CỦA VN

1.2.1 Mục tiêu chiến lược

Bảo đảm cung cấp đủ năng lượng cho nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội.Năng lượng sơ cấp năm 2010 có từ 47,5-49,5 triệu TOE, đến năm 2020 đạt khoảng từ 100-110 triệu TOE; đến năm 2050 đạt khoảng từ 310-320 triệu TOE

1.2.2 Mục tiêu cụ thể

Phát triển các nhà máy lọc dầu, đưa tổng công suất các nhà máy lọc dầu lên khoảng 25-30 triệu tấn dầu thô vào năm 2020

Bảo đảm mức dự trữ chiến lược xăng dầu quốc gia đạt 45 ngày tiêu thụ bình quân vào năm 2010, đạt 60 ngày vào năm 2020 và đạt 90 ngày vào năm 2025.

Hoàn thành chương trình năng lượng nông thôn, miền núi

Chuyển mạnh các ngành điện, than, dầu khí sang hoạt động theo cơ chế thị trường cạnh tranh có sự điều tiết của Nhà nước

Hình thành thị trường bán lẻ điện cạnh tranh giai đoạn sau 2022, thị trường kinh doanh than, dầu khí từ nay đến năm 2015

Tích cực chuẩn bị để đưa tổ máy điện hạt nhân đầu tiên vận hành vào năm

2020, đến năm 2050 năng lượng điện hạt nhân chiếm khoảng 15-20% tổng tiêu thụ năng lượng thương mại toàn quốc

Phấn đấu tăng tỉ lệ năng lượng tái tạo lên khoảng 3% tổng năng lượng thương mại sơ cấp vào năm 2010, khoảng 5% vào năm 2020 và khoảng 11% vào năm 2050

Phấn đấu thực hiện liên kết lưới điện khu vực bằng cấp điện áp đến 500kV từ năm 2010-2015

Thực chất của các chiến lược này là đáp ứng một cách đầy đủ các yêu cầu của hộ tiêu thụ trên cơ sở hợp lý nhất Các nội dung chủ yếu của chiến lược này

là sử dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao và giảm thiểu sự tiêu phí năng lượng một cách vô ích Chiến lược này làm giảm điện năng tiêu thụ, nhờ đó có thể giảm vốn đầu tư phát triển nguồn và lưới điện đồng thời khách hàng sẽ phải trả

ít tiền điện hơn Ngành điện có điều kiện nâng cấp thiết bị, chủ động trong việc đáp ứng nhu cầu của phụ tải điện, giảm thiểu tổn thất và nâng cao chất lượng điện năng

1.3 TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC NGÀNH SẢN XUẤT, KINH DOANH Ở NƯỚC TA

Kết quả khảo sát của các cơ quan nghiên cứu và tư vấn vào năm 2000 cho thấy, tiềm năng tiết kiệm năng lượng ở nước ta còn rất lớn:

Công nghiệp xi măng (tiềm năng tiết kiệm đến) ………50%

Công nghiệp gốm ……… 35%

Phát điện than ……….……… 25%

Ngành dệt /may mặc ……… 30%

Công nghiệp thép ……… 20%

Chế biến thực phẩm ……….……… 20%

Nông nghiệp ……….……… 50%

Sử dụng nước ……….……… 15%

Các tòa nhà thương mại ……… 25%

Bên cạnh đó theo thống kê sơ bộ của dự án nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Việt Nam (dự án Precsme), tiềm năng tiết kiệm năng lượng ở các doanh nghiệp vừa và nhỏ ở Việt Nam như sau: Động cơ điện và thiết bị truyền động ………20%

Chiếu sáng ……….30%

Thông gió, điều hòa nhiệt độ ……….40%

Bơm, quạt ……… 20%

Hệ thống khí nén ……… 20%

Hệ số công suất hệ thống ……… 10%

Quản lí phụ tải .……… 10%

1.4 CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG

1.4.1 Tiết kiệm năng lượng đối với động cơ điện

Mục tiêu:

- Nghiên cứu các vấn đề về quản lý hệ thống cấp điện

- Xác định các nguyên nhân gây tổn thất điện năng và làm giảm chất lượng điện năng

- Đề xuất và thực hiện các giải pháp sử dụng năng lượng điện hiệu quả và tiết kiệm điện trong ĐCĐ

- Tính toán hiệu quả làm việc của các động cơ điện đảm bảo TKNL

- Tính toán các hệ thống và vị trí bù

1.4.2 Tiết kiệm năng lượng đối với hệ thống chiếu sáng

Mục tiêu:

- Nghiên cứu các hệ thống chiếu sáng hiệu quả

- Xác định các nguyên nhân của một hệ thống chiếu sáng không hiệu quả

- Đề xuất, thực hiện các giải pháp nâng cao hiệu quả chiếu sáng và tiết kiệm

1.4.3 Tiết kiệm năng lượng đối với hệ thống bơm quạt

Mục tiêu:

- Xác định các loại bơm, quạt

- Xác định các thông số cơ bản của bơm, quạt

- Xác định đặc tính cơ bản của bơm, quạt

- Xác định các vấn đề và giải pháp TKNL cho hệ thống bơm, quạt

1.4.4 Tiết kiệm năng lượng đối với hệ thống khí nén

Mục tiêu:

- Xác định máy nén khí thông dụng, ưu nhược điểm

- Xác định các thông số cơ bản của máy nén khí

- Xác định các vấn đề và giải pháp TKNL đối với hệ thống khí nén

1.4.5 Tiết kiệm năng lượng đối với hệ thống hơi

Mục tiêu:

- Xác định được các dạng tổn thất nhiệt và giải pháp TKNL trong lò hơi

- Xác định các vấn đề và giải pháp trong hệ thống phân phối hơi

- Xác định các vấn đề và giải pháp TKNL trong sử dụng hơi

- Nhận diện các cơ hội tận dụng nhiệt thải

1.4.6 Tiết kiệm năng lượng đối với hệ thống điều hòa không khí

Mục tiêu

- Lựa chọn ĐHKK phù hợp và hiệu quả về mặt năng lượng

- Giải thích nguyên lý hoạt động của ĐHKK

- Xác định các giải pháp giúp giảm phụ tải lạnh

- Lưu ý khi lắp đặt ĐHKK và bảo trì để tiết kiệm điện

- Xác định một số biện pháp thay thế ĐHKK

Thu được lợi ích dài hạn và mức rủi ro thấp.

Có thể tạo được hình ảnh thân thiện trong môi trường công nghiệp

1.5.2 Một số rào cản vấp phải khi thực hiện

Thiếu nhận thức, kiến thức về lợi ích của tiết kiệm năng lượng

Chưa có nhiều các thiết bị sử dụng tiết kiệm năng lượng tại Việt Nam.Chưa tin tưởng vào các khái niệm tiết kiệm năng lượng hiện có

Thiếu vốn cho đầu tư ban đầu

Chương 2 NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

2.1 Giới thiệu về động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) có cấu tạo đơn giản, vận hành chắc chắn nên được sử dụng rộng rãi trong thực tế Từ các loại thiết bị điện gia dụng như quạt điện, máy điều hòa nhiệt độ… đến các động cơ truyền động máy công

cụ, máy nâng chuyển, dây chuyền sản xuất đâu đâu cũng có mặt ĐCKĐB Chúng có công suất từ vài W đến vài nghìn kW Trên 50% điện năng sản xuất của thế giới do ĐCKĐB tiêu thụ Động cơ không đồng bộ gồm hai phần chính: Phần tĩnh và phần quay

2.1.1.2 Dây quấn

Được đặt trong lõi các rãnh của lõi thép, xung quanh dây quấn có bọc lớp cách điện để cách điện với lõi thép Với động cơ không đồng bộ ba pha các pha dây quấn đặt cách nhau điện

2.1.2 Phần quay

Gồm lõi thép , trục, và dây quấn

2.1.2.1 Lõi thép roto

Cũng gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại giống ở stato Lõi thép được

ép trực tiếp lên trục, bên ngoài có sẻ rãnh để đặt dây quấn

•Rôto kiểu dây quấn

Rôto dây quấn có kiểu giống như dây quấn stato và có số cực bằng số cực

ở stato Trong động cơ trung bình và lớn dây quấn được quấn theo kiểu sóng hai lớp để bớt được các đầu nối, kết cấu dây quấn chặt chẽ Trong động cơ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn ba pha của động cơ thường đấu hình sao, ba đầu ra của nó nối với ba vòng trượt bằng đồng thau gắn trên trục của rôto Ba vòng trượt này cách điện với nhau và với trục, tỳ trên ba vòng trượt

là ba chổi than Thông qua chổi than có thể đưa điện trở phụ vào mạch rôto, có tác dụng cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ, hệ số công suất được thay đổi

• Rôto lồng sóc

Kết cấu rất khác với dây quấn stato các dây quấn là các thanh đồng hay thanh nhôm đặt trên các rãnh lõi thép rôto Hai đầu các thanh dẫn nối với các vòng đồng hay nhôm gọi là vòng ngắn mạch Như vậy dây quấn rôto hình thành một cái lồng quen gọi là lồng sóc

Ngoài ra dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi thép rãnh rôto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc thành hai rãnh gọi là lồng sóc kép dùng cho

máy có công suất lớn để cải thiện tính năng mở máy Với động cơ công suất nhỏ rãnh rôto thường đi chéo một góc so với tâm trục

2.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ

Như đã biết trong vật lý, khi cho dòng điện ba pha vào ba cuộn dây đặt lệch nhau trong không gian thì từ trường tổng mà ba cuộn dây tạo ra là một

từ trường quay Nếu trong từ trường quay này có đặt các thanh dẫn điện thì từ trường quay sẽ quét qua các thanh dẫn điện và làm xuất hiện một sức điện động cảm ứng trong các thanh dẫn Nối các thanh dẫn với nhau và làm một trục quay thì trong các thanh dẫn sẽ có dòng điện (ngắn mạch) có chiều xác định theo quy tắc ban tay phải Từ trường quay lại tác dụng vào chính dòng điện cảm ứng này một lực từ có chiều xác định theo quy tắc ban tay trái và tạo ra momen làm quay roto theo chiều quay của từ trường quay

Tốc độ quay của roto luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường quay Nếu roto quay với tốc độ bằng tốc độ của từ trường quay thì từ trường sẽ quét qua các dây quấn phần cảm nữa nên suất điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng

sẽ không còn, momen quay cũng không còn Do momen cản roto sẽ quay chậm lại sau từ trường và các dây dẫn roto lại bị từ trường quét qua, dòng điện cảm ứng lại xuất hiện và do đó lại có momen quay làm roto tiếp tục quay theo từ trường nhưng với tốc độ luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường Động cơ làm việc theo nguyên lý này gọi là động cơ không đồng bộ (KĐB) hay động cơ xoay chiều

2.3 Phương trình đặc tính cơ của động cơ

Nếu gọi tốc độ từ trường quay là (rad/s) hay (vòng/phút) thì tốc độ

quay của roto là ω (hay n) luôn nhỏ hơn (ω < ; n < ) Sai lệch tương tối giữa hai tốc độ gọi là độ trượt :

(2-1)

Từ đó ta có

(2-2) Hay ta có

Hình 2.1 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều KĐB là một đường cong phức tạp có hai đoạn AK và BK, phân bởi điểm tới hạn K Đoạn AK gần thẳng và cứng.Trên đoạn này momen động cơ tăng khi tốc độ giảm và ngược lại Do vậy động cơ làm việc trên đoạn này sẽ ổn định Đoạn BK cong với độ dốc dương Trên đoạn này động cơ làm việc không ổn định Dòng điện của động cơ tuân theo quy luật:

Hình 2.2 Đặc tính dòng điện của động cơ không đồng bộ

Theo lý thuyết máy điện, khi coi động cơ và lưới điện là lý tưởng, nghĩa

là bapha của động cơ đối xứng, các thông số dây quấn như điện trở và điện kháng không đổi, tổng trở mạch từ hóa không đổi, bỏ qua tổn thất ma sát và tổn thất trong lõi thép và điện áp lưới hoàn toàn đối xứng, thì sơ đồ thay thế một pha của động cơ như hình vẽ :

Hình 2.3 Sơ đồ thay thế một pha động cơ không đồng bộ

Trong đó:

: Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato (V)

, , : Dòng điện từ hóa, dòng điện stato và dòng điện roto đã quy đổi về stato (A)

, , : điện kháng mạch từ hóa, điện kháng stato và điện kháng roto đã quy đổi về stato (Ω).

Rμ, , : điện trở tác dụng mạch từ hóa, điện trở mạch stato và điện trở mạch roto đã quy đổi về stato (Ω)

Khi cuộn dây stato được cấp điện bởi một điện áp định mức mà giữ yên roto không quay thì mỗi pha của cuộn dây roto sẽ xuất hiện một suất

điện động theo nguyên lí của máy biến áp thì hệ số quy đổi là :

(2-5)

Hệ số quy đổi của dòng điện là:

(2-6)

Hệ số quy đổi trở kháng là : (2-7)Vậy các đại lượng mạch roto có thể chuyển về mạch stato như sau :

Dòng điện : (2-8)Điện kháng : (2-9)

Điện trở : (2-10)Dòng điện roto được quy về stato tính như sau :

(2-10)

Khi động cơ hoạt động công suất điện từ từ stato chuyển sang roto

thành công suất cơ đưa ra trục của động cơ và công suất nhiệt đốt nóng cuộn dây:

(2-16)Thay vào phương trình momen ta có :

(2-17)

Phương trình trên biểu thị mối quan hệ gọi là phương

trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 3 pha

Với những giá trị khác nhau của hệ số trượt s(0<s<1) phương trình đặc tính cơ cho ta những giá trị khác nhau của M đường biểu diễn trên hệ trục tọa độ SOM đó là đặc tính cơ của động cơ không động bộ 3pha

Đường đặc tính cơ có điểm cực trị gọi là điểm tới hạn K Tại điểm đó

giải phương trình ta có :

(2-18)

Và momen tới hạn là:

(2-19)Trong biểu thức trên dấu + ứng với trạng thái động cơ, dấu - ứng với trạng thái máy phát nếu ta biểu diễn phương trình (2.17) dưới dạng , thì ta được phương trình sau:

Trong đó

Khi ta xem ta có

Khi ta thay vào phương trình (2.21) các giá trị , thì

ta có biểu thức của độ trượt tới hạn là :

• ảnh hưởng P.

• ảnh hưởng của ,

2.3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

Điện áp đặt vào động cơ chỉ có thể thay đổi về phía giảm.Khi

giảm rất nhanh thì momen tới hạn cũng giảm rất nhanh theo bình phương của

đều giảm theo điện áp nên khả năng quá tải và khởi động bị giảm dần Do

đó nếu điện áp quá nhỏ thì hệ truyền động có thể không khởi động hoặc không làm việc được

Vậy khi giảm điện áp cấp cho động cơ làm cho giảm nhanh Tuy nhiên

0

không đổi vì vậy phương án giảm điện áp thường thích hợp cho dạng phụ tải không đổi : quạt gió, máy bơm ly tâm Không thích hợp với phụ tải thay đổi.

2.3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách Thay đổi điện trở

Trường hợp này chỉ đối với động cơ roto dây quấn vì mạch roto có thể nối qua vòng trượt ngoài chổi than Động cơ roto lồng sóc không thể thay đổi được điện trở mạch roto

Việc thay đổi được điện trở chỉ có thể thực hiện về việc tăng điển trở mạch roto Khi tăng Thì độ trượt tới hạn cũng tăng lên Còn tốc độ

đồng bộ và momen tới hạn giữ nguyên không đổi

Các đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện trở của mạch roto được biểu diễn như hình vẽ Điện trở mạch roto càng lớn thì đặc tính càng dốc

Hình 2.5 Họ đặc tính của động cơ không đồng bộ khi thay đổi

Trường hợp này cũng chỉ thay đổi về phía tăng hoặc Khi nối thêm

vào mạch stato hoặc thì ta thấy tốc độ đồng bộ không đổi Còn độ trượt

tới hạn và momen tới hạn đều giảm Hình vẽ biểu thị các đặc tính cơ nhân tạo

Hình 2.6 Họ đặc tính cơ nhân tạo của ĐCKĐB khi thay đổi hoặc

Nhận xét:

Mặc dù có các ưu điểm như trên nhưng vẫn còn có các nhược điểm sau:

• Tốc độ ổn định kém

• Tổn thất năng lượng lớn

2.3.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực từ

Khi số đôi cực thay đổi thì tốc độ đồng bộ bị thay đổi Thông thường động cơ loại này được chế tạo với cuộn cảm stator có nhiều đầu dây ra để có thể đổi cách đấu dây tương ứng với số đôi cực nào đó.Tùy theo khả năng đổi nối mà động cơ KĐB được gọi là động cơ có 2,3,4…cấp tốc độ

Do số đôi cực thay đổi nhờ đổi nối cuộn cảm stator nên các thông số

đặt vào cuộn pha,trở kháng và cảm kháng có thể bị thay đổi từ đó ,độ

trược tới hạn và moment tới hạn có thể khác đi

Nhận xét:

Khi thay đổi số đôi cực ta chú ý rằng số đôi cực ở Stato và Roto là như nhau Nghĩa là khi thay đổi số đôi cực ở Stato thì ở Roto cũng phải thay đổi theo Do đó khó thực hiện cho động cơ Roto dây quấn, nên phương pháp này chủ yếu dùng cho động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc và loại động cơ này có khả năng tự biến đổi số đôi cực ở Roto để phù hợp với số đôi cực ở Stato

Đối với động cơ có nhiều cấp tốc độ, mỗi pha Stato phải có ít nhất là hai nhóm bối dây trở lên hoàn toàn giống nhau Do đó càng nhiều cấp tốc độ thì kích thước, trọng lượng và giá thành càng cao vì vậy trong thực tế thường dùng tối đa là bốn cấp tốc độ

2.3.5 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn điện

áp cấp

Khi thay đổi thì tốc độ đồng bộ sẽ thay đổi vì:

đồng thời cũng bị thay đổi (vì X = 2 ), kéo theo sự thay đổi cả độ

trượt tới hạn và momen tới hạn Hình vẽ 2.7 biểu thị các đặc tính cơ

nhân tạo khi thay đổi tần số

Quan hệ độ trượt tới hạn theo tần số

(2-24)Momen tới hạn theo tần số

(2-25)Và

(2-26)

Trong đó A là hằng số.Ta thấy và phụ thuộc tỉ lệ với tần số nên

(2-28) Thực tế khi tăng để đảm bảo đủ cho động cơ và tốc độ làm việc

của động cơ không vượt quá giá trị cực đại cho phép bị hạn chế bởi độ bền

cơ khí của động cơ

Khi < tức là khi giảm → giảm → Sth tăng → tăng

Khi tần số nguồn giảm , độ trượt tới hạn và momen tới hạn đều

tăng lên nhưng tăng nhanh hơn Do vậy độ cứng của đặc tính cơ tăng lên

Chú ý khi giảm tần số xuống dưới tần số định mức thì tổng trở của các cuộn dây giảm nên nếu giữ nguyên điện áp cấp cho động cơ sẽ dẫn đến dòng điện động cơ tăng mạnh.vì thế khi giảm tần số nguồn xuống dưới trị số định mức cần phải đồng thời giảm điện áp cấp cho động cơ theo quan hệ :

2.4 Đánh giá động cơ điện

2.4.1 Hiệu suất của động cơ điện

Động cơ chuyển đổi điện năng thành cơ năng để phục vụ tải nhất định Trong quy trình này, năng lượng mất đi được minh hoạ trong hình 2.8

Hình 2.8 Tổn thất động cơ

Hiệu suất của động cơ được xác định bởi tổn thất bên trong chỉ có thể

giảm bằng cách thay đổi thiết kế động cơ và điều kiện vận hành Tổn thất có thể thay đổi từ 2%-20% Bảng 2.1 cho thấy các loại tổn thất ở một động cơ cảm ứng

Bảng 2.1 Các loại tổn thất ở động cơ không đồng bộ :

Loại tổn thất Phần trăm tổn thất toàn phần

(100%)

Tổn thất cố định hoặc tổn thất do lõi

thép

25

Tổn thất biến đổi: tổn thất stato R 34

Tổn thất biến đổi: tổn thất rôto R 21

Power input

motor Power outputPower output

load

Tổn thất do ma sát và quấn lại 15

Đối với động cơ không đồng bộ, công suất ra chính là công suất cơ hay công suất ở trục rôto, còn công suất vào là công suất mà lưới điện cung cấp cho động cơ:

Trong đó:

 là công suất đầu trục động cơ

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ bao gồm:

• Lão hóa : động cơ mới hoạt động hiệu quả hơn

• Công suất : Với phần lớn các thiết bị, hiệu suất của động cơ tăng

khi làm việc ở công suất định mức

• Tốc độ : Các động cơ tốc độ cao hơn thường hiệu quả hơn

• Nhiệt độ : Động cơ có quạt làm mát hiệu quả hơn so với động cơ

có lớp bảo vệ (SPDP)

• Quấn lại động cơ có thể làm giảm hiệu suất

• Tải động cơ, được mô tả dưới đây

Giữa hiệu suất và tải của động cơ có mối liên hệ rõ ràng với nhau Các nhà sản xuất thiết kế động cơ vận hành ở mức tải 50-100% và hiệu quả nhất ở mức tải 75% Nhưng khi tải giảm xuống dưới mức 50%, hiệu suất sẽ giảm rất nhanh, như đã cho trong hình (2.9) Vận hành động cơ dưới 50% mức tải cũng có tác động tương tự, nhưng nhẹ hơn đối với hệ số công suất Hiệu suất của động cơ cao và hệ số công suất gần bằng 1 là mức vận hành hiệu quả mong muốn và giúp giảm chi phí của toàn bộ dây chuyền chứ không chỉ riêng với động cơ

Vì lý do trên, khi đánh giá kết quả hoạt động của một động cơ, cần xác định cả tải và hiệu suất Ở hầu hết các nước, các nhà sản xuất phải ghi rõ hiệu suất đầy tải trên phần ghi các thông số (nhãn) của động cơ Tuy nhiên,

với một động cơ vận hành trong một thời gian dài, thường rất khó xác định hiệu suất vì phần nhãn máy của động cơ bị mất đi hoặc bị sơn đè lên trên.

Hình 2.9 Hiệu suất tải bộ phận của động cơ (hàm số của % hiệu suất đầy tải)

Để đo hiệu suất của động cơ, cần ngắt tải và đem động cơ đến bộ phận kiểm tra để thực hiện một số kiểm tra Kết quả của những lần kiểm tra được so sánh với thông số hoạt động chuẩn của động cơ do nhà sản xuất cung cấp

Trong trường hợp không thể ngắt động cơ khỏi tải, có thể lấy giá trị tương đối về hiệu suất trong bảng cung cấp các giá trị tương đối của hiệu suất động cơ Tài liệu USDOE cung cấp các bảng giá trị hiệu suất điển hình của các động cơ chuẩn bạn có thể sử dụng nếu nhà sản xuất không thể cung cấp cho bạn những thông số đó Những giá trị hiệu suất được cung cấp cho:

• Động cơ hiệu suất tiêu chuẩn 900, 1200, 1800 và 3600 vòng/phút

• Kích thước động cơ trong khoảng từ 10 đến 300 HP

• Hai loại động cơ: động cơ chống ẩm kiểu hở (ODP) và động cơ đóng kín làm mát bằng quạt (TEFC)

• Mức tải 25%, 50%, 75% và 100%.

Tài liệu trên cũng đưa ra ba phương pháp tiên tiến để đánh giá hiệu suất của động cơ: các thiết bị đặc biệt, phương pháp phần mềm và phương pháp phân tích.Có thể sử dụng một cách thay thế khác, thực hiện một cuộc khảo sát động cơ để xác định tải, cách này cũng thu được chỉ số hoạt động của động cơ Phần tiếp theo sẽ giải thích thêm về cách này

2.4.2 Tải của động cơ

2.4.2.1 Tại sao cần đánh giá tải của động cơ

Bởi vì rất khó đánh giá hiệu suất của động cơ trong điều kiện vận hành bình thường, có thể đo tải của động cơ như là một chỉ số đánh giá hiệu suất của động cơ Khi tải tăng, hệ số công suất và hiệu suất của động cơ tăng lên tới giá trị tối ưu ở quanh mức đầy tải

2.4.2.2 Cách đánh giá tải của động cơ

Phương trình dưới đây được sử dụng để xác định tải:

(2-30)

Trong đó :

 η:Hiệu suất vận hành của động cơ tính bằng%

 HP: Mã lực ghi trên nhãn động cơ

 Mức tải: Công suất ra chiếm bao nhiêu % công suất thiết kế

 :Công suất ba pha tính bằng kW mà lưới điện cung cấp cho động cơ.

Chương III CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG ĐỐI

VỚI ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ( ĐCKĐB )

Theo thống kê của Hiệp hội năng lượng Hoa Kỳ thì năng lượng tiêu hao

vô ích và tổn thất cho động cơ điện xoay chiều khoảng 30% – 40% và lượng điện năng tiêu thụ cho động cơ điện xoay chiều chiếm 60% tổng lượng điện năng tiêu thụ cho toàn cầu Như vậy động cơ điện xoay chiều là tải tiêu thụ điện nhiều nhất Vì vậy tiết kiệm năng lượng cho động cơ là rất cần thiết

3.1 Thay thế động cơ tiêu chuẩn bằng động cơ có hiệu suất cao HEMs

(High Efficiency Motor)

3.1.1 Ưu điểm

Động cơ hiệu suất cao được thiết kế chuyên dụng để tăng hiệu suất hoạt động so với động cơ tiêu chuẩn Các cải tiến thiết kế tập trung vào việc làm giảm tổn thất bên trong động cơ, bao gồm việc sử dụng thép silic có tổn thất sắt

từ thấp hơn, lõi dài hơn (để tăng chất kích hoạt), dây dày hơn (để giảm trở kháng), lá thép mỏng hơn, khoảng trống không khí giữa stato và rôto nhỏ hơn,

sử dụng đồng thay cho các thanh nhôm trong rôto, các vòng đệm tốt hơn và quạt nhỏ hơn v v

Động cơ hiệu suất cao có dải công suất thiết kế và mức đầy tải rộng Hiệu suất cao hơn động cơ tiêu chuẩn từ 3% tới 7% như cho trong hình 3.1

Tiếng ồn giảm thiểu: Quạt làm mát có thể chế tạo bé hơn Do vậy tổn thất thấp hơn nên sự phát ra tiếng ồn cũng nhỏ hơn

Tuổi thọ động cơ HEMs cao hơn: dầu mỡ bôi trơn có tác dụng lâu hơn vì

sự tăng nhiệt ở các ổ trục ít hơn, dẫn đến kết quả là chu kỳ duy tu bảo dưỡng ít hơn Kết quả tổng hợp đưa đến tuổi thọ của HEMs cao hơn

Kích thước đặt cùng cỡ với động cơ thông dụng, song khả năng công suất của động cơ HEMs có thể cao hơn Do việc thay thế động cơ có yêu cầu công

suất lớn hơn song kích thước bị hạn chế có thể dễ dàng thực hiện khi thay động

cơ thông dụng bằng động cơ HEMs

Hình 3.1 So sánh động cơ công suất cao và động cơ chuẩn

3.1.2 Nhược điểm

Kinh tế:

Giá mua thông thường sẽ đắt hơn loại động cơ thông dụng song sự chênh lệch giá sẽ được thu hồi thông qua một thời gian ngắn do vì giá chi phí trong tiền điện thấp hơn nhiều

3.1.3 Điện năng tiết kiệm của việc sử dụng động cơ HEMs

Khi sử dụng động cơ HEMs sẽ tiết kiệm được năng lượng đáng kể, sự khác biệt do hiệu suất mang lại công suất tiết kiệm :

dm tietkiem P tai P

η η

100100

ηHEMs : Hiệu suất của động cơ HEMs

 : Công suất định mức của động cơ

 : Công suất tiết kiệm được khi thay thế động cơ

 tải : Phần trăm động cơ mang tải

Điện năng tiết kiệm hằng năm của động cơ HEMs với T là số thời gian vận hành động cơ:

(3-2) Tiền điện tiết kiệm được trong năm (C) sẽ là:

(3-3)

3.2 Bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất

3.2.1 Lý do nâng cao hệ số công suất

Nâng cao hệ số công suất là một biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện năng phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60-65% tổng công suất phản kháng của mạng điện

Như ta đã biết, động cơ không đồng bộ có đặc tính là hệ số công suất nhỏ hơn 1, dẫn tới hiệu suất toàn phần thấp hơn (và chi phí vận hành tổng cao hơn) của hệ thống điện nhà máy

Những tụ bù này hoạt động như là máy phát công suất phản kháng và nhờ vậy giảm được lượng công suất phản kháng, và công suất toàn phần được tạo ra bởi phía cung cấp điện

Gọi hệ số công suất trước khi bù là:

Gọi hệ số công suất sau khi bù:

 Phương pháp tính đơn giản.

Để chọn tụ bù cho một động cơ nào đó thì ta cần biết công suất (P) của động cơ đó và hệ số công suất ( ) của động cơ đó

- Hệ số công suất của tải là Cos ( ) → tg( ), (trước khi bù)

- Hệ số công suất sau khi bù là Cos( ) → tg( )

- Công suất phản kháng cần bù là = P.[tg( ) – tg( )]

Từ công suất cần bù ta chọn tụ bù cho phù hợp trong bảng catalog của nhà cung cấp tụ bù

 Phương pháp bù tối ưu dựa vào điều kiện không đóng tiền phạt

Xét hoá đơn tiền điện liên quan đến dung lượng kVArh đã tiêu thụ và ghi nhận số kVArh phải trả tiền sau đó, chọn hoá đơn tiền giá kVArh cao nhất phải trả

Giá trị công suất cần bù

Trong đó :

 : Công suất cần bù

 kVAr : Số kVAr phải trả tiền

 T : Số giờ hoạt động của động cơ