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
10 dự đoán định hình kỷ nguyên sản xuất bền bỉ và linh hoạt vào năm 2026

10 dự đoán định hình kỷ nguyên sản xuất bền bỉ và linh hoạt vào năm 2026

Năm 2026 được dự báo sẽ là cột mốc quan trọng đánh dấu bước chuyển từ “thử nghiệm số hóa” sang xuất sắc trong thực thi sản xuất. Trong bối cảnh căng thẳng địa chính trị, rủi ro an ninh mạng và biến động chuỗi cung ứng ngày càng phức tạp, các doanh nghiệp sản xuất không còn dư địa cho những cải tiến rời rạc. Thay vào đó, MES (Manufacturing Execution System) và MOM (Manufacturing Operations Management) đang hội tụ để trở thành nền tảng cốt lõi giúp doanh nghiệp tăng khả năng phục hồi và duy trì lợi thế cạnh tranh.
Năng lượng đi trước một bước cho mục tiêu tăng trưởng trên 10%/năm

Năng lượng đi trước một bước cho mục tiêu tăng trưởng trên 10%/năm

Để đáp ứng yêu cầu tăng trưởng kinh tế liên tục trên 10%/năm trong giai đoạn tới, Việt Nam xác định phát triển năng lượng là ưu tiên chiến lược hàng đầu. Từ hoàn thiện thể chế, bảo đảm an ninh năng lượng đến thúc đẩy chuyển dịch xanh và làm chủ công nghệ, ngành năng lượng đang được đặt ở vị trí “đi trước một bước”, tạo nền tảng cho phát triển nhanh và bền vững.
Đón năm “Mã" cùng ưu đãi siêu đã từ BIDV SME Fast Track 2026

Đón năm “Mã" cùng ưu đãi siêu đã từ BIDV SME Fast Track 2026

Chào đón năm mới Bính Ngọ với những kỳ vọng về tốc độ và sự bứt phá, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) dành tặng các doanh nghiệp nhỏ và vừa (SME) chương trình ưu đãi "SME Fast Track 2026". Đây là chìa khóa cho bài toán vốn, chi phí vận hành và công nghệ tài chính giúp doanh nghiệp SME tăng tốc ngay từ vạch xuất phát.
HAuA tăng cường kết nối tự động hóa & robot Việt Nam - Trung Quốc tại Phật Sơn

HAuA tăng cường kết nối tự động hóa & robot Việt Nam - Trung Quốc tại Phật Sơn

Từ ngày 26 đến 28/1/2026, đoàn công tác của Hội Tự động hóa TP.HCM (HAuA) đã đến Thành phố Phật Sơn (Quảng Châu, Trung Quốc) trao đổi chuyên sâu về thị trường cơ khí - tự động hóa - robot, qua đó mở rộng cơ hội hợp tác giữa các hiệp hội và doanh nghiệp hai nước Việt Nam - Trung Quốc.
F88 tiếp tục bứt phá về lợi nhuận trong quý 4, hoàn thành 135% kế hoạch năm 2025

F88 tiếp tục bứt phá về lợi nhuận trong quý 4, hoàn thành 135% kế hoạch năm 2025

Ngày 27/01/2026, Công ty Cổ phần Đầu tư F88 công bố kết quả kinh doanh quý IV/2025 với nhiều điểm sáng, tiếp tục ghi nhận đà tăng trưởng mạnh mẽ cả về quy mô hoạt động lẫn hiệu quả sinh lời. Trong quý IV/2025, lợi nhuận trước thuế của Công ty đạt 304 tỷ đồng, tăng 47% so với cùng kỳ năm trước. Lũy kế cả năm 2025, F88 ghi nhận 907 tỷ đồng lợi nhuận trước thuế, tăng 102% so với năm 2024.
Chủ động “kéo” nhà khoa học rời “vùng an toàn”

Chủ động “kéo” nhà khoa học rời “vùng an toàn”

Trong bối cảnh hành lang pháp lý cho khoa học và công nghệ ngày càng cởi mở, nhiều cơ chế đặc thù đã được thiết kế nhằm khuyến khích đổi mới sáng tạo, tâm lý sợ sai và e ngại rủi ro vẫn là “điểm nghẽn” lớn. Trước thực tế này, lãnh đạo Bộ KH&CN khẳng định quan điểm không chờ đợi sự tự thay đổi, mà chủ động tạo cơ chế, môi trường và động lực đủ mạnh để kéo đội ngũ nhà khoa học ra khỏi vùng an toàn, thúc đẩy nghiên cứu gắn với thực tiễn và ứng dụng.
BIDV SCFast 2026 - Giải pháp toàn diện  hỗ trợ doanh nghiệp trong chuỗi cung ứng

BIDV SCFast 2026 - Giải pháp toàn diện hỗ trợ doanh nghiệp trong chuỗi cung ứng

Với mục tiêu đồng hành và hỗ trợ toàn diện các doanh nghiệp trong chuỗi cung ứng, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) triển khai Chương trình BIDV SCFast 2026 với nhiều ưu đãi vượt trội và giải pháp chuyển đổi số toàn trình liền mạch.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/1/2026: Tuổi Mão tiêu tốn kém, tuổi Tỵ thu hoạch tốt

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/1/2026: Tuổi Mão tiêu tốn kém, tuổi Tỵ thu hoạch tốt

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 30/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 29/1: VN Index bật tăng sau 7 phiên giảm liên tiếp, giữ vững mốc 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 29/1: VN Index bật tăng sau 7 phiên giảm liên tiếp, giữ vững mốc 1.800 điểm

Thị trường ghi nhận sắc xanh trở lại sau chuỗi 7 phiên điều chỉnh liên tiếp. VN Index tăng hơn 12 điểm và đóng cửa cao nhất phiên, qua đó giữ vững vùng hỗ trợ 1.800 điểm. Tuy nhiên, thanh khoản sụt giảm cho thấy tâm lý nhà đầu tư vẫn còn dè dặt, khiến thị trường nhiều khả năng cần thêm thời gian tích lũy.
Đầu vào đại học 2026 chỉ được đăng ký tối đa 10 nguyện vọng với 5 phương thức xét tuyển

Đầu vào đại học 2026 chỉ được đăng ký tối đa 10 nguyện vọng với 5 phương thức xét tuyển

Bộ GDĐT vừa công bố dự kiến điều chỉnh 8 nội dung tại Quy chế tuyển sinh đại học năm 2026. Trong đó, giới hạn mỗi thí sinh được đăng ký tối đa 10 nguyện vọng; mỗi cơ sở đào tạo được sử dụng tối đa 5 phương thức tuyển sinh,…
song-gia-tri