Đồ án tốt nghiệp

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP

Đồ án: Nhà máy thủy điện Vĩnh Sơn -
Bình Định
Trang 1
Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU
Chương 1 -
51
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG
1.1. MỞ ĐẦU
Năng lượng là một nhu cầu cấp thiết nhất cho cuộc sống con người, nhất là
trong cuộc sống hiện nay. Loài người chúng ta sống không thể thiếu năng lượng,
nhưng liệu chúng ta có mấy ai quan tâm về hiệu quả sử dụng năng lượng?.
Chúng ta chỉ quý các tiện ích mà năng lượng mang lại như ánh sáng, sưởi ấm,
làm mát, phục vụ công nghiệp… Vấn đề đặt ra là với ít năng lượng hơn, chúng
ta có thể có được những dịch vụ như vậy hay không. Điều này chúng ta hoàn
toàn thực hiện được, thậm chí còn tốt hơn, vậy làm thế nào để sử dụng năng
lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả nhất? Điều này không có nghĩa là chúng ta
không sử dụng năng lượng, mà là nhận diện cách sử dụng năng lượng lãng phí
và quyết định giảm lãng phí năng lượng tới mức thấp nhất, thậm chí loại bỏ
hoàn toàn sự lãng phí.
1.2. CHIẾN LƯỢC PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG QUỐC GIA CỦA VN
1.2.1 . Mục tiêu chiến lược
Bảo đảm cung cấp đủ năng lượng cho nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội.
Năng lượng sơ cấp năm 2010 có từ 47,5-49,5 triệu TOE, đến năm 2020 đạt

SẢN XUẤT, KINH DOANH Ở NƯỚC TA
Kết quả khảo sát của các cơ quan nghiên cứu và tư vấn vào năm 2000
cho thấy, tiềm năng tiết kiệm năng lượng ở nước ta còn rất lớn:
Công nghiệp xi măng (tiềm năng tiết kiệm đến) ………50%
Công nghiệp gốm …………………………………. 35%
Trang 3
Đồ án tốt nghiệp
Phát điện than …………………….…………… 25%
Ngành dệt /may mặc …………………………………. 30%
Công nghiệp thép …………………………………. 20%
Chế biến thực phẩm ………………………….……… 20%
Nông nghiệp ………………….……………… 50%
Sử dụng nước …………………….…………… 15%
Các tòa nhà thương mại …………………………… 25%
Bên cạnh đó theo thống kê sơ bộ của dự án nâng cao hiệu quả sử dụng
năng lượng trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Việt Nam (dự án Precsme),
tiềm năng tiết kiệm năng lượng ở các doanh nghiệp vừa và nhỏ ở Việt Nam như
sau:
Động cơ điện và thiết bị truyền động ………………………20%.
Chiếu sáng ……………………….30%.
Thông gió, điều hòa nhiệt độ ……………………….40%.
Bơm, quạt …………………… 20%.
Hệ thống khí nén .…………………… 20%.
Hệ số công suất hệ thống …………………… 10%.
Quản lí phụ tải .…………………… 10%.
1.4. CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG
1.4.1. Tiết kiệm năng lượng đối với động cơ điện
Mục tiêu:
- Nghiên cứu các vấn đề về quản lý hệ thống cấp điện.
- Xác định các nguyên nhân gây tổn thất điện năng và làm giảm chất

1.4.6. Tiết kiệm năng lượng đối với hệ thống điều hòa không khí
Mục tiêu
- Lựa chọn ĐHKK phù hợp và hiệu quả về mặt năng lượng.
- Giải thích nguyên lý hoạt động của ĐHKK.
- Xác định các giải pháp giúp giảm phụ tải lạnh.
- Lưu ý khi lắp đặt ĐHKK và bảo trì để tiết kiệm điện.
- Xác định một số biện pháp thay thế ĐHKK.
Trang 5
Đồ án tốt nghiệp
1.5. KẾT LUẬN
1.5.1. Lợi ích khi tiết kiệm năng lượng một cách hợp lý sẽ mang lại cho
chúng ta
Giảm chi phí sản xuất vận hành, tăng lợi nhuận, tăng tính cạnh tranh trên
thị trường, kinh doanh phát triển.
Cải thiện chất lượng sản phẩm, mức tiện nghi nhờ cải tiến quá trình công
nghệ.
Thu được lợi ích dài hạn và mức rủi ro thấp.
Có thể tạo được hình ảnh thân thiện trong môi trường công nghiệp.
1.5.2. Một số rào cản vấp phải khi thực hiện
Thiếu nhận thức, kiến thức về lợi ích của tiết kiệm năng lượng.
Chưa có nhiều các thiết bị sử dụng tiết kiệm năng lượng tại Việt Nam.
Chưa tin tưởng vào các khái niệm tiết kiệm năng lượng hiện có.
Thiếu vốn cho đầu tư ban đầu.
1.5.3. Biện pháp khắc phục
Phát triển năng lực tại chỗ để thiết kế, triển khai và giám sát các dự án tiết
kiệm năng lượng hiện có.
Sử dụng dịch vụ của nhà cung cấp thiết bị sau khi hoàn thành thiết kế ban
đầu.
Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu các phương pháp tiết kiệm năng lượng
cho động cơ không đồng bộ.

Đồ án tốt nghiệp
2.1.2. Phần quay
Gồm lõi thép , trục, và dây quấn.
2.1.2.1 . Lõi thép roto
Cũng gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại giống ở stato. Lõi thép được
ép trực tiếp lên trục, bên ngoài có sẻ rãnh để đặt dây quấn.
2.1.2.2 . Trục máy
Được làm bằng thép, có gắn lõi thép rôto. Trục được đỡ trên nắp máy
nhờ ổ lăn hay ổ trượt.
2.1.2.3 . Dây quấn
Tuỳ theo động cơ không đồng bộ mà ta chia ra rôto dây quấn hay rôto
lồng sóc.
•Rôto kiểu dây quấn
Rôto dây quấn có kiểu giống như dây quấn stato và có số cực bằng số cực
ở stato. Trong động cơ trung bình và lớn dây quấn được quấn theo kiểu sóng hai
lớp để bớt được các đầu nối, kết cấu dây quấn chặt chẽ. Trong động cơ nhỏ
thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của động cơ thường
đấu hình sao, ba đầu ra của nó nối với ba vòng trượt bằng đồng thau gắn trên trục
của rôto. Ba vòng trượt này cách điện với nhau và với trục, tỳ trên ba vòng trượt
là ba chổi than. Thông qua chổi than có thể đưa điện trở phụ vào mạch rôto, có tác
dụng cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ, hệ số công suất được thay
đổi .
• Rôto lồng sóc
Kết cấu rất khác với dây quấn stato các dây quấn là các thanh đồng hay
thanh nhôm đặt trên các rãnh lõi thép rôto. Hai đầu các thanh dẫn nối với các
vòng đồng hay nhôm gọi là vòng ngắn mạch. Như vậy dây quấn rôto hình thành
một cái lồng quen gọi là lồng sóc.
Ngoài ra dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi thép rãnh rôto có
thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc thành hai rãnh gọi là lồng sóc kép dùng cho
Trang 8

Hay ta có
(2-3)
Với
(2-4)
Xem xét trong giới hạn 0<s<1 và momen của phụ tải không đổi thì ta có
mối quan hệ:
Hình 2.1. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
Đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều KĐB là một đường cong phức
tạp có hai đoạn AK và BK, phân bởi điểm tới hạn K. Đoạn 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:
Trang 10
Đồ án tốt nghiệp
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).
Trang 11
Đồ án tốt nghiệp
, , : điện kháng mạch từ hóa, điện kháng stato và điện
kháng roto đã quy đổi về stato (Ω).

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.
Trang 13
Đồ án tốt nghiệp
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.
Trang 14
Đồ án tốt nghiệp
• ảnh hưởng P.

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.
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
Trang 16
M
Đồ án tốt nghiệp
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

Quan hệ độ trượt tới hạn theo tần số
(2-24)
Momen tới hạn theo tần số
(2-25)
Và
(2-26)
Trang 18
Đồ án tốt nghiệp
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.
Trang 19
Đồ án tốt nghiệp
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
2.4.1 . Hiệu suất của động cơ điện

Đồ án tốt nghiệp
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

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 :
 η: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.
Trang 23
Đồ án tốt nghiệp
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.
3.1. Thay thế động cơ tiêu chuẩn bằng động cơ có hiệu suất cao HEMs
(High Efficiency Motor)
3.1.1 . 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






−=∆
HEMss
dmtietkiem
taiPP
ηη
100100
.%
(3-1)
Ở đây
 : Hiệu suất của động cơ chuẩn
Trang 25