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

mca
Tin bài khác
VAA, EMS hợp tác thúc đẩy giao thương và đào tạo các ngành công nghệ mũi nhọn

VAA, EMS hợp tác thúc đẩy giao thương và đào tạo các ngành công nghệ mũi nhọn

Sáng 10/10, tại trụ sở Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) đã diễn ra Hội nghị Hợp tác xúc tiến phát triển Thành phố thông minh của Hiệp hội Công nghiệp Hệ thống quản lý năng lượng Hàn Quốc (Korea EMS Industry Association (gọi tắt KEMSA/ EMS - sau khi đổi tên) và VAA. Trong khuôn khổ hội nghị cũng đã diễn ra lễ ký kết Biên bản ghi nhớ (MoU) về thúc đẩy hợp tác và trao đổi các giải pháp công nghệ, năng lượng giữa VAA với EMS và các doanh nghiệp thành viên.
Masterise Group ghi dấu “chiến thắng kép” tại Giải thưởng Doanh nghiệp châu Á 2025

Masterise Group ghi dấu “chiến thắng kép” tại Giải thưởng Doanh nghiệp châu Á 2025

Ngày 9/10/2025 tại TP.HCM, ngay lần đầu tiên tham gia Asia Pacific Enterprise Awards 2025 - giải thưởng doanh nghiệp và thương hiệu uy tín hàng đầu khu vực, Masterise Group và thương hiệu trụ cột Masterise Homes đã xuất sắc giành chiến thắng “kép” với hai hạng mục danh giá: Corporate Excellence Award và Inspirational Brand Award.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/10/2025: Tuổi Hợi vận trình thuận lợi, tuổi Thìn dễ gặp áp lực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/10/2025: Tuổi Hợi vận trình thuận lợi, tuổi Thìn dễ gặp áp lực

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 11/10/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 10/10: Bộ ba nhà Vin bùng nổ, kéo thị trường tiến sát mốc 1.750 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 10/10: Bộ ba nhà Vin bùng nổ, kéo thị trường tiến sát mốc 1.750 điểm

Thị trường hưng phấn ngay từ khi mở cửa và giữ nhịp tăng suốt cả ngày. VN Index tăng mạnh tiến sát mốc 1.750 điểm, thanh khoản duy trì ở mức cao. Riêng bộ ba Vin là VIC, VHM, VRE trở thành tâm điểm khi tăng mạnh, mang về cho VN Index tới gần 20 điểm.
Doanh nghiệp được vinh danh Top 10 Doanh nghiệp Công nghệ số Việt Nam 2025 mang lại doanh thu 6,5 tỷ Đô

Doanh nghiệp được vinh danh Top 10 Doanh nghiệp Công nghệ số Việt Nam 2025 mang lại doanh thu 6,5 tỷ Đô

Tối 09/10, tại Hà Nội, Hiệp hội Phần mềm và Dịch vụ Công nghệ Thông tin Việt Nam (VINASA) đã tổ chức Lễ công bố và vinh danh Top 10 và Bản đồ Doanh nghiệp Công nghệ số Việt Nam 2025 trong khuôn khổ Diễn đàn trí tuệ nhân tạo Việt Nam - AI360 năm 2025 chủ đề “Xây dựng doanh nghiệp và xã hội thông minh cùng AI”.
Tự động hóa trong nha khoa hiện đại: Anh Dental mở rộng hệ sinh thái chăm sóc răng miệng công nghệ cao tại Hà Nội

Tự động hóa trong nha khoa hiện đại: Anh Dental mở rộng hệ sinh thái chăm sóc răng miệng công nghệ cao tại Hà Nội

Trong bối cảnh ngành y tế Việt Nam đang đẩy mạnh chuyển đổi số và ứng dụng tự động hóa vào chẩn đoán, điều trị, Viện Nha khoa Thẩm mỹ Anh Dental vừa ra mắt cơ sở mới tại Hà Nội, giới thiệu mô hình “viện nha khoa số” tiên phong với hệ sinh thái công nghệ 3D, trí tuệ nhân tạo (AI) và quản trị dữ liệu tự động - hướng tới chăm sóc răng miệng thông minh, chính xác và bền vững.
VNPT quyên góp 15 tỷ đồng hỗ trợ người dân vùng thiên tai

VNPT quyên góp 15 tỷ đồng hỗ trợ người dân vùng thiên tai

Trước thiệt hại nghiêm trọng do bão số 10 và số 11 gây ra, Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) đã phát động phong trào quyên góp trong toàn hệ thống, dự kiến huy động khoảng 15 tỷ đồng để hỗ trợ đồng bào vùng thiên tai, đồng thời huy động hàng trăm kỹ sư, thiết bị khẩn trương khôi phục thông tin liên lạc tại các khu vực bị ảnh hưởng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/10/2025: Tuổi Dần mâu thuẫn quan điểm, tuổi Tuất gặp nhiều lợi thế

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/10/2025: Tuổi Dần mâu thuẫn quan điểm, tuổi Tuất gặp nhiều lợi thế

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 10/10/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Ra mắt sách ảnh "A80: Tổ quốc trong tim" - Bản hòa ca bằng hình ảnh về 80 năm vẻ vang của dân tộc

Ra mắt sách ảnh "A80: Tổ quốc trong tim" - Bản hòa ca bằng hình ảnh về 80 năm vẻ vang của dân tộc

Thực hiện chỉ đạo của Ban Tuyên giáo và Dân vận Trung ương, Thông tấn xã Việt Nam (TTXVN) giao Nhà xuất bản Thông tấn biên soạn, xuất bản và giới thiệu tới bạn đọc cuốn sách ảnh song ngữ Việt - Anh “A80: Tổ quốc trong tim”.
Kiến nghị sớm ban hành nghị định về cơ chế hoạt động, cơ chế tài chính đặc thù cho Petrovietnam

Kiến nghị sớm ban hành nghị định về cơ chế hoạt động, cơ chế tài chính đặc thù cho Petrovietnam

Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) kiến nghị Chính phủ sớm ban hành nghị định về cơ chế hoạt động, cơ chế tài chính đặc thù cho Petrovietnam, tương xứng mô hình và tầm vóc mới.
song-gia-tri