Chẩn đoán hư hỏng cuộn dây stator động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha bằng phương pháp phân tích tín hiệu dòng điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

TẠ THÀNH VIỆT PHƢƠNG

CHẨN ĐOÁN HƢ HỎNG CUỘN DÂY STATOR ĐỘNG CƠ
ĐIỆN XOAY CHIỀU KHƠNG ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG
PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍN HIỆU DÕNG ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Quảng Ngãi – Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

TẠ THÀNH VIỆT PHƢƠNG

CHẨN ĐOÁN HƢ HỎNG CUỘN DÂY STATOR ĐỘNG CƠ
ĐIỆN XOAY CHIỀU KHƠNG ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG
PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍN HIỆU DÕNG ĐIỆN

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA
Mã số: 8.52.02.16

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ QUỐC HUY

Quảng Ngãi - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả

Tạ Thành Việt Phƣơng


CHẨN ĐOÁN HƢ HỎNG CUỘN DÂY STATOR ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY
CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍN
HIỆU DÕNG ĐIỆN
Học viên: Tạ Thành Việt Phương
Khóa: K34.TĐH.QNg

Chun ngành: Kỹ thuật điều khiển-tự động hóa
Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN

Tóm tắt: Động cơ điện được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm nhiều loại, nhiều
kích thước, nhiều mức công suất khác nhau cho các mục tiêu khác nhau. Ở các nhà máy sản xuất,
động cơ chiếm khoảng 40-50% tổng lượng tiêu thụ điện ở các quốc gia cơng nghiệp. Chính vì thế
việc chẩn đốn sớm được sự cố cho động cơ điện là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng góp

phần tăng cường và đảm bảo độ tin cậy vận hành cho các thiết bị và nhà máy, nhất là các nhà máy
mà ở đó động cơ điện chiếm phần lớn trong các hệ thống truyền động. Phương pháp MCSA (Motor
Current Signature Analysis) có thể chẩn đốn online, khơng cần dừng thiết bị, không can thiệp và
tác động trực tiếp vào động cơ. Phương pháp này cịn có thể chẩn đốn sớm (dự báo) sự cố phục vụ
cho cơng tác bảo dưỡng phịng ngừa (preventive maintenance) động cơ điện.
Xuất phát từ thực tế đó, luận văn này thực hiện hai vấn đề: (i) xây dựng được thuật toán cho
chẩn đoán lỗi ngắn mạch cuộn dây stator của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ (turn to turn)
dựa trên phương pháp phân tích phổ dòng điện stator, (ii) đi sâu xây dựng và kiểm nghiệm thuật
toán chẩn đoán hiệu quả nhằm chẩn đoán online chính xác và sớm sự cố ngắn mạch cuộn dây stator
nhằm tăng cường độ tin cậy cho thiết bị, giảm được thời gian dừng máy.
Từ khóa – MCSA, chẩn đoán sự cố ngắn mạch cuộn dây stator, bảo dưỡng phòng ngừa.
STATOR WINDING FAULT DIAGNOSTIC OF 3-PHASE AC INDUCTION
MOTOR BY MOTOR CURRENT SIGNATURE ANALYSIS
Student: Ta Thanh Viet Phuong
Course: 34

Specialization: Control and Automation Engineering
Da Nang University of Technology – DUT

Abstract: Electric motors are widely used in industry in many different fields, including many
types, sizes and different power levels for different purposes. In manufacturing plants, electric
motors account for 40-50% of the total electricity consumption in industrialized countries.
Therefore, the early diagnosis of electric motors failure is an essential and important requirement
contributing to strengthening and ensuring operational reliability for equipment and factories,
especially ones in which electric motors make up most drive systems. The MCSA (Motor Current
Signature Analysis) method can diagnose online, without stopping the motor, neither interference
and direct impact on the engine. This method can also early diagnose (predict) incidents for
preventive maintenance of electric motors.
Based on that fact, this thesis works on two issues: (i) building an algorithm for diagnosing
stator winding short-circuit fault (of the turn-to-turn type) using motor stator current spectrum

analysis, (ii) applying and and test the proposed diagnostic algorithms to accurately and quickly
diagnose stator short-circuit fault to increase device reliability and reduce downtime.
Key words – MCSA, stator fault diagnostic, preventive maintenance.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................
MỤC LỤC ........................................................................................................................
DANH MỤC CÁC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..........................................
DANH MỤC CÁC BẢNG...............................................................................................
DANH MỤC CÁC HÌNH ...............................................................................................
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
Chƣơng 1 – TỔNG QUAN NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CHẨN ĐỐN LỖI
CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA ................ 11
1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ . 11
1.1.1. Giới thiệu chung về động cơ tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất. .................... 11
1.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều 3 pha không
đồng bộ .................................................................................................................... 21
1.2. Các phương pháp chẩn đoán lỗi của động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ 24
1.2.1. Giới thiệu chung ............................................................................................ 24
1.2.2. Phân loại và nguyên lý của các phương pháp chẩn đoán lỗi động cơ .......... 26
Chƣơng 2 – PHƢƠNG PHÁP CHẨN ĐỐN LỖI ĐỘNG CƠ BẰNG PHÂN
TÍCH DÕNG ĐIỆN STATOR ................................................................................... 28
2.1. Giới thiệu chung ............................................................................................................... 28
2.2. Phân tích ảnh hưởng của các lỗi lên phổ dòng điện stator ............................................ 32
2.2.1 Độ lệch tâm khe hở khơng khí ..................................................................... 32
2.2.2 Hư hỏng thanh dẫn rotor .............................................................................. 33
2.2.3 Hư hỏng ổ bi ................................................................................................ 33
2.2.4 Ảnh hưởng của tải ........................................................................................ 35

2.3. Phân tích phổ dịng điện stator để phát hiện các lỗi liên quan cuộn dây stator. ........... 36
2.3.1. Các công cụ phân tích hữu ích để chẩn đốn lỗi cuộn dây ........................... 37
2.3.2. Chẩn đốn lỗi ngắn mạch vịng dây sử dụng thành phần thứ tự nghịch của
dòng điện stator ở trạng thái xác lập. ...................................................................... 38
2.3.3. Phân tích ngắn mạch vòng dây của cuộn dây stator ở trạng thái xác lập dựa
trên phân tích chuỗi Fourier nhanh (FFT) .............................................................. 41
2.3.4. Đánh giá dựa trên khai triển nhanh chuỗi Fourier. ....................................... 43


2.4. Giới thiệu về máy MCE-EMAX đang sử dụng tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất, một
số ví dụ và kết quả sử dụng máy để phát hiện lỗi động cơ. .................................................. 44
2.4.1 Giới thiệu về máy MCE-MAX ...................................................................... 44
2.4.2 Một số ví dụ về kết quả sử dụng máy MCE-MAX để phát hiện lỗi động cơ
tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất. ............................................................................. 49
Chƣơng 3 – XÂY DỰNG THUẬT TOÁN CHẨN ĐOÁN LỖI NGẮN MẠCH
CUỘN DÂY STATOR CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG
PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ DÕNG ĐIỆN ................................................ 57
3.1. Tổng quan về phương pháp phân tích lỗi cuộn dây stator động cơ bằng phân tích
dịng điện stator ....................................................................................................................... 57
3.1.1. Giới thiệu chung........................................................................................... 57
3.1.2. Đạo hàm của thành phần dòng điện ở tần số f(1-2s) .................................... 57
3.1.3. Suy ra thành phần dòng điện ở tần số f(1+2s) .............................................. 58
3.1.4. Phân tích phổ dịng điện cuộn dây stator ...................................................... 59
3.1.5. Đo lường dòng điện và kỹ thuật phân tích phổ dịng điện trong cơng nghiệp61
3.1.6. Thang đo dB cho MCSA và đặc điểm kỹ thuật của phân tích phổ dịng điện63
3.2. Phân tích lỗi cuộn dây stator động cơ bằng phương pháp phân tích phổ tần số của
dịng điện stator ....................................................................................................................... 64
3.2.1 Mơ hình thu thập dữ liệu ............................................................................... 64
3.2.2 Phương pháp chẩn đoán và giám sát ngắn mạch cuộn dây........................... 65
3.2.3 Tái tạo tín hiệu .............................................................................................. 66

3.2.4 Phương trình và kết quả dự đốn phân tích phổ dịng điện MCSA. ............. 66
3.2.5 Áp dụng FFT để phân tích phổ dịng điện cho các động cơ ở Nhà máy lọc
dầu Dung Quất. ....................................................................................................... 68
3.3. Phân tích lỗi cuộn dây stator động cơ theo Phép biến đổi Park .................................... 97
3.3.1. Phép biến đổi Park ........................................................................................ 97
3.3.2. Áp dụng phép biến đổi Park để phân tích lỗi một số động cơ ở nhà máy Lọc
dầu Dung Quất. ..................................................................................................... 100
3.3.3. Bảng thống kê phân tích lỗi động cơ .......................................................... 107
3.4. Phân tích và tổng hợp kết quả phân tích phổ dòng điện stator của động cơ .............. 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................. 1


DANH MỤC CÁC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ĐT/NV

:

Đề tài/nhiệm vụ

NMLD

:

Nhà máy lọc dầu

MCSA

:

Phân tích phổ dịng điện

FFT

:

Biển đổi nhanh chuỗi Fourier

DFT

:

Khai triển chuỗi Fourier rời rạc

HTĐ

:

Hệ thống điện

DSP

:

Xử lý tín hiệu số

CT

:

Máy biến dịng

f

:

Tần số

Ts

:

Chu kỳ lấy mẫu

EPRI

:

Viện Điện lực Mỹ

IEEE

:

Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.4: Bảng thống kê hư hỏng cuộn dây và vòng bi động cơ .................................. 15
Bảng 1.5: Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tuổi thọ cách điện .......................................... 16
Bảng 1.6: Thống kê về lỗi/hỏng của động cơ điện [2] .................................................. 24

Bảng 1.7 Khả năng xảy ra lỗi trên động cơ không đồng bộ [2] ................................. 25
Bảng 2.1: Bảng thông số của động cơ dùng cho thực nghiệm ..................................... 39
Bảng 3.1 Thông số động cơ EM-1112E ....................................................................... 71
Bảng 3.2 Thông số đo thực nghiệm bằng Máy MCEmax ............................................. 71
Bảng 3.3 Tần số ứng với lỗi ngắn mạch vịng dây stator EM-1112E ........................... 72
Bảng 3.7: Thơng số động cơ A-4002D-PM-07B .......................................................... 76
Bảng 3.8: Thông số đo thực nghiệm bằng máy MCEmax ............................................ 76
Bảng 3.9: Tần số ứng với lỗi ngắn mạch động cơ A-4002D-PM-07B ......................... 77
Hình 3.11: Phổ dòng điện pha a động cơ A-4002D-PM-07B ....................................... 78
Bảng 3.10 : Biên độ ứng với tần số lỗi pha a của động cơ A-4002D-PM-07B ............ 78
Hình 3.12: Phổ dịng điện pha b động cơ A-4002D-PM-07B ...................................... 79
Bảng 3.11 : Biên độ ứng với tần số lỗi pha b của động cơ A-4002D-PM-07B ............ 79
Hình 3.13: Phổ dịng điện pha c động cơ A-4002D-PM-07B ....................................... 80
Bảng 3.12 : Biên độ ứng với tần số lỗi pha c của động cơ A-4002D-PM-07B ............ 80
Bảng 3.13 : Thông số động cơ A-5203A-BM-01.......................................................... 81
Bảng 3.14 : Thông số đo thử nghiệm động cơ A-5203A-BM-01 bằng máy MCE-MAX81
Bảng 3.15 : Tần số ứng với lỗi ngắn mạch vòng dây stator động cơ A-5203A-BM-0182
Bảng 3.16 : Biên độ ứng với tần số lỗi pha c của động cơ A-5203A-BM-01 ............... 83
Bảng 3.17 : Biên độ ứng với tần số lỗi pha b của động cơ A-5203A-BM-01 .............. 84
Bảng 3.18 : Biên độ ứng với tần số lỗi pha c của động cơ A-5203A-BM-01 ............... 85
Bảng 3.19: Thông số của động cơ X-1301-EM-07A .................................................... 86
Bảng 3.20: Thông số đo thử nghiệm động cơ bằng máy MCE-MAX của động cơ X1301-EM-07A ................................................................................................................ 86
Bảng 3.21: Tần số ứng với lỗi ngắn mạch vòng dây stator động cơ X-1301-EM-07A 87
Bảng 3.22 : Biên độ ứng với tần số lỗi pha a của động cơ X-1301-EM-07A ............... 88
Bảng 3.23 : Biên độ ứng với tần số lỗi pha b của động cơ X-1301-EM-07A ............... 89


Bảng 3.24 : Biên độ ứng với tần số lỗi pha c của động cơ X-1301-EM-07A ............... 90
Bảng 3.25 : Thông số động cơ PM-2101B .................................................................... 91
Bảng 3.26 : Thông số đo thử nghiệm động cơ PM-2101B bằng máy MCE-MAX ...... 91

Bảng 3.27 : Tần số ứng với lỗi ngắn mạch vòng dây stator động cơ PM-2101B ......... 92
Bảng 3.28 : Biên độ ứng với tần số lỗi pha b của động cơ PM-2101B ......................... 94
Bảng 3.29 : Biên độ ứng với tần số lỗi pha c của động cơ PM-2101B ......................... 95
Bảng 3.30: Bảng thống kê phân tích lỗi động cơ thực nghiệm ở Nhà máy Lọc dầu
Dung Quất.................................................................................................................... 107


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Phân bố động cơ theo khu vực trong Nhà máy ............................................. 11
Hình 1.2: Biểu đồ chỉ số MTBF của động cơ (năm) .................................................... 13
Hình 1.3: Tỷ lệ hỏng hóc của các bộ phận động cơ điện. ............................................ 13
Hình 1.4: Phân tích lỗi động cơ theo Paretto ................................................................ 14
Hình 1.5: Thống kê của IEEE và EPRI về tỉ lệ nguyên nhân lỗi động cơ ................... 15
Hình 1.6: Nhiệt độ chịu đựng của các cấp cách điện [3] ............................................... 16
Hình 1.7: Đặc tính quan hệ giữa nhiệt độ và tuổi thọ cách điện ................................... 17
Hình 1.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ với cuộn dây .......................................................... 17
Hình 1.9: Ảnh hưởng của tác nhân điện ........................................................................ 18
Hình 1.10: Cọ xát giữa stator và rotor ........................................................................... 18
Hình 1.11: Cách điện bị lão hóa do điều kiện vận hành quá tải, nhiệt độ cao (PM2101B). .......................................................................................................................... 19
Hình 1.12: Nước vào cuộn dây C-1202A-PM-01. ........................................................ 19
Hình 1.13: Mỡ thừa vào cuộn dây PM-1112A .............................................................. 20
Hình 1.14: Vật liệu niêm chèn bị hỏng PM-1112A. ..................................................... 20
Hình 1.15: Cấu tạo của động cơ 3 pha không đồng bộ [2, p. 32] ................................. 21
(Drive shaft: trục động cơ; stator windings: cuộn dây stator; Cooling fan: quạt làm
mát; Terminal box: hộp đấu dây). ................................................................................ 21
Hình 1.16: Mạch từ stator và rotor của động cơ không đồng bộ [2, p. 32] ................... 22
(stator slot: rảnh stator; stator lamination: lõi thép; shaft: trục; air gap: khe hở khơng
khí; rotor lamination: lõi thép rotor; rotor slot: rãnh rotor). .......................................... 22
Hình 1.17: Rotor dây quấn [Internet] ............................................................................ 23

Hình 1.18: Rotor lồng sóc [Internet] ............................................................................. 23
Hình 1.19: Phân loại các lỗi của động cơ khơng đồng bộ [1]Error! Bookmark not defined.
Hình 2.1: Sơ đồ khối phát hiện lỗi bằng phân tích tín hiệu dịng điện [4]. ................... 30
Hình 2.2 : Bốn dạng lệch trục của ổ bi [5] .................................................................. 34
Hình 2.3 : Khoảng cách của ổ bi [5] .............................................................................. 35
Hình 2.4 : Các kỹ thuật khác nhau dùng để chẩn đoán lỗi của cuộn dây stator [2] ...... 37
Hình 2.5: Động cơ dùng cho thực nghiệm [2] .............................................................. 39


Hình 2.6: Mơ hình thực nghiệm [2, p. 133]................................................................... 39
Hình 2.7 : Thành phần thứ tự nghịch tương ứng với tỉ lệ phần trăm ngắn mạch cuộn
dây [2] ............................................................................................................................ 40
Hình 2.8: Sơ đồ mạch thực nghiệm [2, p. 130] ............. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.9: Dịng điện khơng tải của động cơ [2, p. 134] ............................................... 42
Hình 2.10 : Dịng điện stator khi động cơ có tải [2] ...................................................... 42
Hình 2.11 : Phân tích nhanh chuỗi Fourier dịng điện ở trạng thái xác lập khi chạy ... 43
Hình 3.1 Từ trường quay thuận và ngược chiều khi xảy ra hư hỏng thanh rotor

[7] 58

Hình 3.2 Minh họa các tần số dải biên ±2sf quanh tần số cơ bản [7, p. 114]. ............. 59
Hình 3.3 : Một "minh họa lý tưởng" của dạng sóng dịng điện trên miền thời gian, do
biên độ điều chế gây ra bởi dải biên ± 2sf xung quanh tần số cung cấp được tạo ra bởi
thanh rotor bị hỏng. [7] ................................................................................................. 60
Hình 3.4: Biên độ dB N chênh lệch giữa thành phần tần số cơ bản và tần số dải biên.
[7]................................................................................................................................... 61
Hình 3.5: Thiết bị đo lường dịng điện và phân tích phổ dịng điện của động cơ điện [7]62
Hình 3.6: MCSA gắn trên ampe kẹp ở phía thứ cấp của CT, hiển thị dịng điện của
động cơ [7]. .................................................................................................................... 62
Hình 3.7 : Phổ dịng điện của 1 động cơ thử nghiệm [7, p. 121] .................................. 64

Hình 3.8: Phổ dịng điện stator pha a động cơ EM-1112E ............................................ 73
Hình 3.9: Phổ dịng điện pha b động cơ EM-1112E ..................................................... 74
Hình 3.10: Phổ dịng điện pha c động cơ EM-1112E.................................................... 75
Hình 3.14: Phổ dịng điện pha a của động cơ A-5203A-BM-01 ................................... 83
Hình 3.15: Phổ dịng điện pha b của động cơ A-5203A-BM-01................................... 84
Hình 3.16: Phổ dịng điện pha c của động cơ A-5203A-BM-01 ................................... 85
Hình 3.17: Phổ dòng điện pha a của động cơ X-1301-EM-07A ................................... 88
Hình 3.18: Phổ dịng điện pha b của động cơ X-1301-EM-07A ................................... 89
Hình 3.19: Phổ dịng điện pha c của động cơ X-1301-EM-07A ................................... 90
Hình 3.20: Dạng sóng dịng điện 3 pha Ia/Ib/Ic động cơ PM-2101B theo thời gian .... 93
Hình 3.21: Phổ dịng điện pha a của động cơ PM-2101B ............................................. 93
Hình 3.22: Phổ dịng điện pha b của động cơ PM-2101B ............................................. 94
Hình 3.23: Phổ dịng điện pha c của động cơ PM-2101B ............................................. 95


Hình 3.24: Sơ đồ khối của Phép biến đổi Park sử đụng để phân tích phổ dịng điện
động cơ xoay chiều khơng đồng bộ 3 pha ..................................................................... 97
Hình 3.25a: Hình dạng biểu diễn (id,iq) của động cơ bình thường ............................... 98
Hình 3.25b: Hình dạng biểu diễn (id,iq) méo mó của động cơ bị lỗi ............................ 99
Hình 3.26: Hình biểu diễn (id,iq) của động cơ bình thường ....................................... 100
Hình 3.27: Hình biểu diễn (id,iq) của động cơ bị lỗi. ................................................. 101
Hình 3.28: Hình biểu diễn (id,iq) của động cơ bình thường và động cơ bị lỗi ........... 101
Hình 3.29: Hình biểu diễn (id,iq) của động cơ bình thường ....................................... 102
Hình 3.30: Hình biểu diễn (id,iq) của động cơ có khả năng bị lỗi .............................. 102
Hình 3.31: Hình biểu diễn (id,iq) của động cơ bình thường ....................................... 103
Hình 3.32: Hình biểu diễn (id,iq) của động cơ bình thường ....................................... 104
Hình 3.33: Hình biểu diễn (id,iq) của động cơ bị lỗi nghiêm trọng ............................ 104
Hình 3.34: Hình biểu diễn (id,iq) của động cơ bình thường và động cơ bị lỗi nghiêm
trọng ............................................................................................................................. 105
Hình 3.35: Hình biểu diễn (id,iq) của tất cả các động cơ bình thường, động cơ có khả

năng bị lỗi và động cơ bị lỗi nghiêm trọng. ................................................................ 106


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho phép tôi gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến các quý thầy cô
giảng viên khoa Điện – Trường Đại học bách khoa Đà Nẵng, những người thầy cô đã
không những truyền đạt dạy dỗ cho tơi những kiến thức và kinh nghiệm q báu mà
cịn hướng dẫn tận tình cho tơi trong suốt q trình làm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ này.
Tơi xin chân thành gởi lời cảm ơn chân thành nhất của tơi đến các q thầy cơ và
đặc biệt là thầy : Tiến sĩ Lê Quốc Huy đã tận tình, chu đáo, dành thời gian và tâm
huyết hướng dẫn em trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè đã luôn động viên và giúp đỡ tơi trong
suốt q trình thực hiện luận văn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng đề thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, tuy
nhiên do hạn chế về kiến thức, khả năng và kinh nghiệm nên khơng thể tránh khỏi
những sai sót, em rất mong nhận được sự nhận xét, đánh giá và góp ý quý báu của quý
thầy cô.
Chân thành cảm ơn!
Quảng Ngãi ngày 04 tháng 12 năm 2018

Tạ Thành Việt Phƣơng


1

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Theo khảo sát của viện nghiên cứu EPRI (Electric Power Research) về các yếu
tố gây nên hư hỏng cho động cơ về phần trăm hư hỏng của các thành phần trong một
động cơ bao gồm 41% của cơ khí, 37% của stator, 10% của rotor, 12% của các yếu tố

khác (chất lượng điện năng, mạch cơng suất). Do đó việc nâng cao độ tin cậy, ổn định
cho các động cơ điện trong quy trình sản xuất luôn là ưu tiên của bộ phận bảo trì cũng
như ban lãnh đạo tại các nhà máy. Việc chẩn đốn, phát hiện sớm tình trạng hư hỏng
của động cơ điện sẽ giúp chúng ta chủ động trong việc lên kế hoạch bảo trì, sản xuất
tại nhà máy và tối ưu hố chi phí dự trữ thiết bị thay thế.
Động cơ điện được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm nhiều
loại, nhiều kích thước, nhiều mức công suất khác nhau cho các mục tiêu khác nhau. Ở
các nhà máy sản xuất, động cơ chiếm khoảng 40-50% tổng lượng tiêu thụ điện ở các
quốc gia công nghiệp. Có nhiều loại động cơ: động cơ khơng đồng bộ một pha hay ba
pha, động cơ đồng bộ, động cơ một chiều với nhiều cấp điện áp và nhiều cấp tốc độ
khác nhau, tần số 50 Hz hay 60 Hz. Chính vì thế việc chẩn đốn sớm được sự cố cho
động cơ điện là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng góp phần tăng cường và
đảm bảo độ tin cậy vận hành cho các thiết bị và nhà máy, nhất là các nhà máy mà ở đó
động cơ điện chiếm phần lớn trong các hệ thống truyền động.
Phương pháp MCSA (Motor Current Signature Analysis) có thể chẩn đốn
online, khơng cần dừng thiết bị, khơng can thiệp và tác động trực tiếp vào động cơ.
Phương pháp này còn có thể chẩn đốn sớm (dự báo) sự cố phục vụ cho cơng tác bảo
dưỡng phịng ngừa (predictive maintenance) động cơ điện.
Ở nhà máy lọc dầu Dung Quất có gần 1750 động cơ các loại (103 động cơ trung
thế có mức độ ưu tiên tối quan trọng, khi bị sự cố sẽ ảnh hưởng tới hoạt động của phân
xưởng và nhà máy (gây trip phân xưởng, dừng nhà máy); 1200 động cơ được phân
loại mức độ ưu tiên quan trọng, khi bị sự cố nếu không xử lý kịp thời trong một
khoảng thời gian nào đó sẽ gây dừng phân xưởng và có khả năng gây dừng nhà máy
và gần 400 động cơ các loại khác, nên việc chẩn đoán sớm dấu hiệu hư hỏng cuộn dây
của động cơ điện sẽ giúp cho người vận hành thiết bị đưa ra kế hoạch bảo dưỡng, sữa
chữa nhằm tránh cho việc thiết bị dừng đột ngột, giảm thời gian dừng máy không
mong muốn và chủ động trong cơng tác bảo dưỡng phịng ngừa góp phần vào việc
tăng cường độ tin cậy, vận hành ổn định cho nhà máy. Với đặc thù nhà máy Lọc dầu
ln ln tồn tại mơi trường khí cháy nổ nên luôn tiềm tàng nguy cơ cháy nổ khi xảy
ra sự cố cháy nổ động cơ và hậu quả mà nó mang lại sẽ vơ cùng nghiêm trọng.

Đây chính là bối cảnh và động lực để tôi chọn đề tài “CHẨN ĐOÁN HƢ
HỎNG CUỘN DÂY STATOR ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG
BỘ 3 PHA BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍN HIỆU DÕNG ĐIỆN” để


2
ứng dụng cho việc chẩn đoán sự cố ngắn mạch cuộn dây của động cơ điện xoay chiều
không đồng bộ bằng phương pháp phân tích tín hiệu dịng điện cuộn dây stator của
động cơ.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Xây dựng được thuật toán cho chẩn đoán lỗi ngắn mạch cuộn dây stator của
động cơ điện xoay chiều không đồng bộ (turn to turn) dựa trên phương pháp phân tích
phổ dịng điện stator.
Luận văn này đi sâu xây dựng và kiểm nghiệm thuật tốn chẩn đốn hiệu quả
nhằm chẩn đốn online chính xác và sớm sự cố ngắn mạch cuộn dây stator nhằm tăng
cường độ tin cậy cho thiết bị, giảm được thời gian dừng máy.
Để thực hiện nội dung trên, luận văn cần phải giải quyết các vấn đề sau:
- Nghiên cứu nguyên lý và cấu tạo của động cơ điện xoay chiều 3 pha không
đồng bộ.
- Nghiên cứu các lỗi phổ biến của động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng
bộ và nguyên lý của các phương pháp chẩn đoán lỗi tương ứng.
- Xây dựng thuật toán cho phân tích dịng điện stator để chẩn đốn chính xác và
sớm sự cố ngắn mạch cuộn dây stator.
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Luận văn tập trung nghiên cứu về lỗi ngắn mạch cuộn dây (turn to turn) của
động cơ điện 3 pha không đồng bộ nhằm đưa ra phương pháp chẩn đoán, dự báo sớm
sự cố ngắn mạch cuộn dây stator của động cơ điện.
Để giải quyết vấn đề này, luận văn sẽ được trình bày thành bốn chương sau:
CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA
KHÔNG ĐỒNG BỘ

Chương này sẽ đưa ra các kiến thức cơ bản về động cơ điện xoay chiều 3 pha
khơng đồng bộ. Trình bày các kiến thức cơ bản về ngắn mạch trong động cơ điện.
1.1 Giới thiệu tổng quan về động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ
Động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ bao gồm phần tĩnh (stator), được
tạo thành từ nhiều lá thép kỹ thuật điện ghép lại thành hình trụ vành khăn. Các lá thép
tạo thành stator, được dập các rảnh phân bố đều theo vòng tròn trong của stator. Trong
các rảnh người ta lót cách điện trước khi lắp đặt các bộ dây quấn vào rãnh stator.
Động cơ không đồng bộ là động cơ điện hoạt động với tốc độ quay của Rotor
chậm hơn so với tốc độ quay của từ trường Stator.Ta thường gặp động cơ không đồng
bộ Rotor lồng sóc vì đặc tính hoạt động của nó tốt hơn dạng rotor dây quấn.
Stator được quấn các cuộn dây lệch nhau về không gian (thường là 3 cuộn dây
lệch nhau góc 120°). Khi cấp điện áp 3 pha vào dây quấn, trong lòng stator xuất hiện


3
từ trường fs quay tròn với tốc độ n=60*f/p, với p là số cặp cực của dây quấn stator, f là
tần số của điện áp.
1.2 Tổng quan về ngắn mạch trong động cơ điện
Ngắn mạch là một loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng chạm chập
giữa các vòng dây trong cùng một cuộn dây hoặc giữa các pha với nhau trong cuộn
dây stator động cơ điện. Nguyên nhân phần lớn là do hỏng cách điện của cuộn dây
stator và dây quấn, cách điện cuộn dây của động cơ điện bị hỏng gây ra chạm mạch
bối dây với vỏ hoặc giữa các bối dây pha với nhau, chạm chập vòng dây trong một bối
dây. Một số nguyên nhân có thể nói đến sau đây:
 Cách điện bị ẩm ướt.
 Cuộn dây bị bụi bẩn, dầu mỡ hoặc bụi kim loại.
 Va chạm cơ học làm xước cách điện bối dây.
 Trong mơi trường làm việc có hóa chất ăn mịn cách điện như : Axit, kiềm.
 Động cơ điện bị quá tải lâu dài làm cho cách điện bị dịn.
 Lão hóa lớp cách điện.

 ….

Khi cuộn dây của động cơ điện 3 pha bị ngắn mạch, dưới tác động của dòng điện
ngắn mạch rất lớn, nhanh chóng động cơ điện 3 pha sẽ bốc khói. Sự phát nóng cục bộ
sẽ làm cho một trong số các cuộn dây sẽ bị cháy.
Trường hợp cuộn dây có nhiều vịng thì khi số vịng dây bị chập mạch ít thì động
cơ có thể quay thêm một thời gian ngắn nữa. Ngay lúc này thì động cơ điện có tiếng ù
rất lớn, dịng điện 3 pha khơng cân bằng, tốc độ quay giảm, có hiện tượng nóng cục
bộ.
Chƣơng 2 – Tổng quan về chẩn đoán lỗi động cơ điện xoay chiều 3 pha
không đồng bộ.
Chương này sẽ giới thiệu chung về chẩn đoán lỗi động cơ điện xoay chiều 3 pha
không đồng bộ.
Các lỗi liên quan đến động cơ điện trong đó stator chiếm 37%, bearing chiếm
41%, rotor chiếm 10%, còn lại 12% liên quan đến các yếu tố khác.
Các bộ phận chính của một động cơ hay máy phát bao gồm cuộn dây stator,
cuộn dây rotor và ổ đỡ. Theo khảo sát của viện nghiên cứu năng lượng điện - Electric
Power Research Institute (EPRI) thực hiện năm 1980 với 7500 động cơ cảm ứng cỡ
lớn, 37% sự cố của động cơ có nguyên nhân ban đầu liên quan đến cuộn dây stator,
10% liên quan đến cuộn dây rotor. Ngoài ra, theo một nghiên cứu của IEEE, 40% sự
cố của máy phát thuỷ điện có nguyên nhân từ cách điện cuộn dây stator.


4

(nguồn: )
Việc đánh giá tình trạng của cách điện cuộn dây stator cũng như phát hiện các
lỗi của cuộn dây ở giai đoạn sớm đóng một vai trị hết sức quan trọng trong việc bảo
trì, kéo dài tuổi thọ của động cơ, máy phát, giảm thiểu các sự cố nghiêm trọng xảy ra.
Nắm bắt được những nguyên nhân cơ bản và dấu hiệu của quá trình suy giảm cách

điện cuộn dây sẽ góp phần nâng cao độ chính xác trong việc phát hiện lỗi, đánh giá
được mức độ nghiêm trọng của lỗi và nâng cao độ chính xác khi lên kế hoạch bảo trì.
Trong quá trình hoạt động bình thường, cuộn dây stator của những động cơ lớn
hoặc máy phát luôn phải chịu những tác động từ những yếu tố bên trong (nhiệt, lực
điện từ…) và những yếu tố bên ngồi (bụi bẩn, độ ẩm, nhiệt độ mơi trường…). Có rất
nhiều nguyên nhân dẫn đến xuống cấp, hư hỏng cách điện, trong đó có một số ngun
nhân chính sau:
Xuống cấp cách điện do nhiệt độ: Nhiệt độ là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến quá
trình xuống cấp cách điện, nếu như nhiệt độ hoạt động của cuộn dây tăng 10 độ C, tuổi
thọ của cách điện sẽ giảm đi một nửa (theo IEEE 43-2013). Các yếu tố ảnh hưởng đến
nhiệt độ cuộn dây bao gồm cả yếu tố bên ngoài lẫn yếu tố bên trong như: Quá tải, mất
cân bằng điện áp, sóng hài cao, bụi bẩn, hệ thống làm mát khơng đủ…. Q trình
xuống cấp cách điện do nhiệt độ sẽ kèm theo sự tăng lên của điện dung cách điện, độ
tổn hao điện mơi và phóng điện cục bộ theo thời gian.
Thay đổi tải: Quá trình thay đổi tải thường xuyên và đột ngột cũng góp phần
làm hư hỏng cách điện của cuộn dây. Trong một số stator loại lớn (dài hơn 2m), sự
thay đổi đột ngột dòng điện sẽ dẫn đến thay đổi nhiệt độ của cuộn dây một cách nhanh
chóng. Q trình giãn nở theo chiều dài không đều của dây dẫn và cách điện sẽ tạo ra
các lực tác động lớn tại vị trí hai đầu cuối cuộn dây, dần dần, quá trình này dẫn đến hư
hỏng cách điện, kèm theo đó là hiện tượng phóng điện cục bộ.


5
Tẩm cách điện không tốt: Với các cuộn dây trung thế, tẩm sấy là một công đoạn
rất quan trọng, mục đích của cơng đoạn này là loại bỏ hồn tồn các lỗ khí trong cách
điện, đồng thời tăng độ dẫn nhiệt và hạn chế sự dịch chuyển cuộn dây trong q trình
hoạt động. Nếu như q trình tẩm sấy khơng tốt, nhiệt độ cuộn dây trong lúc hoạt động
có thể tăng cao, làm cách điện xuống cấp do nhiệt; hoặc dịch chuyển cuộn dây có thể
xảy ra, dẫn đến mịn cách điện. Tuy nhiên vấn đề chính của q trình tẩm cách điện
khơng tốt là hiện tượng phóng điện cục bộ với sự xuất hiện các lỗ khí bên trong cách

điện.
Lỏng cuộn dây trong khe từ (lỏng nêm): Cuộn dây động cơ, máy phát lúc hoạt
động chịu một lực từ rất lớn, lực từ này có tần số gấp 2 lần tần số dịng điện và có độ
lớn tỉ lệ với bình phương cường độ dịng điện. Nếu cuộn dây hay thanh dẫn được giữ
chặt, dù hoạt động ở điều kiện đầy tải, lực từ này chỉ gây tác dụng nhỏ lên cuộn dây.
Tuy nhiên, nếu tình trạng ngược lại xảy ra, cuộn dây không được giữ chặt, chúng sẽ
bắt đầu rung động, cách điện cuộn dây bắt đầu có sự di chuyển tương đối với lõi stator,
lớp cách điện dần dần bị mòn do ma sát. Nếu như 30% độ dày lớp cách điện bị mòn,
sự cố ngắn mạch sẽ xảy ra. Ngồi ra, q trình này cũng kèm theo hiện tượng phóng
điện cục bộ. Nếu như khơng được phát hiện sớm, cuộn dây sẽ nhanh chóng bị phá huỷ
trong vòng vài tháng đến vài năm.
Hư hỏng lớp bán dẫn: Với các cuộn dây trung thế, phần dây dẫn được đặt trong
khe từ sẽ được sơn hoặc quấn 1 lớp bán dẫn mỏng ở mặt ngoài lớp cách điện. Lớp bán
dẫn này có tác dụng tránh tình trạng lỗ khí được tạo ra bởi mặt ngồi của cách điện và
phần tiếp địa của động cơ, máy phát (lúc này lớp bán dẫn chính là phần tiếp địa). Q
trình hoạt động do bị mòn do rung động, hoặc do quá trình sản xuất khơng tốt, lớp bán
dẫn này sẽ dần dần bị hư hỏng, điện trở của lớp bán dẫn sẽ tăng lên, nghiêm trọng hơn
làlớp bán dẫn này có thể bị mất đi. Điều này đồng nghĩa với việc xuất hiện các lỗ khí
giữa cách điện và phần tiếp địa (lõi stator), gây ra hiện tượng phóng điện cục bộ.
Hư hỏng lớp tản điện trường: Để hạn chế các hư hỏng do phóng điện cục bộ
trong cuộn dây, lớp bán dẫn mặt ngoài cách điện sẽ được kết thúc cách rảnh từ vài cm
về phía vị trí cuối cuộn dây. Tuy nhiên, với việc kết thúc lớp bán dẫn này, điện trường
cao sẽ tập trung tại vị trí kết thúc bán dẫn. Để khắc phục điều này, vị trí này sẽ được
phủ thêm một lớp bán dẫn có tính chất thay đổi điện trở theo điện trường (điện trở thấp
khi điện trường cao và điện trở cao khi điện trường thấp). Nhờ vậy hiện tượng phóng
điện cục bộ do điện trường tập trung sẽ không xảy ra. Một số trường hợp trong q
trình sản xuất, vị trí chồng lên nhau của lớp tản điện trường và lớp bán dẫn không đủ
tiêu chuẩn, hoặc lớp bán dẫn không đảm bảo tính chất vật lý cần thiết, theo thời gian,
lớp tản điện trường này sẽ mất dần vai trị của mình, hiện tượng phóng điện cục bộ sẽ
xảy ra.

Xung điện áp: Một động cơ, máy phát khi hoạt động sẽ chịu ảnh hưởng bởi các
xung có điện áp cao từ bên ngoài, như sét lan truyền, ngắn mạch từ hệ thống, máy cắt


6
hay biến tần… Những xung điện áp này lặp đi lặp lại nhiều lần với biên độ cao, sẽ ảnh
hưởng đến cách điện của các vòng dây, cách điện giữa các pha cách điện giữa pha với
vỏ cũng như lớp bán dẫn mặt ngoài cuộn dây.
Sự nhiễm bẩn: Nhiễm bẩn là một vấn đề thường gặp phải trong cuộn dây. Các
yếu tố gây ra sự nhiễm bẩn bao gồm bụi bẩn, mụi than, nước, dầu, mỡ bơi trơn, các
chất hố học, axit. Nhiễm bẩn dẫn đến nhiều vấn đề, làm tăng nhiệt độ cuộn dây, sự
tấn cơng hố học, hình thành đường dẫn điện thế. Các quá trình này sẽ dần dần làm
xuống cấp cách điện, đặc biệt là hiện tượng hình thành đường dẫn (vết chân chim, cây
điện thế), gây ra phóng điện cục bộ và phá huỷ nhanh chóng bề mặt cách điện cuộn
dây.
Tấn cơng hố học: Động cơ, máy phát hoạt động trong mơi trường có axit, dầu,
các chất dung mơi hoặc các chất hố học khác sẽ có nguy cơ bị các yếu tố này xâm
nhập. Một khi cách điện bị tấn công bởi các chất hoá học, điện trở cách điện sẽ giảm
xuống, đồng thời, các liên kết hoá học trong cách điện sẽ bị bẻ gãy, cách điện sẽ mềm
đi và dần dần xuống cấp.
Khoảng cách giữa các pha ở vị trí cuối cuộn dây (end-winding): Trong những
stator lớn, tại vị trí cuối cuộn dây, khoảng cách của các cuộn dây kế tiếp nhau phải đủ
lớn để đảm bảo nhiệt độ tản nhiệt. Ngoài ra, một điều quan trọng là tại những vị trí
này, bề mặt ngồi cách điện khơng được phủ lớp bán dẫn, nếu khoảng cách giữa các
cuộn dây nhỏ và hiệu điện thế giữa 2 cuộn dây lớn, hiện tượng cục bộ sẽ xảy ra, dần
dần làm hỏng cách điện.
Rung động cuối cuộn dây: Cũng giống như lỏng cuộn dây trong khe từ, nếu đầu
cuối cuộn dây không được giữ một cách chắc chắn, hiện tượng rung động bởi lực từ
lớn sẽ xảy ra, các dây dẫn có nguy cơ cọ xát với các vật cố định nó, dần dần cách điện
sẽ bị mòn và dẫn đến ngắn mạch. Nguyên nhân của q trình này có thể là do thiết kế

của nhà sản xuất, dòng khởi động quá lớn, cuộn dây duy trì nhiệt độ cao trong thời
gian dài. Ngồi ra, sự có mặt của dầu, mỡ bơi trơn (do rị rỉ) tại vị trí này cũng góp
phần làm cho hiện tượng rung động này xảy ra.
Rò rỉ hệ thống làm mát: Với những stator của máy phát lớn, hệ thống làm mát
stator trực tiếp bằng nước được sử dụng. Nếu trong quá trình chế tạo cuộn dây stator
hoặc trong quá trình bảo trì, lớp Teflon khơng được dán một cách chính xác, hiện
tượng rị rỉ nước sẽ xảy ra. Sự hiện diện của nước sẽ làm tăng dòng rò, và nhanh chóng
làm xuống cấp cách điện.
Kết nối: Kết nối khơng tốt cũng là một vấn đề hết sức quan trọng của cuộn dây
stator. Sự xuất hiện của các kết nối khơng tốt sẽ làm cho nhiệt độ tại vị trí đó tăng cao,
cách điện sẽ nhanh chóng bị xuống cấp, cuối cùng dẫn đến ngắn mạch. Ngoài ra, lỗi
kết nối này sẽ làm dòng điện mất cân bằng, nhiệt độ cuộn dây tăng cao, đồng thời
giảm hiệu suất của động cơ, máy phát.


7

Dây dẫn stator, màu đen – phần nằm trong khe từ, màu trắng – phần cuối cuộn
dây (nguồn: )
Trên đây là một số nguyên nhân chủ yếu dẫn đến xuống cấp, hư hỏng cuộn dây stator.
Nếu như chúng ta nắm bắt được những nguyên nhân này, kết hợp với việc sử dụng các
cơng nghệ trong bảo trì chẩn đốn như kiểm tra, giám sát phóng điện cục bộ online,
giám sát rung động…phát hiện kịp thời và đưa ra giải pháp hợp lý. Khi đó q trình
xuống cấp của cách điện stator sẽ chậm lại, tuổi thọ động cơ, máy phát sẽ được kéo dài
cũng như các sự cố nghiêm trọng sẽ giảm đi, nâng cao tính ổn định của nhà máy, giảm
chi phí bảo trì và chi phí dừng máy không kế hoạch. Dưới đây là tổng quan về tỉ lệ

một số lỗi của động cơ điện, bao gồm lỗi liên quan ổ bi (bearings), lỗi liên quan
stator (stator faults), lỗi liên quan rotor (rotor faults), cũng như các lỗi khác
(other faults) [1].

8
Giám sát tình trạng sức khỏe động cơ điện ln là nhiệm vụ thách thức trong
nhiều nghiên cứu về chẩn đốn, giám sát động cơ điện. Vì vậy đã có nhiều kỹ thuật
chẩn đoán, dự báo sức khỏe động cơ điện được nghiên cứu và phát triển nhằm phục vụ
cho việc chẩn đốn, dự báo tình trạng động cơ điện bao gồm cả phần cơ khí và điện.

Induction motor faults

Electrical faults

Stator
Faults

Winding &
External Faults

Rotor
Faults

Mechanical faults

Eccentricity
Faults

Bearing
Faults

Broken Bar & Broken

End-Ring Faults

Load
Faults

Phân loại các lỗi liên quan đến động cơ không đồng bộ 3 pha [1]
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Vibration monitoring (giám sát độ rung)
Noise monitoring (giám sát tiếng ồn)
Magnetic flux monitoring (giám sát từ thông)
Partial discharge monitoring (giám sát phóng điện cục bộ)
Voltage monitoring (giám sát điện áp)
Current monitoring (MCSA) (giám sát dòng điện)

Chƣơng 3: Xây dựng thuật toán chẩn đoán lỗi ngắn mạch cuộn dây stator
của động cơ bằng phƣơng pháp phân tích phổ dịng điện
Dựa trên kết quả phân tích về các phương pháp chẩn đoán sự cố stator của động
cơ ở chương 2, trong chương này sẽ đề xuất và xây dựng thuật toán chẩn đoán lỗi ngắn
mạch cuộn dây stator của động cơ bằng phương pháp phân tích phổ dịng điện. Đây là
chương trọng tâm của luận văn, từ những cơ sở lý thuyết và phân tích các kết quả của
các nghiên cứu trước trong chương trước, tác giả tiến hành lựa chọn nguyên lý và tiên
hành xây dựng thuật toán chẩn đoán lỗi ngắn mạch cuộn dây stator của động cơ bằng
phương pháp phân tích phổ dịng điện.

9
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
a. Nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu tổng quan về động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ, các sự
cố và các phương pháp chẩn đoán sự cố của động cơ điện xoay chiều 3 pha khơng
đồng bộ.
- Nghiên cứu ngun lý chẩn đốn sự cố của động cơ điện xoay chiều 3 pha
không đồng bộ bằng phương pháp phân tích phổ dịng điện stator (MCSA)
- Nghiên cứu thuật toán để chẩn đoán sự cố ngắn mạch cuộn dây stator của
động cơ.
b. Phƣơng pháp thực nghiệm

Thuật toán chẩn đoán sự cố ngắn mạch của cuộn dây stator của động cơ điện
được mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink và so sánh với kết quả thực nghiệm
đo đạc được bởi thiết bị MCA EMAX ( tại Nhà máy Lọc dầu Dung quất).
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
a.
Ý nghĩa khoa học: ứng dụng phương pháp phân tích phổ dịng điện
stator của động cơ để chẩn đoán online sớm sự cố ngắn mạch các vịng dây
của stator của động cơ điện 3 pha khơng đồng bộ.
b. Ý nghĩa thực tiễn:
Mục đích nghiên cứu “Xây dựng thuật toán chẩn đoán sự cố ngắn mạch
cuộn dây của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ bằng phƣơng pháp phân
tích phổ dịng điện” nhằm giải quyết vấn đề đưa ra các dự báo kịp thời về tình trạng
của động cơ điện nói chung và cuộn dây stator nói riêng, nhằm giúp cho người bảo
dưỡng lên kế hoạch để xử lý triệt để khả năng có thể gây nên sự cố ngắn mạch cuộn
dây stator của động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ.
Việc ứng dụng đề tài có thể đưa vào thực tiễn ở nhà máy Lọc dầu Dung Quất

với việc chẩn đoán sớm và đưa ra các dự báo kịp thời về sự cố ngắn mạch cuôn dây
của động cơ điện cho gần hơn 2000 động cơ điện các loại.
Theo khảo sát của Viện Nghiên Cứu Năng Lượng Điện (EPRI), những sự cố
xảy ra trong động cơ liên quan đến các vấn đề cơ khí chiếm khoảng 41%. Phần cịn lại
liên quan đến điện như stator (37%), rotor (10%), khe hở, v.v.. Hiện nay ở Việt Nam,
để nâng cao độ tin cậy cho các động cơ trong quy trình sản xuất đồng thời giảm thiểu
các thiệt hại to lớn về kinh tế do các hư hỏng bất ngờ của động cơ gây ra nên nhiều
cơng ty đã áp dụng chương trình bảo trì chẩn đốn, ngăn ngừa trong hoạt động bảo trì
của mình. Mặc dù đã có nhiều cơng ty lựa chọn cơng nghệ đánh giá và phân tích rung
động để phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng cho động cơ. Tuy nhiên, vẫn tồn tại các
sự cố xảy ra đối với động cơ liên quan đến thành phần điện. Một thách thức lớn đối
với lãnh đạo công ty và ban bảo dưỡng phải đối mặt là làm sao kiểm sốt tồn diện các
nguyên nhân gây ra hư hỏng cho động cơ điện trong quá trình vận hành, sản xuất.


10
5. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC
 Nắm được nguyên lý của các phương pháp phổ biến trong chẩn đoán lỗi
động cơ động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ.
 Xây dựng được thuật toán chẩn đoán lỗi ngắn mạch cuộn dây stator cho
động cơ điện xoay chiều 3 pha khơng đồng bộ dựa trên phương pháp phân
tích phổ dòng điện.
 Kiểm chứng được hiệu quả của thuật tốn chẩn đốn thơng qua kết quả mơ
phỏng và so sánh với kết quả thực nghiệm.
6. DỰ KIẾN CẤU TRÖC LUẬN VĂN
Nội dung luận văn gồm 03 chương, đi từ phần tổng quan về động cơ điện xoay
chiều không đồng bộ 3 pha, các lỗi thường gặp trong động cơ điện và các phương pháp
chẩn đốn lỗi, sau đó là phần xây dựng thuật toán chẩn đoán lỗi ngắn mạch cuộn dây
stator động cơ điện bằng phương pháp phân tích phổ dịng điện cũng như kiểm chứng
thuật tốn bằng kết quả mô phỏng và thực nghiệm.

11

Chƣơng 1 – TỔNG QUAN NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CHẨN ĐỐN
LỖI CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA

1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều 3 pha không
đồng bộ
1.1.1. Giới thiệu chung về động cơ tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất.
Nhà máy lọc dầu Dung Quất (BSR) có hơn 1700 động cơ bao gồm động cơ
trung thế sử dụng điện áp 6.6 KV và hạ thế sử dụng điện áp 0.4 KV làm nhiệm vụ dẫn
động cho các thiết bị quan trọng như bơm, máy nén, quạt…phục vụ cho việc vận hành
Nhà máy. Việc đảm bảo độ tin cậy vận hành cho các động cơ có ý nghĩa quan trọng
đối với công tác vận hành Nhà máy lọc dầu an toàn, ổn định và hiệu quả.
Các động cơ trong Nhà máy đang được chăm sóc, bảo dưỡng theo chương trình
bảo dưỡng ngăn ngừa (PM – Predictive Maintenance) từ các khuyến cáo của nhà sản
xuất và từ kết quả của các chương trình tin cậy như RCM, tối ưu hóa PM.
Để đảm bảo tăng cường thêm độ tin cậy cho động cơ và giảm thiểu các hư hỏng
bất ngờ dẫn đến sự cố dừng cụm thiết bị, phân xưởng hoặc dừng cả Nhà máy, các nhân
sự BSR dưới sự hỗ trợ về mặt phương pháp của BSI đã tổ chức đánh giá, phân tích
tình trạng thực tế của các động cơ để tìm ra các cơ hội cải tiến, các giải pháp thực tế
cho vấn đề đã nêu.
Nhà máy lọc dầu Dung Quất có 1777 động cơ với 1654 động cơ hạ thế và 119
động cơ trung thế. Các động cơ được phân bố, lắp đặt tại 9 khu vực với số lượng cụ
thể như sau:

Hình 1.1: Phân bố động cơ theo khu vực trong Nhà máy
Các động cơ điện được sử dụng nhiều nhất tại các khu vực Utility và Offsite.
Trong các khu vực cơng nghệ thì khu vực A2 và PP chiếm số lượng động cơ vượt trội

so với các khu vực còn lại.


12
Tình trạng hƣ hỏng:
Báo cáo sẽ sử dụng các dữ liệu về hỏng hóc động cơ trong Nhà máy được ghi
nhận từ hệ thống quản lý bảo dưỡng CMMS (Computerized maintenance management
system) và sử dụng chỉ số MTBF để đánh giá mức độ tin cậy của động cơ.
MTBF (Mean Time Between Failure) là chỉ số dùng để xác định mức độ tin cậy
của thiết bị trong một khoảng thời gian xác định, được xác định theo cơng thức tính
MTBF:
MTBF =

Trong các năm 2015, 2016 và 2017, các hư hỏng được ghi nhận và chỉ số MTBF
tương ứng như Bảng 1.1:
Bảng 1.1: Số lượng hư hỏng và chỉ số MTBF của động cơ (năm)
Năm
2015
2016
2017
Số
lượng
158
161
hỏng
40
MTBF
12.7
11.2
11.0

Chỉ số về tin cậy MTBF của động cơ trong Nhà máy đang khoảng 11.5, tỷ lệ hỏng
hóc (1/MTBF) là 0.086 trên 1 năm hoặc 9.81 trên 1 triệu giờ (106 giờ).
Theo Bảng 1.2 thì tỷ lệ hỏng hóc của động cơ xoay chiều (AC motor) nằm trong
khoảng từ 1 đến 20 lần hư hỏng trên 1 triệu giờ và tập trung chủ yếu ở 5 lần hư hỏng
trên một triệu giờ. So với các con số thống kê đã nêu, tỷ lệ hỏng hóc động cơ tại Nhà
máy tuy nằm trong giới hạn nhưng vẫn cao hơn so với con số tập trung.
Bảng 1.2: Bảng so sánh tỷ lệ hỏng hóc động cơ của BSR so với thống kê
Item
AC motor

Failure Rate in Failures per Milian Hours
Low
High
Focus
1
20
5

BSR
9.81

Thêm vào đó, theo thống kê MTBF của động cơ đang có xu hướng giảm dần từ
2015 đến 2017: