EN
Liên kết nhanh
Các động cơ không đồng bộ ba pha tạo thành nền tảng cho phần lớn các hệ thống tự động hóa công nghiệp, chuyển đổi điện năng thành chuyển động cơ học thông qua nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi so sánh với các loại động cơ một pha, những động cơ này mang lại đặc tính hoạt động vượt trội hơn nhờ cấu tạo ba pha cân bằng, dẫn đến vận hành mượt mà hơn và hiệu suất cao hơn. Đó là lý do vì sao chúng được sử dụng phổ biến trong các thiết bị như bơm, máy nén và băng tải tại các cơ sở sản xuất. Theo số liệu mới đây từ Cơ quan Năng lượng Quốc tế (báo cáo năm 2022), khoảng 65 phần trăm toàn bộ năng lượng tiêu thụ trong ngành công nghiệp đến từ việc vận hành các loại động cơ này. Việc vận hành chúng một cách hiệu quả không chỉ là biện pháp kinh doanh tốt để cắt giảm chi phí điện, mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc giúp Úc đạt được các mục tiêu tham vọng về phát thải carbon mà mọi người đang bàn tán dạo gần đây.
Các Tiêu chuẩn Hiệu suất Năng lượng Tối thiểu (MEPS) tại Úc đặt ra các yêu cầu hiệu suất tối thiểu đối với tất cả các động cơ điện có mặt trên thị trường trong nước. Các quy định này nằm dưới Đạo luật Tiêu chuẩn Tối thiểu về Nhà kính và Năng lượng từ năm 2012, về cơ bản chấm dứt việc sử dụng các thiết kế động cơ cũ hơn, kém hiệu quả hơn như một phần trong nỗ lực rộng lớn hơn nhằm giảm phát thải carbon trên toàn quốc. Kể từ năm 2019, không ai được phép bán hợp pháp các động cơ loại IE1 có công suất trên 0,75 kW nữa. Điều này đã thúc đẩy cả nhà sản xuất lẫn người mua chuyển sang các lựa chọn tốt hơn như các mẫu IE3 mang lại hiệu suất cao cấp, đồng thời tạo điều kiện cho việc áp dụng các phiên bản tiên tiến hơn nữa là IE4 khi ngân sách cho phép. Những thay đổi này đã tạo ra sự xáo trộn đáng kể trong các ngành công nghiệp phụ thuộc nhiều vào hệ thống động cơ.
Các quy định MEPS áp dụng cho động cơ không đồng bộ ba pha có công suất định mức trên 0,75 kW. Ngưỡng cắt này được lựa chọn vì nó tập trung vào những động cơ được sử dụng phổ biến trong các môi trường công nghiệp, nhưng loại trừ phần lớn các thiết bị gia dụng và thiết bị nhỏ hơn. Khoảng hơn 80% lượng năng lượng tiêu thụ bởi các động cơ thương mại thuộc nhóm này. Để đáp ứng các tiêu chuẩn này, các nhà sản xuất cần cung cấp tài liệu thử nghiệm chứng minh sản phẩm đạt yêu cầu hiệu suất theo quy định của tiêu chuẩn AS/NZS 60034.2-1:2019. Các bài kiểm tra này giúp đảm bảo mọi thứ phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế được chấp nhận rộng rãi như IEC 60034-30. Việc hoàn tất các giấy tờ này gần như là bắt buộc đối với bất kỳ ai bán động cơ trong dải công suất này.
Động cơ không đồng bộ ba pha được chia thành bốn nhóm hiệu suất khác nhau theo tiêu chuẩn IEC 60034-30. Ngày nay, lớp IE1 về cơ bản có nghĩa là hiệu suất tiêu chuẩn, nhưng phần lớn các nhà sản xuất đã vượt qua mức này. Lên đến mức IE2 mang lại loại gọi là Hiệu suất Cao, giảm tổn thất năng lượng khoảng 15 đến 20 phần trăm so với IE1 nhờ vào vật liệu lõi tốt hơn và các phương pháp quấn dây cải tiến. Kể từ đầu năm 2019, quy định của Úc yêu cầu ít nhất phải đạt mức IE3 (Hiệu suất Cao cấp) đối với hầu hết các ứng dụng động cơ, giúp giảm tổn thất tới 40% so với các mẫu cũ. Sau đó là IE4 (Hiệu suất Siêu Cao cấp), mang lại cải thiện thêm 15-20% thông qua các đặc điểm thiết kế tiên tiến và vật liệu đặc biệt như thép vô định hình. Tuy nhiên, các động cơ hàng đầu này vẫn chưa được áp dụng rộng rãi do giá thành cao và tùy chọn cung ứng còn hạn chế trên nhiều thị trường.
Để đáp ứng tiêu chuẩn IE3, các nhà sản xuất thường thực hiện một số cải tiến kỹ thuật. Họ tối ưu hóa hình dạng các rãnh stato và rôto nhằm giảm tổn thất từ tính, sử dụng dây quấn bằng đồng có độ dẫn điện cao hơn để cải thiện hiệu suất điện, và gia công các bộ phận với độ chính xác cao hơn nhằm giảm ma sát. Các thử nghiệm được thực hiện tại các phòng thí nghiệm được công nhận bởi NATA cho thấy kết quả khá ấn tượng khi chuyển từ động cơ cũ loại IE1 sang các phiên bản IE3 mới hơn, tiết kiệm khoảng 6,8 terawatt giờ mỗi năm trên toàn quốc theo số liệu từ Hội đồng Năng lượng Sạch năm 2023. Việc đạt chứng nhận đòi hỏi phải tuân thủ tiêu chuẩn AS/NZS 60034.2-1:2019, tiêu chuẩn này đặt ra các yêu cầu cụ thể về mức hiệu suất mà các động cơ này cần đạt được ở chế độ tải đầy và mức tăng nhiệt độ tối đa cho phép trong quá trình sử dụng bình thường.
Năm 2019, các quy định MEPS đã chấm dứt việc bán các động cơ mới loại IE1 trên 0,75 kW trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đồng nghĩa với việc loại bỏ khoảng một phần tư số lượng mẫu cũ vẫn còn lưu hành (theo kết quả năm 2021 của Bộ Biến đổi Khí hậu và Năng lượng). Khi doanh nghiệp chuyển sang sử dụng động cơ đạt tiêu chuẩn IE3, họ thường thu hồi vốn trong khoảng thời gian từ 1,8 đến 3,2 năm. Đối với các nhà máy vận hành máy móc nặng, thời gian hoàn vốn thậm chí còn nhanh hơn, đôi khi dưới hai năm, vì những động cơ mới này tiêu thụ điện năng tổng thể ít hơn đáng kể.
Mặc dù động cơ IE4 có thể đạt được hiệu suất 98,6% trong điều kiện kiểm soát so với mức 97,2% của IE3, nhưng việc áp dụng rộng rãi hơn đang đối mặt với ba rào cản chính:
Các động cơ không đồng bộ ba pha đã thay đổi khá nhiều trong thời gian gần đây do các nhà sản xuất cần đáp ứng các tiêu chuẩn MEPS nghiêm ngặt hơn hiện nay. Nhiều thiết kế động cơ mới hiện nay sử dụng các lá thép chất lượng tốt hơn cùng với rotor bằng đồng được chế tạo chính xác hơn, giúp giảm thiểu các dòng điện xoáy và tổn thất điện trở gây phiền toái. Một nghiên cứu gần đây của Cơ quan Năng lượng Quốc tế cho thấy các động cơ đạt tiêu chuẩn IE3 thực tế hao phí ít hơn khoảng 15 đến 20 phần trăm năng lượng khi ở trạng thái không tải so với các mẫu cũ IE1. Đối với các nhà máy vận hành nhiều động cơ suốt cả ngày, điều này có nghĩa là tiết kiệm khoảng 4,8 triệu watt giờ mỗi năm cho mỗi động cơ, theo báo cáo trên. Mức hiệu quả như vậy tạo ra sự khác biệt rõ rệt theo thời gian đối với các nhà vận hành nhà máy đang theo dõi chi phí hoạt động.
Các tiến bộ trong mô phỏng tính toán cho phép tối ưu hóa chính xác các trường điện từ trong dây quấn stato, giúp đạt được hiệu suất 92–95% ngay cả ở tải một phần — một bước tiến quan trọng khi 63% động cơ công nghiệp hoạt động dưới 75% công suất. Quản lý nhiệt nâng cao, bao gồm các ống làm mát phân đoạn và vòng bi gốm lai, kéo dài tuổi thọ dịch vụ mà không ảnh hưởng đến việc tuân thủ MEPS.
Khi các bộ điều khiển tốc độ biến thiên được ghép nối với động cơ không đồng bộ ba pha, chúng cho phép thay đổi linh hoạt mô-men xoắn và tốc độ tùy theo nhu cầu thực tế của hệ thống. Cấu hình này thường tiết kiệm khoảng 22 đến 35 phần trăm chi phí năng lượng cho máy bơm và máy nén. Các quy định mới nhất đã mở rộng tiêu chuẩn hiệu suất năng lượng tối thiểu để bao gồm các động cơ nhỏ hơn trong dải công suất từ 0,12 đến 0,75 kW. Những động cơ này trước đây từng là nguyên nhân chính gây ra khoảng chín phần trăm điện năng bị lãng phí trong các ngành công nghiệp. Dựa trên dữ liệu năm 2022, các mẫu mới hơn trong dải công suất này thực sự đạt được mức hiệu suất IE3, dù chi phí ban đầu chỉ cao hơn từ bảy đến mười hai phần trăm. Hầu hết các doanh nghiệp nhận thấy khoản đầu tư của họ được hoàn vốn khá nhanh, thường chỉ trong khoảng mười ba tháng khi tính đến các khoản tiết kiệm liên tục.
Tiêu chuẩn AS/NZS 60034.2-1:2019 của Úc hiện đã điều chỉnh các quy trình thử nghiệm động cơ phù hợp với hướng dẫn quốc tế IEC 60034-2-1, nhờ đó việc đo lường tổn thất hiệu suất trở nên chính xác hơn nhiều. Phần trăm dung sai 10% cũ trước đây khi ước tính hiệu suất ở tải bộ phận đã được loại bỏ. Các quy định mới yêu cầu phải thực hiện kiểm tra đầy đủ ở tải toàn phần thông qua phương pháp nhiệt lượng kế hoặc so sánh đầu vào/đầu ra. Khi NECA thực hiện kiểm tra vào năm 2022, họ nhận thấy một điều thú vị: các nhà sản xuất đã đưa ra những tuyên bố về hiệu suất cao hơn khoảng 5% so với thực tế theo hệ thống cũ. Thay đổi này chắc chắn đã làm minh bạch thị trường, giúp người tiêu dùng tin tưởng hơn vào những gì họ thực sự nhận được từ các động cơ này.
Để đạt được phê duyệt MEPS, các động cơ không đồng bộ ba pha phải trải qua quá trình đánh giá nghiêm ngặt:
Các động cơ được chứng nhận phải dán nhãn “Đáp ứng MEPS” và đi kèm tài liệu chứng minh hiệu suất đạt tiêu chuẩn IE3 hoặc cao hơn. Kể từ năm 2020, các biện pháp này đã giảm lượng nhập khẩu không đáp ứng quy định tới 27% (NECA 2023), khẳng định hiệu quả của khung quy định của Úc.
Bất kỳ ai bán hoặc nhập khẩu động cơ không đồng bộ ba pha có công suất định mức trên 0,75 kW đều phải đảm bảo sản phẩm đạt ít nhất tiêu chuẩn hiệu suất IE3. Quy định cũng yêu cầu các doanh nghiệp lưu giữ hồ sơ kỹ thuật chi tiết trong suốt bảy năm và sẵn sàng cho các cuộc kiểm tra đột xuất từ phía Cơ quan Tiêu chuẩn Tối thiểu về Năng lượng và Khí nhà kính. Việc bị phát hiện vi phạm không chỉ gây mất uy tín mà còn đi kèm với những rủi ro tài chính nghiêm trọng. Theo Chương trình Hiệu quả Năng lượng Thiết bị, các doanh nghiệp có thể bị phạt tới 430 nghìn đô la nếu bị phát hiện đưa ra các tuyên bố gian dối về hiệu suất động cơ. Những hình phạt này rất nặng nề, đặc biệt khi các công ty cố gắng quảng bá các mẫu động cơ kém hiệu quả hơn như thể chúng đáp ứng các tiêu chuẩn cao hơn.
Tại Úc, bất kỳ động cơ nào được quản lý đều cần có nhãn MEPS thể hiện phân loại IE, công suất định mức và tiêu chuẩn thử nghiệm áp dụng. Khi mua các động cơ này, nhà cung cấp theo luật phải bàn giao đầy đủ tài liệu chứng minh sự tuân thủ cùng với kết quả thử nghiệm tuân theo hướng dẫn AS/NZS 60034.2-1:2019. Chúng ta cũng đang chứng kiến sự gia tăng trong việc theo dõi nguồn gốc động cơ. Nhiều nơi hiện nay yêu cầu các cơ sở dữ liệu đặc biệt để theo dõi xếp hạng hiệu suất thông qua số sê-ri duy nhất. Điều này giúp ngăn chặn sản phẩm giả xâm nhập thị trường. Trong khuôn khổ hệ thống này, các nhà sản xuất thực tế phải lưu giữ hồ sơ về quá trình sản xuất từng động cơ trong thời gian tối thiểu là năm năm kể từ khi động cơ rời khỏi cơ sở của họ.
Khi các doanh nghiệp thay thế động cơ cũ IE1 bằng các phiên bản mới hơn IE3, họ thường giảm được mức tiêu thụ năng lượng từ khoảng 7% đến 10%. Việc nâng cấp lên các mẫu IE4 mang lại kết quả tốt hơn nữa với mức tiết kiệm dao động từ khoảng 15% đến 20%. Đối với những cơ sở vận hành máy móc liên tục hàng nghìn giờ mỗi năm, việc nâng cấp lên IE3 thường mang lại lợi ích nhanh chóng, thường chỉ trong vòng hơn một năm đến gần hai rưỡi năm. Lấy ví dụ một động cơ điển hình 75 kW chạy không ngừng với mức giá điện hiện tại khoảng 0,18 đô la Úc mỗi kilowatt giờ. Việc chuyển sang mô hình IE4 có thể tiết kiệm hơn tám nghìn đô la Úc mỗi năm. Mức tiết kiệm này có nghĩa là phần lớn các công ty thu hồi vốn đầu tư trong thời gian dưới mười tám tháng, khiến những nâng cấp này không chỉ thông minh về mặt môi trường mà còn là lựa chọn tài chính hợp lý.
Động cơ không đồng bộ ba pha là gì?
Chúng là các động cơ được sử dụng trong các hệ thống công nghiệp, dùng hiện tượng cảm ứng điện từ để chuyển đổi điện năng thành chuyển động cơ học. Chúng mang lại hiệu suất tốt hơn và hoạt động mượt mà hơn so với động cơ một pha.
Khung khổ MEPS tại Úc là gì?
MEPS thiết lập các tiêu chuẩn hiệu suất năng lượng tối thiểu cho động cơ điện nhằm thúc đẩy hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm phát thải carbon, theo Đạo luật Tiêu chuẩn Tối thiểu về Năng lượng và Khí nhà kính.
Tại sao động cơ IE3 bắt buộc phải sử dụng tại Úc?
Động cơ IE3 được yêu cầu nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng và giảm mức tiêu thụ điện, tuân thủ quy định năm 2019 cấm bán các động cơ kém hiệu quả hơn như IE1.
Tại sao việc áp dụng IE4 gặp khó khăn?
Việc áp dụng động cơ IE4 gặp trở ngại do chi phí ban đầu cao hơn, khả năng cung ứng hạn chế ở một số dải công suất nhất định, và thiếu yêu cầu MEPS bắt buộc phải tuân thủ.
