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
Thông xe đường Liên Phường, tăng kết nối và định hình lại giao thông khu Đông TP.HCM

Thông xe đường Liên Phường, tăng kết nối và định hình lại giao thông khu Đông TP.HCM

Ngày 08/11/2025, nhà phát triển dự án Masterise Homes, thay mặt chủ đầu tư và các bên liên quan đã chính thức tổ chức Lễ thông xe đường Liên Phường, một trục giao thông huyết mạch tại khu Đông TP.HCM. Công trình được hoàn thành và đưa vào vận hành không chỉ góp phần giảm tải cho cửa ngõ phía Đông, mà còn định hình lại mạng lưới giao thông khu vực, tạo động lực phát triển hạ tầng và diện mạo đô thị hiện đại cho thành phố.
Số lượng ứng viên được công nhận chức danh giáo sư, phó giáo sư ngành Tự động hóa năm 2025 tăng không đáng kể

Số lượng ứng viên được công nhận chức danh giáo sư, phó giáo sư ngành Tự động hóa năm 2025 tăng không đáng kể

Năm 2025, Hội đồng Giáo sư Nhà nước đã thông qua 900 ứng viên đạt chuẩn chức danh giáo sư, phó giáo sư, trong đó riêng hội đồng liên ngành Điện - Điện tử - Tự động hóa có 34 chức danh được công nhận. Riêng ngành Tự động hóa có 9 ứng viên được công nhận. Giáo sư duy nhất ngành Tự động hóa năm nay là ứng viên Nguyễn Chí Ngôn, công tác tại Đại học Cần Thơ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/11/2025: Tuổi Mão đón nhận nhiều may mắn, Tuổi Tỵ nên cẩn trọng trong lời nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/11/2025: Tuổi Mão đón nhận nhiều may mắn, Tuổi Tỵ nên cẩn trọng trong lời nói

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 09/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Stellantis bắt tay Nvidia, Uber, Foxconn thúc đẩy chiến lược taxi robot toàn cầu

Stellantis bắt tay Nvidia, Uber, Foxconn thúc đẩy chiến lược taxi robot toàn cầu

Stellantis đã công bố sự hợp tác mới với Nvidia , Uber Technologies và Foxconn để khám phá sự phát triển chung và triển khai trong tương lai của xe tự hành Cấp độ 4 (không người lái) cho dịch vụ taxi robot trên toàn thế giới.
Vivo Y19s 5G ra mắt: Pin "khủng" 6.000mAh, chống nước IP64

Vivo Y19s 5G ra mắt: Pin "khủng" 6.000mAh, chống nước IP64

Mở rộng danh mục smartphone 5G giá rẻ, Vivo giới thiệu Y19s 5G tại Ấn Độ. Thiết bị sở hữu thiết kế mới, pin dung lượng lớn và đạt chuẩn chống nước IP64, hướng đến nhóm người dùng phổ thông cần hiệu năng ổn định và thời lượn
Câu lạc bộ Robotics Tạ Quang Bửu: Khơi nguồn đam mê công nghệ cho các tài năng trẻ

Câu lạc bộ Robotics Tạ Quang Bửu: Khơi nguồn đam mê công nghệ cho các tài năng trẻ

Mới đây, Câu lạc bộ Robotics Trường THCS và THPT Tạ Quang Bửu (CLB Robotics TQB) đã ghi dấu ấn tại Ngày hội STEAM - STEAMESE Festival 2025, sự kiện lớn quy tụ hàng trăm học sinh đam mê khoa học, công nghệ, kỹ thuật, nghệ thuật và toán học đến từ nhiều trường học trên địa bàn Hà Nội.
Sản phẩm công nghệ chiến lược ưu tiên: Làm ngay, làm nhanh với mục tiêu, giải pháp cụ thể, rõ ràng

Sản phẩm công nghệ chiến lược ưu tiên: Làm ngay, làm nhanh với mục tiêu, giải pháp cụ thể, rõ ràng

Chiều 7/11, tại Trụ sở Chính phủ, Phó Thủ tướng Nguyễn Chí Dũng chủ trì họp về Chương trình phát triển sản phẩm công nghệ chiến lược (CNCL) ưu tiên triển khai ngay năm 2025.
Petrovietnam tổ chức Lễ gắn biển công trình trọng điểm thuộc dự án mỏ khí

Petrovietnam tổ chức Lễ gắn biển công trình trọng điểm thuộc dự án mỏ khí

Sáng 8/11, Petrovietnam tổ chức lễ gắn biển công trình chân đế giàn xử lý trung tâm (CPP) thuộc dự án khí Lô B. Bí thư Thành ủy TP.HCM Trần Lưu Quang dự lễ, ghi nhận nỗ lực hoàn thành hạng mục quan trọng chào mừng Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ XIV.
Đại biểu Quốc hội ủng hộ việc cấm sử dụng AI giả mạo, tạo nội dung sai sự thật

Đại biểu Quốc hội ủng hộ việc cấm sử dụng AI giả mạo, tạo nội dung sai sự thật

Nhiều đại biểu Quốc hội đề nghị cấm tuyệt đối hành vi lợi dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để giả mạo hình ảnh, giọng nói, tạo nội dung sai sự thật. Đại tướng Lương Tam Quang khẳng định Bộ Công an sẽ tiếp thu, hoàn thiện dự thảo luật, đảm bảo phù hợp với thực tiễn và yêu cầu bảo vệ an ninh mạng trong thời kỳ số.
Sản xuất thông minh trong kỷ nguyên AI: Khi tin tặc nhắm vào các nhà máy “siêu kết nối”

Sản xuất thông minh trong kỷ nguyên AI: Khi tin tặc nhắm vào các nhà máy “siêu kết nối”

AI đang định hình lại ngành sản xuất đồng thời cũng mở ra mặt trận mới cho tội phạm mạng. Khi các nhà máy ngày càng trở nên thông minh hơn nhờ trí tuệ nhân tạo, tin tặc cũng đang tiến hóa để tận dụng chính những công nghệ ấy, biến AI thành con dao hai lưỡi trong cuộc cách mạng công nghiệp số.
song-gia-tri