Các ngành nào được hưởng lợi nhiều nhất từ động cơ đồng bộ AC?

Phát điện và ổn định lưới điện: Đảm bảo độ chính xác và điều khiển công suất phản kháng

Hiện tượng: Động cơ đồng bộ như nguồn quán tính đồng bộ với lưới điện

Động cơ đồng bộ AC tự động đồng bộ với tần số lưới, nhờ đó có được loại quán tính quay giúp duy trì sự ổn định của mạng điện khi có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu tải. Khối lượng rô-to của các động cơ này hoạt động như một bánh đà, tích trữ năng lượng động học và tự động giải phóng năng lượng này mỗi khi tần số giảm xuống. Điều này về cơ bản làm chậm tốc độ thay đổi trong hệ thống, từ đó hỗ trợ ổn định lưới điện tổng thể. Khi ngày càng nhiều hệ thống điện trên thế giới chuyển sang năng lượng tái tạo và xa rời các máy phát điện quay truyền thống, loại quán tính tích hợp này trở nên cực kỳ quan trọng. Nếu không có những máy quay cổ điển này, các lưới điện hiện đại sẽ không còn hiệu ứng ổn định tự nhiên như trước nữa.

Nguyên lý: Kích từ rô-to để hiệu chỉnh hệ số công suất chính xác và hỗ trợ công suất phản kháng

Không giống như động cơ cảm ứng, động cơ đồng bộ cung cấp khả năng điều khiển công suất phản kháng động thông qua kích từ rotor một chiều có thể điều chỉnh. Bằng cách tinh chỉnh dòng kích từ, người vận hành có thể:

• Đạt hệ số công suất bằng đơn vị, tránh các khoản phạt từ công ty điện lực có thể vượt quá 740.000 USD mỗi năm cho mỗi cơ sở
• Phát hoặc hấp thụ công suất phản kháng (VAR) để điều chỉnh điện áp trong thời gian tải đỉnh
• Bù đắp các VAR trễ pha từ máy biến áp và cơ sở hạ tầng truyền tải

Việc này biến động cơ thành các tài sản lưới điện có thể lập trình được, cải thiện hiệu quả truyền tải và giúp ngăn ngừa sụp đổ điện áp, đặc biệt trong các lưới điện yếu hoặc ở vùng sâu vùng xa.

Dầu khí và Xử lý Hóa chất: Vận hành hiệu suất cao, tốc độ không đổi cho các ứng dụng then chốt

Hiện tượng: Loại bỏ tổn thất trượt trong các máy nén ly tâm và bơm

Các máy nén ly tâm và bơm được sử dụng trong quá trình xử lý hydrocarbon truyền thống đã bị mất khoảng 3 đến 7 phần trăm năng lượng đầu vào do những tổn thất trượt khó chịu trong các động cơ cảm ứng thông thường. Động cơ đồng bộ AC khắc phục vấn đề này vì chúng giữ cho rô-to và stato luôn đồng bộ hoàn toàn trong suốt quá trình vận hành, giúp đạt được hiệu suất ở mức lớp IE4 theo các tiêu chuẩn IEC 20034 gì đó. Các nghiên cứu gần đây được công bố năm ngoái trên các tạp chí về động lực học chất lỏng cho thấy những động cơ này có thể giảm tiêu thụ năng lượng lên đến 40% khi được áp dụng trong các hệ thống nén khí. Điều đó có nghĩa là tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành và giảm phát thải carbon mà không làm giảm hiệu suất, đặc biệt quan trọng khi xử lý các biến động áp suất không lường trước xảy ra thường xuyên trong các đường ống dẫn.

Nguyên lý: Dòng chảy ổn định dưới điều kiện đầu vào thay đổi với động cơ truyền động đồng bộ AC

Các động cơ đồng bộ giữ tốc độ quay gần như không đổi khi xử lý dầu thô có độ nhớt thay đổi hoặc các hóa chất phản ứng. Những động cơ này duy trì tốc độ trong phạm vi khoảng nửa phần trăm so với tốc độ mục tiêu, ngay cả khi điều kiện tải thay đổi. Điều làm nổi bật chúng là hệ thống điện từ phản ứng ngay lập tức với sự thay đổi áp suất đầu vào. Phản ứng nhanh này ngăn chặn các hiện tượng gián đoạn dòng chảy gây tách pha trong các đường ống dẫn nhiều chất khác nhau. Đối với các bơm tăng áp làm việc với khí axit, điều này mang lại độ ổn định lưu lượng khoảng hai phần trăm. Và thực tế là, sự ổn định như vậy rất quan trọng vì các sự cố dừng hoạt động ngoài kế hoạch có thể khiến các nhà máy lọc hóa chất ăn mòn với khối lượng lớn mỗi ngày phải chịu tổn thất hàng triệu đô la.

HVAC và Hệ thống Tòa nhà Quy mô Lớn: Đáp ứng Tiêu chuẩn Năng lượng với Hiệu suất IE4

Hiện tượng: Việc áp dụng động cơ đồng bộ AC trong các máy làm lạnh và hệ thống van điều tiết được điều khiển bằng bộ biến tần (VFD)

Ngày nay, ngày càng có nhiều kỹ sư lựa chọn động cơ đồng bộ AC cho các hệ thống HVAC lớn như những máy làm lạnh điều khiển bằng VFD và bộ truyền động van gió mà chúng ta thấy ở khắp mọi nơi. Điểm nổi bật của các động cơ này là khả năng duy trì kiểm soát tốc độ chính xác ngay cả khi vận hành ở vòng tua thấp. Điều này có nghĩa là hệ thống làm lạnh có thể điều chỉnh một cách mượt mà, tránh được những cú tăng đột ngột khó chịu xảy ra ở các loại động cơ khác. Và cũng đừng quên yếu tố tiết kiệm năng lượng. Các động cơ cảm ứng thường lãng phí khoảng 3 đến 7 phần trăm năng lượng khi không hoạt động ở công suất tối đa, trong khi đó động cơ đồng bộ giảm đáng kể tổn thất này. Lấy các đơn vị xử lý không khí (air handling units) làm ví dụ. Khi được trang bị động cơ đồng bộ, các hệ thống này trải qua ít hơn khoảng 22 phần trăm dao động áp suất trong ống dẫn, theo một nghiên cứu được đăng trên Tạp chí ASHRAE năm ngoái. Kết quả? Dòng không khí trong các tòa nhà ổn định hơn nhiều và con người thực sự cảm thấy thoải mái hơn trong không gian của mình.

Xu hướng: ASHRAE 90.1-2022 thúc đẩy việc cải tạo từ động cơ cảm ứng sang động cơ đồng bộ đạt tiêu chuẩn IE4

Tiêu chuẩn ASHRAE 90.1-2022 cập nhật yêu cầu hiệu suất cao hơn 15% đối với các hệ thống điều hòa không khí thương mại, đẩy nhanh quá trình thay thế các động cơ cảm ứng cũ. Các động cơ đồng bộ xoay chiều đạt tiêu chuẩn IE4 đáp ứng yêu cầu này thông qua:

• Rôto nam châm vĩnh cửu loại bỏ tổn thất rôto
• hiệu suất cực đại 97% ở tải 25%, so với 89% ở các động cơ cảm ứng tương đương
• Hệ số công suất vượt quá 0,95 trong dải tốc độ rộng

Các quản lý cơ sở báo cáo thời gian hoàn vốn chỉ 18 tháng sau khi cải tạo, vì những động cơ này giảm mức tiêu thụ năng lượng của trạm làm lạnh đến 31% hàng năm—hỗ trợ tuân thủ các quy định thông gió và các sáng kiến toàn cầu về phát thải ròng bằng không.

Ứng dụng Hàng hải và Trên tàu: Hệ thống truyền động đáng tin cậy với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Chiến lược: Tích hợp động cơ PMSM vào hệ thống truyền động hàng hải hybrid-điện để nâng cao hiệu suất và độ bền

Động cơ đẩy tàu thủy đang được cải tiến nhờ các Động cơ Đồng bộ Nam châm Vĩnh cửu (PMSM) ngày càng được ứng dụng trong các hệ thống lai điện trên tàu. Khi thay thế các động cơ cảm ứng truyền thống trong hệ truyền động tàu, chúng loại bỏ được những tổn thất trượt khó chịu và đạt hiệu suất trên 95% trong hầu hết các trường hợp. Kết quả? Tiêu hao nhiên liệu giảm rõ rệt trong các chuyến hành trình biển dài. Một lợi thế lớn khác của PMSM là cấu tạo không chổi than, nghĩa là ít bộ phận cần bảo trì hơn, đặc biệt quan trọng khi phải đối phó với vấn đề ăn mòn do nước biển mặn. Ngoài ra, khả năng điều chỉnh mô-men xoắn một cách chính xác giúp việc chuyển đổi giữa nguồn điện và động cơ diesel diễn ra mượt mà hơn trước đây. Chúng tôi đã thấy điều này hoạt động đặc biệt hiệu quả trên các tàu hỗ trợ ngoài khơi hoạt động quanh các giàn khoan dầu. Dù phải chịu rung động liên tục từ hoạt động của động cơ, đối mặt với độ ẩm cao và phải hoạt động trong dải nhiệt độ khắc nghiệt từ vùng nước Bắc Cực đến khí hậu nhiệt đới, những động cơ này vẫn vận hành ổn định mà không gặp sự cố.

Ưu điểm: Mật độ mô-men xoắn cao và độ bền vững trong môi trường hàng hải khắc nghiệt

Các động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSMs) có thể tạo ra lực đẩy khởi động lớn hơn khoảng 30% so với các động cơ cùng kích thước khác vì chúng được thiết kế gọn nhẹ nhưng sản sinh mô-men xoắn cao. Các nam châm neodymium bên trong động cơ này chịu được rất tốt các tải sốc khi tàu gặp điều kiện biển động. Ngoài ra, các động cơ này được phủ lớp bảo vệ đặc biệt chống ăn mòn, bảo vệ chúng khỏi không khí mặn và độ ẩm – những yếu tố thường làm hư hại các bộ phận động cơ thông thường theo thời gian. Vì lý do này, PMSMs hoạt động đặc biệt hiệu quả trong các hệ thống chân vịt định hướng (azimuth thrusters) và hệ thống định vị động (dynamic positioning) trên tàu thuyền. Khi một con tàu cần giữ vị trí hoặc di chuyển chính xác trong môi trường khắc nghiệt, việc sở hữu những động cơ đáng tin cậy, không bị trục trặc trong những khoảnh khắc quan trọng, chính là yếu tố quyết định giữa thành công trong vận hành và nguy cơ thảm họa trên biển.