TIỂU LUẬN tìm HIỂU các cơ hội TIẾT KIỆM điện NĂNG KHI sử DỤNG ĐỘNG cơ điện

TÓM TẮT  Hiệu suất của động cơ phụ thuộc vào giải pháp thiết kế và điều kiện vận hành.Động cơ hiệu suất cao được thiết kế chuyên dụng để giảm tổn thất nhiệt trong các cuộndây stato, rot

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG

NGHỆ NHIỆT LẠNH

––o0o—

TIỂU LUẬN MÔN HOC

TIẾT KIỆM VÀ SỬ DỤNG HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ

LỚP: ĐHNL16B

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM

Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

-Tìm hiểu các cơ hội tiết kiệm điện năng khi sử dụng động cơ điện

II/ Ngày giao nhiệm vụ:

- Ngày 29 tháng 8 năm 2022

III/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

-Ngày 30 tháng 10 năm 2022

Giảng viên giảng dạy

TS Nguyễn Hoàng Khôi

TÓM TẮT

 Hiệu suất của động cơ phụ thuộc vào giải pháp thiết kế và điều kiện vận hành.Động cơ hiệu suất cao được thiết kế chuyên dụng để giảm tổn thất nhiệt trong các cuộndây stato, roto, lõi thép… Nhờ vậy có thể tăng hiệu suất lên thêm 3%- 8% so với động cơtiêu chuẩn Giá của động cơ hiệu suất cao đắt hơn so với động cơ tiêu chuẩn, nhưng phầnchênh lệch này sẽ được hoàn vốn rất nhanh nhờ giảm chi phí vận hành Trong một sốtrường hợp tải của thiết bị như băng tải, gầu tải, máy nghiền, máy nén khí thay đổi liêntục, 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 đủđiện năng cần thiết thông qua thay đổi điện áp cấp cho động cơ PowerBoss ứng dụng giảipháp khởi động mềm, các thyristor được bật ở điểm mà điện áp nguồn gần với zero trongtừng 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 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 hệtransistor lưỡng cực có cổng cách ly (IGBT) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung(PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn, tần số chuyển mạchxung có thể lên tới dãy tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thấttrên lõi sắt Hiệu suất làm việc của động cơ điện còn phụ thuộc vào chất lượng nguồnđiện cung cấp cho nó nên để sử dụng điện năng cho động cơ một cách tiết kiệm, cũng cầnquan tâm nâng cao chất lượng nguồn cung cấp Quá trình bảo dưỡng động cơ điện thựchiện khá phức tạp và qua nhiều quy trình khác nhau, đòi hỏi kỹ sư phải có chuyên môn đểđánh giá và phán đoán tình huống, những trường hợp có thế xảy ra trong quá trình vậnhành Việc bảo dưỡng tốt sẽ giúp cho động cơ được đảm bảo hoạt động cũng như tiếtkiệm một lượng năng lượng lớn trong quá trình vận hành của hệ thống Giúp giảm chi phísản xuất, giảm nguồn năng lượng, tăng năng xuất, tăng lợi nhuận cho chủ đầu tư Ngoài

ra còn tiết kiệm kha khá nguồn năng lượng cung cấp cho động cơ để hoạt động vì khiđộng cơ bị bụi bẩn hay hư hỏng sẽ dẫn đến việc động cơ bị trì trệ, mất đi tính linh hoạt,gây ra việc kéo theo một lượng lớn năng lượng hoang phí cho nó Vì vậy việc vệ sinh vàbảo dưỡng cũng là một cơ hội tốt và cần thiết cho quá trình tiết kiệm năng lượng củađộng cơ điện, trách việc lãng phí nguồn năng lượng

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH v

LỜI MỞ ĐẦU vi

NỘI DUNG TÌM HIỂU 1

1 SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ HIỆU SUẤT CAO 1

2 HẠN CHẾ ĐỘNG CƠ LÀM VIỆC QUÁ TẢI HOẶC NON TẢI 5

3. BIỆN PHÁP SỬ DỤNG BIẾN TẦN TRONG TIẾT KIỆM ĐIÊN NĂNG TRONG ĐỘNG CƠ ĐIỆN……… 10

4 BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG NGUỒN CUNG CẤP 14

5 VỆ SINH VÀ BẢO DƯỠNG ĐỘNG CƠ SAU MỘT KHOẢNG THỜI GIAN NHẤT ĐỊNH 16

TÀ̀I LIỆU THAM KHẢO 20

DANH MỤC CÁ́C BẢNG

Bảng 1: Cac giai phap tiêt kiêm điên cơ ban 7

DANH MỤC CÁ́C HÌNH

Hinh 1: Cac đông cơ điên 1

Hinh 2: Motor IE3 2

Hinh 3: Motor IE2 3

Hinh 4: Đông cơ Premium Gold của Toshiba 3

Hinh 5: Sơ đô tiêt kiêm điên năng theo thơi gian 4

Hinh 6: Cac loai may biên tân 10

Hinh 7: Cac thiêt bi biên tân 11

Hinh 8: Biên tân trong đông cơ điên 12

Hinh 9: Ứng dung biên tân cho may nen khi 12

Hinh 10: Ứng dung biên tân cho hê thông HVAC 13

Hinh 11: Lo hơi đôt than 15

Hinh 12: Đông cơ điên trong may bơm 16

LỜI MỞ ĐẦU

A.Đặt vấn đề

 Năng lượng là một nhân tố vô cùng quan trọng trong cuộc sống hiện đại ngày nay Tất

cả mọi hoạt động, mọi công việc trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội đều phải dùng đếnnăng lượng, từ công nghiệp, nông nghiệp đến thương mại, dịch vụ Năng lượng là đầu tàu,

là ngành tiên phong thúc đẩy sự phát triển kinh tế của quốc gia Một quốc gia muốn pháttriển mạnh, muốn tăng trưởng kinh tế cao thì nhất thiết phải đáp ứng được đầy đủ nhu cầunăng lượng

 Các nguồn năng lượng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là năng lượng hóa thạchnhư than đá, dầu mỏ, khí đốt Tuy nhiên chúng lại gây ô nhiễm rất lớn tới môi trường.Hơn nữa, do việc khai thác quá mức nên các nguồn năng này đang ngày càng trở nên cạnkiệt Bên cạnh đó chúng ta còn sử dụng năng lượng nguyên tử Năng lượng nguyên tử tuydồi dào nhưng lại vô cùng nguy hiểm và gây ô nhiễm rất lớn Giải pháp hiện nay đó lànăng lượng tái tạo Ưu điểm của loại năng lượng này là có thể tái sử dụng nhiều lần, thânthiện với môi trường Tuy nhiên nó lại có một nhược điểm, đó là đòi hỏi chi phí đầu tư rấtlớn

 Chính những vấn đề này đã đặt ra một dấu hỏi về khả năng đáp ứng đầy đủ nhu cầunăng lượng cho sự phát triển Từ đó một nhiệm vụ cấp thiết được đặt ra hiện nay đó làphải tìm ra được nguồn năng lượng thay thế phù hợp, đồng thời phải sử dụng năng lượnglàm sao cho tiết kiệm và đạt hiệu quả cao nhất

B.Mục đích đề tài

 Động cơ điện hiệu suất cao có khả năng tiết kiệm điện đáng kể Những dòng động cơđiện thường đặc trưng với khả năng tiết kiệm điện hiệu quả, cho nên khi lựa chọn lắp đặttrong dây chuyền, máy móc, chúng ta có thể cắt giảm chi phí rất lớn

 Đầu tư đạt hiệu quả kinh tế ấn tượng nhờ lợi ích khi sử dụng động cơ điện hiệu suấtcao, nâng cao hiệu quả kinh tế đạt được từ hoạt động đầu tư của mình So với những lợiích mang lại trong quá trình sử dụng, chi phí đầu tư cho những động cơ này là không quálớn Vì thế, các doanh nghiệp vẫn có thể tiết kiệm chi

sẽ giúp ngừng động cơ ở chế độ không tải, từ đó tiết kiệm tối đa lượng điện năng tiêu thụ.

 Xây dựng hệ thống quản lý năng lượng: Giúp doanh nghiệp kiểm soát và duy trì kết quảthực hiện các biện pháp tiết kiệm năng lượng, đảm bảo vấn đề quản lý, sử dụng năng lượngtiết kiệm và hiệu quả được theo dõi thường xuyên và mang lại những kết quả lâu dài, bềnvững, giảm chi phí sản xuất, vậnhành, sửa chữa

C.Kết cấu của tiểu luận

Tiểu luận gồm các nội dung chính như sau:

 Sử dụng động cơ hiệu suất cao

 Hạn chế động cơ làm việc non tải hoặc quá tải

 Điều chỉnh tốc độ bằng biến tần

 Các biện pháp nâng cao chất lượng nguồn cung cấp

 Vệ sinh và bảo dưỡng động cơ sau một khoảng thời gian nhất định

NỘI DUNG TÌM HIỂ̉U

TÌM HIỂ̉U CÁ́C CƠ HỘI TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG KHI

SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN

1 SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ HIỆU SUẤT CAO

 Những chiếc động cơ công nghiệp thường được lắp đặt trong các máy móc được cấu

thành từ các thiết bị lớn như các

máy gia công, động cơ thuyền hay rô bốt

công nghiệp Những chiếc động cơ công suất

cao sẽ đóng góp to lớn vào nỗ lực tiết kiệm

năng lượng tại các nhà máy Nhờ sự phát

minh vượt bậc của người thầy vật lý

Micheael Faraday,

động cơ điện được phát triển không

ngừng và không chỉ dừng lại ở công

suất sơ khai mà thế giới cơ điện đã cải tiến tạo nên dòng sản phẩm có hiệu suất cao IE2,IE3 và mang lại giá trị kinh tế cao cho người sử dụng.Vậy động cơ điện hiệu suất caoIE2, IE3 là gì? Và những lợi ích từ động cơ điện tiêu chuẩn cao IE2, IE3?

 Động cơ điện hiệu suất cao IE2, IE3

Đây là loại động cơ tiết kiệm điện theo tiêu chuẩn IE2, IE3 được Ủy ban kỹ thuật quốc

tế đưa ra Trong số các tiêu chuẩn về tiết kiệm điện hiện nay, IE2, IE3 được xem là tiêu chuẩn cao nhất hiện nay

TÌM HIỂU CÁC CƠ HỘI TIẾ́T KIỆM ĐIỆN NĂNG KHI SỬ̉ DỤ̣NG ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1

Hình 1: Các động cơ điện

Mối quan tâm hàng đầu của hầu hết

tất cả các doanh nghiệp có sử dụng

động cơ điện trong hoạt động sản

xuất đó chính là chi phí sử dụng năng

lượng, mà năng lượng ở đây chủ yếu

là điện năng Để cắt giảm được chi

phí trong việc sử dụng năng lượng,

thì động cơ có hiệu năng cao đang

được ứng dụng rộng rãi trong quy

trình sản xuất

IE2=High Efficiency (tương ứng với

tiêu chuẩn EFF1 - tiêu chuẩn tiết

kiệm điện

Hình 2: Motor IE3

năng và bảo vệ môi trường đã được xử lý ở công nghệ nâng cấp)

IE3 = Premium Efficiency: Tiết kiệm điện tối ưu, các lõi rotor và stator cùng dây

đồng được chế tạo cao cấp hơn IE2 và lượng nguyên liệu cũng nhiều hơn

 Việc sử dụng động cơ điện tiêu chuẩn IE2, IE3 sẽ đem lại rất nhiều lợi ích cho doanh nghiệp như:

Tiết kiệm được chi phí sử dụng điện so với các loại động cơ điện thông thường

Nhiệt lượng sinh ra từ động cơ điện tiêu chuẩn IE2, IE3 thấp hơn nhiều so với động cơthường

Nhờ sinh nhiệt thấp nên rất thân thiện với môi trường, giúp giảm thiểu khí CO2 sinh ra trong quá trình hoạt động

TÌM HIỂU CÁC CƠ HỘI TIẾ́T KIỆM ĐIỆN NĂNG KHI SỬ̉ DỤ̣NG ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2

Hiệu suất động cơ IE2 có hiệu suất động cơ dao

động từ 78% trở lên IE3 có hiệu suất từ 80.8%

trở lên Sản phẩm có công suất cao hơn thì hiệu

suất cũng cao hơn so với động cơ có công suất ở

mức thấp Dựa trên những số liệu ở trên, chúng ta

có thể so sánh hiệu suất động cơ IE2, IE3 Và

nhận thấy được giá trị lợi ích của động cơ hiệu

suất cao mang lại

 Ủy ban kĩ thuật điện quốc tế (IET) đã đưa ra 3 cấp về tiêu chuẩn tiết kiệm năng lượng

Và chiếc động cơ của hãng Toshiba đã đạt tiêu chuẩn cao nhất

 Cùng với đà đẩy mạnh tiết kiệm năng lượng thì khuynh hướng sử dụng động cơ IE3 cũngđược dự đoán sẽ tăng nhanh “ Hiện tại , nếu so với các động cơ IE1 và IE2 thì giá thành ítnhiều có cao

nếu nhìn từ khía cạnh chi phí tái sinh thì rõ ràng động cơ IE3 có nhiều lợi ích Có nghĩa

là, sự giảm thiểu chi phí về năng lượng có thể bù được cho khoản kinh phí mua máy.Hơn thế nữa, cùng với khoảng thời gian dài sử dụng máy thì tỉ lệ giá thành của máytrên tổng kinh phí mua máy và sử dụng chắc chắn sẽ giảm Nếu sử dụng 10 năm, thì chiphí mua máy chỉ chiếm 2~3% chi phí tái sinh

Hình 4: Đông cơ Premium Gold của Toshiba

TÌM HIỂU CÁC CƠ HỘI TIẾ́T KIỆM ĐIỆN NĂNG KHI SỬ̉ DỤ̣NG ĐỘNG CƠ ĐIỆN 3

 Để thực hiện biện pháp sử dụng các thiết bị dùng điện có hiệu suất cao, cần lưu ý các công việc sau:

Thường xuyên cấp nhật các thông tin mới về công nghệ chế tạo thiết bị dùng điện

Thực hiện chế độ kiểm định đánh giá chất lượng và hiệu suất sử dụng của các thiết bị dùng điện mới từ các nguồn sản xuất trong nước và nhập khẩu Trên cơ sở đó, xây dựng

cơ chế dán nhãn công nhận chất lượng cho các thiết bị dùng điện có hiệu suất sử dụng cao; đồng thời tổ chức thông tin tuyên truyền để giúp người sử dụng điện biết

cách,chọn lựa và sử dụng các thiết bị dùng điện có hiệu suất cao

Trợ giúp khách hàng chấp nhận việc thay thế các thiết bị dùng điện cũ có hiệu suất thấpbằng các thiết bị dùng điện mới có hiệu suất cao hơn

Đưa ra chỉ tiêu hiệu suất kèm theo chế độ thưởng phạt để các nhà sản xuất thiết bị dùngđiện phấn đấu thực hiện

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, các sản phẩm động cơ điện được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày và hoạt động sản xuất kinh doanh như: máy trộn, máy tiện, máy khoan, máy bơm nước, quạt điện,…

Hình 5: Sơ đồ tiết kiệm điện năng theo thời gian

TÌM HIỂU CÁC CƠ HỘI TIẾ́T KIỆM ĐIỆN NĂNG KHI SỬ̉ DỤ̣NG ĐỘNG CƠ ĐIỆN 4

2 HẠN CHẾ ĐỘNG CƠ LÀM VIỆC QUÁ́ TẢI HOẶC NON TẢI

 Giảm mức tiêu thụ công suất phản kháng của các động cơ không đồng bộ

Các động cơ không đồng bộ trong các doanh nghiệp sản xuất tiêu thụ một lượng đáng

kể công suất phản kháng Thông thường thành phần công suất phản kháng không tải chiếm tới (60÷70)% tổng công suất phản kháng mà thiết bị tiêu thụ Như vậy chúng ta thấy khi hệ số mang tải có giá trị nhỏ thì lượng tiêu thụ công suất phản kháng sẽ tăng Việc truyền tải một lượng công suất phản kháng qua mạng điện, gây ra một tổn thất lớn, tỷ lệ với bình phương trị số của chúng Ngoài ra việc truyền tải công suất phản kháng còn làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng điện áp

 Từ những phân tích trên chúng ta thấy có thể áp dụng một số giải pháp để giảm công suất phản kháng của các hộ tiêu thụ như sau:

Hạn chế thời gian làm việc không tải của các động cơ

Đối với nhiều hộ tiêu thụ, thời gian làm việc không tải của động cơ có thể chiếm đến50÷65% toàn bộ thời gian làm việc Nếu thời gian không tải lớn, thì tốt nhất là cắt động

cơ ra khỏi lưới trong thời gian đó, như vậy mức tiêu thụ điện năng tác dụng và phảnkháng sẽ giảm xuống đáng kể Trong các trường hợp khác có thể dùng bộ khống chếkhông tải Tuy nhiên cần phải tính toán kinh tế - kỹ thuật dựa theo đồ thị công suất tácdụng và phản kháng tiêu thụ của động cơ Để giảm thời gian làm việc không tải của cácthiết bị đòi hỏi phải có dây chuyền công nghệ hợp lý

Giảm điện áp đặt vào cuộn dây của động cơ non tải

Khi không có khả năng thay thế động cơ không đồng bộ non tải, có thể dùng biện phápgiảm điện áp đặt trên cực động cơ Việc giảm điện áp trên cực động cơ không đồng bộxuống trị số nhỏ cho phép Umin dẫn đến giảm sự tiêu thụ công suất phản kháng (dogiảm dòng từ hoá) Khi đó tổn thất công suất tác dụng cũng giảm xuống, kết quả là làmtăng hiệu suất của động cơ Trong thực tế người ta thường dùng các biện pháp đổi nốicuộn dây stator và phân đoạn các cuộn dây stator

TÌM HIỂU CÁC CƠ HỘI TIẾ́T KIỆM ĐIỆN NĂNG KHI SỬ̉ DỤ̣NG ĐỘNG CƠ ĐIỆN 5

Thay đổi tổ nối dây khi động cơ ba pha làm việc non tải.

Nếu động cơ ba pha luôn làm việc non tải thì giải pháp hợp lý là thay đổi tổ nối dây từtam giác sang đấu hình sao Khi đổi nối cuộn dây từ tam giác sang hình sao thì côngsuất định mức của động cơ sẽ giảm 3 lần, vì vậy sẽ làm tăng hệ số mang tải và giảmcông suất tiêu thụ từ phía lưới, giảm tổn thất trong bản thân động cơ và phía lưới điện.Tuy nhiên cần lưu ý là khi đổi nối, mômen quay cực đại sẽ giảm 3 lần nên cần thiếtphải kiểm tra hệ số mang tải giới hạn để xác định giới hạn công suất của động cơ, cácđiều kiện ổn định khác

 Kết luận

Ngoài các giải pháp cơ bản trên, còn có các giải pháp hiệu quả khác: hợp lý hoá dây chuyền sản xuất, thay thế và bố trí lại chế độ là việc của các máy biến áp, đối xứng hoá mạng điện, bảo dưỡng định kỳ thiết bị điện, sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng hoặc sử dụng các thiết bị tiết kiệm điện Từ các kết quả tính toán hiệu quả tiết kiệm điện của một vài giải pháp nêu trên có thể áp dụng cho một số phụ tải công

nghiệp địa phương Mỗi giải pháp đều cần những chi phí nhất định về vốn đầu tư và nhu cầu công nghệ Để có được các kết quả chính xác hơn cần có những khảo sát tỉ mỉ

và tính toán chi tiết Dưới đây là bảng liệt kê một số giải pháp chính có thể áp dụng chocác doanh nghiệp sản xuất quy mô nhỏ

TÌM HIỂU CÁC CƠ HỘI TIẾ́T KIỆM ĐIỆN NĂNG KHI SỬ̉ DỤ̣NG ĐỘNG CƠ ĐIỆN 6

T Giải pháp Biện pháp thực hiện

T

1 Trang bị kiến thức Tài liệu hướng dẫn, tập huấn

2 Cải tiến công nghệ và thiết bị Chọn đúng công suất thiết bị, sử dụng thiết bị tiên

tiến

3 San bằng đồ thị tải Biểu giá điện, xắp xếp lịch làm việc hợp lý

4

Giảm mức tiêu thụ công

Thay động cơ non tải

Đổi sơ đồ nối dây của động cơ non tảisuất phản kháng của thiết bị

Hợp lý hoá dây chuyền sản xuất

Sử dụng động cơ đồng bộ

6 Thiết bị T.kiệm điện Lắp đặt thiết bị tiết kiệm điện

tải

Bảng 1: Các giai pháp tiết kiệm điện cơ ban

 Để sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong động cơ điện Chi phí điện năng tiêu thụ hàngnăm của động cơ trong ngành công nghiệp tương đương bảy lần giá trị đầu tư ban đầu Đó thật sự là con số

vô cùng lớn Nhưng nếu giải quyết được vấn đề động cơ vận hành không hiệu quả thì chúng ta có thể tiếtkiệm được đến 30% tổng điện năng tiêu thụ của động cơ Để làm được đó bạn có thể áp dụng kết hợp cácphương pháp sau:

Yêu cầu chung

1 Thay thế các động cơ hiệu suất thấp bằng động cơ hiệu suất cao

2 Các động cơ có các đặc tính sau đây cần phải được xem xét để thay thế: a) Động cơ chạy non tải dưới 60-70% công suất định mức;

b) Động cơ vận hành với công suất định mức nhưng đầu ra điều chỉnh bằng van, lá gió với độ mở dưới 60-70%;