6. Bố cục luận văn
3.2.3 Sử dụng các bộ tiết kiệm năng lượng PowerBoss cho các ựộng
Như ựã phân tắch ở chương 2 luận văn, thiết bị tiêu thụ ựiện năng nhiều nhất trong các doanh nghiệp công nghiệp nói chung là các ựộng cơ xoay chiều không ựồng bộ 3 pha. Và trên thực tế khi lắp ựặt, các doanh nghiệp luôn thiết kế cho ựộng cơ có công suất lớn hơn nhiều mức ựộ cần thiết ựể tăng ựộ an toàn của máy. Do ựó trong quá trình làm việc rất ắt khi ựộng cơ hoạt ựộng ở chế ựộ ựầy tải, thông thường dao ựộng từ 20% tới 80% tải ựịnh mức, 70% các ựộng cơ hoạt ựộng với tải thay ựổi từ 20% tới 80%.
Vấn ựề tồn tại là ựộng cơ ựiện không tự ựiều chỉnh ựược ựiện năng tiêu thụ theo mức ựộ tải hoạt ựộng thay ựổi. Vắ dụ một ựộng cơ hoạt ựộng ở chế ựộ 50% tải vẫn tiêu thụ lượng ựiện năng bằng 90% khi hoạt ựộng ở chế ựộ ựầy tải hoặc ựộng cơ hoạt ựộng ở chế ựộ không tải vẫn tiêu thụ lượng ựiện năng bằng 50% tới 75% so với khi hoạt ựộng ựầy tải. Mức tiêu thụ vượt quá này không chỉ tăng chi chắ tiền ựiện mà còn góp phần làm hỏng thiết bị vì năng lượng dư thừa thông qua vòng quay ựộng cơ ựược chuyển hóa thành nhiệt ựộ, ựộ rung và tiếng ồn. Do vậy, sử dụng bộ tiết kiệm năng lượng Power Boss cho các ựộng cơ sẽ là giải pháp thực sự hiệu quả ựối với tất cả các doanh nghiệp công nghiệp nói chung và công ty cổ phần xi măng Bỉm Sơn nói riêng, sau ựây chúng ta cùng xem xét những nét cơ bản của giải pháp tối ưu này.
đầu tiên ta ựi xem xét nguyên lý làm việc khái quát của Power Boss. Power Boss là một thiết bị ựiều chỉnh công suất ựộng cơ bằng cách cấp vừa ựủ ựiện năng cần thiết thông qua thay ựổi ựiện áp cấp cho ựộng cơ. Power Boss có khả năng ựặc biệt là ựiều chỉnh dạng sóng của ựiện áp nguồn cấp. nhờ vậy làm giảm bớt ảnh hưởng của những tổn hao tồn tại trong các ựộng cơ cảm ứng xoay chiều.
Nhìn từ ựồ thị ựiện áp cấp cho ựộng cơ ta thấy, các thyristor ựược bật vào thời ựiểm ựiện áp nguồn cấp gần về giá trị 0 của từng nửa chu kỳ, do ựó
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 106
sẽ giảm ựược dòng ựiện cấp vào ựộng cơ, nên sẽ giảm ựược 1 lượng lớn tổn hao ựồng và sắt bên trong ựộng cơ.
Cũng như các thiết bị khởi ựộng mềm khác, Power Boss cũng sử dụng Thyristor ựể tắnh toán ựiều chỉnh 1 cách chắnh xác ựiện áp cấp cho ựộng cơ tùy theo mức tải. Có thể nói, thyristor là 1 linh kiện có ứng dụng rất rộng rãi cho vấn ựề ựiều khiển ựộng cơ. đặc tắnh cơ bản của nó là sự chuyển ựổi trạng thái rất nhanh từ OFF sang ON khi bị tác ựộng xung và giữ nguyên trạng thái ON cho tới khi dòng ựiện qua thiết bị sụt xuống bằng 0 vào thời ựiểm kết thúc của mỗi nửa chu kỳ nguồn cấp xoay chiều.
Mặt khác, bằng sự ựiều khiển ựiểm ựóng mạch liên quan với việc vượt qua mức ựiện áp 0 trong mỗi nửa chu kỳ nguồn cấp, Power Boss có thể ựiều chỉnh dòng ựiện thông qua các Thyristor. Bộ ựóng mạch ựiểm ỘbậtỢ khi kết thúc 1 chu trình có giá trị nhỏ hơn giá trị của dòng ựiện ựược phép lưu thông. Ngược lại, bộ ựóng mạch ựiểm ỘbậtỢ lúc bắt ựầu chu trình có giá trị cao hơn giá trị dòng ựiện sẽ ựạt tới.
Sử dụng nguyên lý ở trên bằng cách lắp 2 thyristor song song và ngược chiều nhau trên mỗi pha của ựộng cơ, Power Boss có thể ựiều chỉnh liên tục ựiện áp cấp cho ựộng cơ thông qua việc ựiều chỉnh ựiểm mở của Thyristor, việc này sẽ giúp cung cấp lượng vừa ựủ ựiện áp cho ựộng cơ phù hợp với tải.
Một ựặc ựiểm nữa của Power Boss chắnh là việc có thể khởi ựộng với ựộ trễ lớn của ựiểm bật trong mỗi chu kỳ và sự giảm dần thông qua sự lựa chọn giai ựoạn thời gian, nên ựiện áp cung cấp cho ựộng cơ từ giá trị tương ựối thấp và tăng dần ựến ựiện áp toàn phần. Do vậy, mômen tải của ựộng cơ tỷ lệ thuận với bình phương ựiện áp nên sẽ tăng dần từng bước, ựảm bảo chế ựộ khởi ựộng nhẹ nhàng cho cả ựộng cơ và tải ựiều khiển.
Sự tối ưu của Power Boss còn thể hiện ở sự ựiều khiển ựộng liên tục bởi một bộ vi xử lý với phần mềm ựiều khiển ựặc biệt, cùng với Thysistor
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 107
ựiều khiển pha có thể dùng cho rất nhiều ựiện áp với các mức tải khác nhau. Bằng việc giảm ựiện áp ựầu vào cho ựộng cơ, Power Boss giúp giảm sự tổn hao về từ và ựồng của cuộn dây nhờ ựó tăng hiệu suất ựộng cơ ựồng thời tiết kiệm ựiện năng tiêu thụ. Bất cứ sự biến ựổi tăng, giảm nào của tải ựều ựược Power Boss tự ựộng ựáp ứng phù hợp, do ựó có thể nói Powerboss là một thiết bị thông minh thắch ứng cho mọi loại ựộng cơ ựiện xoay chiều.
Power Boss ứng dụng giải pháp khởi ựộng mềm thông qua việc ựiều chỉnh ựiểm tắt / bật tương ứng với gốc toạ ựộ ựiểm không của ựiện áp tại từng bán chu kỳ của nguồn cấp, ta có thể kiểm soát ựược dòng vào qua thyristors thông qua kiểm soát ựiện áp. Thyristors ựược bật lên tại một ựiểm ựược tắnh toán trong dạng sóng, ựiểm này càng gần với ựiểm toạ ựộ mức không trong dạng sóng thì dòng ựiện cung cấp ựược phép vào càng nhỏ. Bằng cách sử dụng nguyên tắc này và kết nối hai thyristor song song, ngược chiều nhau vào mỗi pha của ựộng cơ, Powerboss sẽ liên tục ựiều chỉnh ựiện áp vào ựộng cơ thông qua việc kiểm soát các ựiểm bật tắt của thyristors.
Từ nguyên lý làm việc như vậy, Power Boss sẽ mang lại những lợi ắch cơ bản như sau:
- Khởi ựộng mềm: Power Boss ựược thiết kế tối ưu với khả năng Ộkhởi ựộng mềmỢ làm quá trình gia tăng tốc ựộ ựộng cơ ắt ựột ngột, giảm hiện tượng sụt áp nguồn. Với thời gian khởi ựộng có thể ựiều chỉnh ựược từ 0- 255giây, cho phép ựộng cơ khởi ựộng ngay cả với trường hợp tải phức tạp nhất. Việc cấp ựiện áp vừa ựủ theo quán tắnh tải từ cảm biến của phần mềm ựiều khiển thông minh, do vậy ựộng cơ ựược ựiều khiển rất nhẹ, êm, giảm thiểu lực va trạm giữa các ổ trục, vòng bi, khớp nốiẦ.Lợi ắch cụ thể do khởi ựộng mềm mang lại là:
+ Tăng tuổi thọ của các tiếp ựiểm tiếp xúc của contactor với các thiết bị ựiều khiển truyền tải.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 108
+ Ngăn ngừa sụt áp nguồn ấp khi khởi ựộng các ựộng cơ lớn. + Cho phép nối nhiều thiết bị với 1 nguồn cung cấp duy nhất.
+ Cho phép tắt, bật ựộng cơ bất kỳ thời ựiểm nào vì thiết bị này ựã làm giảm dòng khởi ựộng.
+ Giảm thiểu chi phắ ựiện năng khi khởi ựộng ựộng cơ vào giờ cao ựiểm.
- Dừng mềm: Power Boss cũng ựược thiết kế ựể kiểm soát việc dừng
ựộng cơ một cách hiệu quả với tắnh năng Ộ Dừng mềmỢ. Power Boss kiểm soát việc giảm tốc ựộ của ựộng cơ thông qua việc kiểm soát mô men xoắn của ựộng cơ, ngăn ngừa các thay ựổi về tốc ựộ một cách ựột ngột và tối thiểu hoá hiện tượng sốc hoặc va ựập lực lên hệ thống truyền ựộng. Vì vậy giúp ựộng cơ tăng tuổi thọ, ắt mất thời gian bảo trì hơn. đặc biệt ựối với máy bơm nước thường xảy ra hiệu ứng va chạm thuỷ lực do dừng bơm ựột ngột, gây ra hỏng bơm và ảnh hưởng lớn ựến hệ thống ựường ống do va ựập thuỷ lực. Dừng mềm cho phép loại bỏ hiện tượng này.
- Tối ưu hoá chế ựộ làm việc của ựộng cơ:
Power Boss sẽ giám sát mức tải trên trục ựộng cơ ựối với mỗi chu kỳ cấp ựiện và cung cấp cho ựộng cơ lượng ựiện cần thiết ựể hoạt ựộng một cách có hiệu quả, tại bất kỳ một thời ựiểm nào trong cả quá trình vận hành. Ngoài ra Power Boss còn tắch hợp, kết nối với các thiết bị xung quanh và có thể tự ựộng ngắt ựộng cơ khi ựộng cơ ựó không ựược sử dụng (hoặc sử dụng lượng ựiện năng dự trữ trong một số ứng dụng cụ thể như trong cơ cấu bánh ựà) nhằm giảm hơn nữa lượng ựiện năng tiêu thụ.
Bằng việc quan sát các chu trình tải của ựộng cơ ựang làm việc, khi cấp nguồn ựiện cho Power Boss thực hiện ựiều khiển và giám sát ựộng cơ, tắn hiệu mômen tải ựặt trên ựầu trục của ựộng cơ ựược Power Boss phát hiện và chuyển về bộ xử lý trung tâm thông qua các xung truyền tắn hiệu ựến thyristor ựể ựóng mở và xuất ra lượng ựiện áp vừa ựủ cấp cho ựộng cơ làm việc ựúng
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 109
với yêu cầu tải, giảm thiểu tối ựa năng lượng ựiện lãng phắ. Vì ựộng cơ hoạt ựộng ở chế ựộ non tải gây tổn hao vô ắch, do năng lượng thừa chuyển hoá thành nhiệt năng hay làm rung ựộng cơ, làm giảm hiệu suất ựộng cơ. Do vậy Power Boss giúp cải thiện hệ số công suất, cắt giảm các tổn hao dư thừa của ựộng cơ, tiết kiệm ựiện khi làm việc, giảm nhiệt ựộ cho ựộng cơ và môi trường làm việc, giảm tiếng ồn.
- Kiểm soát chi phắ năng lượng: động cơ sản xuất ra hầu như mọi vật
dụng, nó tiêu tốn 70% ựiện năng dùng cho sản xuất công nghiệp và là thiết bị lãng phắ ựiện nhất do không có khả năng tự ựiều chỉnh lượng ựiện năng tiêu thụ. Trong nhiều ứng dụng, phần lớn năng lượng vô ắch chuyển hoá thành nhiệt năng, ựộ rung và tiếng ồn làm giảm tuổi thọ của ựộng cơ và các thiết bị ựi kèm khác. Với Power Boss có thể nâng hiệu suất tổng thể, ựảm bảo hệ thống hoạt ựộng an toàn, cải thiện hệ số công suất.
- Cải thiện hệ số công suất: Việc sử dụng các ựộng cơ ựiện cảm ứng xoay chiều ựược thừa nhận là một nguyên nhân lớn nhất của công suất phản kháng, khiến cho hệ số công suất thấp kém. Công suất phản kháng là một ựặc tắnh của ựiện từ cảm ứng của ựộng cơ ựiện. Khi ựầy tải nó sẽ chạy với hiệu suất hoàn hảo và tải sẽ mang tắnh ỘkhángỢ hơn là tắnh ỘcảmỢ. Từ ựây, nó sẽ có hệ số công suất tốt hơn, tuy nhiên khi ựộng cơ không chịu tải, nó sẽ mang tắnh ỘcảmỢ nhiều hơn và do vậy hệ số công suất sẽ kém hơn. Powerboss giúp cải thiện hệ số công suất ựộng cơ.
- Hiệu suất ựộng cơ: Khi làm việc ở mức ựầy hoặc gần ựầy tải, ựộng
cơ ựiện 3 pha thông thường làm việc tương ựối hiệu quả, ựạt từ 80 Ờ 92%. Tuy nhiên, hiệu suất của ựộng cơ giảm một cách nhanh chóng khi mức tải giảm xuống thấp hơn mức 50%. Trên thực tế rất ắt ựộng cơ thực sự có ựược mức hoạt ựộng ựầy tải liên tục, phần lớn các ựông cơ hoạt ựộng ở mức thấp hơn rất nhiều, hoặc do cỡ ựộng cơ quá lớn (tình trạng phổ biến) hoặc các biến
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 110
ựộng tự nhiên của tải. Trong nhiều ứng dụng yêu cầu tốc ựộ ựộng cơ không ựổi, phần mềm tối ưu hoá của Power Boss sẽ mang lại sự tiết kiệm năng lượng cho các ựộng cơ có mức chịu tải nhẹ. Các bộ khởi ựộng mềm vẫn luôn duy trì tắnh dẫn ựiện tuyệt ựối và ựộng cơ khi ựó hoạt ựộng như ựược nối trực tiếp với nguồn ựiện. Tuy vậy, tại các mức tải nhẹ, với mức ựiện áp toàn phần thì các ựộng cơ ựiện cảm ứng luôn có dòng hấp dẫn không cần thiết. Việc phát hiện mức tải tại mọi thời ựiểm và ựiều chỉnh ựiện áp cho ựộng cơ một cách tương ứng sẽ cho phép tiết kiệm ựược các năng lượng dư thừa và tải vô ắch, do ựó cải thiện ựược hệ số công suất của ựộng cơ khi ựộng cơ hoạt ựộng không hiệu quả tại các mức tải nhẹ hoặc không tải.
- Dễ dàng lắp ựặt: Power Boss rất dễ lắp ựặt vào các hệ thống máy hay
các bảng ựiện sẵn có. Power Boss có thể ựược lắp ựặt trực tiếp hoặc vào mạch có sẵn bộ khởi ựộng sao Ờ tam giác. Nhìn chung việc lắp ựặt giống như lắp ựặt các bộ khởi ựộng mềm thông thường khác.
- Chi phắ bảo trì thấp: Một khi Power Boss ựược lắp ựặt, ta gần như có
thể hoàn toàn quên nó ựi ựược, vì nhìn chung Power Boss không cần phải có ựiều chỉnh gì thêm nữa khi nó ựã ựược lắp vào máy, nó sẽ tự ựộng ựáp ứng với các thay ựổi trong hoạt ựộng của ựộng cơ. Bảo dưỡng duy nhất mà ta cần quan tâm là lau chùi Power Boss sạch sẽ và ựảm bảo quạt của Power Boss hoạt ựộng hiệu quả.
- Vận hành ựơn giản: Power Boss vận hành thông qua một bộ ựiều
khiển số ựược lập trình sẵn, nên có thể dễ dàng ựiều chỉnh ựược trong quá trình vận hành.
Có thể nói, với những ưu ựiểm rất lớn như vậy thì hiện nay Power Boss ựang là 1 giải pháp hết sức hiệu quả ựối với mọi doanh nghiệp công nghiệp, trong ựó có công ty cổ phần xi măng Bỉm Sơn. Power Boss có thể ứng dụng với
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 111
hầu hết các ựộng cơ xoay chiều trong dây chuyền sản xuất xi măng của công ty, ựó là các ựộng cơ máy nén, bơm nước, máy nghiền, ựộng cơ băng tải...
Và rõ ràng trên lý thuyết Power Boss luôn là 1 giải pháp rất hiệu quả và khả thi ựối với mọi ựộng cơ ựiện cảm ứng xoay chiều không thay ựổi tốc ựộ trong mọi thời ựiểm, tuy nhiên trên thực tế thì việc 1 doanh nghiệp tiến hành lắp ựặt Power Boss cho toàn bộ nhóm ựộng cơ ựồng thời 1 thời ựiểm là không khả thi, ựiều này ựược chi phối bởi 2 nguyên nhân chắnh: thứ nhất nó sẽ làm ảnh hưởng rất lớn ựến hoạt ựộng sản xuất của doanh nghiệp do phải dừng tạm thời hầu hết nhóm phụ tải ựộng cơ, thứ hai là do nguồn vốn ựầu tư là rất lớn, và không thể thu hồi vốn ngay ựược nên khó doanh nghiệp nào có thể ựáp ứng ngay trong 1 thời ựiểm ựược, ựặc biệt với tình hình kinh tế khó khăn như hiện nay. Với nhận ựịnh ựó và thực tế khảo sát tại công ty cổ phần xi măng Bỉm Sơn có số lượng ựộng cơ lên ựến gần 2.000 chiếc, trong ựó có ựến hơn 1.000 ựộng cơ hạ áp làm việc non tải, với mức tải chỉ bằng 20% - 70% tải ựịnh mức thì việc xem xét lắp ựặt Power Boss cho nhóm ựộng cơ nào, trong thời ựiểm nào là phụ thuộc vào quyết ựịnh của Ban giám ựốc công ty, quyêt ựịnh ựó phải dựa trên các cơ sở như tình hình tài chắnh của công ty, yêu cầu sản xuất thực tế trong giai ựoạn này, nguồn nhân lực phục vụ...do ựó trong phạm vi của luận văn, sau ựây tôi xin ựưa ra bảng phân tắch chi phắ và lợi nhuận khi lắp ựặt bộ Power Boss cho ựộng cơ băng tải 37 kW và ựộng cơ máy nén 15 kW của công ty cổ phần xi măng Bỉm Sơn.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 112
Bảng 3-4: Chi phắ và lợi nhuận của dự án lắp ựặt Power Boss cho ựộng cơ băng tải 37 kW
Các thông số của thiết bị ựang dùng động cơ băng tải
Công suất danh ựịnh kW 37
Công suất hoạt ựộng thực tế kW 31,45
Số lượng 1
Số giờ hoạt ựộng trong một ngày Giờ 20
Số ngày hoạt ựộng trong một năm Ngày 365
Số giờ hoạt ựộng trong một năm Giờ 7300
điện năng tiêu thụ trong 1 năm kWh 229.585 Các thông số của thiết bị sau khi lắp ựặt Power Boss
động cơ băng tải (tiết kiệm ựược 15%)
Công suất hoạt ựộng thực tế kW 26,7
điện năng tiêu thụ thực tế trong một năm kWh 194.910