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

trien-lam-quoc-te
Tin bài khác
Tổ chức Lễ dâng hương tưởng nhớ Hoàng tử Lang Liêu, tôn vinh văn hóa ẩm thực dân tộc

Tổ chức Lễ dâng hương tưởng nhớ Hoàng tử Lang Liêu, tôn vinh văn hóa ẩm thực dân tộc

Lễ dâng hương tưởng nhớ công lao của Hoàng tử Lang Liêu, người được ghi nhớ trong lịch sử và truyền thuyết dân gian là người đã sáng tạo ra bánh chưng, bánh giầy-hai biểu tượng về văn hóa ẩm thực đặc sắc của dân tộc sẽ diễn ra trong hai ngày 6 và 7/5 (mồng 9 và 10 tháng Tư âm lịch) tại Khu di tích lịch sử văn hóa đền thờ Hoàng tử Lang Liêu, phường Dữu Lâu, thành phố Việt Trì (tỉnh Phú Thọ).
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/5/2025: Tuổi Hợi mâu thuẫn cá nhân, tuổi Tỵ gặp vận may

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/5/2025: Tuổi Hợi mâu thuẫn cá nhân, tuổi Tỵ gặp vận may

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 7/5/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 6/5: VN Index giằng co tại vùng kháng cự, dòng tiền tìm đến nhóm midcaps

Thị trường chứng khoán ngày 6/5: VN Index giằng co tại vùng kháng cự, dòng tiền tìm đến nhóm midcaps

Thị trường tiếp tục duy trì sắc xanh nhưng kết phiên với áp lực bán mạnh cuối phiên, cảnh báo áp lực điều chỉnh tại vùng kháng cự quanh 1.250 điểm. Trong bối cảnh nhóm cổ phiếu trụ suy yếu, dòng tiền có dấu hiệu dịch chuyển sang nhóm midcaps và bất động sản.
F88 chính thức trở thành công ty đại chúng

F88 chính thức trở thành công ty đại chúng

Ngày 06/05/2025, Công ty Cổ phần Đầu tư F88 (F88) vừa đạt một bước đi dài tiến gần hơn đến mục tiêu niêm yết trên sàn chứng khoán, mở ra một chương mới trong quá trình phát triển bền vững của công ty với những tiêu chuẩn quản trị cao hơn, minh bạch hơn.
Chính sách mới có hiệu lực từ tháng 5/2025

Chính sách mới có hiệu lực từ tháng 5/2025

Chính sách cho trẻ em nhà trẻ, học sinh, học viên ở vùng đồng bào dân tộc thiểu số và miền núi; tăng phụ cấp lưu trú khi đi công tác... là những chính sách mới có hiệu lực từ tháng 5/2025.
Cuộc thi viết "Vượt lên số phận" lần thứ VIII có 12 giải chính và 4 giải phụ

Cuộc thi viết "Vượt lên số phận" lần thứ VIII có 12 giải chính và 4 giải phụ

Ngày 6/5, tại Hà Nội, Tạp chí Thanh niên phối hợp với Học viện Báo chí và Tuyên truyền cùng Hội Bảo trợ người khuyết tật và trẻ mồ côi Việt Nam phát động cuộc thi viết “Vượt lên số phận” lần thứ VIII. Năm nay, ngoài các giải thưởng chính, Ban tổ chức sẽ trao nhiều giải phụ gồm: "Nhân vật truyền cảm hứng", "Nhân vật làm chủ khoa học công nghệ", "Sáng tạo" và "Tâm huyết".
Kết thúc kỳ thi TSA lần thứ 3, top 10 thí sinh xuất sắc lộ diện

Kết thúc kỳ thi TSA lần thứ 3, top 10 thí sinh xuất sắc lộ diện

Sáng 6/5, ĐH Bách khoa Hà Nội công bố điểm thi Đánh giá tư duy (TSA) đợt 3 năm 2025, top 10 thí sinh đạt điểm xuất sắc, đến từ nhiều trường THPT các tỉnh/thành lộ diện.
Ngành Nông nghiệp và Môi trường tháo gỡ các điểm nghẽn trong ứng dụng khoa học công nghệ

Ngành Nông nghiệp và Môi trường tháo gỡ các điểm nghẽn trong ứng dụng khoa học công nghệ

Nghị quyết 57-NQ/TW, yêu cầu đổi mới tư duy, đặt nền tảng cho hệ thống chính sách và chương trình hành động trong toàn ngành Nông nghiệp và Môi trường nhằm thúc đẩy chuyển đổi xanh, nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên và phát triển nông nghiệp sinh thái.
Máy đo tọa độ Maestro của Hexagon đáp ứng sản xuất hiện đại

Máy đo tọa độ Maestro của Hexagon đáp ứng sản xuất hiện đại

Ngày 6 tháng 5 năm 2025, Bộ phận Trí tuệ nhân tạo sản xuất của Hexagon thông báo ra mắt MAESTRO, một máy đo tọa độ (CMM) thế hệ tiếp theo hoàn toàn mới được thiết kế từ đầu để đáp ứng nhu cầu năng suất ngày càng tăng của sản xuất hiện đại.
Hyundai kỳ vọng tự động hóa tới 40% việc lắp ráp ôtô nhờ robot hình người

Hyundai kỳ vọng tự động hóa tới 40% việc lắp ráp ôtô nhờ robot hình người

Hyundai thông báo triển khai robot hình người Atlas tại nhà máy lắp ráp ô tô Metaplant America ở bang Georgia (Mỹ). Mục tiêu của Hyundai là giúp tự động hóa tới 40% công việc lắp ráp ô tô tại nhà máy vào cuối năm 2025.
siement
Quảng cáo
moxa