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

vcca2026
Tin bài khác
Kỳ Tạp chí MCA thuộc Danh mục tạp chí đạt tiêu chuẩn khoa học Việt Nam năm 2026

Kỳ Tạp chí MCA thuộc Danh mục tạp chí đạt tiêu chuẩn khoa học Việt Nam năm 2026

Bộ Khoa học và Công nghệ (KH và CN) vừa ban hành Quyết định số 2244/QĐ-BKHCN ngày 28/4/2026 công bố Danh mục tạp chí đạt tiêu chuẩn khoa học Việt Nam năm 2026.
Sớm “kích hoạt” chuỗi cung ứng: Petrovietnam “đi trước một bước” trong lộ trình xăng sinh học E10

Sớm “kích hoạt” chuỗi cung ứng: Petrovietnam “đi trước một bước” trong lộ trình xăng sinh học E10

Không đợi cơ chế hoàn thiện hay khi thị trường “chín muồi”, Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) đã sớm “kích hoạt” việc xây dựng chuỗi cung ứng từ sản xuất, pha chế đến phân phối xăng sinh học E10.
Sự bùng nổ đầu tư kho bãi của các công ty 3PL và tác động tới tương lai tự động hóa logistics

Sự bùng nổ đầu tư kho bãi của các công ty 3PL và tác động tới tương lai tự động hóa logistics

Trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu ngày càng biến động, các công ty cung cấp dịch vụ logistics bên thứ ba (3PL) đang tăng tốc đầu tư vào hệ thống kho bãi và công nghệ tự động hóa. Xu hướng này không chỉ phản ánh nhu cầu thị trường mà còn cho thấy cách ngành logistics đang chuyển mình sang mô hình vận hành dựa nhiều hơn vào công nghệ.
Triển lãm “80 năm An ninh nhân dân - Lá chắn thầm lặng” thu hút đông đảo công chúng

Triển lãm “80 năm An ninh nhân dân - Lá chắn thầm lặng” thu hút đông đảo công chúng

Tối ngày 29/4/2026, tại thành phố Đà Nẵng, Bộ Công an đã tổ chức lễ khai mạc chuỗi sự kiện “Tổ quốc bình yên”. Đây là hoạt động trọng điểm nhân dịp kỷ niệm 51 năm Ngày Giải phóng miền Nam, thống nhất đất nước (30/4/1975 - 30/4/2026), và hướng tới kỷ niệm 80 năm Ngày truyền thống lực lượng An ninh nhân dân (12/7/1946 - 12/7/2026).
Phủ sóng 5G tại hàng trăm điểm lễ hội, du lịch dịp 30/4 - 1/5

Phủ sóng 5G tại hàng trăm điểm lễ hội, du lịch dịp 30/4 - 1/5

Lưu lượng dữ liệu dự kiến tăng tới 30% so với cùng kỳ, trong khi nhu cầu thoại tiếp tục giảm, đặt ra bài toán lớn cho hạ tầng viễn thông. Các nhà mạng đã đồng loạt nâng cấp mạng lưới, bổ sung trạm phát sóng và triển khai 5G để đáp ứng nhu cầu tăng cao.
Kỳ 4: Minh triết của những nhà sáng lập công nghệ

Kỳ 4: Minh triết của những nhà sáng lập công nghệ

Giữa những dòng mã vô hình và các thuật toán vận hành thế giới, lịch sử công nghệ không chỉ được viết bằng sản phẩm, mà còn bằng tư tưởng. Những nhà sáng lập vĩ đại của kỷ nguyên số đã để lại không chỉ doanh nghiệp, mà còn những mảnh minh triết, cô đọng, sắc lạnh và đầy tính tiên tri. Đó không phải là lời truyền cảm hứng dễ dãi, mà là kết tinh của thất bại, thử nghiệm và những quyết định mang tính sinh tử. Lần theo các phát ngôn ấy, ta bước vào một hành trình nhận biết - hiểu công nghệ, hiểu con người và hiểu chính quỹ đạo của thời đại dữ liệu.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/5/2026: Tuổi Thân căng thẳng mệt mỏi, tuổi Sửu cải thiện sức khỏe

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/5/2026: Tuổi Thân căng thẳng mệt mỏi, tuổi Sửu cải thiện sức khỏe

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 1/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Chuẩn hóa tự động hóa: Lời giải cho ngành cấp thoát nước

Chuẩn hóa tự động hóa: Lời giải cho ngành cấp thoát nước

Trong lĩnh vực tự động hóa hệ thống cấp nước và xử lý nước thải đô thị, một vấn đề phổ biến mà nhiều đơn vị vận hành gặp phải là sự thiếu nhất quán trong mã lập trình điều khiển. Mặc dù các nhà máy và trạm bơm thường sử dụng những thiết bị tương tự nhau, mỗi dự án lại được lập trình theo cách riêng, dẫn đến khó khăn trong vận hành, bảo trì và đào tạo nhân sự. Một hướng tiếp cận mới dựa trên thư viện khối chức năng tiêu chuẩn hóa đang cho thấy khả năng giải quyết hiệu quả bài toán này.
Kỳ 3: Internet và quyền lực dữ liệu

Kỳ 3: Internet và quyền lực dữ liệu

Trong lịch sử văn minh, quyền lực từng thuộc về đất đai, rồi chuyển sang máy móc, và nay lặng lẽ hội tụ trong những dòng dữ liệu vô hình. Internet không chỉ là hạ tầng kết nối, mà đã trở thành một “không gian quyền lực” nơi mọi hành vi, cảm xúc và lựa chọn của con người đều được ghi nhận, phân tích và dự đoán. Ở đó, dữ liệu không còn là sản phẩm phụ của đời sống số, mà trở thành tài nguyên cốt lõi định hình kinh tế, chính trị và cả căn tính cá nhân. Những minh triết của thời đại vì thế không chỉ nói về công nghệ, mà soi chiếu cách quyền lực vận hành trong thế giới số.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/4/2026: Tuổi Tỵ vận may tiền bạc, tuổi Ngọ điềm báo tranh cãi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/4/2026: Tuổi Tỵ vận may tiền bạc, tuổi Ngọ điềm báo tranh cãi

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 30/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...