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

Tin bài khác
ISA: Định hướng nghề nghiệp trong Tự động hóa công nghiệp

ISA: Định hướng nghề nghiệp trong Tự động hóa công nghiệp

Trong bối cảnh tự động hóa và số hóa ngày càng phát triển mạnh mẽ, hệ thống điều khiển và tự động hóa công nghiệp (IACS) trở thành xương sống của các ngành công nghiệp hiện đại và cơ sở hạ tầng trọng yếu. Để giúp sinh viên và các kỹ sư trẻ định hướng con đường sự nghiệp trong lĩnh vực này, Ủy ban Giám hộ Sinh viên của Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA) đang đóng vai trò then chốt.
Dù từng bị ILA phản đối, nhiều doanh nghiệp vẫn tăng cường Tự động hóa và AI

Dù từng bị ILA phản đối, nhiều doanh nghiệp vẫn tăng cường Tự động hóa và AI

Tại Jacksonville, bang Florida (Hoa Kỳ), chuyên gia Lindsey Brock - cổ đông của công ty luật Fowler, White Burnett - đánh giá rằng: vấn đề lớn nhất mà ngành logistics, vận tải và hàng hải đang đối mặt chính là việc triển khai AI và tự động hóa.
Agribank đẩy mạnh chuyển đổi số: Kiến tạo ngân hàng nhân văn vì cộng đồng

Agribank đẩy mạnh chuyển đổi số: Kiến tạo ngân hàng nhân văn vì cộng đồng

Agribank nổi bật với những sáng kiến và kết quả cụ thể trong hành trình chuyển đổi số vì người dân, đặc biệt ở vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa tại sự kiện “Chuyển đổi số ngành Ngân hàng 2025” với chủ đề “Hệ sinh thái số thông minh trong kỷ nguyên mới”.
Petrovietnam "bắt tay" với Hòa Phát: Bước tiến chiến lược trong sự phát triển của hai Tập đoàn

Petrovietnam "bắt tay" với Hòa Phát: Bước tiến chiến lược trong sự phát triển của hai Tập đoàn

Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) và Tập đoàn Hòa Phát vừa ký kết Thỏa thuận hợp tác toàn diện, mở ra một chương mới trong mối quan hệ giữa hai tập đoàn hàng đầu của khối kinh tế nhà nước và kinh nhà nước và kinh tế tư nhân.
Sắp diễn ra Triển lãm Quốc tế Sản phẩm ngũ kim Việt Nam 2025

Sắp diễn ra Triển lãm Quốc tế Sản phẩm ngũ kim Việt Nam 2025

Triển lãm Quốc tế Sản phẩm Ngũ kim Việt Nam 2025 sẽ diễn ra từ ngày 4 - 6/6/2025 tại TP. Hồ Chí Minh. Đây là triển lãm B2B quốc tế khác biệt trong lĩnh vực sản xuất sản phẩm ngũ kim của Việt Nam với các nhà triển lãm khắp nơi trên thế giới. Triển lãm tập trung vào hoạt động xuất nhập khẩu số lượng lớn, được tổ chức bởi Công ty TNHH triển lãm Uninet có trụ sở tại Singapore, đồng tổ chức bởi Công ty TNHH MICE EIMS Hàn Việt và nhận được sự đồng hành mạnh mẽ từ các Hiệp hội doanh nghiệp cùng các tổ chức ngành nghề của Việt Nam.
Boston Dynamics hợp tác với Nvidia phát triển thế hệ robot hình người thông minh mới

Boston Dynamics hợp tác với Nvidia phát triển thế hệ robot hình người thông minh mới

Boston Dynamics và Nvidia hợp tác mở rộng phát triển trí tuệ nhân tạo tiên tiến cho robot hình người, dựa trên nền tảng điện toán mạnh mẽ Nvidia Jetson Thor.
Cách mạng dây chuyền lắp ráp pin năng lượng

Cách mạng dây chuyền lắp ráp pin năng lượng

Tự động hóa và robot đang cách mạng hóa dây chuyền lắp ráp pin năng lượng thế hệ mới thông qua sự kết hợp giữa hệ thống thị giác AI, robot cộng tác (cobot), và xe tự hành (AGV) nhằm tối ưu hóa từ công đoạn xếp cell đến nối module và kiểm định cuối cùng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 30/5: VN-Index kỳ vọng vượt ngưỡng 1.345 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 30/5: VN-Index kỳ vọng vượt ngưỡng 1.345 điểm

Theo dự báo của Công ty Chứng khoán Rồng Việt (VDSC), thị trường có thể tiếp tục diễn biến giằng co trong phiên giao dịch ngày 30/5. Tuy nhiên, nếu VN-Index vượt qua thành công vùng kháng cự 1.340 – 1.345 điểm, xu hướng tăng sẽ được củng cố và mở rộng.
Giải pháp in phun công nghiệp thông minh đến từ Đức - Lựa chọn hàng đầu cho sản xuất hiện đại

Giải pháp in phun công nghiệp thông minh đến từ Đức - Lựa chọn hàng đầu cho sản xuất hiện đại

Với vai trò là nhà phân phối độc quyền của thương hiệu máy in phun công nghiệp hàng đầu Leibinger (Đức), Công ty TNHH Kỹ thuật Trường Thịnh đang từng bước khẳng định vị thế tại thị trường Việt Nam, Lào và Campuchia. Những sản phẩm công nghệ cao, khả năng vận hành bền bỉ và chính sách dịch vụ hậu mãi vượt trội đã giúp doanh nghiệp ghi dấu mạnh mẽ trong ngành công nghiệp sản xuất.
Biến rơm rạ thành

Biến rơm rạ thành 'vàng xanh': Công nghệ đột phá từ đồng ruộng

Khói bụi mù mịt từ đồng ruộng đang dần biến mất ở những vùng sản xuất lúa trọng điểm. Thay vào đó, nông dân đang tạo ra giá trị kinh tế và môi trường từ rơm rạ - nguồn tài nguyên từng bị coi là phụ phẩm cần xử lý.
siement
Quảng cáo
moxa