Các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho động cơ điện


Các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho động cơ điện

Theo nghiên cứu của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), năng lượng tiêu thụ của các động cơ điện chiếm đến 45% điện năng tiêu thụ toàn cầu, đứng đầu về mức tiêu thụ điện trong các loại phụ tải (với thiết bị chiếu sáng, tỉ lệ này là 19%, xếp thứ hai).

Sử dụng động cơ hiệu suất cao

Tuy nhiên, việc thay thế các động cơ đang dùng mà chưa hết thời gian sử dụng bằng các động cơ hiệu suất cao không phải lúc nào cũng khả thi về mặt tài chính. Nên chỉ cần thay thế những động cơ cũ bằng động cơ hiệu suất cao trong những trường hợp sau – Động cơ có công suất nhỏ hơn 40HP đã sử dụng hơn 15 năm thường hiệu suất thấp, cần thay thế bằng động cơ hiệu suất cao, Với các động cơ bị hỏng cần quận lại mà chi phí quấn lại vượt quá 50% giá của một động cơ hiệu suất cao mới, thì bên mua động cơ mới.

– Hiệu suất của động cơ phụ thược vào giải pháp thiết kế và điều kiện vận hành. Động cơ có hiệu suất cao được thiết kế chuyên dụng để giảm tổ thất nhiệt trong các cuộn dây stato, roto, lõi thép,.. nhờ vậy có thể tăng hiệu suất lên thêm 3%-8% so với các động cơ tiêu chuẩn. Giá của động cơ hiệu suất cao đắt hơn so với động cơ tiêu chuẩn, nhưng phần chênh lệch này sẽ được hoàn vốn rất nhanh nhờ giảm chi phí vận hành.

Cần lưu ý, các điều kiện vận hành như tốc độ quay, mức tải cũng ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ. Quan hệ giữa mức tải và hiệu suất động cơ như hình 2, theo đó hiệu suất tốt nhất tương ứng với tải khoảng 75% định mức. Cho nên người sử dụng cần lưu ý đến việc chọn lựa công suất động cơ và phân bố tải cho chúng.

Hạn chế động cơ làm việc non tải hoặc quá tải

Thực tế, động cơ của máy công cụ rất ít hoạt động với công suất định mức, mà thườn g là non tải. Các động cơ 1HP -5HP chạy dưới 45% tải thì hiệu suất bắt đầu giảm sẽ làm tăng tổn thất, giảm hiệu suất.

Nếu động cơ thường xuyên làm việc với tải dưới 45% định mức thì nên thay bằng loại có công suất nhỏ hơn. Trường hợp động cơ luôn làm việc dưới 40% công suất định mức mà không muốn thay thế, thì có thể giảm điện áp cung cấp cho động cơ bằng cách đổi tổ đấu dây stato từ D sang Y, sẽ giảm được công suất phản kháng 3 lần (Q~U2), nhưng lúc này phải kiểm tra lại điều kiện mở máy vì mômen cũng sẽ giảm 3 lần (M~U2).

Ngược lại, khi động cơ làm việc trên 100% tải định mức, sẽ bị quá tải, gây phát nóng và giảm hiệu suất. Trong trường hợp làm việc với tải thay đổi, thì nên sử dụng động cơ hệ hệ số an toàn là 1,14 và có công suất thấp hơn tải cực đại khoảng 15%, để cho phép động cơ làm việc quá tải trong thời gian ngắn hạn. Không có nguyên tắc cứng nhắc nào trong việc lựa chọn công suất động cơ, nên người sử dụng cần đánh giá tiềm năng tiết kiệm cho từng trường hợp. Có thể tham khảo các kinh nghiệm sau

– Cần thay thế mới động cơ công suất lớn bị non tải hay quá tải bằng loại có hiệu suất cao và đúng tải khi có cơ hội.

– Không nên sửa chữa, mà cần thay thế mới động cơ có hiệu suất cao. Trong trường hợp tải của thiết bị như băng tải, gầu tải, máy nghiền, máy ném khí thay đổi liên tục, lúc non tải lúc đầy tải, thì có thể sử dụng thiết bị điều chỉnh công suất (PowerBoss) mà không cần phải thay thế động cơ. Nguyên lý làm việc của PowerBoss là cấp vừa đủ điện năng cần thiết thông qua thay đổi điện áp của động cơ

PowerBoss ứng dụng giải pháp khởi động mềm, các thyristor được bật ở điểm mà điện áp nguồn gần với Zero trong từng bán chi kỳ,  nhờ đó sẽ giảm dòng điện cấp cho động cơ, nên giảm các tổn hao đồng và sắt bên trong động cơ.

Điều chỉnh tốc độ bằng biến tần

Trong các thiết bị như quạt, máy nén khí, bơm ly tâm,.. kiểu truyền thống, lưu lượng (tải) được điều chỉnh bằng các van tiết lưu theo yêu cầu công việc, nhưng công suất điện cung cấp vẫn không thay đổi, nên sẽ gây ra lãng phí điện năng. Khi thay đổi được tần số f, ta sẽ điều chỉnh được tốc độ quay n của động cơ ( vì n =60f/p, p là số cặp cực), nên điều chỉnh được lưu lượng Q ( vì Q~n). Vì vậy công suất của động cơ tỷ lệ với lập phương tốc độ quay (P~n3), nên khi cần giảm lưu lượng thì công suất tiêu thị của động cơ sẽ giảm theo hàm bậc ba, chẳng hạn lưu lượng giảm 10%, 20%, 30%, 40% Qdm thì công suất tiêu thụ sẽ giảm theo tương ứng 22%-44%-61%-73% Pđm.

Nguyên lý cơ bản của bộ biến tần khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện AC được chỉnh lưu và lọc thành nguồn DC bằng các bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ. Sau đó, điện áp DC được biến đổi nghịch lưu thành điện áp AC, thông qua hệ transitor lưỡng cực có cổng cách ly (IGBT) bằng phương pháp điều chế độ xung. Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn, tần số chuyền mạch xun. Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ông cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt. Như vậy, khi sử dụng biến tần, ta có thể điều tiết được lưu lượng thông qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ mà không cần dùng đến các can tiết lưu nữa, nhờ đó điện năng cung cấp cho động cơ được tiết giảm hơn.

Các biện pháp nâng cao chất lượng nguồn cung cấp

sử dụng bộ biến tần cho động cơ còn có lợi về giảm dòng điệnv à sụt áp khi động cơ khởi động, có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp, loại bỏ bớt các kết cấu hộp số và giảm tổn thất.

Hiệu suất làm việc của động cơ điện còn phụ thuộc vào chất lượng nguồn điện cung cấp cho nó. Nên sử dụng điện năng cho động cơ một cách tiết kiệm, cũng cần quan tâm nâng cao chất lượng nguồn cung cấp, chú ý đến các yếu tố sau:

– Duy trì điện áp ổn định cho động cơ, giữ ở mức dao động tối đa là 5%. Nếu điện áp dưới 95% Udm thì hiệu suất động cơ sẽ giảm 2% – 4%. Khi làm việc với điện áp cao hơn định mức thì hiệu suất động cơ cũng suy giảm và ảnh hưởng đến tuổi thọ.

Duy trì hệ số cosj cao ( ~0,92) cho lưới điện bằng cách giảm thiếu hụt công suất phản kháng ( hạn chế động cơ không đồng bộ chạy non tải, thay thế động cơ không đồng bộ bằng động cơ đồng bộ) hoặc bù công suất phản kháng. Bù công công suất phản kháng còn có tác dụng điều chỉnh và ổn định điện áp cho lưới điện.

– Giảm thiểu sự mất cân bằng pha vì sẽ gây tăng tổn thất và giảm hiệu suất động cơ.

– Nhận dạng và loại trừ các nguy cơ sự cố trên lưới điện như : mất pha, đứt dây trung tính, hở mạch nối đất.

Ngoài ra các giải pháp kỹ thuật nêu trên, người sử dụng còn có thể áp dụng các biện pháp quản lý khác để tăng hiệu quả sử dụng động cơ như : xây dựng quy trình vận hành để hợp lý hóa quá trình thao tác, giảm thời gian động cơ chạy non tải hay chạy vô công, thực hiện kiểm toán năng lượng và triển khai đồng bộ chương trính DSM (Demand Side Management) trong doanh nghiệp,..

Nguyễn Lương Minh – Tổng giám đốc PC3-INVEST

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: