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
Xu hướng CNC 2026: Dữ liệu, tự động hóa và công nghệ lai

Xu hướng CNC 2026: Dữ liệu, tự động hóa và công nghệ lai

Ngành gia công CNC đang bước vào một giai đoạn chuyển mình sâu sắc. Nếu trước đây trọng tâm là độ chính xác cơ khí và năng suất, thì đến năm 2026, dữ liệu, trí tuệ nhân tạo (AI), tự động hóa và công nghệ lai sẽ trở thành các trụ cột cốt lõi, định hình cách các nhà máy thiết kế, lập trình và vận hành. Sự thay đổi này phản ánh xu hướng chung của sản xuất hiện đại: từ “gia công thuần túy” sang “gia công thông minh”.
Nhận định phiên giao dịch ngày 3/2: Xu hướng giảm chưa hoàn toàn rõ nét

Nhận định phiên giao dịch ngày 3/2: Xu hướng giảm chưa hoàn toàn rõ nét

Phiên giao dịch ngày 2/2 chứng kiến áp lực bán mạnh khiến VN-Index có thời điểm mất hơn 50 điểm. Tuy nhiên, lực cầu bắt đáy xuất hiện rõ rệt tại nhóm cổ phiếu ngân hàng và dầu khí đã giúp thị trường hồi phục đáng kể về cuối phiên. Đóng cửa, VN-Index chỉ còn giảm 32,54 điểm (-1,23%), thu hẹp đáng kể so với mức giảm sâu trong phiên; VN30-Index cũng cải thiện tích cực nhờ dòng tiền quay trở lại nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn.
Vững bước dưới cờ Đảng

Vững bước dưới cờ Đảng

Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn bài viết "Vững bước dưới cờ Đảng" của đồng chí Tô Lâm, Tổng Bí thư Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam.
Tổ chức Đợt phim mừng Đảng, mừng Xuân Bính Ngọ 2026

Tổ chức Đợt phim mừng Đảng, mừng Xuân Bính Ngọ 2026

Hướng tới chào mừng thành công Đại hội Đảng lần thứ XIV, kỷ niệm 96 năm Ngày thành lập Đảng Cộng sản Việt Nam và đón Xuân Bính Ngọ 2026, Đợt phim do Cục Điện ảnh chủ trì tổ chức sẽ diễn ra trên phạm vi cả nước, mang đến cho công chúng nhiều tác phẩm điện ảnh có giá trị tư tưởng, nhân văn và nghệ thuật cao.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/2/2026: Tuổi Tỵ mất kiểm soát, tuổi Mùi sức khỏe cải thiện

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/2/2026: Tuổi Tỵ mất kiểm soát, tuổi Mùi sức khỏe cải thiện

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 3/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 2/2: Nhóm midcap hút tiền giữa sắc đỏ, VN Index rút chân gần 30 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 2/2: Nhóm midcap hút tiền giữa sắc đỏ, VN Index rút chân gần 30 điểm

Mở màn tuần giao dịch đầu tiên của tháng 2 trong sắc đỏ, VN Index có thời điểm giảm sâu nhưng lực cầu xuất hiện mạnh về cuối phiên đã giúp chỉ số rút chân gần 30 điểm. Dù đóng cửa giảm hơn 22 điểm, dòng tiền vẫn luân chuyển tích cực sang nhóm midcap như dầu khí, thủy sản, dệt may và bán lẻ.
Vinamilk tiếp tục vượt đỉnh doanh thu của quý trước, với hơn 17 nghìn tỷ đồng

Vinamilk tiếp tục vượt đỉnh doanh thu của quý trước, với hơn 17 nghìn tỷ đồng

Tổng doanh thu hợp nhất Quý 4/2025 của Vinamilk đạt 17.045 tỷ đồng, tiếp tục lập đỉnh mới, tăng 10,1% so với cùng kỳ. Kết quả này giúp tổng doanh thu hợp nhất năm 2025 của “ông lớn” ngành sữa Việt Nam đạt 63.724 tỷ đồng, tăng 3,1% so với cùng kỳ, cao nhất lịch sử công ty.
Nhận định phiên giao dịch ngày 2/2: Tránh mua đuổi ở những mã đang ở vùng giá cao

Nhận định phiên giao dịch ngày 2/2: Tránh mua đuổi ở những mã đang ở vùng giá cao

Sau nhịp hồi phục kỹ thuật giúp VN-Index lấy lại sắc xanh sau chuỗi giảm sâu, thị trường đang cho thấy sự phân hóa rõ nét khi dòng tiền chưa thực sự cải thiện. Trong bối cảnh chỉ số tiến gần vùng kháng cự mạnh, nhà đầu tư được khuyến nghị thận trọng, hạn chế mua đuổi các cổ phiếu đã tăng nóng và ưu tiên quản trị rủi ro trong phiên giao dịch ngày 2/2.
Làn sóng tự động hóa 2026: Hướng tới sản xuất thông minh, linh hoạt

Làn sóng tự động hóa 2026: Hướng tới sản xuất thông minh, linh hoạt

Ngành sản xuất toàn cầu đang đứng trước một bước ngoặt mới của tự động hóa. Nếu các giai đoạn trước tập trung chủ yếu vào thay thế lao động thủ công và tăng tốc độ vận hành, thì làn sóng tự động hóa tiếp theo dự kiến bộc lộ rõ trong năm 2026 sẽ xoay quanh khả năng kết nối, thông minh hóa và mở rộng linh hoạt của các hệ thống. Đây không chỉ là câu chuyện về công nghệ, mà còn là sự thay đổi trong cách các nhà sản xuất tổ chức vận hành, quản trị dữ liệu và phát triển nguồn nhân lực.
Siết quản lý chatbot AI tạo deepfake, kiểm soát rủi ro, bảo vệ quyền con người trên không gian mạng

Siết quản lý chatbot AI tạo deepfake, kiểm soát rủi ro, bảo vệ quyền con người trên không gian mạng

Trước thực trạng một số chatbot trí tuệ nhân tạo (AI) có hành vi tạo và lan truyền nội dung deepfake khiêu dâm, xâm phạm nghiêm trọng quyền con người, trên không gian mạng, vấn đề đặt ra là hướng xử lý như thế nào để vừa kiểm soát rủi ro, vừa bảo đảm sự phát triển lành mạnh của công nghệ AI.
song-gia-tri