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

ar
Tin bài khác
Thị trường chứng khoán ngày 20/3: VN Index giảm hơn 51 điểm, lùi về sát MA200 trong phiên cơ cấu quỹ

Thị trường chứng khoán ngày 20/3: VN Index giảm hơn 51 điểm, lùi về sát MA200 trong phiên cơ cấu quỹ

Phiên giao dịch diễn ra với đầy áp lực khi sắc đỏ lan rộng trên toàn thị trường ngay từ đầu phiên và gia tăng mạnh về cuối ngày, đặc biệt trong đợt cơ cấu danh mục của các quỹ ETF. VN Index giảm hơn 51 điểm, lùi về vùng đường MA200, trong bối cảnh khối ngoại bán ròng gần 1,9 nghìn tỷ đồng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/3/2026: Tuổi Tý thuận lợi, tuổi Thân hành xử bốc đồng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/3/2026: Tuổi Tý thuận lợi, tuổi Thân hành xử bốc đồng

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 21/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Sàn Giao dịch Công nghệ TP. Hồ Chí Minh ra mắt phiên bản mới 2026

Sàn Giao dịch Công nghệ TP. Hồ Chí Minh ra mắt phiên bản mới 2026

Sàn Giao dịch Công nghệ phiên bản mới của TP. Hồ Chí Minh kỳ vọng sẽ thực sự phát huy giá trị vì là nơi gặp gỡ thực chất giữa nhu cầu đổi mới công nghệ từ doanh nghiệp và nguồn cung tri thức
Nhận định phiên giao dịch ngày 20/3: Áp lực rung lắc còn lớn?

Nhận định phiên giao dịch ngày 20/3: Áp lực rung lắc còn lớn?

Sau phiên 19/3 giảm hơn 14 điểm và đánh mất mốc 1.700 điểm, thị trường bước vào phiên 20/3 với nhiều áp lực đan xen. Bối cảnh quốc tế vẫn bất lợi khi Cục Dự trữ Liên bang Mỹ giữ nguyên lãi suất, chứng khoán toàn cầu biến động mạnh và căng thẳng Trung Đông tiếp tục leo thang, trong khi trong nước là phiên cơ cấu danh mục của một số quỹ ETF.
Từ Block đến PayPal: AI đang viết lại "luật chơi" ngành thanh toán

Từ Block đến PayPal: AI đang viết lại "luật chơi" ngành thanh toán

Không chỉ riêng Block, hàng loạt công ty fintech như Klarna, PayPal hay Stripe đều đang tăng tốc ứng dụng AI để tối ưu vận hành. Làn sóng này phản ánh sự dịch chuyển mạnh mẽ sang mô hình tự động hóa, nơi hiệu suất và chi phí trở thành ưu tiên hàng đầu.
Khi an toàn thực phẩm trở thành tiêu chuẩn cốt lõi của công nghệ bao bì & chế biến

Khi an toàn thực phẩm trở thành tiêu chuẩn cốt lõi của công nghệ bao bì & chế biến

Năm 2026, ngành bao bì - chế biến toàn cầu bước vào thời kỳ chuyển đổi mạnh mẽ, khi an toàn thực phẩm trở thành tiêu chuẩn cạnh tranh cốt lõi. Sự thay đổi trong tiêu chuẩn quốc tế cùng sức ép đổi mới công nghệ buộc doanh nghiệp không chỉ đầu tư máy móc, mà còn phải chứng minh khả năng kiểm soát chất lượng bằng dữ liệu rõ ràng, từ quy trình vô trùng, kiểm tra rủi ro đến việc đạt các chứng nhận quốc tế. Trong bối cảnh đó, ProPak Vietnam 2026, dưới sự bảo trợ của Sở Công Thương TP.HCM, trở thành “bàn đo công nghệ” quan trọng, nơi doanh nghiệp so sánh, chọn lựa và định hình cấu trúc sản xuất an toàn - bền vững - đạt chuẩn toàn cầu cho chu kỳ tăng trưởng mới.
EVN nâng cấp 30 tổ máy nhiệt điện xử lý khí thải đáp ứng quy chuẩn khí thải mới

EVN nâng cấp 30 tổ máy nhiệt điện xử lý khí thải đáp ứng quy chuẩn khí thải mới

Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) vừa lên kế hoạch nâng cấp 30 tổ máy nhiệt điện với tổng công suất 14.324 MW, để cải tạo hệ thống xử lý khí thải nhằm đáp ứng quy chuẩn môi trường mới; bảo đảm duy trì nguồn cung điện ổn định, bảo vệ môi trường.
VNUA xét tuyển hàng nghìn chỉ tiêu các ngành khoa học công nghệ, kỹ thuật và tự động hóa

VNUA xét tuyển hàng nghìn chỉ tiêu các ngành khoa học công nghệ, kỹ thuật và tự động hóa

Năm 2026, Học viện Nông nghiệp Việt Nam (VNUA) tuyển sinh 8.284 chỉ tiêu theo 4 phương thức xét tuyển. Trong đó, Học viện dành hàng nghìn chỉ tiêu tuyển sinh cho các nhóm ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô và Cơ điện tử; Kỹ thuật điện, Điện tử và Tự động hóa; Logistics và Quản lý chuỗi cung ứng; Công nghệ thông tin và Kỹ thuật số,…
Giới doanh nhân Việt Nam dự báo kinh tế sẽ khởi sắc trong năm nay

Giới doanh nhân Việt Nam dự báo kinh tế sẽ khởi sắc trong năm nay

Doanh nhân Việt nam kỳ vọng tình trạng kinh tế của họ sẽ được cải thiện trong 12 tháng tới
AT EXPO 2026 sẽ diễn ra trong tháng 5 tới tại Hà Nội

AT EXPO 2026 sẽ diễn ra trong tháng 5 tới tại Hà Nội

Ngày 14 - 16/5 tới, Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) phối hợp với Công ty Cổ phần Hội chợ Triển lãm và Quảng cáo Việt Nam (VIETFAIR) tổ chức Triển lãm Quốc tế Tự động hóa và Công nghệ - AT EXPO 2026 với chủ đề: “Tự động hóa với các công nghệ thông minh trong sản xuất và phát triển bền vững”. AT Expo 2026 sẽ diễn ra tại Cung Văn hóa Hữu nghị, 91 Trần Hưng Đạo, Hà Nội.
song-gia-tri