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
Agile One: Giải pháp robot hình người cho nhà máy

Agile One: Giải pháp robot hình người cho nhà máy

Robot hình người công nghiệp Agile One do Agile Robots phát triển được thiết kế cho môi trường sản xuất, hỗ trợ thực hiện các tác vụ phức tạp, lặp lại và độ chính xác cao, đồng thời làm việc an toàn cùng con người trong nhà máy.
"Rạng rỡ Việt Nam": Khơi dậy khát vọng phát triển

"Rạng rỡ Việt Nam": Khơi dậy khát vọng phát triển

Ra đời trong bối cảnh đất nước chuẩn bị bước vào Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng, cuốn sách “Rạng rỡ Việt Nam - Dấu ấn thành tựu nhiệm kỳ Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIII của Đảng” tái hiện toàn cảnh một nhiệm kỳ đặc biệt: nhiều thử thách chưa từng có, nhưng cũng ghi dấu những quyết sách đúng đắn, bản lĩnh lãnh đạo và sức mạnh đại đoàn kết, đưa Việt Nam vững vàng vượt khó, nâng tầm vị thế trên trường quốc tế.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/1/2026: Tuổi Hợi khá thuận lợi, tuổi Thìn gặp biến động

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/1/2026: Tuổi Hợi khá thuận lợi, tuổi Thìn gặp biến động

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 25/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Gala Chào xuân 2026 - “Tinh hoa Thương hiệu Việt” lần thứ II: Diễn đàn kết nối tri thức và tôn vinh thương hiệu Việt

Gala Chào xuân 2026 - “Tinh hoa Thương hiệu Việt” lần thứ II: Diễn đàn kết nối tri thức và tôn vinh thương hiệu Việt

Tại Trường Đại học Nam Cần Thơ, Gala Chào xuân 2026 – “Tinh hoa Thương hiệu Việt” lần thứ II quy tụ đại diện Hội Nam Y Việt Nam, giới chuyên gia, doanh nghiệp và các đơn vị đồng hành trong không khí trang trọng, ấm áp. Chương trình không chỉ vinh danh những tập thể, cá nhân tiêu biểu mà còn mở ra diễn đàn trao đổi về gìn giữ giá trị truyền thống gắn với đổi mới, hội nhập; nhấn mạnh yêu cầu chuẩn hóa, nâng chất lượng và xây dựng thương hiệu Việt bài bản, minh bạch trong kỷ nguyên số.
Bộ GDĐT ban hành Thông tư mới quy định thẩm quyền tuyển dụng nhà giáo

Bộ GDĐT ban hành Thông tư mới quy định thẩm quyền tuyển dụng nhà giáo

Bộ GDĐT vừa ban hành Thông tư số 01/2026/TT-BGDĐT quy định thẩm quyền tuyển dụng nhà giáo (Thông tư số 01). Thông tư số 01 quy định thẩm quyền tuyển dụng nhà giáo trong cơ sở giáo dục công lập thuộc hệ thống giáo dục quốc dân; sử dụng làm căn cứ để cơ quan quản lý và cơ sở giáo dục thực hiện thẩm quyền tuyển dụng hiệu quả theo Luật Nhà giáo.
“Nhà sử học dữ liệu”: Nghề mới định hình lợi thế cạnh tranh 4.0

“Nhà sử học dữ liệu”: Nghề mới định hình lợi thế cạnh tranh 4.0

Trong các nhà máy hiện đại, dữ liệu được tạo ra liên tục với tần suất dày đặc mỗi 0,5 giây, 1 giây hoặc vài giây một lần. Theo các chuyên gia của Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA), lượng dữ liệu khổng lồ này đang biến nhiều hệ thống lưu trữ lịch sử (data historian) trở thành những “bãi rác kỹ thuật số”: giàu dữ liệu nhưng nghèo thông tin. Vấn đề không nằm ở việc thiếu dữ liệu, mà ở cách khai thác và biến dữ liệu thành giá trị thực sự cho sản xuất.
Đến năm 2027, triển khai Tòa án điện tử trong toàn hệ thống

Đến năm 2027, triển khai Tòa án điện tử trong toàn hệ thống

Kế hoạch triển khai thực hiện chuyển đổi số trong ngành Tòa án nhân dân (TAND) xác định mục tiêu xuyên suốt, đến năm 2027 triển khai Tòa án điện tử trong toàn hệ thống.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/1/2026: Tuổi Tý tình cảm thiếu hài hòa, tuổi Mùi hôm nay thuận lợi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/1/2026: Tuổi Tý tình cảm thiếu hài hòa, tuổi Mùi hôm nay thuận lợi

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 26/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
“Võ Văn Kiệt - Trí tuệ và sáng tạo”: Chân dung nhà lãnh đạo dám nghĩ, dám làm từ thực tiễn đất nước

“Võ Văn Kiệt - Trí tuệ và sáng tạo”: Chân dung nhà lãnh đạo dám nghĩ, dám làm từ thực tiễn đất nước

Vừa được Nhà Xuất bản Chính trị quốc gia Sự thật tái bản năm 2026, cuốn sách “Võ Văn Kiệt - Trí tuệ và sáng tạo” của nhà văn Hoàng Lại Giang là một công trình đặc biệt, khắc họa sinh động cuộc đời, sự nghiệp và tư tưởng của Thủ tướng Võ Văn Kiệt - một trong những nhà lãnh đạo tiêu biểu của Đảng và Nhà nước ta trong thời kỳ đổi mới.
Hàng nghìn thí sinh tham gia Kỳ thi đánh giá tư duy “tranh suất” vào các trường uy tín

Hàng nghìn thí sinh tham gia Kỳ thi đánh giá tư duy “tranh suất” vào các trường uy tín

Tại 28 điểm thi khu vực Hà Nội và 10 tỉnh, thành phố, trong sáng 24/1, có gần 17.000 thí sinh tham gia Kỳ thi Đánh giá tư duy (TSA) đầu tiên của Đại học Bách khoa Hà Nội trong mùa tuyển sinh 2026.
song-gia-tri