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

vcca2026
Tin bài khác
Kết nối công nghệ với thị trường thúc đẩy chuyển đổi xanh nông nghiệp Đồng bằng sông Cửu Long

Kết nối công nghệ với thị trường thúc đẩy chuyển đổi xanh nông nghiệp Đồng bằng sông Cửu Long

Hội thảo tại Cần Thơ quy tụ cơ quan quản lý, chuyên gia, viện trường và doanh nghiệp cùng tìm lời giải cho bài toán phát triển nông nghiệp xanh, phát thải thấp và nâng cao giá trị chuỗi sản xuất.
Vinamilk mang câu chuyện 50 năm đến triển lãm chuyên ngành sữa lớn nhất Việt Nam

Vinamilk mang câu chuyện 50 năm đến triển lãm chuyên ngành sữa lớn nhất Việt Nam

Không chỉ là không gian trưng bày sản phẩm, gian hàng Vinamilk tại chuỗi triển lãm chuyên ngành sữa – kem – trà sữa và thức uống hiện đại năm 2026 thu hút đông đảo khách tham quan, khi biến hành trình 50 năm phát triển thành trải nghiệm đa giác quan, nơi người tiêu dùng có thể trực tiếp “chạm” vào câu chuyện thương hiệu.
Học sinh hào hứng tranh tài Robot đá bóng, Drone và AI tại Giải Vô địch IYRC Việt Nam 2026

Học sinh hào hứng tranh tài Robot đá bóng, Drone và AI tại Giải Vô địch IYRC Việt Nam 2026

Với hàng loạt nội dung hấp dẫn như Robot đá bóng, đua xe AI, Drone và thiết kế dự án sáng tạo, Giải Vô địch IYRC Việt Nam 2026 thu hút đông đảo học sinh cả nước tham gia tranh tài và thể hiện năng lực công nghệ.
Dấu ấn Công an Việt Nam tại phái bộ gìn giữ hòa bình khắc nghiệt nhất Liên hợp quốc

Dấu ấn Công an Việt Nam tại phái bộ gìn giữ hòa bình khắc nghiệt nhất Liên hợp quốc

Lần đầu tiên triển khai lực lượng tới Phái bộ MINUSCA tại Cộng hòa Trung Phi - một phái bộ có vũ trang và được đánh giá khắc nghiệt hàng đầu của Liên hợp quốc - các sĩ quan Công an nhân dân Việt Nam đã nhanh chóng khẳng định bản lĩnh, năng lực và tinh thần chuyên nghiệp.
Công nghệ cao định hình tương lai ngành sữa Việt Nam

Công nghệ cao định hình tương lai ngành sữa Việt Nam

Ngành sữa Việt Nam đang bước vào giai đoạn chuyển đổi mạnh mẽ khi người tiêu dùng ngày càng quan tâm tới chất lượng dinh dưỡng, an toàn thực phẩm và tính minh bạch của chuỗi cung ứng. Tại hội thảo “Công nghệ cao trong chế biến và đóng gói sữa - An toàn và Chất lượng thực phẩm”, nhiều chuyên gia và doanh nghiệp cho rằng đầu tư vào công nghệ tiên tiến không còn là lựa chọn mà đã trở thành yêu cầu tất yếu để nâng cao năng lực cạnh tranh cũng như giá trị thương hiệu của sản phẩm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/5/2026: Tuổi Dần chật vật, tuổi Tỵ có tin vui

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/5/2026: Tuổi Dần chật vật, tuổi Tỵ có tin vui

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 30/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 29/5: Cổ phiếu dầu khí bất ngờ nổi sóng cuối phiên

Thị trường chứng khoán ngày 29/5: Cổ phiếu dầu khí bất ngờ nổi sóng cuối phiên

Giao dịch diễn trong trạng thái ảm đạm suốt cả phiên, khi thanh khoản thấp và dòng tiền thận trọng. VN Index giảm nhẹ 0,18 điểm, nhưng nhóm dầu khí trở thành điểm nhấn khi GAS tăng trần, kéo theo các mã khác cùng khởi sắc.
Herbalife Việt Nam tài trợ sản phẩm dinh dưỡng  cho các vận động viên xuất sắc Việt Nam năm 2026

Herbalife Việt Nam tài trợ sản phẩm dinh dưỡng cho các vận động viên xuất sắc Việt Nam năm 2026

Herbalife Việt Nam, với mục tiêu trở thành một trong những công ty, cộng đồng và nền tảng hàng đầu về sức khỏe và thể chất, sẽ tài trợ các sản phẩm dinh dưỡng Herbalife cho 120 vận động viên xuất sắc và 30 vận động viên người khuyết tật xuất sắc của Việt Nam trong năm 2026. Sáng kiến này là một phần trong chương trình hợp tác dài hạn giữa Herbalife với Ủy Ban Olympic Việt Nam (VOC) và Ủy Ban Paralympic Việt Nam (VPC) từ năm 2012.
Ông Phạm Nhật Quân Anh giữ chức Chủ tịch Hội đồng Quản trị của VinFast

Ông Phạm Nhật Quân Anh giữ chức Chủ tịch Hội đồng Quản trị của VinFast

Ngày 25/5, tại Singapore, VinFast Auto Ltd. đưa ra công bố, Hội đồng Quản trị của doanh nghiệp này đã chính thức bổ nhiệm ông Phạm Nhật Quân Anh giữ chức Chủ tịch Hội đồng Quản trị của VinFast.
200 robot hình người đồng loạt xuất xưởng tại Trung Quốc

200 robot hình người đồng loạt xuất xưởng tại Trung Quốc

Robot hình người đang rời khỏi phòng thí nghiệm để tiến thẳng vào môi trường ứng dụng thực tế, và Trung Quốc vừa cho thấy điều đó bằng việc đồng loạt xuất xưởng 200 robot AI thế hệ mới. Từ những nguyên mẫu thử nghiệm, robot hình người hiện đang bước vào giai đoạn sản xuất hàng loạt và tăng tốc thương mại hóa trong công nghiệp.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc