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

dai-hoi-dang
Tin bài khác
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: ABBank bứt phá năm 2025 - Lợi nhuận gấp đôi kế hoạch

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: ABBank bứt phá năm 2025 - Lợi nhuận gấp đôi kế hoạch

Tuần qua, đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh, chiến lược nhân sự như: ABBank bứt phá năm 2025; Vietcombank và BIDV điều chỉnh mặt bằng lãi suất cho vay; HDBank vượt mốc 50.000 tỷ đồng...
Kiểm thử an ninh vật lý: “Lớp phòng thủ bị lãng quên” trong kỷ nguyên nhà máy số

Kiểm thử an ninh vật lý: “Lớp phòng thủ bị lãng quên” trong kỷ nguyên nhà máy số

Trong bối cảnh chuyển đổi số diễn ra mạnh mẽ, các doanh nghiệp sản xuất thường tập trung đầu tư vào an ninh mạng để bảo vệ hệ thống CNTT và dữ liệu. Tuy nhiên, thực tế cho thấy các điểm truy cập vật lý - cổng ra vào, phòng điều khiển, kho dữ liệu, dây chuyền sản xuất - cũng cần được bảo vệ ở mức độ tương đương. Trộm cắp thiết bị, gián điệp công nghiệp, truy cập trái phép vào hệ thống điều khiển hay hành vi phá hoại có chủ đích đều có thể gây ra những gián đoạn nghiêm trọng, thậm chí làm tê liệt hoạt động của cả nhà máy. Đây chính là lý do kiểm thử an ninh vật lý ngày càng trở thành một yêu cầu cấp thiết.
Dự án Giải pháp Tương lai: 10 startup trình diễn sáng kiến đổi mới sáng tạo mở

Dự án Giải pháp Tương lai: 10 startup trình diễn sáng kiến đổi mới sáng tạo mở

Không chỉ là sân chơi của startup, sự kiện cho thấy vai trò của mô hình đổi mới sáng tạo mở xã hội, nơi Nhà nước, doanh nghiệp, viện - trường và cộng đồng cùng đồng hành để đưa khoa học - công nghệ vào giải quyết các bài toán thực tiễn.
Hàn Mỹ Việt chia sẻ xu hướng robot và nhà máy thông minh tại HUTECH

Hàn Mỹ Việt chia sẻ xu hướng robot và nhà máy thông minh tại HUTECH

Trước làn sóng phát triển mạnh mẽ của robot và nhà máy thông minh, sinh viên kỹ thuật cần được trang bị sớm kiến thức nền tảng và kỹ năng thực tiễn để thích ứng với thị trường lao động. Đó là thông điệp xuyên suốt seminar “Xu hướng Công nghệ điện - Cơ khí - Tự động hóa và Nhà máy thông minh trong kỷ nguyên robot” do Viện Kỹ thuật, Trường Đại học Công nghệ TP.HCM (HUTECH) tổ chức ngày 14/01.
Viettel khởi công nhà máy chế tạo chip bán dẫn công nghệ cao đầu tiên của Việt Nam

Viettel khởi công nhà máy chế tạo chip bán dẫn công nghệ cao đầu tiên của Việt Nam

Dự án tại Khu Công nghệ cao Hòa Lạc đánh dấu bước đi chiến lược, hiện thực hóa quyết tâm làm chủ công nghệ lõi, từng bước đưa Việt Nam tham gia sâu vào chuỗi giá trị bán dẫn toàn cầu.
GLOBY: hiện thực hóa khát vọng AI giáo dục từ những “xưởng chế tác” thông minh

GLOBY: hiện thực hóa khát vọng AI giáo dục từ những “xưởng chế tác” thông minh

Trong cuộc cách mạng giáo dục 4.0, Globy không chỉ là một cái tên, mà là kết tinh từ tâm huyết của đôi vợ chồng nhà sáng lập Trần Xuân Tám và Bảo An. Với khát khao mang công nghệ AI xóa bỏ rào cản ngôn ngữ cho trẻ em, họ đã bắt đầu hành trình từ những ý tưởng sơ khởi, từng bước "chạm" vào thực tế nhờ sự tiếp sức của mạng lưới đổi mới sáng tạo quốc gia.
Thị trường chứng khoán ngày 16/1: VN-Index tăng trở lại nhưng hạ nhiệt về cuối phiên

Thị trường chứng khoán ngày 16/1: VN-Index tăng trở lại nhưng hạ nhiệt về cuối phiên

Phiên giao dịch 16/1 ghi nhận đà hồi phục sớm của nhóm trụ Vingroup kéo VN-Index có thời điểm lấy lại mốc tâm lý 1.900 điểm. Tuy nhiên, dòng tiền tỏ ra thận trọng sau nhịp điều chỉnh mạnh trước đó, cùng lực chốt lời tại nhóm dầu khí và một số mã doanh nghiệp nhà nước khiến thị trường hạ nhiệt trong phiên chiều.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/1/2026: Tuổi Thân gặp khó khăn, tuổi Dần may mắn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/1/2026: Tuổi Thân gặp khó khăn, tuổi Dần may mắn

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 17/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Việt Nam giành 2 giải Vàng tại Giải thưởng số ASEAN 2026

Việt Nam giành 2 giải Vàng tại Giải thưởng số ASEAN 2026

Trong khuôn khổ hội nghị Bộ trưởng số ASEAN (ADGMIN-6) diễn ra tại Hà Nội, ban tổ chức đã công bố và trao giải thưởng số ASEAN 2026.
FABE GROUP: Giải mã bài toán hiện thực hóa sản phẩm cho Startup công nghệ Việt

FABE GROUP: Giải mã bài toán hiện thực hóa sản phẩm cho Startup công nghệ Việt

Trong hành trình đổi mới sáng tạo, thách thức lớn nhất của các startup không chỉ nằm ở ý tưởng, mà là làm sao để hiện thực hóa ý tưởng đó thành một sản phẩm vật lý hoàn chỉnh, đạt chuẩn công nghiệp. Đóng vai trò là mắt xích quan trọng trong hệ sinh thái khởi nghiệp quốc gia, Công ty TNHH Giải pháp công nghệ FABE Group đang trở thành vườn ươm kỹ thuật tiêu biểu, cung cấp giải pháp thiết bị, dịch vụ dùng chung nhằm hỗ trợ các startup phần cứng bứt phá từ phòng thí nghiệm ra thị trường.
song-gia-tri