Với lịch sử hơn 100 năm phát triển động cơ, YASKAWA tự hào sở hữu sức mạnh và kinh nghiệm thiết kế sản phẩm 

Động cơ hiệu suất cao là một yêu cầu thiết yếu trong mục tiêu phát triển bền vững bởi hơn một nửa điện năng tiêu thụ trên toàn thế giới được sử dụng cho động cơ. Mặt khác, vấn đề nóng lên toàn cầu ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn. Vì vậy, mỗi ngành công nghiệp đã và đang ráo riết nâng cao hiệu suất tiết kiệm năng lượng trong hệ thống của họ bao gồm cả động cơ. Đặc biệt, một số quốc gia đã ban hành bộ tiêu chuẩn về hiệu suất cao chuyên dụng cho động cơ cảm ứng 3 pha. Tình hình áp dụng tiêu chuẩn hiệu suất cao ở mỗi quốc gia được thể hiện trong Hình 1.

Hình 1. Tình hình áp dụng tiêu chuẩn hiệu suất cao ở mỗi quốc gia (Theo JEMA)

Thông thường, biến tần điều khiển 2 loại động cơ 3 pha khác nhau. Một là động cơ cảm ứng (IM) và một là động cơ nam châm vĩnh cửu (PMM/động cơ PM). Về cơ bản, động cơ PM phân loại thành Động cơ Nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPMM/động cơ SPM) và Động cơ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPMM/động cơ IPM) dựa trên sự khác biệt của vị trí nam châm. Hình 2 thể hiện bảng so sánh hiệu suất các loại động cơ.

Mặc dù được thiết kế với nam châm vĩnh cửu trong roto, có chức năng tạo ra hệ thống từ trường, loại động cơ PM vẫn sở hữu các đặc tính nổi trội như hiệu suất cao và thiết kế nhỏ gọn nhờ vào tính năng triệt tiêu tổn thất đồng xảy ra ở điện trở thứ cấp như động cơ IM.

Động cơ IM sở hữu các tính năng tuyệt vời theo đánh giá từ góc độ từ trường là truyền động trực tiếp, roto mạnh mẽ, tốc độ vòng quay lớn và đặc biệt là vùng công suất không đổi rộng. Một ưu điểm kỹ thuật nổi bật trong trường hợp truyền động biến tần là động cơ IM có thể điều khiển đa trục.

Mặt khác, nhờ được thiết kế cuộn dây tập trung trên stato, SPMM dễ dàng có được hệ thống từ trường mạnh mà vẫn đảm bảo được kích thước nhỏ gọn. Nhờ tính năng độc đáo là sử dụng cả mô-men xoắn nam châm và mô-men xoắn từ trở, động cơ IPM trở nên nhỏ gọn và hiệu suất cao, bên cạnh đó, loại động cơ này còn có thể được điều khiển theo phương thức sensor-less torque control kết hợp với hệ số saliency (Lq / Ld) phù hợp cho hiệu suất tối ưu. Hơn nữa, động cơ IPM có thể đảm bảo một số vùng công suất không đổi trong khi vẫn sở hữu các tính năng kỹ thuật nổi bật của động cơ PM, vì vậy loại động cơ này đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp và điều này gần giống với loại động cơ IM hiện có. Do điều kiện lựa chọn động cơ của các nhà chế tạo máy OEM về cơ bản là hiệu quả, nhỏ gọn, tiêu chuẩn toàn cầu và tuân thủ quy định nên động cơ IPM hoàn toàn phù hợp với điều khiển truyền động biến tần nhờ đáp ứng yêu cầu thay đổi tốc độ cho các lĩnh vực công nghiệp khác nhau.

Hình 2: Bảng do sánh hiệu suất các loại động cơ

Hiện tại, YASKAWA đã phát triển và tung ra thị trường dòng động cơ IPM mới, ECO PM SS7. Về cơ bản, yêu cầu cải thiện công suất động cơ trên một đơn vị thể tích và giảm tổn thất động cơ để đạt được hiệu quả cao với thiết kế nhỏ gọn là yếu tố cần thiết trong cải tiến động cơ. SS7 là dòng sản phẩm có tính cạnh tranh cao nhờ các yếu tố sau.

1. Hệ số sử dụng rất cao trong cuộn dây stato
2. Sử dụng vật liệu sắt ít thất thoát
3. Sắp xếp nam châm theo kiểu tập trung hướng trục hình chữ V.
4. Sử dụng nam châm Neodymium hiệu suất cao hoàn toàn mới
5. Tối ưu hóa kết hợp vị trí

Yếu tố số 1 & số 2 giúp giảm cả tổn thất đồng và tổn thất sắt trong động cơ, đặc biệt giúp động cơ đạt hiệu suất cao do giảm tổn thất động cơ nhờ cuộn dây được thiết kế mỏng hơn do chất liệu thép từ tính được sắp xếp với mật độ cao, theo hình dạng rãnh & đường kính tối ưu. Yếu tố số 3 & số 4 liên quan đến tải nam châm, yếu tố số 5 giúp tăng hệ số cuộn dây, cải thiện mật độ đầu ra giúp kích thước động cơ trở nên nhỏ gọn hơn. Dòng sản phẩm động cơ này áp dụng công nghệ tiên tiến, như phương pháp khuếch tán dọc biên hạt trong nam châm Neodymium hiệu suất cao. Hơn nữa, bằng cách sử dụng Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) trong các bước phát triển, thông lượng rò rỉ có thể được giảm bớt và độ bền của lõi sắt roto được đảm bảo,nhờ đó nó có thể nhận diện hình dạng tối ưu của vị trí nam châm. Sự phân bố mật độ thông lượng được thể hiện trong Hình 3.

Hình 3. Sự phân bố mật độ từ thông lượng trong lõi sắt

Sản phẩm SS7 có 26 model, từ 2,2kW đến 630kW với tốc độ vòng quay là 1750 vòng/phút. Và tổng cộng là 80 model nếu bao gồm tốc độ vòng quay 1450 vòng/phút và 1150 vòng/phút. Kết quả so sánh hiệu suất, bao gồm IE3, IE4 và SS7 trong trường hợp điều khiển ở tốc độ 1750 vòng/phút, được thể hiện trong Hình 4. Theo kết quả so sánh, dòng SS7 gần với mức hiệu suất của IE4. Đặc biệt, cả dải công suất dưới 7,5kW và trên 160kW đều có thể đạt hiệu suất hơn mức IE4.

Dòng SS7 nhỏ gọn hơn so với dòng SS5 tương ứng. Hình 5 cho thấy kết quả so sánh của kích thước cơ học trong trường hợp công suất và tốc độ lần lượt là 132kW và 1750 vòng/phút. Chiều cao tâm của SS7 có thể nhỏ hơn 4 lần so với động cơ cảm ứng tiêu chuẩn, 2 lần so với SS5 tương ứng và trọng lượng động cơ có thể nhẹ hơn khoảng 47% so với động cơ cảm ứng tiêu chuẩn.

Bằng cách này, dòng SS7 hoàn toàn là một sản phẩm tân tiến khi có mức hiệu suất tương đương của IE4 và nhỏ gọn hơn một cách đáng kể. Mặt khác, dòng SS7 có thể được kết hợp dễ dàng với bất kỳ loại máy nào do có nhiều model với tùy chọn có sẵn, nhờ đó các máy thực tế có thể được thay đổi thành máy thân thiện với môi trường.

Hình 4.  So sánh hiệu suất của động cơ PM

Hình 5. Kết quả so sánh kích thước & trọng lượng

Mr. Tomonori Oguri

Giám đốc phát triển kinh doanh

Công ty TNHH YASKAWA Electric Việt Nam

E-mail: Oguri.t@yaskawavn.com

Tiến sĩ. Sadayuki Sato

Tổng giám đốc Kỹ thuật, Bộ phận Truyền động

YASKAWA Electric Thailand Co., Ltd

E-mail: Sadayuki.sato@yaskawa.co.th