CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG bộ

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
khoảng từ 100-110 triệu TOE; đến năm 2050 đạt khoảng từ 310-320 triệu TOE.
1.2.2 . Mục tiêu cụ thể
Phát triển các nhà máy lọc dầu, đưa tổng công suất các nhà máy lọc dầu
lên khoảng 25-30 triệu tấn dầu thô vào năm 2020.
Bảo đảm mức dự trữ chiến lược xăng dầu quốc gia đạt 45 ngày tiêu thụ bình
quân vào năm 2010, đạt 60 ngày vào năm 2020 và đạt 90 ngày vào năm 2025.
Hoàn thành chương trình năng lượng nông thôn, miền núi.
Chuyển mạnh các ngành điện, than, dầu khí sang hoạt động theo cơ chế
thị trường cạnh tranh có sự điều tiết của Nhà nước.
Hình thành thị trường bán lẻ điện cạnh tranh giai đoạn sau 2022, thị
trường kinh doanh than, dầu khí từ nay đến năm 2015.
Trang 1
Tích cực chuẩn bị để đưa tổ máy điện hạt nhân đầu tiên vận hành vào năm

2020, đến năm 2050 năng lượng điện hạt nhân chiếm khoảng 15-20% tổng tiêu
thụ năng lượng thương mại toàn quốc.
Phấn đấu tăng tỉ lệ năng lượng tái tạo lên khoảng 3% tổng năng lượng
thương mại sơ cấp vào năm 2010, khoảng 5% vào năm 2020 và khoảng 11%
vào năm 2050.
Phấn đấu thực hiện liên kết lưới điện khu vực bằng cấp điện áp đến
500kV từ năm 2010-2015.
Thực chất của các chiến lược này là đáp ứng một cách đầy đủ các yêu cầu
của hộ tiêu thụ trên cơ sở hợp lý nhất. Các nội dung chủ yếu của chiến lược này
là sử dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao và giảm thiểu sự tiêu phí năng lượng
một cách vô ích. Chiến lược này làm giảm điện năng tiêu thụ, nhờ đó có thể
giảm vốn đầu tư phát triển nguồn và lưới điện đồng thời khách hàng sẽ phải trả
ít tiền điện hơn. Ngành điện có điều kiện nâng cấp thiết bị, chủ động trong việc
đáp ứng nhu cầu của phụ tải điện, giảm thiểu tổn thất và nâng cao chất lượng
điện năng.
1.3. TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC NGÀNH
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%
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%
Trang 2
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
lượng điện năng.
- Đề xuất và thực hiện các giải pháp sử dụng năng lượng điện hiệu quả và
tiết kiệm điện trong ĐCĐ.
- Tính toán hiệu quả làm việc của các động cơ điện đảm bảo TKNL.
- Tính toán các hệ thống và vị trí bù .
1.4.2. Tiết kiệm năng lượng đối với hệ thống chiếu sáng
Mục tiêu:
- Nghiên cứu các hệ thống chiếu sáng hiệu quả.
- Xác định các nguyên nhân của một hệ thống chiếu sáng không hiệu quả.
- Đề xuất, thực hiện các giải pháp nâng cao hiệu quả chiếu sáng và tiết
kiệm.
1.4.3. Tiết kiệm năng lượng đối với hệ thống bơm quạt
Mục tiêu:
- Xác định các loại bơm, quạt.
- Xác định các thông số cơ bản của bơm, quạt.

Trang 3
- Xác định đặc tính cơ bản của bơm, quạt.
- Xác định các vấn đề và giải pháp TKNL cho hệ thống bơm, quạt.
1.4.4. Tiết kiệm năng lượng đối với hệ thống khí nén
Mục tiêu:
- Xác định máy nén khí thông dụng, ưu nhược điểm.
- Xác định các thông số cơ bản của máy nén khí.
- Xác định các vấn đề và giải pháp TKNL đối với hệ thống khí nén.
1.4.5. Tiết kiệm năng lượng đối với hệ thống hơi
Mục tiêu:
- Xác định được các dạng tổn thất nhiệt và giải pháp TKNL trong lò hơi.
- Xác định các vấn đề và giải pháp trong hệ thống phân phối hơi.
- Xác định các vấn đề và giải pháp TKNL trong sử dụng hơi.
- Nhận diện các cơ hội tận dụng nhiệt thải.
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.
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.
Trang 4
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.
Trang 5
Chương 2
NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
2.1. Giới thiệu về động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) có cấu tạo đơn giản, vận hành chắc
chắn nên được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Từ các loại thiết bị điện gia dụng
như quạt điện, máy điều hòa nhiệt độ… đến các động cơ truyền động máy công
cụ, máy nâng chuyển, dây chuyền sản xuất đâu đâu cũng có mặt ĐCKĐB.
Chúng có công suất từ vài W đến vài nghìn kW. Trên 50% điện năng sản xuất
của thế giới do ĐCKĐB tiêu thụ. Động cơ không đồng bộ gồm hai phần chính:
Phần tĩnh và phần quay.
2.1.1. Phần tĩnh
Gồm lõi thép , dây quấn và vỏ máy.
2.1.1.1. Lõi thép stato
Do nhiều lá thép kỹ thuật điện đã dập sẵn, ghép cách điện với nhau chiều
dày các lá thép thường từ 0.35mm đến 0.5mm, phía trong có các rãnh đặt dây
quấn. Mỗi lá thép kỹ thuật được sơn cách điện với nhau để giảm tổn hao do

dòng điện xoáy gây lên. Nếu lá thép ngắn thì có thể ghép lại thành một khối.
Nếu lá thép quá dài thì ghép lại thành các thếp, mỗi thếp dài từ 6 cm đến 8 cm,
cách nhau 1 cm để thông gió.
2.1.1.2. Dây quấn
Được đặt trong lõi các rãnh của lõi thép, xung quanh dây quấn có bọc lớp
cách điện để cách điện với lõi thép. Với động cơ không đồng bộ ba pha các pha
dây quấn đặt cách nhau điện.
2.1.1.3. Vỏ máy
Để bảo vệ và giữ chặt lõi thép stato và không dùng để dẫn từ. Vỏ máy làm
bằng nhôm (máy nhỏ) hoặc bằng gang , thép đối với (máy lớn). Vỏ máy có chân
đế cố định máy trên bệ, hai đầu có nắp máy để đỡ trục rôto và bảo vệ dây quấn.
Trang 6
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 7
máy có công suất lớn để cải thiện tính năng mở máy. Với động cơ công suất nhỏ
rãnh rôto thường đi chéo một góc so với tâm trục.
2.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ
Như đã biết trong vật lý, khi cho dòng điện ba pha vào ba cuộn dây đặt
lệch nhau trong không gian thì từ trường tổng mà ba cuộn dây tạo ra là một
từ trường quay. Nếu trong từ trường quay này có đặt các thanh dẫn điện thì từ
trường quay sẽ quét qua các thanh dẫn điện và làm xuất hiện một sức điện động
cảm ứng trong các thanh dẫn. Nối các thanh dẫn với nhau và làm một trục quay
thì trong các thanh dẫn sẽ có dòng điện (ngắn mạch) có chiều xác định theo quy
tắc ban tay phải. Từ trường quay lại tác dụng vào chính dòng điện cảm ứng này
một lực từ có chiều xác định theo quy tắc ban tay trái và tạo ra momen làm quay
roto theo chiều quay của từ trường quay.
Tốc độ quay của roto luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường quay. Nếu
roto quay với tốc độ bằng tốc độ của từ trường quay thì từ trường sẽ quét qua
các dây quấn phần cảm nữa nên suất điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng
sẽ không còn, momen quay cũng không còn. Do momen cản roto sẽ quay chậm
lại sau từ trường và các dây dẫn roto lại bị từ trường quét qua, dòng điện cảm
ứng lại xuất hiện và do đó lại có momen quay làm roto tiếp tục quay theo từ
trường nhưng với tốc độ luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường. Động cơ làm việc theo

nguyên lý này gọi là động cơ không đồng bộ (KĐB) hay động cơ xoay chiều.
2.3. Phương trình đặc tính cơ của động cơ
Nếu gọi tốc độ từ trường quay là (rad/s) hay (vòng/phút) thì tốc độ
quay của roto là ω (hay n) luôn nhỏ hơn (ω < ; n < ). Sai lệch tương tối
giữa hai tốc độ gọi là độ trượt :
(2-1)
Từ đó ta có
Trang 8
(2-2)
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 9
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 10
, , : 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)
Trang 11
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 :
Trang 12
(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
Trang 13
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.

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
Trang 14
1
A
B
M
k
0

0

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.
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
Trang 15
M
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.
Trang 16






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 :
Trang 17
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
Trang 18
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
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.

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 tổ
n 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:
Trang 19
Power input
Power input

motor

Power output
Power output


load
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.

Trang 20

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
Trang 21
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 :
 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.
Chương III
CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG ĐỐI
Trang 22
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
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.
Trang 23
Hình 3.1. So sánh động cơ công suất cao và động cơ chuẩn
3.1.2 . 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.
3.1.3 . 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 :









−=∆

HEMss
dmtietkiem
taiPP
ηη
100100
.%
(3-1)
Ở đây
 : Hiệu suất của động cơ chuẩn

HEMs
η
: Hiệu suất của động cơ HEMs
 : Công suất định mức của động cơ
Trang 24
 : 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)
3.2. Bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất
3.2.1 . 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 >
Trang 25