bau-cu-dai-bieu
acecook

Triển vọng phát triển kỹ thuật bảo vệ thích ứng cho động cơ điện khỏi sự ngắn mạch

Kỹ thuật điều khiển
15/04/2025 14:15
Bài viết giới thiệu kỹ thuật bảo vệ thích ứng được phát triển cho động cơ điện khi có sự cố ngắn mạch bên trong và bên ngoài động cơ điện.
aa
Động cơ điện mới có thể tăng hiệu quả của các xe điện, xe máy điện và tua-bin gió Bảo trì dự đoán động cơ điện Sản xuất ô tô điện bền vững có thể không cần sử dụng nam châm làm từ đất hiếm

Đặt vấn đề

Trong hệ thống lưới điện nguồn công nghiệp thì các loại động cơ điện ba pha là loại tải phổ biến nhất và có tổng công suất tiêu thụ năng lượng điện nhiều nhất. Loại tải này có đặc điểm: luôn có trạng thái khởi động/dừng lặp đi lặp lại; dòng điện khởi động cao, với động cơ rotor lồng sóc lại có thể coi là ngắn mạch rotor tại thời điểm khởi động; chế độ làm việc dễ xuất hiện trạng thái quá nhiệt cuộn dây stator, tiềm ẩn ngắn mạch giữa các cuộn dây stator,…

Việc bảo vệ động cơ điện chống lại sự cố ngắn mạch bằng các hệ thống bảo vệ relays và tự động hóa cung cấp điện nguồn (đóng-cắt nguồn) của lưới điện luôn được sự quan tâm nghiên cứu phát triển. Một trong những hướng chính của sự nghiên cứu phát triển Hệ thống bảo vệ relays và tự động hóa lưới điện là “Phát triển các thuật toán mới có tính thích ứng”, đặc biệt chú trọng cho đối tượng là các trạm biến áp điện (có hệ thống phân hối điện động lực cho các động cơ điện) được cải tạo và xây lắp mới theo hướng các trạm biến áp điện kỹ thuật số.

Trạm biến áp điện kỹ thuật số được đặc trưng bởi sự hiện diện các thiết bị relays bảo vệ thông minh có khả năng tự thiết lập cấu hình và tự thích ứng với các tham số của đối tượng cần được bảo vệ. Như vậy, nghiên cứu phát triển các thuật toán mới có tính thích ứng; phân tích hiệu quả; khả thi về kỹ thuật;… sẽ là nội dung chính. Hệ thống relays bảo vệ thích ứng có tiềm năng được ứng dụng rộng rãi trong các trạm biến áp điện kỹ thuật số và lưới điện kỹ thuật số - những hệ thống vật lý cho phép triển khai các thuật toán phức tạp của bảo vệ thích ứng.

Triển vọng phát triển kỹ thuật bảo vệ thích ứng cho động cơ điện khỏi sự ngắn mạch
Động cơ điện ba pha là loại tải phổ biến nhất và có tổng công suất tiêu thụ năng lượng điện nhiều nhất, chế độ làm việc dễ xuất hiện trạng thái quá nhiệt cuộn dây stator, tiềm ẩn ngắn mạch giữa các cuộn dây stator,…

Nội dung

Các thiết bị đóng-cắt dòng điện truyền thống thường có dòng điện cắt cố định, dòng điện cắt này được xác định từ giá trị lớn nhất của dòng điện khởi động trong chế độ tải cực đại của lưới điện nguồn và từ dòng điện trong cuộn dây stator ở chế độ ngắn mạch các đầu cực cấp nguồn cho động cơ điện. Để cung cấp khả năng thích ứng, trong tài liệu [1, 2] đã đề xuất giá trị dòng điện cắt được xác định tại thời điểm ngắn mạch. Tuy nhiên, giá trị dòng điện cắt này không được xác định chính xác do nó còn phụ thuộc trạng thái lưới điện nguồn tại thời điểm xảy ra ngắn mạch. Dòng điện cắt được xác định như vậy cũng được xác định là có tính thích ứng.

Tuy nhiên, với dòng điện cắt thích ứng này có khả năng xảy ra vấn đề kích hoạt sai (tức giá trị dòng điện cắt có thể là giả) khi có hiện tượng ngắn mạch trong lưới điện nguồn của cơ sở công nghiệp. Hiện tượng này có thể xuất hiện khi vận hành các loại động cơ điện, cụ thể là trong trường hợp: sức điện động của động cơ điện được bảo vệ lại lớn hơn điện áp nguồn từ lưới điện nguồn đặt lên động cơ điện này.

Cách giải vấn đề này là sử dụng thiết bị đóng-cắt có tính năng cắt dòng điện thích ứng có được từ động cơ điện. Thiết bị đóng-cắt này so với thiết bị đóng-cắt truyền thống là có hiệu quả tốt hơn do loại bỏ được sự kích hoạt sai khi xuất hiện ngắn mạch trong lưới điện nguồn của cơ sở công nghiệp. Sơ đồ cắt dòng điện thích ứng có được từ động cơ điện, được trình bày trên H.1, gồm: khối 2 - xác định giá trị thực của dòng điện khởi động; khối 3 - xác định giá trị thực của dòng điện cắt của dòng điện cắt thích ứng; khối 4 - relays dòng điện; khối 5 - ước lượng công suất; khối 6 - logic; khối 7 - tạo điện áp tham chiếu; khối 8 - chấp hành.

Triển vọng phát triển kỹ thuật bảo vệ thích ứng cho động cơ điện khỏi sự ngắn mạch
H.1: Mạch dòng điện cắt thích ứng từ động cơ điện và kết nối của nó tới mạng lưới điện nguồn

Nhờ các khối tạo điện áp tham chiếu và ước lượng công suất, dòng điện cắt thích ứng có thể phân biệt được sự cố ngắn mạch trong cuộn dây stator của động cơ điện M với sự cố ngắn mạch trong lưới điện nguồn. Điều này cho phép giảm giá trị dòng điện cắt, bởi loại trừ được việc thiết lập giá trị dòng điện cắt từ giá trị dòng điện trong cuộn dây stator trong trạng thái ngắn mạch bên ngoài.

Nhược điểm (theo [1, 3]) của dòng điện cắt truyền thống và dòng điện cắt thích ứng là tồn tại một vùng chết khi có ngắn mạch gần điểm 0 (thí dụ điểm đấu nối chung của 3 cuộn dây stator của động cơ điện 3 pha) và giá trị dòng điện cắt chỉ có tác động khi xảy ra ngắn mạch ở các cực cấp điện nguồn, và như vậy là không bảo vệ hết các trạng thái ngắn mạch cuộn dây stator. Trong tài liệu [4] đã mô tả một thiết bị bảo vệ dòng điện của động cơ điện với độ nhạy được tăng lên. Mạch bảo vệ dòng điện gồm hai dòng điện cắt: một dòng điện cắt được thực hiện trên các dòng điện từ các cực pha; dòng điện cắt còn lại được thực hiện từ dòng điện trung tính. Cách bảo vệ này có thể được gọi là “dòng điện cắt kép hoặc hai chiều”. Sơ đồ mạch của nó được trình bày trên H.2.

Bộ bảo vệ động cơ điện M theo “dòng điện cắt hai hướng” gồm: bộ cắt dòng điện DC1 có đầu vào là các dòng điện pha R-S-T ở các đầu cực cấp nguồn từ lưới điện nguồn của động cơ điện M; bộ cắt dòng điện DC2 có đầu vào các dòng điện pha của ba cuôn dây stator đầu hình sao từ phía điểm trung tính của động cơ điện M. Để cắt nguồn dòng điện vào động cơ điện M, thiết bị đóng-cắt nguồn sẽ chịu sự điều khiển của DC1 hoặc DC2 thông qua bộ logic OR.

Bộ bảo vệ động cơ điện M khỏi ngắn mạch theo dòng điện cắt hai hướng sẽ phản ứng với hiện tượng ngắn mạch ở cả các đầu cực và đầu cuối các cuộn dây stator, điều này giúp loại bảo vùng chết ở quá trình ngắn mạch gần điểm 0 và qua đó tang hiệu quả bảo vệ động cơ điện M.

Triển vọng phát triển kỹ thuật bảo vệ thích ứng cho động cơ điện khỏi sự ngắn mạch
H.2: lMạch bảo vệ ngắn mạch động cơ điện M theo dòng điện cắt hai hướng

Tuy nhiên, nếu xuất hiện trạng thái ngắn mạch bên trong không đối xứng ở phần giữa các cuộn dây stator thì độ nhậy của bộ bảo vệ hai hướng này có thể là chưa đủ theo mục đích bảo vệ động cơ điện khỏi sự ngắn mạch.

Để bảo vệ tốt các cuộn dây stator của động cơ điện M trước sự ngắn mạch không đối xứng giữa các cuộn dây stator, [5] đã đề xuất bộ dòng điện cắt lọc hai hướng với sơ đồ mạch như trên H.3.

Triển vọng phát triển kỹ thuật bảo vệ thích ứng cho động cơ điện khỏi sự ngắn mạch
H.3: Mạch bảo vệ ngắn mạch động cơ điện M theo dòng điện cắt hai hướng có lọc

Mạch bảo vệ ngắn mạch động cơ điện theo cách: sử dụng hai dòng điện cắt DC1 và DC2 có tác dụng chống sự ngắn mạch ba pha; hai lọc dòng cắt LDC1 và LDC2 có tác dụng chống ngắn mạch không đối xứng với cách hoạt động như bảo vệ vi sai.

Kết luận

Các động cơ điện ba pha có đấu nối sao chiếm phần lớn trong các hệ truyền động điện công nghiệp, việc bảo vệ chúng khỏi sự phá hủy do hiện tượng ngắn mạch bên trong cuộn dây stator với cả hiện tượng ngắn mạch đối xứng và không đối xứng và ngắn mạch giữa các cực cấp nguồn là việc quan trọng, vì thế cần phân tích các thiết bị bảo vệ ngắn mạch hiện hữu và thử nghiệm những mạch bảo vệ mới là công việc đáng quan tâm.

Hai mạch bảo vệ ngắn mạch được giới thiệu và phân tích trong bài viết đã đưa ra góc nhìn đầy đủ hơn về các hiện tượng ngắn mạch bên trong và bên ngoài động cơ điện, cũng như ngắn mạch đối xứng và không đối xứng giữa các cuộn dây stator và kỹ thuật bảo vệ.

Qua bài viết cũng gợi mở hướng phát triển kỹ thuật mới là phát triển thuật toán ứng dụng cho các bộ bảo vệ ngắn mạch của động cơ điện.

Tài liệu tham khảo

  1. Шабанов В. А., Зунг Н. Т., Васильев П. И. Устройство адаптивной токовой отсечки электродвигателей. Патент RU № 2686081 C1 // Опубликовано: 24.04.2019 Бюл. № 12.
  2. Шабанов В. А., Зунг Н. Т., Васильев П. И. Принцип действия адаптивной токовой отсечки электродвигателей // «Повышение надежности и энергоэффективности электро-технических систем и комплексов»: V-й межвуз. сб. науч. тр.– Уфа, Изд-во УГНТУ, 2018. С.206–211.
  3. Шабанов В. А., Резник Е. С., Васильев П. И. Патент RU 2759512 C1. Устройство направленной адаптивной токовой отсечки электродвигателей // Заявл. 11.02.2021. Опубл. 15.11.2021. БИ № 31.
  4. Шабанов В. А., Алексеев В. Ю., Путинцева А. А. Устройство токовой защиты электр-одвигателей. Патент на полезную модель. № 164467. Опубл. 10.09.2016. Бюл. № 25.
  5. Шабанов В. А., Зунг. Н.Т., Путинцева А. А. Устройство токовой защиты электро-двигателей. Патент U 2654208 C1. Дата заявки 27.02.2017. Дата публикации 17.05.2018. Бюл. № 14.

Nguyễn Tiến Dũng
Bauman Moscow State Technical University
Email: tiendung.bmstu@bk.ru

mca-thong-bao
Tin bài khác
Apple mở màn tuần lễ sản phẩm 2026, ra mắt iPhone 17e và iPad Air chip M4

Apple mở màn tuần lễ sản phẩm 2026, ra mắt iPhone 17e và iPad Air chip M4

Tối 2/3 (giờ Việt Nam), Apple chính thức khởi động tuần lễ sản phẩm mới của năm 2026 bằng việc trình làng bộ đôi thiết bị giá dễ tiếp cận gồm iPhone 17e và iPad Air thế hệ mới, với nhiều nâng cấp đáng chú ý về hiệu năng, kết nối và dung lượng lưu trữ nhưng vẫn giữ nguyên mức giá khởi điểm.
Nhận định phiên giao dịch ngày 5/3: Điểm mua ưu tiên lựa chọn những nhịp rung lắc

Nhận định phiên giao dịch ngày 5/3: Điểm mua ưu tiên lựa chọn những nhịp rung lắc

Sau phiên đảo chiều mạnh với thanh khoản bùng nổ, thị trường được kỳ vọng sẽ sớm thiết lập vùng cân bằng và quay lại xu hướng tích cực. Trong bối cảnh rung lắc vẫn có thể xuất hiện, các nhịp điều chỉnh được xem là cơ hội phù hợp để nhà đầu tư lựa chọn điểm mua và gia tăng tỷ trọng ở những cổ phiếu có nền tảng tốt.
6 quy tắc phòng chống lừa đảo deepfake trong kỷ nguyên AI

6 quy tắc phòng chống lừa đảo deepfake trong kỷ nguyên AI

Năm 2026 được dự báo là thời điểm tội phạm mạng gia tăng lợi dụng trí tuệ nhân tạo để thực hiện các chiêu trò lừa đảo tinh vi chưa từng có. Từ deepfake, voice clone đến “nhân vật ảo” xuất hiện qua video call, ranh giới thật - giả ngày càng mong manh, đặt người dùng trước những nguy cơ khó lường.
Tích hợp nhiều tính năng AI vượt trội, Samsung Galaxy S26 Ultra ‘cân’ mọi cuộc chơi

Tích hợp nhiều tính năng AI vượt trội, Samsung Galaxy S26 Ultra ‘cân’ mọi cuộc chơi

Samsung Galaxy S26 Ultra là siêu phẩm điện thoại thông minh tích hợp AI, được trông chờ nhất thời điểm hiện tại. Với nhiều tính năng thông minh như chống nhìn trộm, camera 200MP, zoom quang học lên đến 100X; chống rung, chụp đêm và thách thức mọi thời tiết; siêu mỏng, siêu nhẹ, sạc siêu nhanh,… là những thông số kỹ thuật hấp dẫn mọi khách hàng yêu thích điện thoại công nghệ.
Chính phủ phê duyệt chương trình phát triển hệ sinh thái khởi nghiệp trên toàn quốc

Chính phủ phê duyệt chương trình phát triển hệ sinh thái khởi nghiệp trên toàn quốc

Nhằm tạo bước chuyển mạnh mẽ về văn hóa khởi nghiệp trong nhà trường, đưa người học trở thành trung tâm sáng tạo, tăng cường kết nối giữa doanh nghiệp, nhà trường, nhà đầu tư và địa phương để hiện thực hóa ý tưởng thành sản phẩm, dịch vụ và doanh nghiệp khởi nghiệp có giá trị; Phó Thủ tướng Chính phủ Lê Thành Long đã kí ban hành Quyết định số 336/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chương trình “Hỗ trợ học sinh, sinh viên khởi nghiệp giai đoạn 2026 - 2035”.
Quyền Bộ trưởng Hoàng Minh Sơn tiếp xúc cử tri tại điểm bầu cử số 7

Quyền Bộ trưởng Hoàng Minh Sơn tiếp xúc cử tri tại điểm bầu cử số 7

Ngày 2/3/2026, ông Hoàng Minh Sơn, Ủy viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng, Quyền Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo (GDĐT) đã cùng các ứng cử viên đại biểu Quốc hội khóa XVI tiếp xúc cử trị tại Đơn vị bầu cử số 7. Tại hội nghị, các cử tri được nghe giới thiệu tóm tắt tiểu sử của người ứng cử và nghe các ứng cử viên trình bày chương trình hành động nếu được bầu làm đại biểu Quốc hội khóa XVI, nhiệm kì 2026 - 2031.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/3/2026: Tuổi Tuất gặp vài khó khăn, tuổi Hợi rủng rỉnh tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/3/2026: Tuổi Tuất gặp vài khó khăn, tuổi Hợi rủng rỉnh tiền bạc

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 5/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 04/3: VN Index rung lắc mạnh rồi hồi phục cuối phiên, dòng tiền tìm đến nhóm chứng khoán

Thị trường chứng khoán ngày 04/3: VN Index rung lắc mạnh rồi hồi phục cuối phiên, dòng tiền tìm đến nhóm chứng khoán

Thị trường trải qua một phiên biến động mạnh khi VN Index có lúc mất tới 46 điểm trước khi hồi phục về cuối phiên. Chỉ số đóng cửa trên tham chiếu và ngay tại vùng MA20 ngày, trong khi dòng tiền có dấu hiệu luân chuyển sang nhóm chứng khoán.
Robot AI hiện thân: Trung Quốc tăng tốc bước ra đời thực

Robot AI hiện thân: Trung Quốc tăng tốc bước ra đời thực

Liên tiếp ra mắt các robot hình người có khả năng giao tiếp đa ngôn ngữ và đảm nhiệm nhiều vai trò trong đời sống, Trung Quốc đang cho thấy chiến lược dài hạn nhằm đưa trí tuệ nhân tạo ra khỏi không gian số, gắn trực tiếp với thế giới vật lý.
PV GAS chủ động bảo đảm nguồn cung LPG và LNG trong bối cảnh biến động Trung Đông

PV GAS chủ động bảo đảm nguồn cung LPG và LNG trong bối cảnh biến động Trung Đông

Trong bối cảnh chiến sự tại khu vực Trung Đông diễn biến phức tạp, tiềm ẩn nguy cơ đứt gãy chuỗi cung ứng năng lượng toàn cầu, Tổng công ty Khí Việt Nam (PV GAS) cho biết đã chủ động triển khai đồng bộ nhiều giải pháp nhằm bảo đảm nguồn cung LNG cho sản xuất điện, công nghiệp và LPG cho thị trường dân dụng trong nước.