bau-cu-dai-bieu
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-thong-bao
Tin bài khác
3 doanh nghiệp Việt cùng Qualcomm thúc đẩy phát triển mạng 6G AI-native

3 doanh nghiệp Việt cùng Qualcomm thúc đẩy phát triển mạng 6G AI-native

Từ thử nghiệm 5G-Advanced năm 2027 đến thương mại hóa 6G năm 2029, Viettel công bố kế hoạch tăng tốc làm chủ công nghệ lõi tại MWC Barcelona 2026. Tham gia liên minh 6G toàn cầu cùng Qualcomm, FPT và VNG, doanh nghiệp Việt hướng tới xây dựng hệ sinh thái AI-native, bảo đảm tự chủ hạ tầng số và an ninh công nghệ quốc gia.
Nhận định phiên giao dịch ngày 6/3: Chỉ nắm giữ những cổ phiếu có nền tảng cơ bản

Nhận định phiên giao dịch ngày 6/3: Chỉ nắm giữ những cổ phiếu có nền tảng cơ bản

Sau hai phiên điều chỉnh liên tiếp, VN-Index đang chịu áp lực chốt lời khi dòng tiền vẫn trong trạng thái thăm dò và khối ngoại tiếp tục bán ròng. Trong bối cảnh thị trường có thể còn giằng co, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư ưu tiên nắm giữ những cổ phiếu có nền tảng cơ bản vững chắc và triển vọng tăng trưởng rõ ràng.
BMW đưa robot hình người vào nhà máy tại Đức

BMW đưa robot hình người vào nhà máy tại Đức

Tập đoàn BMW đang đẩy mạnh ứng dụng trí tuệ nhân tạo vật lý khi lần đầu tiên triển khai robot hình người tại nhà máy Leipzig (Đức). Dự án thí điểm này đánh dấu bước tiến mới trong chiến lược số hóa sản xuất của hãng xe Đức, với mục tiêu tích hợp robot hình người vào dây chuyền lắp ráp ô tô hàng loạt, đồng thời thử nghiệm trong sản xuất pin và linh kiện ngoại thất.
5 chương trình đào tạo mới của HUST đột phá về kiến thức khoa học và mang tính hội nhập cao

5 chương trình đào tạo mới của HUST đột phá về kiến thức khoa học và mang tính hội nhập cao

Năm học 2026 - 2027, Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST) mở thêm 5 chương trình đào tạo mới, gồm các lĩnh vực khoa học hành vi, trí tuệ nhân tạo, tài chính - kế toán quốc tế, tiếng Hàn Khoa học và Công nghệ. Việc mở các chương trình đào tạo hot được đánh giá là một bước chuyển mới trong chiến lược đào tạo của Nhà trường, hướng tới phát triển đào tạo tinh hoa và hội nhập quốc tế.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/3/2026: Tuổi Dậu ngày càng thăng hoa, tuổi Sửu tình duyên sa sút

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/3/2026: Tuổi Dậu ngày càng thăng hoa, tuổi Sửu tình duyên sa sút

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 6/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 05/3: Cổ phiếu dầu khí chịu áp lực chốt lời, VN Index giảm hơn 40 điểm từ đỉnh

Thị trường chứng khoán ngày 05/3: Cổ phiếu dầu khí chịu áp lực chốt lời, VN Index giảm hơn 40 điểm từ đỉnh

Thị trường chứng kiến cú đảo chiều mạnh khi VN Index từ mức tăng gần 33 điểm quay đầu giảm gần 10 điểm vào cuối phiên. Nhóm dầu khí chịu áp lực chốt lời mạnh và đồng loạt lao dốc, trong khi khối ngoại tiếp tục bán ròng mạnh.
Apple mở màn tuần lễ sản phẩm 2026, ra mắt iPhone 17e và iPad Air chip M4

Apple mở màn tuần lễ sản phẩm 2026, ra mắt iPhone 17e và iPad Air chip M4

Tối 2/3 (giờ Việt Nam), Apple chính thức khởi động tuần lễ sản phẩm mới của năm 2026 bằng việc trình làng bộ đôi thiết bị giá dễ tiếp cận gồm iPhone 17e và iPad Air thế hệ mới, với nhiều nâng cấp đáng chú ý về hiệu năng, kết nối và dung lượng lưu trữ nhưng vẫn giữ nguyên mức giá khởi điểm.
Nhận định phiên giao dịch ngày 5/3: Điểm mua ưu tiên lựa chọn những nhịp rung lắc

Nhận định phiên giao dịch ngày 5/3: Điểm mua ưu tiên lựa chọn những nhịp rung lắc

Sau phiên đảo chiều mạnh với thanh khoản bùng nổ, thị trường được kỳ vọng sẽ sớm thiết lập vùng cân bằng và quay lại xu hướng tích cực. Trong bối cảnh rung lắc vẫn có thể xuất hiện, các nhịp điều chỉnh được xem là cơ hội phù hợp để nhà đầu tư lựa chọn điểm mua và gia tăng tỷ trọng ở những cổ phiếu có nền tảng tốt.
6 quy tắc phòng chống lừa đảo deepfake trong kỷ nguyên AI

6 quy tắc phòng chống lừa đảo deepfake trong kỷ nguyên AI

Năm 2026 được dự báo là thời điểm tội phạm mạng gia tăng lợi dụng trí tuệ nhân tạo để thực hiện các chiêu trò lừa đảo tinh vi chưa từng có. Từ deepfake, voice clone đến “nhân vật ảo” xuất hiện qua video call, ranh giới thật - giả ngày càng mong manh, đặt người dùng trước những nguy cơ khó lường.
Tích hợp nhiều tính năng AI vượt trội, Samsung Galaxy S26 Ultra ‘cân’ mọi cuộc chơi

Tích hợp nhiều tính năng AI vượt trội, Samsung Galaxy S26 Ultra ‘cân’ mọi cuộc chơi

Samsung Galaxy S26 Ultra là siêu phẩm điện thoại thông minh tích hợp AI, được trông chờ nhất thời điểm hiện tại. Với nhiều tính năng thông minh như chống nhìn trộm, camera 200MP, zoom quang học lên đến 100X; chống rung, chụp đêm và thách thức mọi thời tiết; siêu mỏng, siêu nhẹ, sạc siêu nhanh,… là những thông số kỹ thuật hấp dẫn mọi khách hàng yêu thích điện thoại công nghệ.