Để trả lời câu hỏi đó thì ta cùng tìm hiểu sơ lược về những thông số được ghi trên nhãn của động cơ 3 pha qua bài viết nhé!
Trên nhãn của một động cơ 3 pha thông thường sẽ có những thông số quan trọng như sau:
– Công suất định mức [Hp, kW, W]: là công suất định mức đầu ra trên trục động cơ [động cơ], công suất điện đưa ra [máy phát]. Hay nói cách khác là công suất cơ trên trục động cơ.
– Điện áp dây định mức Uđm[V]: đối với động cơ ba pha là U dây, đối với động cơ một pha thì U là điện áp đặt trên đầu cực của động cơ [Pha-trung tính, pha-pha].
– Dòng điện dây định mức Iđm[A].
Ví dụ: Trên nhãn động cơ ghi Δ/Y – 220/380V – 7,5/4,3A có nghĩa là khi điện áp dây lưới điện bằng 220V thì ta nối dây quấn stator theo hình tam giác và dòng điện dây định mức tương ứng là 7,5A. Khi điện áp dây lưới điện là 380V thì dây quấn stator nối theo hình sao, dòng điện định mức là 4,3A.
– Tốc độ quay định mức nđm [vòng/phút].
– Tần số định mức [Hz].
– Cấp cách điện.
– Hệ số công suất định mức [cosφ].
– Hiệu suất định mức [η].
– Loại động cơ: Theo các tiêu chuẩn National Electrical Code và National Electrical Manufactures Association [NEMA], các motor được phân loại bởi kí tự đặc trưng cho tỉ số của dòng khởi động và dòng định mức. Có 6 loại: A, B, C, D, E, F. Bằng các kí tự này, có thể xác định chính xác được dòng định mức của CB [Circuit Breaker], cầu chì [Fuse] và các thiết bị bảo vệ khác.
- Loại A: Dòng khởi động bình thường, 5 đến 7 lần dòng định mức. Trên 7,5HP phải giảm điện áp khởi động, momen khởi động bình thường và khoảng 150% định mức. Đây là loại motor bình thường [Normal type], thông dụng [General Purpose] như: máy công cụ, bơm ly tâm, bộ động cơ – máy phát, quạt, máy thổi, các thiết bị cần momen khởi động thấp.
- Loại B: điện kháng cao và dòng khởi động thấp do các rãnh của rotor kín, sâu và hẹp. Thông dụng như loại A. Nhiều nhà sản xuất chỉ chế tạo động cơ General Purpose trên 5 Hp.
- Loại C: Dòng khởi động thấp 4,5 đến 5 lần định mức, momen khởi động cao khoảng 225% định mức, rotor lồng sóc kép. Ứng dụng: máy nén khí, máy bơm kiểu piston, máy trộn, máy nghiền, băng tải [conveyor] khởi động dưới tải, máy làm lạnh lớn, các thiết bị cần momen khởi động lớn.
- Loại D: Dòng khởi động thấp, momen khởi động cao khoảng 275% định mức, dây quấn rotor có điện trở lớn. Loại motor này chỉ thích hợp với hoạt động không liên tục [intermittent] và tốc độ không phải ổn định vì độ trượt quá cao và hiệu suất quá thấp. Ứng dụng: máy đóng, máy cắt tỉa, xe ủi đất, máy nâng nhỏ, máy kéo kim loại, máy khuấy,…
- Động cơ rotor dây quấn: điện trở ở mạch rotor cho dòng điện khởi động thấp và momen khởi động cao. Ứng dụng: thang máy, máy nâng, cần trục [Crane], cán thép, máy ủi, tải quặng hoặc than,…
2. Công suất trong động cơ 3 pha
2.1. Công suất của động cơ nhận từ nguồn
Pđiện \= P1 \= 3U1I1cosφ
Trong đó:
- U1: Điện áp pha [V]
- I1: Dòng điện pha [A]
- cosφ: Hệ số công suất của động cơ.
2.2. Các công suất hao phí
Trong quá trình vận hành động cơ 3 pha sẽ xảy ra một số năng lượng bị hao phí, bao gồm:
- Tổn hao đồng trên dây quấn stator [Pđ1].
- Tổn hao sắt từ trong lõi thép stator [Pt]. Công suất điện từ: Là công suất nhận từ nguồn đưa vào rotor sau khi mất đi 1 phần do tổn hao đồng và sắt từ trên stator [ trong các thiết bị HVAC như máy lạnh, bơm nhiệt, tủ lạnh… là giá trị dùng để đánh giá mức hiệu quả năng lượng làm lạnh hoặc sưởi của các thiết bị HVAC.
Chúng ta cùng xem qua 2 ví dụ về tính COPR và COPH qua hình ảnh bên dưới.
Cách tính chỉ số hiệu quả năng lượng ở chế độ sưởi
Như vậy COP như 1 tiêu chí để so sánh đánh giá mức độ hiệu quả về việc tiêu thụ điện năng của 1 thiết bị điều hòa hãng này so với các hãng khác ở cùng dải công suất.
Vậy xác định mức tiêu thụ điện năng của các hãng máy lạnh với nhau như thế nào?
Ví dụ: Để so sánh máy lạnh inverter có dải công suất 2HP hãng A và hãng B về mức độ hiệu quả tiêu thụ điện năng ta thực hiện như sau:
Từ catalogue hãng A và B ta liệt kê các thông số công suất lạnh và điện năng tiêu thụ là:
- Hãng A: Công suất lạnh 5.0 kW; Công suất điện tiêu thụ 1.14 kW
- Hãng B: Công suất lạnh 5.0 kW; Công suất điện tiêu thụ 1.19 kW
Cách tính:
- COP hãng A = 5.0 / 1.14 = 4.38
- COP hãng B = 5.0 / 1.19 = 4.20
Từ kết quả trên ta thấy hãng A với việc tạo ra năng suất lạnh 5.0 kW chỉ tiêu tốn 1.14 kW điện trong khi hãng B để tạo năng suất lạnh 5.0 kW phải tiêu tốn 1.19 kW điện. Như vậy với sự so sánh trên chỉ số COP máy lạnh hãng nào cao hơn sẽ có mức hiệu quả tiêu thụ năng lượng tốt hơn hay còn gọi là tiết kiệm điện tiêu thụ hơn.
Tuy nhiên đây chỉ là sự so sánh ở góc độ sử dụng năng lượng điện tiêu thụ của thiết bị. Trong thực tế để so sánh 2 thiết bị với nhau để đưa ra quyết định chọn lựa còn phải căn cứ nhiều yếu tố khác như chi phí đầu tư ban đầu, tuổi thọ thiết bị, kích thước, độ ồn, tiêu chí kỹ thuật, các tính năng sử dụng, tính thẩm mỹ, dịch vụ hỗ trợ chăm sóc…
Tiêu chuẩn nào đánh giá mức COP tối thiểu áp dụng cho việc thiết kế?
Các chỉ số COP sẽ được quy định cụ thể theo từng loại hệ thống lạnh khác nhau.
Các bạn có thể tìm đọc các giá trị COP cụ thể từ trong QCVN 09:2017/BXD - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả hoặc có thể tham khảo tiêu chuẩn ASHRAE 90.1 của Mỹ. Đây cũng là cơ sở cho việc đánh giá chọn lựa thiết bị điều hòa không khí của các hãng trong quá trình thiết kế hệ thống.
2. Hệ số EER là gì?
Hệ số EER [Energy Efficiency Ratio] tương tự như hệ số COP cũng là giá trị dùng để đánh giá mức hiệu quả năng lượng làm lạnh của các thiết bị HVAC. Tuy nhiên năng suất lạnh hữu ích tính toán trong công thức sẽ là BTU/h.
- EER = COP x 3.413
- Ngược lại: COP = EER x 0.293
3. Hệ số IPLV là gì?
Hệ số IPLV [Integrated Part-Load Value] là hệ số chạy non tải tích hợp được mô tả chi tiết từ tiêu chuẩn AHRI Standard 550/590 của Mỹ. Chúng được dùng để đánh giá về mức hiệu quả năng lượng làm lạnh/ sưởi của thiết bị theo các % tải hoạt động khác nhau.
Nói một cách dễ hiểu hơn khi dùng COP để đánh giá hiệu quả năng lượng của thiết bị thì nó chỉ phản ánh được thiết bị hoạt động ở 100% tải. Trong khi chu kỳ hoạt động của thiết bị trong hệ thống lạnh/ sưởi sẽ tùy thuộc vào nhiều mức độ % hoạt động tải khác nhau của thiết bị theo từng điều kiện nhiệt độ môi trường khác nhau trong năm theo từng công trình cụ thể.
Do đó để đánh giá thiết bị trong hệ thống người ta sử dụng hệ số IPLV thay vì COP.
Hệ số IPLV tiêu chuẩn được tính toán như sau:
IPLV = 0.01A + 0.42B + 0.45C + 0.12D [kW/kW]
Trong đó A, B, C, D là COP tương ứng ở 100%, 75%, 50%, 25% tải.
Từ công thức trên cho thấy trong tổng thời gian 1 năm hoạt động của thiết bị thì hệ thống chỉ chạy đầy tải [100% tải] chiếm 1% số giờ hoạt động, tương ứng chiếm 42%, 45% và 12% là các mức độ tải 75%, 50%, 12%.
4. Hệ số NPLV là gì?
Hệ số NPLV [Non-Standard Part-Load Value] là hệ số tương tự như IPLV nhưng NPLV biểu diễn cho việc tính toán ở các điều kiện khí hậu khác so với IPLV.
Vậy chính xác thì IPLV và NPLV khác nhau như thế nào?
- Đầu tiên chúng ta cần biết công thức IPLV được xây dựng phân tích dựa trên số liệu khí hậu của 29 thành phố trên toàn lãnh thổ Hoa Kỳ có chiller vận hành trong vòng 25 năm. Điều kiện phân tích áp dụng này được gọi là điều kiện tiêu chuẩn theo công thức IPLV.
- Trong công thức IPLV thì nhiệt độ nước lạnh đi ra 6.7 oC, nhiệt độ nước giải nhiệt đi vào là 29.4 oC [100 % tải - A], 23.9 oC [75 % tải - B], 18.3 oC [50 % tải - C] và 18.3 oC [25 % tải - D]
- Đối với các khu vực khác nhau trên thế giới thì các điều kiện nhiệt độ sẽ khác nhau dựa theo khí hậu từng khu vực cụ thể từ đó có được % tỷ trọng thời gian hoạt động trong năm tương ứng.
- Dựa vào những sự khác nhau đó người ta thay đổi các hệ số % tỷ trọng thời gian từ công thức IPLV thành NPLV cho phù hợp.
- Dựa theo bài báo phân tích tổng hợp dữ liệu cho nhiều thành phố thuộc nhiều quốc gia được đăng trên tạp chí kỹ thuật ASHRAE với các thông số tỷ trọng thời gian cho hệ số IPLV đối với hệ thống với 2 chiller như sau:
Summary of all global analysis [two-chiller plant]. To see all charts in the study, visit www.trane.com/ChillerRatings
Dựa theo bảng thông số ta sẽ có công thức NPLV cho TP. Hồ Chí Minh và TP. Hà Nội như sau:
- TP. Hồ Chí Minh: NPLV = 0.97A + 0.03B [kW/kW]
- TP. Hà Nội: NPLV = 0.69A + 0.15B + 0.02C + 0.13D [kW/kW]
5. Kết luận
Chỉ sổ COP, EER, IPLV/NPLV được xem như là các tiêu chí kỹ thuật để đánh giá so sánh hiệu quả năng lượng của các thiết bị với nhau.
Đối với IPLV/NPLV không dùng so sánh cho các thiết bị khác nhau về phương pháp khởi động, chúng chỉ phù hợp khi so sánh đánh giá giữa các thiết bị có cùng phương pháp khởi động ví dụ như VSD và VSD.
Không nên dùng IPLV/NPLV để phân tích tính toán chi tiết năng lượng tiêu thụ của hệ thống HVAC mà phải phân tích toàn diện dựa trên các tác động thực tế của dự án như thời tiết, đặc tính tải sử dụng của tòa nhà, khả năng tối ưu hóa năng lượng vận hành từ các thiết bị trong hệ thống như bơm, quạt, tháp giải nhiệt, bộ trao đổi nhiệt…
Qua bài viết này mình hy vọng đã giúp được các bạn kỹ sư cơ điện có cái nhìn tổng quát và rõ nét nhất đối với các hệ số đánh giá năng lượng thiết bị và rất mong nhận được sự hưởng ứng tích cực từ các bạn.