Bài giảng Quản lý và sử dụng năng lượng - Chương 2: Quản lý và sử dụng hiệu quả hệ thống truyền động điện

 
thống truyền động điện 
1. Sử dụng động cơ điện hiệu suất cao 
2. Lựa chọn hệ số tải 
3. Quấn dây lại cho động cơ bị hư 
4. Điều khiển động cơ điện 
5. Các hệ số khác liên quan đến hiệu suất 
6. Chính sách ưu đãi giảm giá 
Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 2 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 2 
Chương 2: Quản lý và sử dụng hiệu quả hệ 
thống truyền động điện 
1. Động cơ điện tiêu thụ hơn 50% năng lượng điện. Hơn 
70% lượng điện trong công nghiệp. Được sử dụng trong 
nhiều thiết bị công nghiệp và dân dụng. 
2. Chi phí cho năng lượng mỗi động cơ năm gấp 5-10 lần 
chi phí mua động cơ ban đầu. 
3. Cải tiến hiệu quả động cơ điện đồng nghĩa với cải tiến 
máy móc và quy trình làm việc. 
4. Việc bảo dưỡng ổ trục động cơ cũng góp phần nâng cao 
hiệu quả sử dụng năng lượng. 
5. Sử dụng bộ điều khiển động cơ (như biến tần) cũng góp 
phần đáng kể vào tiết kiệm năng lượng. 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 3 
1. Sử dụng động cơ điện hiệu suất cao 
1. Trong công nghiệp, hơn 70% năng lượng điện 
cấp cho động cơ. Nên trọng tâm của tiết kiệm 
điện là cải tiến hiệu quả năng lượng cho động cơ. 
2. Hiệu suất của động cơ tùy thuộc vào loại động 
cơ và công suất động cơ. 
3. Động cơ hiệu suất cao có hiệu suất lớn hơn động 
cơ tiêu chuẩn từ 2-8%. 
4. Tổn hao trên động cơ gồm 5 phần: tổn hao sắt, 
đồng stator, đồng rotor, tổn hao do ma sát + quạt 
làm mát, và tổn hao phụ. 
Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 3 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 4 
1. Sử dụng động cơ điện hiệu suất cao 
5. Động cơ hiệu suất cao giảm thiểu các tổn hao 
trên. Hơn nữa, động cơ hiệu suất cao thường cho 
hệ số công suất cao hơn. 
6. Giá thành của động cơ hiệu suất cao thường hơn 
động cơ tiêu chuẩn 10-30%. 
7. Nhưng chi phí năng lượng cho động cơ trong 
suốt tuổi đời làm việc cao hơn giá thành mua 
ban đầu khoảng 75 lần. Nên tiềm năng tiết kiệm 
điện là rất lớn. Nhất là trong các nhà máy vận 
hàng động cơ hơn 6000 giờ /năm (5 ngày/tuần). 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 5 
Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 4 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 6 
1. Sử dụng động cơ điện hiệu suất cao 
8. Vd 1: Cho động cơ máy nén 50-hp, vận hành 
đầy tải, chạy 365 ngày/năm. Giá $1400, hiệu 
suất 90%. Tiền điện $7/kW/tháng và $0.05/kWh. 
Tính chi phí năng lượng của động cơ trong 1 
năm? Nếu tuổi thọ của động cơ là 10 năm, tính 
chi phí năng lượng sơ với chi phí mua ban đầu? 
Bao nhiêu tiền điện trả cho phần tổn hao? (Bỏ 
qua chiếc khấu dòng tiền) 
9. Tính lại cho điều kiện Việt Nam với giá điện là 
$0.1/kWh. 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 7 
1. Sử dụng động cơ điện hiệu suất cao 
10.Vd 2: Nhà máy cần lắp mới động cơ máy nén 
50-hp hoạt động 24/24. Động cơ hiệu suất cao 
(93,8%) có giá thành cao hơn động cơ tiêu 
chuẩn (91,5%) là $470. Theo bạn nên chọn động 
cơ nào? Tính SPP giữa 2 phương án? Tính lợi 
nhuận /vốn chủ sở hữu (ROR) của năm đầu tiên? 
Tính BCR cho 5 năm với lãi suất 10%? Tuổi thọ 
cả 2 loại động cơ là 20 năm. Giá điện $0,1/kWh. 
11.Tính lại nếu động cơ chỉ hoạt động 5000 
giờ/năm? 
Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 5 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 8 
1. Sử dụng động cơ điện hiệu suất cao 
Bảng tính với lãi suất i=10% 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 9 
2. Lựa chọn hệ số tải 
1. Trong thực tế động cơ thường chạy non tải, 
thường là 80%. Hiếm khi động cơ chạy đầy tải. 
Trong nhiều trường hợp, động cơ chỉ chạy có 
60% tải. Một số tải đặc thù động cơ chỉ chạy ở 
30-40% tải định mức. 
2. Vài ví dụ như quạt thông gió là 80% tải. Nhiều 
trường hợp, máy nén khí, bơm nước, quạt hút, 
cưa, tiện, băng tải, tháng cuốn có hệ số tải thay 
đổi và thường nhỏ hơn 50%. 
3. Quạt và bơm, nên điều khiển tốc độ khi non tải. 
Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 6 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 10 
2. Lựa chọn hệ số tải 
4. Ví dụ cho động cơ 10-hp, có hiệu suất 86,4%, 
PF=0,8. Tính công suất tiêu thụ điện định mức? 
Khi động cơ vận hành ở 75% tải, hiệu suất còn 
78%, PF=0,65; tính công suất tiêu thụ? 
5. Cho động cơ 7,5-hp, có hiệu suất 84,6%, 
PF=0,8. Tính công suất tiêu thụ điện định mức. 
So sánh với trường hợp 75% tải ở trên? 
6. Biết động cơ dạng không đồng bộ 3 pha, cấp 
điện áp 380V, 50Hz. Tính dòng điện cấp cho 
động cơ ở 2 trường hợp 7,5-hp trên? 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 11 
2. Lựa chọn hệ số tải 
7. Hiệu suất và hệ số công suất thay đổi theo tải: 
Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 7 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 12 
2. Lựa chọn hệ số tải 
7. Hiệu suất thay đổi theo tải: 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 13 
2. Lựa chọn hệ số tải 
7. Hệ số công suất thay đổi theo tải: 
Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 8 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 14 
3. Quấn dây lại cho động cơ bị hư 
1. Nếu động cơ bị hư hỏng, cháy cuộn dây. Có 3 
giải pháp được đặt ra để lựa chọn: 
 Mua động cơ loại thường thay thế 
 Mua thay thế bằng động cơ hiệu suất cao 
 Quấn lại cuộn dây cho động cơ cũ 
2. Cần phân tích hiệu quả cho trường hợp này theo 
như ví dụ 2 ở phần 1. Theo đó, động cơ hiệu suất 
cao hơn 2,3% so với động cơ thường. Thời gian 
thu hồi vốn chừng 1 năm. 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 15 
3. Quấn dây lại cho động cơ bị hư 
3. Với động cơ quấn lại cuộn dây, chi phí sẽ thấp 
hơn nhiều so với mua mới. Tuy nhiên, khi quấn 
lại cuộn dây thì hiệu suất sẽ suy giảm chừng 1-
2% (cả động cơ thường hay động cơ hiệu suất 
cao). 
4. Thông thường thì với ~1 điểm % hiệu suất thì 
chi phí năng lượng sẽ cao hơn chi phí quấn lại 
cuộn dây, tùy vào từng trường hợp, và thời gian 
sử dụng con lại, 
Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 9 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 16 
4. Điều khiển động cơ điện 
1. Ngoài việc dùng động cơ hiệu suất cao, việc sử 
dụng bộ điều khiển động cơ cũng giúp tiết kiệm 
đáng kể năng lượng. Thường là điều khiển tốc 
độ động cơ, hay khởi động mềm. 
2. Đối với các tải biến đổi, việc điều khiển tốc độ 
có thể mang lại hiệu quả cao. Nhất là đối với 
động cơ công suất nhỏ. 
3. Bộ điều khiển sẽ tự động điều chỉnh điện áp, tần 
số, dòng điện phù hợp với tại hiện thời của động 
cơ sao cho hiệu suất cao nhất. 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 17 
4. Điều khiển động cơ điện 
4. Đặc biệt các tải bơm, quạt. Do công suất tỷ lệ 
với lập phương tốc độ: P = k.3, nên chỉ cần 
giảm một ít tốc độ /lưu lượng thì sẽ tiết giảm 
được khá nhiều năng lượng. 
Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 10 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 18 
4. Điều khiển động cơ điện 
5. Vì an toàn nên dùng động cơ có công suất lớn 
hơn tải (các tải khó khởi động). Song việc này 
làm suy giảm hiệu suất khi chạy non tải. 
6. Khuyến khích nên dùng động cơ vừa với tải vận 
hành. Cần thiết thì dùng bộ điều khiển để hỗ trợ 
khi khởi động hay quá tải ngắn hạn. 
7. Biến tần có giá chừng $150-$450/hp cho động 
cơ đến 50-hp, động cơ công suất lớn hơn thì giá 
chừng $100-$150/hp. Tiết kiệm chừng 20-30% 
năng lượng. 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 19 
4. Điều khiển động cơ điện 
8. Ví dụ: Một hệ thống gồm ba quạt thông gió, 
được thay thế bằng một quạt thông gió công suất 
lớn hơn có kết hợp biến tần. Chi phí cho việc lắp 
đặt động cơ và quạt mới là $18.250. Chi phí biến 
tần là $20.000. Hệ thống mới tiết kiệm được 
500.000 kWh/năm. Biết giá điện là $0,061/kWh. 
Tính hiệu quả năng lượng? (SPP, ROR 1 năm, 
BCR 5 năm, BCR 10 năm) 
Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 11 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 20 
5. Các hệ số khác liên quan đến hiệu suất 
1. Hệ thống cơ khí dùng để truyền dẫn công suất từ 
động cơ đến tải cũng ảnh hưởng đến hiệu suất 
truyền động điện. Cần bảo dưỡng cho các ổ trục, 
bánh răng, dây đai, ròng rọc, liên kết với trục 
động cơ. Có thể dùng biến tần thay cho hộp số. 
2. Dây đai có thể làm tăng 2-4% hiệu suất. Dầu bôi 
trơn giúp tiết kiệm 1-2% hiệu suất. 
3. Việc bảo trì bảo dưỡng động cơ cần thực hiện 
thường kỳ. Kiểm tra rung động, hay tiếng ồn để 
kịp thời phát hiện và xử ký sớm sự cố. 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 21 
6. Chính sách ưu đãi giảm giá 
1. Một số trường hợp chính sách sử dụng năng 
lượng sẽ trợ giá cho khách hàng sử dụng hay 
thay thế sang dùng động cơ hiệu suất cao, hay 
bộ biến tần cho tiết kiệm năng lượng. 
2. Như ví dụ 2, công ty sử dụng động cơ hiệu suất 
cao cho máy nén sẽ nhận được $5/hp giảm giá từ 
công ty điện lực. Để phân tích hiệu quả chi phí 
khi dùng động cơ hiệu suất cao, tính SPP khi vận 
hành 24/24, và khi vận hành 5000 giờ/năm? Biết 
giá điện là $7/kW và $0,05/kWh. 
Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 12 
Quản lý và Sử dụng Năng lượng 22 
Tài liệu tham khảo: 
[1] Barney L. Capehart,Wayne C. Turner, William J. Kennedy, Guide to Energy 
Management, The Fairmont Press, 2003 
[2] Wayne C. Turner, Steve Doty, Energy Management Handbook, The Fairmont 
Press and Taylor & Francis Ltd., 2006 
[3] Richard A. Panke, Energy Management Systems and Direct Digital Control, 
The Fairmont Press, Inc, Marcel Dekker, Inc, 2002 
[4] Gilbert A. McCoy, Todd Litman, John G. Douglass, Energy-Efficient Electric 
Motor Selection Handbook, Washington State Energy Office Olympia, 1993. 
[5] Gilbert A. McCoy, John G. Douglass, Energy Management for Motor Driven 
Systems, Washington State University, 2000. 
[6] Energy Efficiency, Schneider Electric, 2012. 
[7] Dự án nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong các doanh nghiệp nhỏ và 
vừa Việt Nam – PECSME. 
Tài liệu tham khảo 
23 
TB 
Trần Công Binh 
GV ĐH Bách Khoa TP.HCM 
Phone: 0908 468 100 
Email: tcbinh@hcmut.edu.vn 
 binhtc@yahoo.com 
Website: www4.hcmut.edu.vn/~tcbinh