EN
Khi một nhà máy đánh giá mức tiêu thụ năng lượng của quạt, cuộc thảo luận thường dừng lại ở hiệu suất động cơ. Điều này bỏ qua một câu hỏi thứ hai liên quan đến hệ thống điện: nguồn cung cấp phải cung cấp bao nhiêu dòng điện để đáp ứng yêu cầu công việc? PMSM cho quạt công nghiệp có thể cải thiện tình hình này vì động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu không cần dòng điện từ hóa rô-to theo cách tương tự như động cơ cảm ứng. Tuy nhiên, câu trả lời hữu ích chính xác hơn cụm từ đơn giản ‘PMSM đồng nghĩa với hệ số công suất tốt hơn’. Nhà máy quan sát hành vi kết hợp của động cơ, bộ biến tần (VFD), cài đặt điều khiển, chu kỳ làm việc của quạt và môi trường sóng hài.
Đối với kỹ sư so sánh một bộ động cơ nam châm vĩnh cửu (PMSM) với một bộ quạt cảm ứng, mục tiêu thực tế không phải là thông số ghi trên nhãn. Mục tiêu thực tế là giảm dòng điện không cần thiết, kiểm soát quạt ổn định hơn và cải thiện đo lường được các điều kiện vận hành thực tế của cơ sở.
Bắt đầu từ những thay đổi về hệ số công suất trong hệ thống quạt
Hệ số công suất mô tả mức độ hiệu quả mà công suất biểu kiến được chuyển đổi thành công suất thực hữu ích. Trong một hệ thống động cơ xoay chiều thông thường, công suất phản kháng hỗ trợ các trường từ cần thiết để tạo mô-men xoắn. Công suất phản kháng chiếm dụng dung lượng của máy biến áp, cáp, thiết bị đóng cắt và máy phát điện, dù nó không trực tiếp làm quay quạt. Do đó, hệ số công suất thấp hơn sẽ làm tăng dòng điện đối với cùng một yêu cầu công suất tính theo kW, làm gia tăng tổn thất trên dây dẫn và tiêu tốn dung lượng phân phối.
Một động cơ cảm ứng tạo ra từ trường rô-to thông qua dòng điện từ hóa. Một PMSM cho quạt công nghiệp sử dụng nam châm vĩnh cửu trên rô-to, do đó có thể giảm thành phần từ hóa tại các đầu cực động cơ. Với điều khiển dòng điện phù hợp, dòng điện stato có thể được căn chỉnh gần hơn với trục sinh mô-men xoắn. Đó là cơ chế điện học đằng sau cơ hội cải thiện hệ số công suất.
Có một ranh giới quan trọng: hệ số công suất tại các đầu cực động cơ không tự động bằng hệ số công suất tại điểm cấp điện vào nhà máy. Nếu quạt được điều khiển bằng bộ biến tần (VFD), bộ chỉnh lưu đầu vào của bộ biến tần, mạch liên kết một chiều (DC link), cuộn kháng đầu vào, bộ lọc hài thụ động hoặc chủ động, cũng như toàn bộ tải còn lại trong nhà máy, đều ảnh hưởng đến giá trị mà đồng hồ đo của công ty cung cấp điện ghi nhận.
Tại sao lợi ích này thường mang ý nghĩa đối với quạt công nghiệp
Quạt là những ứng cử viên mạnh vì nhu cầu lưu lượng không khí thường thay đổi. Thay vì điều tiết bằng các cửa chập trong khi động cơ chạy ở tốc độ không đổi, bộ biến tần (VFD) có thể giảm tốc độ quạt để phù hợp với nhu cầu thông gió, làm mát hoặc quy trình. Các định luật tương tự của quạt cho thấy lưu lượng thay đổi xấp xỉ theo tốc độ, áp suất thay đổi xấp xỉ theo bình phương tốc độ và công suất trục thay đổi xấp xỉ theo lập phương tốc độ. Do đó, việc giảm tốc độ ở mức vừa phải có thể giảm đáng kể nhu cầu công suất thực.
Dải vận hành tải thấp hơn đó là nơi việc lựa chọn động cơ trở nên quan trọng. Các máy điện nam châm vĩnh cửu có thể duy trì hiệu suất và khả năng điều khiển thuận lợi trên một dải tốc độ rộng khi động cơ và bộ biến tần được phối hợp đúng cách. Một PMSM cho quạt công nghiệp do đó có thể giảm cả mức tiêu thụ kW lẫn gánh nặng dòng điện phản kháng liên quan đến động cơ cảm ứng. Hai lợi ích này có liên hệ nhưng khác nhau: mức kW thấp hơn không chứng minh hệ số công suất tốt hơn, và hệ số công suất tốt hơn không tự thân chứng minh mức tiêu thụ kWh thấp hơn.
Hệ số công suất động cơ so với hệ số công suất đầu vào của bộ biến tần
Sự phân biệt này ngăn ngừa nhiều kỳ vọng cải tạo không đạt yêu cầu. Ở đầu ra, bộ biến tần (VFD) cung cấp dạng sóng được điều khiển tới động cơ nam châm vĩnh cửu (PMSM). Ở đầu vào, bộ chỉnh lưu sáu xung tiêu chuẩn có thể lấy dòng điện không hình sin. Hệ số công suất dịch chuyển có thể cao, trong khi hệ số công suất thực bị giảm do méo hài dòng điện.
Vì lý do đó, một nhà máy nên xem xét ít nhất bốn giá trị trước và sau khi cải tạo:
- Công suất thực (kW): phần công suất điện hữu ích mà hệ thống quạt tiêu thụ.
- Công suất phản kháng (kVAr): phần liên quan đến việc hỗ trợ từ trường và các hiệu ứng phản kháng khác.
- Công suất biểu kiến (kVA): tải đặt lên thiết bị cấp điện.
- Hệ số công suất thực và độ méo hài tổng dòng điện (THD): được đo tại đầu vào bộ biến tần (VFD) hoặc tại tủ phân phối tương ứng.
Nếu nhà máy có các tụ bù, bộ điều khiển của chúng cũng cần được xem xét. Một hệ thống sử dụng nhiều biến tần (VFD) có thể yêu cầu lắp đặt cuộn kháng giảm cộng hưởng, bộ lọc hài hoặc bộ chỉnh lưu đầu vào chủ động (active front end), tùy thuộc vào kết quả đo lường và giới hạn chất lượng điện năng của cơ sở. Việc bổ sung tụ bù mà không kiểm tra hiện tượng cộng hưởng và hài là hành động không an toàn và không thể thay thế cho việc đánh giá đầu vào biến tần một cách bài bản.
Ở đâu việc nâng cấp quạt bằng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) có thể nâng cao công suất nhà máy
Cân nhắc áp dụng hệ thống thông gió theo nhóm với chế độ vận hành luân phiên giữa tải thấp, trung bình và cao. Với động cơ cảm ứng, điều khiển bằng cụm van điều tiết (damper) và điều kiện vận hành ở tải nhẹ kém hiệu quả, hệ thống có thể tiêu thụ dòng điện lớn hơn mức cần thiết cho nhu cầu khí. Thay đổi chiến lược điều khiển bằng cách sử dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) cho quạt công nghiệp kết hợp với biến tần (VFD) giúp hệ thống giảm tốc độ khi quy trình cho phép. Yêu cầu mô-men xoắn thấp hơn làm giảm công suất tiêu thụ tính bằng kW, trong khi đặc tính kích từ của động cơ còn giúp giảm thành phần phản kháng phía động cơ.
Kết quả có thể giúp giảm tải cho thiết bị ở đầu nguồn. Dòng điện thấp hơn làm giảm tổn thất I²R trên các đường dây cấp điện và có thể giúp tránh tình trạng quá tải biến áp hoặc máy phát điện do công suất biểu kiến (kVA) gây ra, chứ không chỉ do công suất tác dụng (kW). Tuy nhiên, lợi ích này phải được tính toán dựa trên các khoảng đo thực tế, chứ không được suy luận từ dữ liệu định mức của động cơ.
Năm kiểm tra thông số kỹ thuật trước khi chọn bộ quạt PMSM
- Lập bản đồ chu kỳ làm việc thực tế. Ghi lại tốc độ quạt, áp suất tĩnh, đại lượng thay thế cho lưu lượng khí, công suất kW và thời gian vận hành. Một quạt hoạt động gần một điểm cố định có thể không cần cùng giải pháp thiết kế như một quạt có sự biến đổi rộng trong ngày.
- Xác nhận khả năng tương thích với bộ biến tần (VFD). Bộ biến tần phải hỗ trợ điều khiển động cơ PMSM, với các tham số hiệu chỉnh dựa trên dữ liệu động cơ do nhà sản xuất cung cấp. Điều khiển không cảm biến và điều khiển dùng bộ mã hóa có những ảnh hưởng khác nhau đối với khởi động và vận hành ở tốc độ thấp.
- Chỉ định điểm đo lường. Nêu rõ tiêu chí chấp nhận là hệ số công suất ở phía động cơ, hệ số công suất thực đầu vào bộ biến tần (VFD), thanh cái cấp điện cho tủ điều khiển động cơ (MCC), hay thanh cái đầu vào của cơ sở. Các giá trị này không thể thay thế lẫn nhau.
- Đánh giá các thành phần hài và thiết bị bù hiện có. Đo tổng độ méo dạng dòng điện (THD) và kiểm tra việc đóng cắt tụ bù, cuộn kháng, cũng như tải của máy biến áp trước khi hoàn tất việc nâng cấp.
- Kiểm tra sự phù hợp của quạt cơ học. Yêu cầu về mô-men xoắn–tốc độ, quán tính, ổ bi, cách lắp đặt và hiệu suất lưu lượng khí phải phù hợp với dải vận hành mới. Một động cơ hiệu suất cao không thể khắc phục tình trạng chọn sai quạt hoặc đường ống dẫn khí bị hạn chế.
Kế hoạch xác minh thực tế
Yêu cầu nhà cung cấp hoặc nhà tích hợp xác định mức chuẩn và bài kiểm tra nghiệm thu. Ghi lại ba điểm vận hành tiêu biểu thay vì chỉ một ảnh chụp duy nhất ở tốc độ tối đa. Tại mỗi điểm, ghi nhận điện áp, dòng điện, kW, kVAr, kVA, hệ số công suất thực, độ méo hài dòng điện (THD), tốc độ quạt và điều kiện quy trình. So sánh các điều kiện lưu lượng khí hoặc áp suất tương đương, sau đó xem xét dữ liệu cùng kỹ sư chất lượng điện của nhà máy.
Đối với các dự án quốc tế, cần kiểm tra các lớp hiệu suất và phương pháp thử nghiệm theo yêu cầu thị trường áp dụng. IEC TS 60034-30-2 cung cấp bối cảnh liên quan về lớp hiệu suất động cơ xoay chiều điều khiển tốc độ biến đổi, nhưng không thay thế cho nghiên cứu điện học cụ thể tại hiện trường. Tương tự, việc đạt lớp hiệu suất cao không đảm bảo đầu vào bộ biến tần đáp ứng giới hạn hệ số công suất hoặc giới hạn sóng hài do đơn vị cung cấp điện quy định.
Khi PMSM không phải là lựa chọn duy nhất
Một động cơ PMSM dành cho quạt công nghiệp không tự động là giải pháp nâng cấp phù hợp cho mọi quạt. Nếu một quạt hoạt động liên tục tại điểm vận hành ổn định, một động cơ cảm ứng hiệu suất cao có kích thước phù hợp có thể là lựa chọn kinh tế đơn giản hơn. Nếu vấn đề chính của hệ thống phân phối là méo dạng hài do nhiều bộ biến tần hiện hữu, việc cải thiện hành vi đầu ra của một động cơ sẽ không riêng lẻ giải quyết được vấn đề ở cấp độ cơ sở.
Neu ban dang danh gia cac dong co nam cham vinh cuu thuong mai de ban va can mot giai phap truyen dong duoc thiet ke rieng bao dam hieu suat va do ben, ENNENG la doi tac tin cay cua ban. Lien he ENNENG ngay hom nay .Noi voi doi ngu ky su ky thuat cua chung toi de nhan mot de xuat truyen dong duoc thiet ke rieng.
- WhatsApp:+86 18562780228
- Thư điện tử: [email protected]
- Điện thoại: +86 532 66000559
