1. Sử dụng động
cơ hiệu suất cao
Hiệu suất của động cơ
phụ thuộc vào giải pháp thiết kế và điều kiện vận hành của nó. Động cơ hiệu
suất cao được thiết kế chuyên dụng để giảm tổn thất nhiệt trong các
cuộn dây stato, roto, lõi thép… và nhờ vậy có thể tăng hiệu suất lên thêm 3%-8%
so với 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.
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: (i) Động cơ có công suất nhỏ hơn 40HP (sức ngựa) đã
sử dụng hơn 15 năm thường hiệu suất thấp, cần thay thế bằng động cơ hiệu suất
cao; (ii) Với các động cơ bị hỏng cần quấn lại mà chi phí quấn lại vượt quá 50%
giá của một động cơ hiệu suất cao mới, thì nên mua động cơ mới. 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.
2. Hạn chế động cơ làm
việc non tải hoặc quá tải
Thực tế, động cơ của
máy công cụ rất ít khi hoạt động với công suất định mức, mà thường 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 và cosj (hình 2). 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). Trong một số
trường hợp tải của thiết bị như băng tải, gầu tải, máy nghiền, máy nén 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 cấp
cho động cơ. PowerBoss ứng dụng giải pháp khởi động mềm, các thyristor được bật
ở điểm mà điện áp nguồn
gần với zêro trong từng bán chu kỳ, nhờ đó sẽ giảm dòng điện cấp cho động cơ,
nên giảm các tổn hao đồng và sắt bên trong động cơ (hình 3). 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
có hệ số an toàn là 1,15 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: (i) Cần thay 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; (ii) Không nên sửa chữa, mà cần thay
mới động cơ công suất nhỏ bị non tải hay quá tải bằng loại có hiệu suất cao và
đúng tải khi nó bị hư hỏng; (iii) Động cơ tiêu chuẩn làm việc đúng tải khi bị
hư hỏng thì nên thay bằng loại động cơ có hiệu suất cao.
3. Điều chỉnh tốc độ
bằng biến tần
Trong các thiết bị như
quạt gió, 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 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 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 thụ của động cơ sẽ giảm theo hàm bậc ba, chẳng hạn lưu lượng giảm
10%-20%-30%-40% Qđm thì công suất tiêu thụ sẽ giảm tương ứng 22%-44%-61%-73%
Pđm (hình 4) – Đây quả là con số tiết kiệm thật ấn tượng!
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 transistor lưỡng cực có cổng cách
ly (IGBT) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) như hình 5. 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 ồn 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 van tiết lưu nữa,
nhờ đó điện năng cung cấp cho động cơ được tiết giảm hơn.
Sử dụng bộ biến tần
cho động cơ còn có lợi về giảm dòng điện và 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
4. Các biện pháp nâng cao
chất lượng nguồn cung cấp
Hiệu suất làm việc của động cơ
điện còn phụ thuộc vào chất lượng nguồn điện cung cấp cho nó. Nên để 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%Uđm 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 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 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 trình DSM (Demand Side Management)
trong doanh nghiệp…
0 nhận xét:
Đăng nhận xét