Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Trang bị điện 1 (Mã mô đun: KTĐ19MĐ57) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề được ban hành theo Quyết định số 187/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, địa bàn Bà Rịa - Vũng Tàu). Tài liệu do tập thể tác giả gồm Phạm Văn Cấp (Chủ biên), Ninh Trọng Tuấn và Nguyễn Xuân Thịnh biên soạn vào tháng 6 năm 2020 phục vụ chương trình đào tạo nghề Lắp đặt thiết bị điện và Điện công nghiệp ở trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề.

                  CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
                                 (61 Tín chỉ / 1425 Giờ)
       Môn học kỹ thuật cơ sở (14 TC)                Môn học chuyên môn nghề (35 TC)
  - An toàn lao động & An toàn điện             - Đo lường điện (KTĐ19MĐ14)
  - Mạch điện cơ bản & Mạch điện                - Lắp đặt điện chiếu sáng, dân dụng
  - Vẽ điện chuyên ngành (KTĐ19MĐ66)            - Lắp đặt hệ thống điều hòa không khí
  - Khí cụ điện (KTĐ19MĐ15)                     - TRANG BỊ ĐIỆN 1 (KTĐ19MĐ57 - 5 TC)
                                                - Thực tập sản xuất (KTĐ19MĐ55)

Về vị trí trong chương trình khung đào tạo, mô đun Trang bị điện 1 được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở và chuyên môn nền tảng như: An toàn điện (KTĐ19MH1), Mạch điện cơ bản (KTĐ19MH32), Mạch điện (KTĐ19MĐ31), Khí cụ điện (KTĐ19MĐ15), Đo lường điện (KTĐ19MĐ14) và Máy điện. Mô đun có khối lượng học tập 5 tín chỉ với tổng thời lượng 120 giờ (gồm 28 giờ lý thuyết, 87 giờ thực hành/thí nghiệm/bài tập và 5 giờ kiểm tra).

Mục tiêu học tập của giáo trình xác định chuẩn đầu ra toàn diện:

  • Kiến thức: Đọc, vẽ và phân tích sơ đồ mạch điều khiển sử dụng rơle, công tắc tơ (contactor) dùng trong khống chế động cơ điện không đồng bộ 3 pha và động cơ một chiều; phân tích quy trình công nghệ và yêu cầu trang bị điện của máy cắt gọt kim loại (khoan, tiện, phay, bào, mài) và dây chuyền công nghiệp.
  • Kỹ năng: Lắp đặt, đấu nối, vận hành, bảo dưỡng và xử lý sự cố các mạch mở máy, dừng máy, đảo chiều, liên động tuần tự cho động cơ; xây dựng quy trình bảo trì bảo đảm an toàn điện và vệ sinh công nghiệp.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tác phong tỉ mỉ, chuẩn xác, tư duy kỹ thuật khoa học và tuân thủ nghiêm ngặt quy chuẩn an toàn.

Cấu trúc giáo trình gồm 3 bài học được thiết kế theo trật tự logic từ tổng quan lý thuyết đến phân tích thiết bị và ứng dụng thực hành:

  • Bài 1: Khái quát chung về hệ thống trang bị điện (2 giờ lý thuyết).
  • Bài 2: Các phần tử điều khiển trong hệ thống trang bị điện (20 giờ: 15 giờ lý thuyết, 4 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra lý thuyết).
  • Bài 3: Tự động khống chế truyền động điện (98 giờ: 11 giờ lý thuyết, 83 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra lý thuyết, 3 giờ kiểm tra thực hành).

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình tập trung phân tích 3 bài học với tiến trình phát triển kiến thức có cấu trúc chặt chẽ:

  • Bài 1: Khái quát chung về hệ thống trang bị điện (Trang 13-16): Cung cấp khái niệm truyền động điện trong dây chuyền sản xuất công nghiệp, vai trò của các phần tử điện trong việc nâng cao mức độ tự động hóa và hiệu suất tối ưu; xác định các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống trang bị điện công nghiệp trong điều kiện vận hành bình thường cũng như khi xảy ra sự cố.
  • Bài 2: Các phần tử điều khiển trong hệ thống trang bị điện (Trang 17-30): Mô tả chi tiết cấu tạo, thông số kỹ thuật và nguyên lý làm việc của:
    • Phần tử bảo vệ: Cầu chì (dây chì nóng chảy ngắt mạch ngắn mạch), Rơle nhiệt (bảo vệ quá tải động cơ điện áp AC đến 500V/50Hz, dòng định mức $I_{đm}$ đến 150A, DC đến 440V, thời gian tác động vài giây đến vài phút do quán tính nhiệt).
    • Phần tử điều khiển và đóng cắt cơ - điện: Công tắc, nút ấn đóng ngắt từ xa (AC 500V, DC 440V), cầu dao (AC 660V, DC 440V), bộ khống chế truyền động (công tắc xoay thể hiện tiếp điểm đóng kín bằng ký hiệu dấu chấm), công tắc tơ - khởi động từ (điều khiển phụ tải từ xa với điện áp đến 500V, dòng điện đến 600A), áp tô mát (CB - Circuit Breaker bảo vệ quá tải và ngắn mạch; phân loại theo thông số dòng tác động AT, dòng khung AF, cấp bảo vệ B15, C15, phân loại ACB, VCB, MCB, MCCB, ELCB).
    • Rơle chức năng: Rơle điện từ, rơle trung gian, rơle dòng điện cực đại (cấu tạo mạch từ chữ E/U ghép từ lá thép kỹ thuật dày 0.35–0.5 mm, phần ứng chữ Z gắn trên trục quay, vít điều chỉnh dòng tác động, tiếp điểm bạch kim), rơle điện áp 3 pha (dòng Omron K8AK-VS), rơle thời gian (timer trễ thời gian đóng/mở tiếp điểm), rơle kiểm tra tốc độ (nguyên lý phản ứng điện từ rotor nam châm vĩnh cửu quét thanh dẫn tạo lực điện từ di chuyển cần tiếp điểm phục vụ hãm ngược).
    • Thiết bị đóng cắt không tiếp điểm và phần tử điện từ: Công tắc hành trình không tiếp điểm (cảm biến vị trí quang học, từ trường, tiệm cận), transistor công tắc NPN/PNP; nam châm điện nâng - hạ có lõi từ mềm độ từ thẩm lớn, bàn nam châm điện kẹp giữ chi tiết và bộ ly hợp điện từ.
  • Bài 3: Tự động khống chế truyền động điện (Trang 31-55):
    • Cơ sở và quy chuẩn: Khái niệm hệ thống TĐKC - TĐĐ gồm mạch động lực và mạch điều khiển; tiêu chí thiết kế (đơn giản, tin cậy, linh hoạt, an toàn, tác động phân minh); phương pháp lập sơ đồ cấu trúc, sơ đồ khai triển đơn tuyến và đa tuyến; quy chuẩn đánh số thứ tự đầu dây và phân màu dây dẫn.
    • 4 Nguyên tắc điều khiển cơ bản: Điều khiển theo thời gian (dùng timer khởi động $Y\rightarrow\Delta$, cắt điện trở phụ, khởi động tuần tự băng tải), điều khiển theo tốc độ (dùng rơle tốc độ hãm ngược trục chính máy tiện, máy phay, máy khoan), điều khiển theo dòng điện (dùng rơle dòng điện khống chế lực kẹp phôi máy bào giường, lực nâng cần trục), điều khiển theo vị trí (dùng công tắc hành trình giới hạn chuyển động bàn máy, pa lăng điện, cầu trục).
    • Các sơ đồ mạch mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha: Mạch quay 1 chiều, mạch đảo chiều thuận nghịch gián tiếp (khóa chéo liên động bằng tiếp điểm thường đóng K13 và K23), mạch mở máy 2 vị trí (nút START mắc song song, STOP mắc nối tiếp), mạch điều khiển 2 động cơ bắc cầu khởi động tuần tự, mạch bắc cầu dùng timer, mạch điều khiển 2 động cơ theo cơ chế khóa.
    • Các sơ đồ mạch mở máy gián tiếp: Mạch đổi nối Sao - Tam giác ($Y\rightarrow\Delta$), mạch mở máy qua cuộn kháng dùng rơle thời gian, mạch mở máy gián tiếp qua máy biến áp tự ngẫu.
    • Mạch khóa dừng và khâu bảo vệ liên động: Mạch khóa dừng 1 (yêu cầu dừng động cơ 2 trước động cơ 1), mạch khóa dừng 2 (dừng động cơ 1 trước động cơ 2), mạch tự động giới hạn hành trình có đảo chiều; các khâu bảo vệ quá dòng (ngắn hạn/dài hạn), bảo vệ điện áp điểm không và cực tiểu, bảo vệ thiếu/mất từ trường kích từ động cơ một chiều, bảo vệ liên động cơ và điện.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình củng cố hệ thống lý thuyết kỹ thuật điện chuyên ngành:

  • Lý thuyết điện từ trường và khí cụ điện: Cơ chế sinh lực hút điện từ trên nắp mạch từ, hiện tượng cảm ứng điện từ xuất hiện dòng điện xoáy cảm ứng sinh mômen làm quay đĩa rơle tốc độ, cơ chế khử ion dập hồ quang điện trong thiết bị đóng cắt.
  • Nguyên lý phân tầng điều khiển: Tách biệt rõ ràng giữa mạch động lực mang tải dòng điện lớn (tiếp điểm chính contactor, CB, động cơ) và mạch điều khiển mang dòng tín hiệu nhỏ (nút nhấn, tiếp điểm duy trì 13-14, 43-44, tiếp điểm khóa liên động, tiếp điểm báo lỗi quá tải 95-96 của rơle nhiệt).
  • Nguyên lý khống chế tự động hóa: Cơ chế điều khiển mạch tuần tự dựa trên 4 biến số vật lý: thời gian ($t$), vận tốc ($n$), dòng điện phụ tải ($I$) và vị trí cơ học ($s$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc hiểu và vẽ sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khai triển mạch điện công nghiệp; nhận diện thông số ghi trên nhãn thiết bị (như dòng trip AT, dòng khung AF, thông số B15/C15 trên CB); thao tác đấu nối chính xác bảng điện theo sơ đồ.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích đường đi của dòng điện trong mạch điều khiển qua các trạng thái mở máy, duy trì, chuyển đổi cấp điện áp, hãm dừng và tác động liên động bảo vệ; phát hiện và phân tích nguyên nhân lỗi sụt áp, ngắn mạch hoặc quá tải động cơ.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Lắp ráp hoàn chỉnh các panel mạch mở máy trực tiếp, mở máy $Y\rightarrow\Delta$, đảo chiều quay có khóa chéo; đo kiểm thông số điện áp/dòng điện; vận hành và bảo trì trạm bơm nước (chế độ Auto/Man), hệ thống băng tải sản xuất; thực hiện quy trình an toàn đóng cắt nguồn điện.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình Trang bị điện 1 áp dụng phương pháp đào tạo tích hợp mô đun nghề kỹ thuật, lấy thực hành xưởng làm trọng tâm:

                            TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP
  • Phương pháp sư phạm: Người dạy sử dụng phương pháp giảng dạy tích cực (kết hợp diễn giảng, vấn đáp kỹ thuật, đặt vấn đề theo tình huống vận hành dây chuyền sản xuất); thiết kế giáo án tích hợp, phân chia ca nhóm thực hành và biên soạn phiếu học tập, phiếu hướng dẫn thực hành. Người học thực hiện nhiệm vụ theo hình thức cá nhân hoặc làm việc nhóm.
  • Tổ chức thực hành và điều kiện cơ sở vật chất: Thời lượng thực hành chiếm 87/120 giờ (tương đương 72.5% tổng thời lượng mô đun). Xưởng thực hành được trang bị đồng bộ:
    • Hệ thống panel mô phỏng trang bị điện, bàn giá thực tập chuyên dụng.
    • Mô hình tháo lắp và đấu dây vận hành máy biến áp 3 pha, mô hình đào tạo bảo vệ rơle, mô hình biến áp phân phối.
    • Thiết bị đóng cắt thực tế: Contactor, rơle nhiệt, rơle thời gian, rơle điện áp Omron, CB, cầu dao, cầu chì, nút nhấn, đèn báo, động cơ điện không đồng bộ 3 pha.
    • Bộ đồ nghề cơ khí cầm tay, đồ nghề điện cầm tay, vật tư dây dẫn.
  • Phương pháp kiểm tra và đánh giá:
    • Kiểm tra thường xuyên: Gồm 02 bài do giáo viên thực hiện thông qua hỏi miệng đầu giờ, kiểm tra viết dưới 30 phút hoặc chấm điểm thao tác lắp ráp thực hành.
    • Kiểm tra định kỳ: Gồm 05 bài (02 bài lý thuyết và 03 bài thực hành):
      • Bài kiểm tra số 1: Lý thuyết Bài 1 (thời gian 45–60 phút).
      • Bài kiểm tra số 2: Lý thuyết Bài 2 (thời gian 45–60 phút).
      • Bài kiểm tra số 3: Thực hành Bài 3 (thời gian 60 phút).
      • Bài kiểm tra số 4: Thực hành Bài 3 (thời gian 60 phút).
      • Bài kiểm tra số 5: Thực hành Bài 3 (thời gian 60 phút).
    • Thi kết thúc mô đun: Hình thức thi tích hợp lý thuyết và thực hành với tổng thời gian 90–120 phút.
  • Hướng dẫn tự học: Người học nghiên cứu trước tài liệu giáo trình và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp; hoàn thành hệ thống bài tập tình huống và câu hỏi trắc nghiệm củng cố kiến thức cuối mỗi bài (10 câu ở Bài 1, 20 câu ở Bài 2).

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình Trang bị điện 1 có những đặc điểm kỹ thuật và cập nhật cụ thể so với các tài liệu truyền động điện truyền thống:

Tiêu chí Nội dung thể hiện trong giáo trình Ứng dụng kỹ thuật thực tế
Thiết bị bảo vệ & đo lường hiện đại Tích hợp rơle bảo vệ điện áp 3 pha công nghiệp (Omron dòng K8AK-VS) bên cạnh rơle nhiệt truyền thống. Giám sát mất pha, sụt áp, quá áp cho các tủ điện phân phối và động cơ nhà máy.
Công nghệ đóng cắt không tiếp điểm Bổ sung các cảm biến vị trí (công tắc hành trình quang học, tiệm cận, từ trường) và bán dẫn Transistor NPN/PNP. Ứng dụng trong dây chuyền tự động hóa đòi hỏi tần số đóng cắt cao, không phát sinh hồ quang.
Quy chuẩn thông số khí cụ điện Hệ thống hóa thông số kỹ thuật CB theo chuẩn công nghiệp: dòng định mức, dòng trip AT, dòng khung AF, đặc tuyến cắt B15, C15; phân loại ACB, VCB, MCB, MCCB, ELCB. Hỗ trợ tính toán, lựa chọn chính xác thiết bị bảo vệ tủ động lực và chiếu sáng công nghiệp.
Chuẩn hóa tiếp điểm và ký hiệu Quy chuẩn hóa các ký hiệu tiếp điểm phụ (tiếp điểm duy trì 13-14, 43-44; tiếp điểm khóa chéo; tiếp điểm báo lỗi quá tải rơle nhiệt OL 95-96). Giúp học viên dễ dàng đọc bản vẽ kỹ thuật theo tiêu chuẩn công nghiệp quốc tế.
Gắn kết truyền động máy công cụ Sơ đồ hóa chi tiết các mạch liên động cho máy khoan (nâng hạ xà phối hợp rơle tốc độ), máy tiện/phay (hãm ngược trục chính), máy bào giường (khống chế lực kẹp phôi). Phục vụ trực tiếp quá trình lắp ráp, vận hành và bảo trì máy công cụ gia công kim loại.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp và kỹ thuật công nghiệp:

  • Học sinh, sinh viên: Người học theo học trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề thuộc các ngành Lắp đặt thiết bị điện, Điện công nghiệp, Kỹ thuật điện và Tự động hóa xí nghiệp.
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Để tiếp thu hiệu quả nội dung mô đun, người học cần có kiến thức nền tảng đã tích lũy từ các mô đun kỹ thuật cơ sở trong chương trình khung:
    • An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01) và An toàn điện (KTĐ19MH1).
    • Mạch điện cơ bản (KTĐ19MH32) và Mạch điện (KTĐ19MĐ31).
    • Vẽ điện chuyên ngành (KTĐ19MĐ66) và Khí cụ điện (KTĐ19MĐ15).
    • Đo lường điện (KTĐ19MĐ14) và học phần Máy điện.
  • Giảng viên và giáo viên dạy nghề: Sử dụng giáo trình làm khung chuẩn để thiết kế giáo án lý thuyết, giáo án tích hợp, lập bảng phân loại bài tập xưởng, phiếu đánh giá kỹ năng thực hành và đề thi kết thúc mô đun theo quy định tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp tương đương.
  • Kỹ thuật viên và công nhân kỹ thuật: Dùng làm tài liệu tham khảo tại chỗ để tra cứu sơ đồ nguyên lý các mạch khởi động động cơ 3 pha, nguyên lý khóa liên động bảo vệ khi bảo trì, lắp đặt tủ điện công nghiệp tại nhà máy, xí nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế chuẩn hóa cho học sinh, sinh viên học nghề Lắp đặt thiết bị điện và Điện công nghiệp ở trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề; đồng thời là tài liệu tham khảo cho giảng viên giảng dạy mô đun KTĐ19MĐ57 và kỹ thuật viên bảo dưỡng truyền động điện xí nghiệp.

2. Cần kiến thức nền nào để học mô đun này?

Người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở bắt buộc gồm: An toàn điện, Mạch điện cơ bản, Mạch điện chuyên ngành, Khí cụ điện, Vẽ điện chuyên ngành, Đo lường điện và Máy điện.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu lý thuyết thuần túy?

Giáo trình có tỷ trọng thực hành chiếm tới 72.5% tổng thời lượng (87/120 giờ); cung cấp sơ đồ khai triển chi tiết kèm thứ tự tác động của từng cặp tiếp điểm (như tiếp điểm duy trì 13-14, tiếp điểm báo lỗi quá tải rơle nhiệt 95-96, tiếp điểm khóa chéo liên động K13/K23) và yêu cầu kỹ thuật đánh số hai đầu dây dẫn.

4. Làm sao để tự học hiệu quả với tài liệu này?

Người học cần nghiên cứu nội dung lý thuyết Bài 1 và Bài 2, hoàn thành hệ thống câu hỏi trắc nghiệm củng cố (10 câu ở Bài 1, 20 câu ở Bài 2), sau đó tập vẽ và phân tích lưu đồ tác động của các sơ đồ mạch trong Bài 3 trước khi thực hành đấu nối trực tiếp trên panel.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo được khuyến nghị?

Giáo trình định hướng tham khảo 5 tài liệu chuyên ngành được trích dẫn tại mục Tài liệu tham khảo (trang 11):

  1. Vũ Quang Hồi (1996), Trang bị điện - điện tử máy gia công kim loại, NXB Giáo dục.
  2. Vũ Quang Hồi (2000), Trang bị điện - điện tử công nghiệp, NXB Giáo dục.
  3. Bùi Quốc Khánh, Hoàng Xuân Bình (2006), Trang bị điện – điện tử tự động hóa cầu trục và cần trục, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
  4. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Thị Hiền, Nguyễn Văn Liễn (2006), Truyền động điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
  5. Nguyễn Đức Lợi (2001), Giáo trình chuyên ngành điện tập 1, 2, 3, 4, NXB Thống kê.

Kết luận

Giáo trình Trang bị điện 1 (KTĐ19MĐ57) do Trường Cao đẳng Dầu khí ban hành cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về các phần tử đóng cắt, bảo vệ, điều khiển và các giải pháp tự động khống chế truyền động điện công nghiệp. Lộ trình học tập được cấu trúc chặt chẽ: bắt đầu từ khái quát hệ thống trang bị điện $\rightarrow$ nghiên cứu khí cụ điện và phần tử bán dẫn/điện từ $\rightarrow$ phân tích 4 nguyên tắc điều khiển $\rightarrow$ thực hành lắp ráp, đo kiểm và vận hành các mạch mở máy, dừng máy, đảo chiều, liên động bảo vệ trên panel xưởng. Cùng với hệ thống mô hình thực hành trang bị điện, thiết bị rơle bảo vệ và danh mục 5 tài liệu tham khảo chuyên ngành tiêu chuẩn, giáo trình là tài liệu phục vụ hiệu quả cho công tác đào tạo nghề điện công nghiệp.