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 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. Trang 2 Đồ án tốt nghiệp 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. 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% 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 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 . Trang 4 Đồ án tốt nghiệp 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. - 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. 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. Trang 6 Đồ án tốt nghiệp 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 7 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 Đồ án tốt nghiệp 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 9 Đồ án tốt nghiệp (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 10 [...]... 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 : ( 2-1 0) Dòng điện roto được quy về stato tính như sau : ( 2-1 0) Trang 12 Đồ án tốt nghiệp Khi động cơ hoạt động công suất điện từ thành... 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) 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... 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 Động cơ chuyển đổi điện năng thành cơ năng để phục vụ tải nhất định Trong quy trình... từ stato chuyển sang roto đưa ra trục của động cơ và công suất nhiệt đốt nóng cuộn dây: ( 2-1 2) Nếu bỏ qua tổn thất phụ thì có thể coi momen điện từ bằng momen cơ của động cơ : ( 2-1 3) Từ đó: ( 2-1 4) Suy ra: ( 2-1 5) Công suất nhiệt trong cuộn dây ba pha là : ( 2-1 6) Thay vào phương trình momen ta có : ( 2-1 7) Với là điện kháng ngắn mạch Phương trình trên biểu thị mối quan hệ gọi là phương trình đặc tính cơ... VSD 3 3 2)Đặc tính điện áp: Trang 29 Đồ án tốt nghiệp U U 100% 100% Điệp áp tăng dần dần và ổn định khi momen của động cơ thắng momen tải Điện áp khi khởi động tăng vọt nhanh và ổn định khi momen của động cơ thắng momen tải 3) Đặc tính dòng điện (I=f(n)): 6 6 5 5 4 4 3 3 2 1 2 1 0 0.25 0.5 0.755 1 Dòng điện khởi động 0.25 0.5 0.755 1 và giảm dần khi động cơ đạt tốc độ định mức Dòng điện khởi động và...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... khoảng 6 0-6 5% 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... 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 • 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: ( 2-2 3) Và độ trượt tới hạn cũng... 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) Trang 31 Đồ án tốt nghiệp - Nhiều... 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 . 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. quạt Mục tiêu: - Xác định các loại bơm, quạt. - Xác định các thông số cơ bản của bơm, quạt. - Xác định đặc tính cơ bản của bơm, quạt. - Xác định các vấn