Đồ Án Môn Kiểm Toán Năng Lượng pdf

Với sự phát triển như vũ bão về chủng loại và số lượng của các bộ biến tần, ngày càng có nhiều thiết bị điện – điện tử sử dụng bộ biến tần, trong đó một bộ phận đáng kể sử dụng biến tần

Đồ Án Môn Kiểm Toán Năng Lượng

1 Chế độ điều khiển cung cấp khí có tải/không tải

2 Chế độ điều khiển tốc độ quay motor

3 Nguyên lý tiết kiệm điên của việc cung cấp khí với áp suất không đổi

A NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Giáo Viên Hướng Dẫn

(Ký và nghi rõ họ tên)

B NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Giáo Viên Phản Biện

(ký và nghi rõ họ tên)

CHƯƠNG I TẦM QUAN TRỌNG CỦA BIẾN TẦN TRONG CÔNG NGHIỆP.

Với sự phát triển như vũ bão về chủng loại và số lượng của các bộ biến tần, ngày càng có nhiều thiết bị điện – điện tử sử dụng bộ biến tần, trong đó một bộ phận đáng kể

sử dụng biến tần phải kể đến bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ điện

Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có liên quan đến tốc độ động cơ điện Đôi lúc có thể xem sự ổn định của tốc độ động cơ mang yếu tố sống còn của chất lượng sản phẩm và sự ổn định của hệ thống…Ví dụ: Máy ép nhự làm đế giầy, cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu, máy ly tâm định hình khi đúc… Vì thế, việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ được xem như vấn đề chính yếu của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp

Khảo sát cho thấy:

- Chiếm 30 % thị trường biến tần là bộ điều khiển moment

- Trong các bộ điều khiển moment động cơ: chiếm 55% la các ứng dụng quạt gió, trong đó phần lớn là các hệ thống HAVC (điều hòa không khí trung tâm), chiếm 45% là các ứng dụng bơm, chủ yếu là trong công nghiệp nặng

- Nâng cấp cải tạo hệ thống bơm và quạt từ hệ thống điều khiển tốc độ không đổi lên hệ tốc độ có thể điều chỉnh được trong công nghiệp với lợi nhuận to lớn thu về từ việc tiết giảm nhiên liệu điện năng tiêu thụ

Tính hữu dụng của biến tần trong các ứng dụng bơm và quạt

điều chỉnh lưu lượng tương ứng với điều chỉnh tốc độ bơm và quạt

điều chỉnh áp suất tương ứng với điều chỉnh góc mở của van

giảm tiếng ồn trong công nghiệp

năng lượng sử dụng tương ứng với lũy thừa bậc ba của tốc độ động cơ

giúp tiết kiệm điện năng tối đa

CHƯƠNG II TÌM HIỂU CHUNG VỀ BIẾN TẦN

1 khái niệm cơ bản.

Biến tần là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện có tần số f1 cố định thành nguồn điện có tần số fr thay đổi được nhờ các khóa bán dẫn

2 phân loại.

Biến tần được chia ra làm 2 loai cơ bản;

+ Biến tần gián tiếp

+ Biến tần trực tiếp

a Biến tần gián tiếp.

Biến tần giấn tiếp hay còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều, dung chỉnh lưu biến đổi nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều sau đó, dung nghịch lưu để biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều

Khâu trung gian một chiều đóng vai trò là một khâu tích lũy năng lượng dưới dạng nguồn áp dung tụ điện hoặc nguồn dòng dùng cuộn cảm tạo ra một khâu cách ly nhất định giữa phụ tải và điện áp lưới

- cấu tạo:

+ bộ chỉnh lưu

+ khâu lọc trung gian

+ bộ nghịch lưu

- phân loại.

+ biến tần nguồn dòng

+ biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển

+ biến tần nguồn áp không điều khiển

b Biến tần trực tiếp.

Biến tần trực tiếp là thiết bị biến biến đổi trực tiếp nguồn xoay chiều có tần số f1

sang nguồn xoay chiều có tần số f2

Biến tần trực tiếp tạo ra điện áp trên tải bằng các phần của điện áp lưới, mỗi lần nối tải vào nguồn bằng một phần tử đóng ngắt duy nhất trong một khoảng thời gian nhất định không thông qua một khâu năng lượng trung gian nào

3: ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA BIẾN TẦN.

- Biến tần trực tiếp có thể trao đổi năng lượng với lưới điện một cách liên tục nhất là đối với động cơ công suất lớn và cực lớn từ vài trăm Kw đến vài Mw

- Tổn hao công suất ở biến tần trực tiếp cũng ít hơn vì phụ tải chỉ nối với nguồn qua phần tử đóng cắt không phải qua hai phần tử và khâu trung gian như ở biến tần gián tiếp

- Sơ đồ van và quy luật điều khiển ở biến tần trực tiếp cũng phức tạp hơn biến tần gián tiếp

4 NGUYÊN TĂC HOẠT ĐỘNG CỦA BIẾN TẦN.

a cấu trúc chung.

Hinh 2.1

b sơ đồ nguyên lý.

Hình 2.2

-Khâu chỉnh lưu: biến đổi nguồn xoay chiều về một chiều chỉnh lưu có thể là không điều khiển hoặc có điều khiển ngày nay đa số chỉnh lưu là không điều khiển, vì điều chỉnh điện áp một chiều trong phạm vi rộng sẽ làm tăng kích thước của bộ lọc và làm giảm hiệu suất của bộ biến đổi nói chung chức năng của bộ biến đổi điện áp và tần số được thực hiện bởi nghịch lưu thông qua luật điều khiển trong các bộ biến đổi công suất lớn

- Tụ C: giảm bớt độ nhấp nhô của dòng va áp ở đầu ra của bộ chỉnh lưu

- Nghịch lưu độc lập nguồn áp cầu 3pha: Biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều 3 pha có tần số, điện áp có thể thay đổi được các van T1, T2, …, T6

có thể là tranzitor công suất, mosfet, GTO, thiristor, hoặc IGBT

- Khâu điều khiển: tạo ra xung điều khiển các van

C, nguyên lý hoạt động.

Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến

bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung

có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp - tần số là không đổi Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc

5 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN.

Hiện nay, trong hoạt động sản

xuất, nhiều đơn vị, doanh nghiệp

có nhà máy công suất lớn đã và

đang hướng tới việc ứng dụng

những sản phẩm công nghệ biến

tần có tính năng cải thiện khả năng

điều khiển hệ thống máy móc, giúp

kiểm soát điện năng tiêu thụ có

hiệu quả trong dây chuyền sản

xuất… Việc ứng dụng này góp

phần giảm chi phí, nâng cao hiệu

quả sản xuất và tăng thêm lợi nhuận cho đơn vị

Các thiết bị biến tần được ứng dụng ngày càng phổ biến trong sản xuất công nghiệp Với nguyên lý hoạt động thông minh thiết bị biến tần có khả năng điều khiển tốc

độ cho tất cả các máy móc như: máy xay xát, máy lau bóng gạo, máy nghiền, máy cán, máy tạo sợi, máy nhựa, máy dệt, máy nén khí, quạt lò sấy, hệ thống cấp nước, trạm bơm nước Đặc biệt, thiết bị biến tần có công suất tiêu thụ điện thấp hơn so với các biến áp thông thường Do đó, giải pháp ứng dụng biến tần không chỉ giúp các doanh nghiệp sản xuất tăng hiệu suất công việc, tăng tuổi thọ của máy móc mà còn giúp doanh nghiệp tiết kiệm lượng điện tiêu thụ, giảm chi phí sản xuất Đặc biệt, giảm bớt số lượng nhân công phục vụ và vận hành máy tại một số dây chuyền sản xuất Ngoài ra, thiết bị đo đếm của biến tần còn có thể kết nối với hệ thống máy trung tâm, giúp người vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống và các thông số vận hành như: áp suất, lưu lượng, vòng quay giúp điều chỉnh và xử lý nhanh các sự cố có thể xảy ra trên dây chuyền sản xuất, kiểm soát tốt lượng điện năng được tiêu thụ cho doanh nghiệp

Hiện nay, trong hoạt động sản xuất kinh doanh, hệ thống chiếu sáng tiêu thụ điện khá nhiều, nhất là các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực may mặc Do đó, ngoài việc

bố trí nhà xưởng, văn phòng để tận dụng tối đa ánh sáng tự nhiên, việc sử dụng các loại đèn hiệu suất cao như: led, compact, huỳnh quang T5 hoặc T8 kết hợp với ballast điện tử

và chóa phản quang là giải pháp cần cho các doanh nghiệp Mặt khác, nên lắp công tắc

phổ biến trong lĩnh vực sản xuất

công nghiệp

riêng cho từng đèn hoặc từng khu vực để có thể chủ động tắt khi cần thiết Cần giảm bớt chiếu sáng chung, kết hợp với chiếu sáng cục bộ tại mỗi máy nơi hoạt động Bên cạnh đó, việc ứng dụng năng lượng mặt trời trực tiếp vào lưới điện, tạo ra nguồn điện năng trực tiếp, giúp tiết kiệm năng lượng hiệu quả được các xí nghiệp hoặc nhà máy may ứng dụng nhiều Ngoài ra, việc đầu tư các thiết bị động cơ có công suất phù hợp, thay thế máy may

cơ truyền thống bằng máy may điện tử không chỉ tiết kiệm điện mà còn giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm Chính vì vậy, việc lắp đặt các bộ biến tần tiết kiệm điện cho máy may để giảm công suất động cơ hoạt động, góp phần tiết kiệm điện là giải pháp cần thiết Các phân xưởng, nhà máy sử dụng lò hơi hiệu suất cao thì việc ứng dụng các thiết bị biến tần nhằm tránh việc lò hơi hoạt động non tải, khắc phục rò rỉ cũng là giải pháp giúp tiết kiệm điện năng tiêu thụ, gia tăng năng suất hoạt động cho các doanh nghiệp Đối với các nhà máy có công suất lớn, việc lắp biến tần cho các motor nhằm bảo vệ motor khởi động êm trong dây chuyền sản xuất cũng là một giải pháp tiết kiệm điện năng cần thiết Việc sử dụng hệ thống thông gió để làm mát máy móc, kết hợp với các thiết bị biến tần không chỉ làm giảm tiếng ồn ào mà còn giúp tiết kiệm được lượng điện tiêu thụ Trong ngành in ấn, bao bì, việc ứng dụng thiết bị biến tần

đa năng, giúp doanh nghiệp tiết kiệm năng lượng hiệu quả, giảm chi phí đầu tư, gia tăng lợi nhuận Ngoài ra, thiết bị biến tần đa năng còn có khả năng điều chỉnh tốt độ nhanh chậm theo nhu cầu của thợ in nên được xem là giải pháp tiết kiệm năng lượng tối ưu cho ngành in ấn

Hiện nay, việc ứng dụng các thiết bị biến tần tiết kiệm năng lượng trong sản xuất nông nghiệp cũng được áp dụng phổ biến Nhiều trạm bơm cấp nước truyền thống đang được điều khiển trực tiếp với dòng điện khởi động lớn khiến nước thay đổi bất thường, không thể tắt mở liên tục, áp lực nước tăng cao…Có thể gây hư hỏng hệ thống ống cấp nước, làm giảm tuổi thọ hệ thống, gây thất thoát nước và lãng phí điện năng Chính vì vây, một giải pháp phổ biến đang được các trạm bơm ứng dụng là dùng tủ điều khiển và biến tần, có khả năng nhận tín hiệu từ cảm biến áp suất thực trên ống nước chính, điều khiển tốc độ bơm, ổn định áp suất một cách tự động, chính xác Đặc biệt, khi nhu cầu sử dụng nước tăng cao biến tần sẽ tăng tốc và điều khiển tốc độ bơm nước, kịp thời phục vụ nhu cầu sử dụng nước Ngoài ra, hệ thống máy tự động dừng khi không sử dụng nước và

vận hành phù hợp theo nhu cầu sử dụng nước, giúp kiểm soát được lượng điện năng tiêu thụ và tiết kiệm được lượng nước đáng kể Đây chính là giải pháp điều khiển trạm cấp nước đa bơm tự động không chỉ giúp tiết kiệm điện hiệu quả mà còn làm giảm chi phí đầu tư và vận hành thấp nhất đối với các trạm bơm nước phục vụ hiệu quả trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp

Nhờ tính năng vượt trội các thiết bị biến tần đã đem lại hiệu quả kinh tế cao trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp và nông nghiệp, giúp cho nhiều doanh nghiệp, nhất là những doanh nghiệp trọng điểm tiêu thụ điện năng lớn như: sắt, thép, xi măng, may mặc… tiết kiệm chi phí trong sản xuất, tăng lợi thế cạnh tranh Thời gian tới, ECC Cần Thơ sẽ lập dự án, là cầu nối để các doanh nghiệp cùng đơn vị kinh doanh và sản xuất trên địa bàn thành phố tiếp cận với các giải pháp tiết kiệm năng lượng mới Trung tâm sẽ tiếp tục đẩy mạnh công tác tư vấn và dịch vụ với các nhà cung cấp các sản phẩm tiết kiệm năng lượng nhằm cung cấp nhiều thông tin chi tiết về các tính năng và ưu điểm của các thiết bị tiết kiệm điện năng phục vụ sản xuất kinh doanh cho nhiều đơn vị, doanh nghiệp trên địa bàn thành phố

CHƯƠNG III TIẾT KIỆM ĐIỆN CHO MÁY NÉN KHÍ CÓ SỬ DỤNG BIẾN TẦN.

Phân tích tích kiệm điện trong Máy Nén Khí - Trong mọi trường hợp sự hoạt động là liên tục và động cơ của máy nén khí không được hỗ trợ điều chỉnh tốc độ, do đó

sự thay đổi áp suất và lưu lượng không được dùng trực tiếp để giảm tốc độ và điều chỉnh công suất đầu ra cho phù hợp, và motor không cho phép khởi động

PHÂN TÍCH TIẾT KIỆM ĐIỆN TRONG MÁY NÉN KHÍ

Trong hệ thống đường ống cung cấp khí, đối tượng điều khiển cơ bản nhất là lưu lượng Nhiệm vụ cơ bản nhất của hệ thống đường ống cung cấp khí nén là đáp ứng nhu cầu của người dùng về lưu lượng Hiện tại có hai chế độ điều khiển lưu lượng khí: chế độ điều khiển cung cấp khí lúc có tải/ không tải và chế độ điều khiển tốc độ

1 Chế độ điều khiển cung cấp khí có tải/ không tải

Chế độ này đề cập đến việc kiểm soát không khí đầu vào qua van cửa vào Có nghĩa là khi áp suất đạt đến giới hạn trên, van cửa vào sẽ đóng và máy nén sẽ đi vào trạng thái hoạt động không tải, khi áp suất đạt dưới hạn dưới, van cửa vào sẽ mở và máy nén sẽ

đi vào trạng thái hoạt động có tải

Máy nén khí không cho phép tình trạng hoạt động có tải trong thời gian dài, công suất định mức của motor được chọn theo nhu cầu thực tế lớn nhất và thông thường được thiết kế dư tải Các thiết bị khởi động chịu sự hao mòn lớn và đó là nguyên nhân làm cho tuổi thọ motor giảm, do đó sẽ nặng về công việc bảo trì Mặc dù phương pháp giảm điện

áp đã được áp dụng, dòng khởi động vẫn còn rất lớn, nó có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của lưới điện và ảnh hưởng đến sự hoạt động an toàn của các thiết bị tiêu thụ điện khác Hơn nữa, trong mọi trường hợp sự hoạt động là liên tục và động cơ của máy nén khí không được hỗ trợ điều chỉnh tốc độ, do đó sự thay đổi áp suất và lưu lượng không được dùng trực tiếp để giảm tốc độ và điều chỉnh công suất đầu ra cho phù hợp, và motor không cho phép khởi động thường xuyên, đó là nguyên nhân làm cho motor vẫn còn chạy không tải trong khi lượng khí tiêu thụ rất nhỏ, làm tiêu tốn một lượng lớn điện năng Chế độ có tải/không tải thường xuyên là nguyên nhân thay đổi áp suất trong toàn bộ đường ống, và áp suất làm việc không ổn định sẽ giảm tuổi thọ của máy nén khí Mặc dù

đã có một vài điều chỉnh cho máy nén khí (chẳng hạn như điều chỉnh van, điều chỉnh tải) ngay cả trong trường hợp lưu lượng ít, lượng điện tiêu thụ giảm xuống cũng không đáng

kể do motor quay liên tục

2 Chế độ điều khiển tốc độ quay motor

Điều chỉnh lưu lượng bằng cách thay đổi tốc độ quay của máy nén khí, trong khi vẫn giữ cho van mở không thay đổi (thường là duy trì mở tối đa) Khi tốc độ quay của máy nén khí thay đổi, các đặc tính khác cũng thay đổi cùng với hệ thống nén khí, trong khi lực cản đường ống không đổi

Với chế độ điều khiển như vậy, công nghệ thay đổi tần số được dùng để thay đổi tốc độ quay motor của máy nén khí và máy nén khí sẽ thay đổi lưu lượng theo nhu cầu tiêu thụ thực tế Như vậy, hệ thống cung cấp khí có thể đạt được hiệu quả cao nhất đồng thời tiết kiệm điện Nguyên tắc cơ bản của biến tần là sự chuyển đổi điện AC-DC-AC và

có thể cho ra điện áp có tần số thay đổi theo yêu cầu của người dùng Tốc độ quay của motor là tỉ lệ tuyến tính với tần số, do đó điện áp xoay chiều ở ngõ ra với tần số điều chỉnh được