Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Bảo trì hệ thống truyền động điện (mã số mô đun: KTĐ19MĐ3) là tài liệu đào tạo chuyên môn bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Bảo trì thiết bị cơ điện ở trình độ Cao đẳng. Tài liệu được ban hành theo Quyết định số 185/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), do nhóm tác giả gồm Phạm Văn Cấp (chủ biên), Ninh Trọng Tuấn và Nguyễn Xuân Thịnh biên soạn.

Trong cấu trúc chương trình khung toàn khóa gồm 80 tín chỉ (tổng cộng 1.905 giờ), mô đun KTĐ19MĐ3 thuộc khối các môn học, mô đun chuyên môn nghề (nhóm II.2). Mô đun có tổng thời lượng 75 giờ, phân bổ thành 14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thực tập/bài tập và 03 giờ kiểm tra đánh giá. Về mặt trình tự đào tạo, mô đun được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học tiên quyết bao gồm Kỹ thuật điện và Bảo trì hệ thống truyền động cơ khí.

Mục tiêu đào tạo của giáo trình được xác định cụ thể trên ba phương diện:

  • Kiến thức: Cung cấp nguyên lý chuẩn bị, kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống truyền động điện; phân tích các thông số và tiêu chí kỹ thuật phục vụ công tác chẩn đoán, bảo dưỡng động cơ và các bộ biến đổi.
  • Kỹ năng: Trang bị quy trình tháo lắp, kiểm tra, phát hiện, khắc phục sai hỏng, thay thế chi tiết, quấn dây máy điện, thực hiện vận hành chạy thử và xử lý sai sót trên hệ thống truyền động điện sau hiệu chỉnh.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Hình thành phương pháp làm việc khoa học, tính cẩn thận, tỉ mỉ và tuân thủ các quy định an toàn kỹ thuật trong môi trường công nghiệp.

Cấu trúc giáo trình gồm 6 bài học được thiết kế tích hợp lý thuyết và thực hành, bám sát các dạng truyền động thực tế trong nhà xưởng và xí nghiệp công nghiệp.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai theo 6 bài học với tiến trình logic từ khâu chuẩn bị, bảo dưỡng thiết bị chấp hành, bảo dưỡng bộ biến đổi công suất cho đến khâu tích hợp và chạy thử toàn hệ thống:

  1. Bài 1: Công tác chuẩn bị trước khi kiểm tra hiệu chỉnh hệ thống truyền động điện (3 giờ: 1 LT, 2 TH): Trình bày cấu trúc tổng quát của hệ truyền động điện (gồm phần động lực và phần điều khiển), nguyên lý làm việc của các loại truyền động (không điều chỉnh, có điều chỉnh tốc độ/mômen/vị trí; truyền động DC, AC không đồng bộ, AC đồng bộ, truyền động servo và động cơ bước). Phân tích đặc tính ghép nối cơ khí (trực tiếp, gián tiếp, đai, xích, nhông, vít me). Hướng dẫn thiết lập hệ thống biểu mẫu kỹ thuật (phiếu yêu cầu sửa chữa, phiếu bảo dưỡng, danh mục thiết bị, phiếu xử lý sự cố) và chuẩn bị công cụ, vật tư kiểm tra.
  2. Bài 2: Bảo dưỡng động cơ một chiều DC và động cơ xoay chiều AC (15 giờ: 2 LT, 12 TH, 1 KT): Hướng dẫn kỹ thuật đo kiểm thông số điện và cơ khí; chẩn đoán 6 nhóm hư hỏng điển hình ở động cơ DC (mất nguồn, không khởi động phát tiếng ù, khởi động yếu, nhảy áptômát/đứt cầu chì, phát nóng quá mức, chạm vỏ rò điện) và các hư hỏng ở động cơ AC (ngắn mạch cuộn dây, chạm vỏ, chập vòng, đứt dây stato, đứt thanh dẫn rôto lồng sóc). Quy trình 6 bước phục hồi, quấn lại cuộn dây động cơ AC (lấy mẫu và vệ sinh lõi thép, làm khuôn và quấn dây, hạ dây vào rãnh stato, kiểm tra chạy thử không tải, sấy và tẩm sơn cách điện).
  3. Bài 3: Bảo dưỡng bộ Chopper giảm áp động cơ một chiều DC và bộ Chopper đảo dòng động cơ một chiều DC (16 giờ: 3 LT, 13 TH): Phân tích sơ đồ nguyên lý, đặc tính điều khiển điện áp ngõ ra một chiều cung cấp cho mạch phần ứng động cơ DC bằng kỹ thuật băm xung áp (Chopper), quy trình kiểm tra các linh kiện bán dẫn công suất và mạch điều khiển liên quan.
  4. Bài 4: Bảo dưỡng bộ chỉnh lưu tia 1 pha với động cơ một chiều DC và bộ chỉnh lưu cầu 1 pha với động cơ 1 chiều DC (9 giờ: 2 LT, 7 TH): Hướng dẫn cấu tạo mạch chỉnh lưu bán dẫn điều khiển bằng Thyristor (dạng hình tia và dạng cầu 1 pha), phương pháp đo kiểm xung kích, điện áp chỉnh lưu, khả năng cấp nguồn mạch phần ứng và kích từ của động cơ DC.
  5. Bài 5: Bảo dưỡng và kiểm tra hiệu chỉnh động cơ điện, máy phát điện (16 giờ: 3 LT, 12 TH, 1 KT): Kỹ thuật đo điện trở cách điện cuộn dây bằng Megohmmeter, đo điện trở thuần bằng cầu đo hoặc VOM; thực hiện các thí nghiệm không tải và có tải ($E_1 = 1,2U_{đm}$ và $E_1 = U_{đm}$) đối với máy phát điện một chiều kích từ độc lập, kích từ song song, kích từ hỗn hợp.
  6. Bài 6: Thử bộ phận truyền động sau khi hiệu chỉnh (16 giờ: 3 LT, 12 TH, 1 KT): Quy trình vận hành chạy thử hệ truyền động liên hoàn không tải và có tải, đánh giá độ ổn định tốc độ, sự cân bằng dòng điện giữa các pha, độ rung lắc cơ khí và xử lý các sai lệch kỹ thuật phát sinh.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Cấu trúc hệ thống truyền động điện: Giáo trình xác lập mô hình hệ truyền động gồm hai phân hệ chính:
    • Phần động lực: Bộ biến đổi máy điện, bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bão hòa), bộ biến đổi điện tử bán dẫn (chỉnh lưu Thyristor, bộ băm Chopper, biến tần) kết hợp với động cơ điện (động cơ DC, động cơ xoay chiều đồng bộ, không đồng bộ ba pha hoặc động cơ chuyên dụng).
    • Phần điều khiển: Cơ cấu đo lường tín hiệu, mạch điều chỉnh tham số vòng kín/vòng hở, thiết bị đóng cắt và ghép nối tự động hóa dây chuyền.
  • Cơ sở điều khiển máy điện:
    • Đối với động cơ điện một chiều, xây dựng trên phương trình tốc độ: $$\omega = \frac{V_ư - I_ư R_ư}{\Phi}$$ Từ đó phân tích 3 phương pháp điều chỉnh: điều chỉnh điện trở phụ phần ứng ($R^*$), điều chỉnh từ thông ($\Phi$), và điều chỉnh điện áp phần ứng ($V_ư$).
    • Đối với động cơ xoay chiều: Phương pháp khởi động sao - tam giác ($Y-\Delta$), khởi động mềm và điều khiển biến tần.
  • Tiêu chuẩn kỹ thuật điện - cơ khí: Tiêu chuẩn điện trở cách điện hạ thế ($R_{CĐ} \ge 0,5\text{ M}\Omega$ với động cơ thông thường; vận hành thực tế đạt từ $20\text{ M}\Omega$ đến $\infty$; mức dưới $0,3\text{ M}\Omega$ yêu cầu sấy khô, tẩm lại cách điện); tiêu chuẩn độ rơ trục dọc cơ khí (không quá $1/8\text{ inch} \approx 3,175\text{ mm}$); dòng điện không tải và độ sụt tốc độ định mức khi mang tải (giảm 1,5–2% ở động cơ công suất lớn, 5–6% ở động cơ nhỏ).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng chẩn đoán và đo kiểm: Sử dụng thành thạo đồng hồ vạn năng (VOM), Ampe kìm, Megohmmeter (thang đo $500\text{V} - 1000\text{V}$), thiết bị kiểm tra chạm chập rãnh stato (rônha/cronha phối hợp lá thép rung), tốc độ kế cơ/quang học.
  • Kỹ năng bảo dưỡng cơ khí: Kiểm tra ổ đỡ, phát hiện mòn bạc/mòn vòng bi; xử lý hiện tượng sát cốt, lệch tâm trục rôto; cân chỉnh dây đai truyền động; vệ sinh và nắn phẳng trục rôto trên máy tiện.
  • Kỹ năng quấn dây và xử lý nhiệt: Lập sơ đồ trải bộ dây stato; uốn khuôn mẫu; rải dây vào rãnh lõi thép không làm trầy xước men cách điện; nêm rãnh gỗ; lót cách điện pha; băng đai đầu bối dây; thực hiện chu trình sấy nhiệt (nhiệt độ sấy sơ bộ $\le 110^\circ\text{C}$, sấy sau khi tẩm sơn cách điện $\le 120^\circ\text{C}$).
  • Kỹ năng hành chính kỹ thuật: Thiết lập và hoàn thiện 4 loại biểu mẫu công nghiệp: Phiếu yêu cầu sửa chữa, Phiếu thực hiện bảo dưỡng máy móc, Danh sách quản lý máy móc thiết bị, Phiếu yêu cầu sửa chữa sự cố kèm dự toán vật tư.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hình mô hình dạy học tích hợp (Integrated Teaching), gắn kết chặt chẽ bài giảng lý thuyết với bài tập thực hành tình huống tại phòng máy điện và xưởng cơ điện:

Yếu tố Quy định triển khai trong giáo trình
Phương pháp giảng dạy Diễn giảng kết hợp vấn đáp; dạy học dựa trên vấn đề (Problem-based learning); chia nhóm thực hành kiểm tra chẩn đoán trực tiếp trên thiết bị máy điện và bảng mạch biến đổi.
Phân bổ thời lượng Tổng số 75 giờ: Lý thuyết chiếm 18,7% (14 giờ), Thực hành - thí nghiệm - bài tập chiếm 77,3% (58 giờ), Kiểm tra chiếm 4,0% (3 giờ).
Môi trường và trang thiết bị Phòng học chuyên môn hóa máy điện, trang bị máy chiếu, máy sấy công nghiệp, bàn quấn dây, bộ dụng cụ cơ khí cầm tay, bộ dụng cụ điện cầm tay, VOM, Megohmmeter, rônha kiểm tra rãnh stato.
Học liệu bắt buộc Giáo trình mô đun KTĐ19MĐ3, hệ thống giáo án bài giảng, phiếu học tập, phiếu hướng dẫn thực hành kỹ năng. 
Tổng thời lượng: 75 giờ

Phương thức kiểm tra và đánh giá kết quả học tập được thiết lập theo hệ thống định lượng nhiều giai đoạn:

  1. Kiểm tra thường xuyên: Tối thiểu 02 đầu điểm thực hiện bất kỳ trong quá trình học tập (hỏi miệng vấn đáp đầu giờ, bài kiểm tra viết thời lượng $\le 30$ phút, chấm điểm kỹ năng thực hành thao tác).
  2. Kiểm tra định kỳ: Gồm 03 bài kiểm tra bắt buộc:
    • Bài số 1: Kiểm tra lý thuyết nội dung Bài 2, thời gian làm bài $45 - 60$ phút.
    • Bài số 2: Kiểm tra thực hành nội dung Bài 5, thời gian làm bài $60 - 90$ phút.
    • Bài số 3: Kiểm tra thực hành nội dung Bài 6, thời gian làm bài $60 - 90$ phút.
  3. Thi kết thúc mô đun: Hình thức thi tích hợp (bao gồm cả lý thuyết và thực hành thao tác trực tiếp trên máy), thời gian thi từ $90 - 120$ phút.

Điểm nổi bật và cập nhật

  1. Chuẩn hóa quy trình tài liệu bảo trì công nghiệp: Khác với các tài liệu lý thuyết truyền động thuần túy, giáo trình đưa vào chương trình học hệ thống biểu mẫu văn bản hành chính kỹ thuật đồng bộ (Phiếu yêu cầu sửa chữa, Phiếu thực hiện bảo dưỡng máy móc, Danh mục thiết bị, Biên bản xử lý sự cố có tính toán đơn giá vật tư). Điều này mô phỏng chính xác hoạt động bảo trì tại các nhà máy, xí nghiệp.
  2. Cập nhật phân loại truyền động hiện đại: Bên cạnh hệ truyền động kinh điển dùng động cơ DC và động cơ xoay chiều KĐB 3 pha khởi động sao - tam giác, giáo trình bổ sung cấu trúc truyền động điều khiển vị trí chính xác (động cơ servo AC/DC, động cơ bước điều khiển chương trình trên máy công cụ CNC) và các hệ thống biến tần, khởi động mềm công suất lớn.
  3. Chi tiết hóa quy trình công nghệ phục hồi cuộn dây: Giáo trình cung cấp bảng hướng dẫn kỹ thuật chi tiết từng bước cho công tác quấn dây stato động cơ AC: từ cách đo đường kính dây bằng Panme, cách tính chiều dài lót bìa cách điện rãnh nhô ra mép thép ($3 - 4\text{ mm}$), cách gia công tấm ốp khuôn quấn, kỹ thuật nêm rãnh gỗ, cách xác định chạm chập bằng rônha, đến chế độ nhiệt khi sấy tẩm sơn cách điện ($110^\circ\text{C} - 120^\circ\text{C}$).
  4. Tính liên kết tài liệu chuẩn mực: Nội dung mô đun được kế thừa và đối chiếu trực tiếp từ hai tài liệu tham khảo chính ngành truyền động điện tại Việt Nam do Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật phát hành:
    • Truyền động điện (Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Thị Hiền, Nguyễn Văn Liễn, 2008).
    • Cơ sở truyền động điện (Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Ts. Phạm Văn Khảo, Nguyễn Minh Đức, 2006).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên bậc Cao đẳng nghề: Dành cho sinh viên chuyên ngành Bảo trì thiết bị cơ điện (theo khung chương trình 80 tín chỉ của Trường Cao đẳng Dầu khí và các trường đào tạo nghề kỹ thuật tương đương). Sinh viên cần hoàn thành các môn học cơ sở:
    • An toàn điện (KTĐ19MH1)
    • Đo lường điện (KTĐ19MĐ14)
    • Khí cụ điện (KTĐ19MĐ16)
    • Bảo trì hệ thống truyền động cơ khí (TBCĐ19MĐ02)
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Sử dụng làm căn cứ chuẩn để soạn giáo án lý thuyết, thiết kế phiếu thực hành tại phòng máy điện, lập đề kiểm tra định kỳ (1 bài lý thuyết, 2 bài thực hành) và đề thi kết thúc mô đun tích hợp.
  • Kỹ thuật viên bảo dưỡng cơ điện tại doanh nghiệp: Làm tài liệu tham khảo tại chỗ để tra cứu nguyên nhân sự cố động cơ DC/AC, bảng quy đổi dòng điện tải ($1\text{ kW} \approx 2\text{A}$ ở lưới 380V), hướng dẫn bảo dưỡng mạch Chopper, mạch chỉnh lưu Thyristor và quy trình chạy thử máy điện sau đại tu.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho người học trình độ Cao đẳng nghề chuyên ngành Bảo trì thiết bị cơ điện, đồng thời phù hợp làm tài liệu hướng dẫn kỹ thuật cho công nhân bảo trì điện xí nghiệp và kỹ thuật viên vận hành truyền động điện công nghiệp.

2. Người học cần đáp ứng những kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Người học bắt buộc phải hoàn thành các mô đun cơ sở trong chương trình đào tạo bao gồm: Kỹ thuật điện, An toàn điện, Đo lường điện, Khí cụ điện và Bảo trì hệ thống truyền động cơ khí.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các giáo trình lý thuyết truyền động điện thông thường là gì?

Giáo trình tập trung vào năng lực bảo trì thực tế với thời lượng thực hành chiếm tới 77,3% (58/75 giờ). Cung cấp đầy đủ biểu mẫu hành chính quản lý thiết bị công nghiệp, hướng dẫn từng bước quấn lại dây stato động cơ, sửa chữa cơ khí (bạc, bi, trục cong) và chẩn đoán hư hỏng trên các mạch biến đổi bán dẫn cụ thể (Chopper, Chỉnh lưu tia/cầu 1 pha).

4. Phương pháp tự học và rèn luyện kỹ năng với giáo trình này như thế nào?

Người học cần nghiên cứu trước phần lý thuyết mạch biến đổi và nguyên lý động cơ trước giờ học; đối chiếu các hiện tượng hư hỏng thực tế với bảng phân loại sự cố trong Bài 2; thực hiện đầy đủ các bước trên phiếu hướng dẫn thực hành tại xưởng và rèn luyện kỹ năng ghi chép biên bản nghiệm thu thiết bị.

5. Giáo trình sử dụng những tài liệu tham khảo chính yếu nào?

Giáo trình trích dẫn và đối chiếu trực tiếp từ hai tài liệu:

  • Giáo trình Truyền động điện (Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Thị Hiền, Nguyễn Văn Liễn - NXB Khoa học kỹ thuật, 2008).
  • Giáo trình Cơ sở truyền động điện (Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Văn Khảo, Nguyễn Minh Đức - NXB Khoa học kỹ thuật, 2006).

Kết luận

Giáo trình Bảo trì hệ thống truyền động điện (KTĐ19MĐ3) cung cấp hệ thống kiến thức và kỹ năng kỹ thuật phục vụ trực tiếp cho công tác chẩn đoán, bảo dưỡng, sửa chữa và hiệu chỉnh các hệ thống truyền động điện công nghiệp. Cấu trúc nội dung được thiết kế từ khâu lập chứng từ, chuẩn bị dụng cụ, kiểm tra động cơ DC/AC, mạch bán dẫn công suất Chopper/Chỉnh lưu đến quy trình chạy thử tải hoàn thiện. Tài liệu xác lập lộ trình đào tạo gắn liền với thực hành xưởng (chiếm 58/75 giờ), tạo cơ sở vững chắc để người học tiếp tục học tập các mô đun nâng cao như Bảo trì máy điện (KTĐ19MĐ5) và Thực tập sản xuất (KTĐ19MĐ54) trong chương trình đào tạo nghề Bảo trì thiết bị cơ điện.