Các giải pháp tiết kiệm năng lượng đối với động cơ không đồng bộ

oạn AK gần thẳng và cứng.Trên đoạn này momen động cơ tăng khi tốc độ giảm và ngược lại. Do vậy động cơ làm việc trên đoạn này sẽ ổn định. Đoạn BK cong với độ dốc dương. Trên đoạn này động cơ làm việc không ổn định. Dòng điện của động cơ tuân theo quy luật: Hình 2.2. Đặc tính dòng điện của động cơ không đồng bộ Theo lý thuyết máy điện, khi coi động cơ và lưới điện là lý tưởng, nghĩa là bapha của động cơ đối xứng, các thông số dây quấn như điện trở và điện kháng không đổi, tổng trở mạch từ hóa không đổi, bỏ qua tổn thất ma sát và tổn thất trong lõi thép và điện áp lưới hoàn toàn đối xứng, thì sơ đồ thay thế một pha của động cơ như hình vẽ : Hình 2.3. Sơ đồ thay thế một pha động cơ không đồng bộ Trong đó: : Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato (V). , , : Dòng điện từ hóa, dòng điện stato và dòng điện roto đã quy đổi về stato (A). , , : điện kháng mạch từ hóa, điện kháng stato và điện kháng roto đã quy đổi về stato (Ω). Rμ, , : điện trở tác dụng mạch từ hóa, điện trở mạch stato và điện trở mạch roto đã quy đổi về stato (Ω). Khi cuộn dây stato được cấp điện bởi một điện áp định mức mà giữ yên roto không quay thì mỗi pha của cuộn dây roto sẽ xuất hiện một suất điện động theo nguyên lí của máy biến áp thì hệ số quy đổi là : (2-5) Hệ số quy đổi của dòng điện là: (2-6) Hệ số quy đổi trở kháng là : (2-7) Vậy các đại lượng mạch roto có thể chuyển về mạch stato như sau : Dòng điện  : (2-8) Điện kháng  : (2-9) Điện trở : (2-10) Dòng điện roto được quy về stato tính như sau : (2-10) Khi động cơ hoạt động công suất điện từ từ stato chuyển sang roto thành công suất cơ đưa ra trục của động cơ và công suất nhiệt đốt nóng cuộn dây: (2-12) Nếu bỏ qua tổn thất phụ thì có thể coi momen điện từ của động cơ bằng momen cơ : (2-13) Từ đó: (2-14) Suy ra: (2-15) Công suất nhiệt trong cuộn dây ba pha là : (2-16) Thay vào phương trình momen ta có : (2-17) Với là điện kháng ngắn mạch. Phương trình trên biểu thị mối quan hệ gọi là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 3 pha. Với những giá trị khác nhau của hệ số trượt s(0<s<1) phương trình đặc tính cơ cho ta những giá trị khác nhau của M. đường biểu diễn trên hệ trục tọa độ SOM đó là đặc tính cơ của động cơ không động bộ 3pha. Đường đặc tính cơ có điểm cực trị gọi là điểm tới hạn K. Tại điểm đó giải phương trình ta có : (2-18) Và momen tới hạn là: (2-19) Trong biểu thức trên dấu + ứng với trạng thái động cơ, dấu - ứng với trạng thái máy phát nếu ta biểu diễn phương trình (2.17) dưới dạng , thì ta được phương trình sau: Trong đó Khi ta xem ta có Khi ta thay vào phương trình (2.21) các giá trị , thì ta có biểu thức của độ trượt tới hạn là : Qua việc tìm hiểu về đường đặc tính của động cơ không đồng bộ ta có thể biết được các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ là : Điện áp nguồn . Tần số lưới điện cấp cho động cơ . Điện trở mạch rôto. ảnh hưởng P. ảnh hưởng của ,. 2.3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp Điện áp đặt vào động cơ chỉ có thể thay đổi về phía giảm.Khi giảm rất nhanh thì momen tới hạn cũng giảm rất nhanh theo bình phương của , còn tốc độ đồng bộ: (2-23) Và độ trượt tới hạn cũng không thay đổi. 1 A B M k 0 0 Hình 2.4. Họ đặc tính khi thay đổi điện áp Nhận xét: Qua đồ thị ta thấy với một momen cản xác định điện áp lưới càng giảm thì tốc độ xác lập càng nhỏ. Mặt khác vì momen khởi động và momen tới hạn đều giảm theo điện áp nên khả năng quá tải và khởi động bị giảm dần. Do đó nếu điện áp quá nhỏ thì hệ truyền động có thể không khởi động hoặc không làm việc được. Vậy khi giảm điện áp cấp cho động cơ làm cho giảm nhanh. Tuy nhiên không đổi vì vậy phương án giảm điện áp thường thích hợp cho dạng phụ tải không đổi : quạt gió, máy bơm ly tâm. Không thích hợp với phụ tải thay đổi. 2.3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách Thay đổi điện trở Trường hợp này chỉ đối với động cơ roto dây quấn vì mạch roto có thể nối qua vòng trượt ngoài chổi than. Động cơ roto lồng sóc không thể thay đổi được điện trở mạch roto. Việc thay đổi được điện trở chỉ có thể thực hiện về việc tăng điển trở mạch roto . Khi tăng . Thì độ trượt tới hạn cũng tăng lên. Còn tốc độ đồng bộ và momen tới hạn giữ nguyên không đổi. M Các đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện trở của mạch roto được biểu diễn như hình vẽ. Điện trở mạch roto càng lớn thì đặc tính càng dốc. Hình 2.5. Họ đặc tính của động cơ không đồng bộ khi thay đổi Nhận xét: Mặc dù có các ưu điểm như trên nhưng vẫn còn có các nhược điểm sau: Tốc độ ổn định kém. Tổn thất năng lượng lớn. 2.3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách Thay đổi điện trở ,điện kháng ở mạch stato Trường hợp này cũng chỉ thay đổi về phía tăng hoặc . Khi nối thêm vào mạch stato hoặc thì ta thấy tốc độ đồng bộ không đổi. Còn độ trượt tới hạn và momen tới hạn đều giảm. Hình vẽ biểu thị các đặc tính cơ nhân tạo. Hình 2.6. Họ đặc tính cơ nhân tạo của ĐCKĐB khi thay đổi hoặc Nhận xét: Mặc dù có các ưu điểm như trên nhưng vẫn còn có các nhược điểm sau: Tốc độ ổn định kém. Tổn thất năng lượng lớn. 2.3.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực từ Khi số đôi cực thay đổi thì tốc độ đồng bộ bị thay đổi. Thông thường động cơ loại này được chế tạo với cuộn cảm stator có nhiều đầu dây ra để có thể đổi cách đấu dây tương ứng với số đôi cực nào đó.Tùy theo khả năng đổi nối mà động cơ KĐB được gọi là động cơ có 2,3,4…cấp tốc độ. Do số đôi cực thay đổi nhờ đổi nối cuộn cảm stator nên các thông số đặt vào cuộn pha,trở kháng và cảm kháng có thể bị thay đổi từ đó ,độ trược tới hạn và moment tới hạn có thể khác đi. Nhận xét: Khi thay đổi số đôi cực ta chú ý rằng số đôi cực ở Stato và Roto là như nhau. Nghĩa là khi thay đổi số đôi cực ở Stato thì ở Roto cũng phải thay đổi theo. Do đó khó thực hiện cho động cơ Roto dây quấn, nên phương pháp này chủ yếu dùng cho động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc và loại động cơ này có khả năng tự biến đổi số đôi cực ở Roto để phù hợp với số đôi cực ở Stato. Đối với động cơ có nhiều cấp tốc độ, mỗi pha Stato phải có ít nhất là hai nhóm bối dây trở lên hoàn toàn giống nhau. Do đó càng nhiều cấp tốc độ thì kích thước, trọng lượng và giá thành càng cao vì vậy trong thực tế thường dùng tối đa là bốn cấp tốc độ. 2.3.5. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn điện áp cấp Khi thay đổi thì tốc độ đồng bộ sẽ thay đổi vì: đồng thời cũng bị thay đổi (vì X = 2), kéo theo sự thay đổi cả độ trượt tới hạn và momen tới hạn . Hình vẽ 2.7 biểu thị các đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi tần số. Quan hệ độ trượt tới hạn theo tần số (2-24) Momen tới hạn theo tần số (2-25) Và (2-26) Trong đó A là hằng số.Ta thấy và phụ thuộc tỉ lệ với tần số nên có thể từ các biểu thức của và rút ra : Hình 2.7. Đặc tính cơ khi thay đổi tần số lưới điện cấp cho động cơ Khi > ta có : (2-27) = ; = Mômen tới hạn sẽ giảm theo quy luật : (2-28) Thực tế khi tăng để đảm bảo đủ cho động cơ và tốc độ làm việc của động cơ không vượt quá giá trị cực đại cho phép bị hạn chế bởi độ bền cơ khí của động cơ. Khi < tức là khi giảm ® giảm ® Sth tăng ® tăng. Khi tần số nguồn giảm , độ trượt tới hạn và momen tới hạn đều tăng lên nhưng tăng nhanh hơn. Do vậy độ cứng của đặc tính cơ tăng lên. Chú ý khi giảm tần số xuống dưới tần số định mức thì tổng trở của các cuộn dây giảm nên nếu giữ nguyên điện áp cấp cho động cơ sẽ dẫn đến dòng điện động cơ tăng mạnh.vì thế khi giảm tần số nguồn xuống dưới trị số định mức cần phải đồng thời giảm điện áp cấp cho động cơ theo quan hệ : 2.4. Đánh giá động cơ điện . Hiệu suất của động cơ điện Động cơ chuyển đổi điện năng thành cơ năng để phục vụ tải nhất định. Trong quy trình này, năng lượng mất đi được minh hoạ trong hình 2.8. Power input motor Power output load Hình 2.8. Tổn thất động cơ Hiệu suất của động cơ được xác định bởi tổn thất bên trong chỉ có thể giảm bằng cách thay đổi thiết kế động cơ và điều kiện vận hành. Tổn thất có thể thay đổi từ 2%-20%. Bảng 2.1 cho thấy các loại tổn thất ở một động cơ cảm ứng. Bảng 2.1. Các loại tổn thất ở động cơ không đồng bộ : Loại tổn thất Phần trăm tổn thất toàn phần (100%) Tổn thất cố định hoặc tổn thất do lõi thép 25 Tổn thất biến đổi: tổn thất stato .R 34 Tổn thất biến đổi: tổn thất rôto .R 21 Tổn thất do ma sát và quấn lại 15 Tổn thất cơ khí của động cơ 5 Đối với động cơ không đồng bộ, công suất ra chính là công suất cơ hay công suất ở trục rôto, còn công suất vào là công suất mà lưới điện cung cấp cho động cơ: Trong đó: là công suất đầu trục động cơ Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ bao gồm: Lão hóa : động cơ mới hoạt động hiệu quả hơn. Công suất : Với phần lớn các thiết bị, hiệu suất của động cơ tăng khi làm việc ở công suất định mức. Tốc độ : Các động cơ tốc độ cao hơn thường hiệu quả hơn. Nhiệt độ : Động cơ có quạt làm mát hiệu quả hơn so với động cơ có lớp bảo vệ (SPDP). Quấn lại động cơ có thể làm giảm hiệu suất. Tải động cơ, được mô tả dưới đây. Giữa hiệu suất và tải của động cơ có mối liên hệ rõ ràng với nhau. Các nhà sản xuất thiết kế động cơ vận hành ở mức tải 50-100% và hiệu quả nhất ở mức tải 75%. Nhưng khi tải giảm xuống dưới mức 50%, hiệu suất sẽ giảm rất nhanh, như đã cho trong hình (2.9). Vận hành động cơ dưới 50% mức tải cũng có tác động tương tự, nhưng nhẹ hơn đối với hệ số công suất. Hiệu suất của động cơ cao và hệ số công suất gần bằng 1 là mức vận hành hiệu quả mong muốn và giúp giảm chi phí của toàn bộ dây chuyền chứ không chỉ riêng với động cơ. Vì lý do trên, khi đánh giá kết quả hoạt động của một động cơ, cần xác định cả tải và hiệu suất. Ở hầu hết các nước, các nhà sản xuất phải ghi rõ hiệu suất đầy tải trên phần ghi các thông số (nhãn) của động cơ. Tuy nhiên, với một động cơ vận hành trong một thời gian dài, thường rất khó xác định hiệu suất vì phần nhãn máy của động cơ bị mất đi hoặc bị sơn đè lên trên. Hình 2.9. Hiệu suất tải bộ phận của động cơ (hàm số của % hiệu suất đầy tải) Để đo hiệu suất của động cơ, cần ngắt tải và đem động cơ đến bộ phận kiểm tra để thực hiện một số kiểm tra. Kết quả của những lần kiểm tra được so sánh với thông số hoạt động chuẩn của động cơ do nhà sản xuất cung cấp. Trong trường hợp không thể ngắt động cơ khỏi tải, có thể lấy giá trị tương đối về hiệu suất trong bảng cung cấp các giá trị tương đối của hiệu suất động cơ. Tài liệu USDOE cung cấp các bảng giá trị hiệu suất điển hình của các động cơ chuẩn bạn có thể sử dụng nếu nhà sản xuất không thể cung cấp cho bạn những thông số đó. Những giá trị hiệu suất được cung cấp cho: Động cơ hiệu suất tiêu chuẩn 900, 1200, 1800 và 3600 vòng/phút. Kích thước động cơ trong khoảng từ 10 đến 300 HP. Hai loại động cơ: động cơ chống ẩm kiểu hở (ODP) và động cơ đóng kín làm mát bằng quạt (TEFC). Mức tải 25%, 50%, 75% và 100%. Tài liệu trên cũng đưa ra ba phương pháp tiên tiến để đánh giá hiệu suất của động cơ: các thiết bị đặc biệt, phương pháp phần mềm và phương pháp phân tích.Có thể sử dụng một cách thay thế khác, thực hiện một cuộc khảo sát động cơ để xác định tải, cách này cũng thu được chỉ số hoạt động của động cơ. Phần tiếp theo sẽ giải thích thêm về cách này. 2.4.2. Tải của động cơ 2.4.2.1. Tại sao cần đánh giá tải của động cơ Bởi vì rất khó đánh giá hiệu suất của động cơ trong điều kiện vận hành bình thường, có thể đo tải của động cơ như là một chỉ số đánh giá hiệu suất của động cơ. Khi tải tăng, hệ số công suất và hiệu suất của động cơ tăng lên tới giá trị tối ưu ở quanh mức đầy tải. 2.4.2.2. Cách đánh giá tải của động cơ Phương trình dưới đây được sử dụng để xác định tải: (2-30) Trong đó : h:Hiệu suất vận hành của động cơ tính bằng%. HP: Mã lực ghi trên nhãn động cơ. Mức tải: Công suất ra chiếm bao nhiêu % công suất thiết kế. :Công suất ba pha tính bằng kW mà lưới điện cung cấp cho động cơ. Chương III CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ( ĐCKĐB ) Theo thống kê của Hiệp hội năng lượng Hoa Kỳ thì năng lượng tiêu hao vô ích và tổn thất cho động cơ điện xoay chiều khoảng 30% – 40% và lượng điện năng tiêu thụ cho động cơ điện xoay chiều chiếm 60% tổng lượng điện năng tiêu thụ cho toàn cầu. Như vậy động cơ điện xoay chiều là tải tiêu thụ điện nhiều nhất. Vì vậy tiết kiệm năng lượng cho động cơ là rất cần thiết. . Thay thế động cơ tiêu chuẩn bằng động cơ có hiệu suất cao HEMs (High Efficiency Motor) . Ưu điểm Động cơ hiệu suất cao được thiết kế chuyên dụng để tăng hiệu suất hoạt động so với động cơ tiêu chuẩn. Các cải tiến thiết kế tập trung vào việc làm giảm tổn thất bên trong động cơ, bao gồm việc sử dụng thép silic có tổn thất sắt từ thấp hơn, lõi dài hơn (để tăng chất kích hoạt), dây dày hơn (để giảm trở kháng), lá thép mỏng hơn, khoảng trống không khí giữa stato và rôto nhỏ hơn, sử dụng đồng thay cho các thanh nhôm trong rôto, các vòng đệm tốt hơn và quạt nhỏ hơn.. v..v.... Động cơ hiệu suất cao có dải công suất thiết kế và mức đầy tải rộng. Hiệu suất cao hơn động cơ tiêu chuẩn từ 3% tới 7% như cho trong hình 3.1. Tiếng ồn giảm thiểu: Quạt làm mát có thể chế tạo bé hơn. Do vậy tổn thất thấp hơn nên sự phát ra tiếng ồn cũng nhỏ hơn. Tuổi thọ động cơ HEMs cao hơn: dầu mỡ bôi trơn có tác dụng lâu hơn vì sự tăng nhiệt ở các ổ trục ít hơn, dẫn đến kết quả là chu kỳ duy tu bảo dưỡng ít hơn. Kết quả tổng hợp đưa đến tuổi thọ của HEMs cao hơn. Kích thước đặt cùng cỡ với động cơ thông dụng, song khả năng công suất của động cơ HEMs có thể cao hơn. Do việc thay thế động cơ có yêu cầu công suất lớn hơn song kích thước bị hạn chế có thể dễ dàng thực hiện khi thay động cơ thông dụng bằng động cơ HEMs. Hình 3.1. So sánh động cơ công suất cao và động cơ chuẩn . Nhược điểm Kinh tế: Giá mua thông thường sẽ đắt hơn loại động cơ thông dụng song sự chênh lệch giá sẽ được thu hồi thông qua một thời gian ngắn do vì giá chi phí trong tiền điện thấp hơn nhiều. . Điện năng tiết kiệm của việc sử dụng động cơ HEMs Khi sử dụng động cơ HEMs sẽ tiết kiệm được năng lượng đáng kể, sự khác biệt do hiệu suất mang lại công suất tiết kiệm : (3-1) Ở đây : Hiệu suất của động cơ chuẩn : Hiệu suất của động cơ HEMs : Công suất định mức của động cơ : Công suất tiết kiệm được khi thay thế động cơ tải : Phần trăm động cơ mang tải Điện năng tiết kiệm hằng năm của động cơ HEMs với T là số thời gian vận hành động cơ: (3-2) Tiền điện tiết kiệm được trong năm (C) sẽ là: (3-3) . Bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất . Lý do nâng cao hệ số công suất Nâng cao hệ số công suất là một biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện năng phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60-65% tổng công suất phản kháng của mạng điện. Như ta đã biết, động cơ không đồng bộ có đặc tính là hệ số công suất nhỏ hơn 1, dẫn tới hiệu suất toàn phần thấp hơn (và chi phí vận hành tổng cao hơn) của hệ thống điện nhà máy. Những tụ bù này hoạt động như là máy phát công suất phản kháng và nhờ vậy giảm được lượng công suất phản kháng, và công suất toàn phần được tạo ra bởi phía cung cấp điện. Gọi hệ số công suất trước khi bù là: Gọi hệ số công suất sau khi bù: Sau khi bù thì > Phương pháp bù : Tụ bù đấu song song với động cơ được sử dụng để nâng cao hệ số công suất. Tụ bù không giúp tăng hệ số công suất của bản thân động cơ mà giúp tăng hệ số công suất của hệ thống phát dẫn điện. Có hai phương pháp bù: Phương pháp tính đơn giản. Để chọn tụ bù cho một động cơ nào đó thì ta cần biết công suất (P) của động cơ đó và hệ số công suất () của động cơ đó. - Hệ số công suất của tải là Cos () → tg(), (trước khi bù) - Hệ số công suất sau khi bù là Cos() → tg() - Công suất phản kháng cần bù là = P.[tg() – tg()] Từ công suất cần bù ta chọn tụ bù cho phù hợp trong bảng catalog của nhà cung cấp tụ bù. Phương pháp bù tối ưu dựa vào điều kiện không đóng tiền phạt. Xét hoá đơn tiền điện liên quan đến dung lượng kVArh đã tiêu thụ và ghi nhận số kVArh phải trả tiền sau đó, chọn hoá đơn tiền giá kVArh cao nhất phải trả. Giá trị công suất cần bù. Trong đó : : Công suất cần bù kVAr : Số kVAr phải trả tiền T : Số giờ hoạt động của động cơ Kích cỡ của tụ bù phụ thuộc vào công suất phản kháng không tải (kVAr) ở động cơ. Kích thước của tụ bù không nên vượt quá 90% công suất phản kháng không tải kVAr của động cơ vì những tụ bù lớn hơn sẽ dẫn đến điện áp cao làm cháy động cơ. Chỉ có thể xác định được kVAr của động cơ nhờ kiểm tra không tải của động cơ. Một cách khác là sử dụng hệ số công suất điển hình ở các động cơ tiêu chuẩn để xác định kích cỡ của tụ bù. . Lợi ích khi lắp tụ bù Giả thiết trước khi lắp thiết bị bù, lượng công suất phản kháng truyền tải từ nguồn đến động cơ là Q thì tổn thất công suất là : Sau khi lắp thiết bị bù với dung lượng là thì tổn thất giảm xuống chỉ còn: Vì vậy giảm tổn thất công suất và điện năng. Điện năng tiết kiệm được của động cơ không đồng bộ khi bù là: Với T là thời gian hoạt động của động cơ. Tiền tiết kiệm được là: . Lắp biến tần VSD (Variable Speed Drive) cho động cơ KĐB . Đặc điểm của biến tần VSD Bộ điều khiển tốc độ vô cấp (VSD) còn gọi là bộ biến tần (inverter) có khả năng thay đổi tốc độ động cơ. Các thiết bị này sẵn có trong dải từ vài kW đến 750 kW. Chúng được thiết kế để điều khiển động cơ không đồng bộ tiêu chuẩn và có thể dễ dàng lắp đặt cho động cơ. Bộ biến tần làm việc theo nguyên tắc biển đổi tần số cùng với việc thay đổi điện áp nên luôn luôn đảm bảo momen khởi động. Đồng thời dòng điện đưa vào động cơ không tăng, do sự phối hợp giữ tần số và điện áp để giữ cho từ thông đủ sinh ra momen.Dòng khởi động lớn nhất của hệ truyền động của biến tần chỉ bằng dòng điện định mức chính vì vậy mà không làm cho lưới bị sụt áp khi khởi động,đảm bảo các ứng dụng khác không bị ảnh hưởng . Hình 3.2. Cấu tạo và nguyên lí của biến tần Sự khác biệt của phương pháp điều khiển động cơ thông thường và điều khiển bằng bộ điều tốc VSD: 1) Sơ đồ khối 3 3 1phase or 3phase VSD 3 3 1phase or 3phase 2)Đặc tính điện áp: 100% 3 U U 100% Điện áp khi khởi động tăng vọt nhanh và ổn định khi momen của động cơ thắng momen tải. Điệp áp tăng dần dần và ổn định khi momen của động cơ thắng momen tải. 3) Đặc tính dòng điện (I=f(n)): 0.25 1 0.755 0.5 6 5 4 3 2 0 1 0.25 1 0.755 0.5 5 4 3 2 1 6 Dòng điện khởi động và đều khi động cơ đạt tốc độ. Dòng điện khởi động và giảm dần khi động cơ đạt tốc độ định mức. 4) Đặc tính momen: 3 2 1 0.25 1 0.755 0.5 0 3 2 1 0.25 1 0.755 0.5 Momen khởi động và giảm dần khi động cơ đạt tốc độ định mức. Momen khởi động và giảm dần khi động cơ đạt tốc độ định mức. . Ưu điểm Tiết kiệm được điện năng trong việc sử dụng đúng và phù hợp với phụ tải. Có khả năng sử dụng cho động cơ không đồng bộ xoay chiều trong quá trình sản xuất cần điều chỉnh tốc độ. Dùng VSD cho động cơ không đồng bộ xoay chiều là loại có giá thành rẻ hơn nhiều và dễ dàng vận hành, bảo dưỡng hơn các loại động cơ khác. Tăng được tính linh hoạt và quy mô sản xuất. Tăng an toàn và độ tin cậy cao. Giá thành sản phẩm rẻ hơn do tiết kiệm được chi phí tiền điện. Không cần thay thế động cơ mới khi phụ tải tăng lên so với động cơ cũ (sau khi tính toán và tăng cường áp dụng VSD đối với động cơ cũ). Không cần tháo dỡ VSD khi tháo dỡ động cơ (thông qua tính toán thấy phù hợp). Nhiều động cơ có thể kết cấu vào một bộ VSD. Dùng VSD có thể giảm công suất của nguồn và không cần trang bị máy phát điện dự phòng. Dùng VSD có thể vận hành động cơ điện với tốc độ từ vài % đến vài trăm % so với tốc độ ghi trên nhãn động cơ. Giảm được tiếng ồn, tăng tuổi thọ cho động cơ. . Nhược điểm Tốc độ cực thấp thì có thể làm cho trục của động cơ không quay tròn đều. . Phạm vi ứng dụng của bộ điều tốc VSD Việc sử dụng bộ điều tốc VSD sẽ thuận lợi nhất nếu : Trong quá trình sản xuất, phụ tải đầu vào luôn thay đổi. Các thay đổi xảy ra trong quá trình xử lý. Đầu ra cũng biến đổi. . Khả năng tiết kiệm điện của động cơ không đồng bộ khi lắp bộ điều tốc VSD Việc sử dụng VSD làm cân bằng giữa công suất điện đầu vào và phụ tải nên đêm lại lợi ích đáng kể cho người sử dụng, đem lại chi phí vận hành thấp, đặc biệt đối với phụ tải là động cơ bơm, động cơ quạt li tâm … Động cơ bơm, quạt li tâm...là những thiết bị mà phụ tải luôn thay đổi,dùng những phương án điều chỉnh cổ điển như: mở van...Sẽ gây ra tiếng ồn đối với động cơ mang tải nặng, gây ra tổn thất, chắc chắn là gây ra tổn hao công suất, mà phụ tải là động cơ bơm, quạt là chủ yếu. Khi phụ tải là những thiết bị động cơ bơm, động cơ quạt li tâm...thì luôn có thông số: cột áp, lưu lượng, công suất điện, dựa vào luật đồng dạng: P : Công suất của động cơ N : Tốc của động cơ Q : Lưu lượng nước K : Hằng số H : Áp lực : Hiệu suất của động cơ Các quan hệ về bơm như sau : Ta thấy lưu lượng tỉ lệ bậc nhất với tốc độ, cột áp tỉ lệ bậc hai với tốc độ, công suất điện tỉ lệ bậc ba với tốc độ. Từ luật đồng dạng của động cơ ta thấy khi động cơ hoạt động sai lệch so với tải nếu điều chỉnh bằng phương án mở van thì không ưu việt hơn so phương án điều chỉnh tốc độ. B H 0 4 A 2 Q 3 1 C Hình 3.3. Đường đặc tính của động cơ thay đổi khi lắp bộ điều tốc VSD (1) Miêu tả khi N=const . (2) Miêu tả lưu lượng nước ra tại điểm định mức (van mở 100%). Tại điểm định mức A: Khi giảm lưu lượng từ tới ta cần giảm độ mở van (2) – (3) và hệ thống hoạt động ở điểm B: Nếu ta thay đổi tốc độ của động cơ từ thì đường cong là đường cong 4 tại vì tốc độ giảm thì lưu lượng giảm (theo công thức 2) nhưng lưu lượng lúc này vẫn là nhưng cột áp giảm đi nhiều, so với phương pháp mở van. Vì vậy tại đây ta có : Và năng lượng tiết kiệm được lúc này là : Vì vậy khi giảm Q thì P nhất định sẽ giảm để làm được điều đó ta dùng VSD. Qua phân tích trên khi sử dụng bộ điều tốc VSD cho động cơ thì sẽ nhanh thu hồi vốn nhờ lợi nhuận về điện năng mà VSD mang lại. Nhờ khả năng điều chỉnh tốc độ: Nếu ta gọi : : Là tốc độ định mức của động cơ : Là tốc độ của động cơ sau khi lắp VSD và điều chỉnh cho phù hợp với phụ tải : Là công suất của động cơ Thì phần trăm tốc độ của động cơ là : Điện năng của động cơ tiêu tốn trong khoảng thời gian T khi chưa lắp bộ VSD là: Điện năng của động cơ tiêu tốn trong khoảng thời gian T khi lắp VSD là: Điện năng tiết kiệm được trong khoảng thời gian T Khoảng tiền tiết kiệm được : Thời gian hoàn vốn: Với K là chi phi đầu tư mua VSD. . Thay thế động cơ KĐB làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ phù hợp với phụ tải . Mục đích Như vậy động cơ non tải (%tải <45%) thì sẽ làm tăng tăng tổn thất,giảm hiệu suất. Lượng công suất phản kháng (CSPK) do động cơ không đồng bộ tiêu thụ phụ thuộc vào hệ số tải và hệ số công suất định mức của động cơ. Khi tải định mức, điện áp định mức thì động cơ không đồng bộ tiêu thụ một lượng công suất phản kháng bằng: Trong đó: là hiệu suất của động cơ lúc đầy tải. Lượng công suất phản kháng do ĐCKĐB tiêu thụ lúc không tải là: Trong đó: là dòng không tải của động cơ. Lượng công suất phản kháng của ĐCKĐB tiêu thụ tăng lên so với lúc không tải là: Khi tải của ĐCKĐB nhỏ hơn định , CSPK tiêu thụ so với khi không tải tăng thêm một lượng tỉ lệ với bình phương hệ số tải của động cơ. Trong đó: : Là hệ số phụ tải của động cơ Kết hợp và ta có CSPK của động cơ tiêu thụ ở tải bất kì : Hệ số công suất của động cơ lúc mang tải là: Ta thấy động cơ làm việc non tải thì hệ số sẽ thấp ( giảm). Khi thay động cơ có công suất bé hơn so với công suất thực tế của máy công tác. Đặc biệt là phụ tải như máy nghiền, máy xoay...Khi công suất của phụ tải tăng lên thì đông cơ chạy ở mức đầy tải . Nếu ta dùng động cơ có công suất nhỏ hơn và phù hợp với công suất của tải yêu cầu thì: Gọi: : Là công suất định mức của động cơ lúc non tải có nghĩa. : Là công suất của động cơ phù hợp với công suất tải có nghĩa. Tiêu chí chọn công suất( ) cho động cơ đảm bảo: Động cơ mà ta chọn phải thoải mãn về , đêm lại hiệu suất cao, vốn đầu tư bé nhất. Động cơ chọn phải có tốc độ đảm bảo yều cầu của phụ tải. Dải điều chỉnh tốc độ của động cơ là lớn. Động cơ được chọn phải thoãi mãn điều kiện phát nóng cho phép. Đa số tải luôn thay đổi theo thời gian, với : Trong đó: : Là momen của tải ứng với thời điểm . : Là thời gian làm việc trong một chu kì. : Là momen cản trung bình. : Công suất của tải luôn đổi. Để đảm bảo điều kiện không quá tải của động cơ cũng như để động cơ khởi động được thì: Hình 3.4. Phụ tải của động cơ biến đổi theo thời gian . Lợi ích Khi chọn lại động cơ thì hệ số quá tải của động cơ làm cho lượng công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ lại giảm thì tiết kiệm được lượng công suất phản kháng trên đường dây cấp cho động cơ, dẫn đến tiết kiệm điện năng. Khi chưa thay thế động cơ thì lượng công suất phản kháng từ nguồn đưa đến cho động cơ và tổn thất công suất được xác định, ứng với . Trong đó : là lượng công suất phản kháng mà động cơ nhận được từ lưới điện. Khi thay động cơ tương ứng với) thì công suất phản kháng lúc này là với thì tổn thất công suất cũng giảm hơn: là lượng công suất mà động cơ nhận được từ lưới điện.