BÀI MÔ TẢ THƯ MỤC VÀ TỔNG QUAN HỌC THUẬT GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT KỸ THUẬT ĐIỆN 2 (MH 27)
Tổng quan về giáo trình
Giáo trình Lý thuyết Kỹ thuật điện 2 (Mã môn học: MH 27) là tài liệu học tập và giảng dạy chính thức dành cho trình độ Cao đẳng thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Thoát nước và Xử lý Nước thải (KTTN&XLNT). Tài liệu được biên soạn bởi tập thể giảng viên Bộ môn Máy điện xây dựng thuộc Trường Cao đẳng Xây dựng số 1 – Bộ Xây dựng, do ThS. Nguyễn Trường Sinh làm chủ biên cùng ThS./Kỹ sư Nguyễn Văn Tiến tham gia biên soạn. Giáo trình được ban hành kèm theo Quyết định số 368ĐT/QĐ-CĐXD1 ngày 10 tháng 8 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Xây dựng số 1.
Về vị trí trong chương trình đào tạo, môn học MH 27 được bố trí giảng dạy tại học kỳ thứ 3, mang tính chất là môn học chuyên môn ngành bắt buộc. Điều kiện tiên quyết để người học tiếp thu môn học này là đã hoàn thành môn học Lý thuyết Kỹ thuật điện 1 (LTKT1).
Mục tiêu học tập (Learning Outcomes) của giáo trình hướng tới việc trang bị cho người học:
- Hệ thống khái niệm cơ bản về đo lường điện, cấu tạo cơ cấu đo chỉ thị, công dụng của các thiết bị đo kiểm tra thông số mạch và phát hiện sự cố.
- Kiến thức chuyên sâu về cấu tạo, nguyên lý làm việc của các dụng cụ chuyển mạch, khí cụ điện đóng cắt - bảo vệ và phần tử chấp hành.
- Khả năng đọc hiểu bản vẽ sơ đồ điều khiển công nghiệp, nguyên lý vận hành động cơ không đồng bộ xoay chiều (ĐKB), máy biến áp (MBA), bộ lưu điện (UPS), thiết bị chiếu sáng và hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC) trong công trình hạ tầng kỹ thuật.
- Ý thức tuân thủ an toàn lao động và kỹ năng làm việc độc lập hoặc theo nhóm trong môi trường kỹ thuật.
Tổng thời lượng của mô đun/môn học là 90 giờ, bao gồm 87 giờ giảng dạy lý thuyết trên lớp và 03 giờ dành cho kiểm tra định kỳ. Giáo trình được cấu trúc thành 05 chương chính với cách tiếp cận đi từ lý thuyết đo lường cơ sở đến ứng dụng điều khiển và an toàn hệ thống điện trong công trình.
Nội dung kiến thức cốt lõi
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| CHƯƠNG TRÌNH LÝ THUYẾT KỸ THUẬT ĐIỆN 2 (MÃ MH 27) |
| Thời lượng: 90 giờ (87 LT + 3 Kiểm tra) |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|
+------------------------------------+-----------------------------------+
| | |
[Chương 1: Kỹ thuật đo] [Chương 2: Dụng cụ chuyển mạch] [Chương 3: Mạch điều khiển]
(23h LT + 1h Kiểm tra) (18h Lý thuyết) (24h LT + 1h Kiểm tra)
- Khái niệm & Sai số đo - Cầu dao (CD), Cầu chì (CC) - Điều khiển động cơ ĐKB
- Cơ cấu chỉ thị cơ/số - Khởi động từ (KĐT), CTT - Mạch liên động, bảo vệ
- Đo I, U, R, L, C, P, W - Rơ-le (RN, RTh, RU, RI) - Đọc bản vẽ công nghiệp
| | |
+------------------------------------+-----------------------------------+
|
+------------------------------------+-----------------------------------+
| |
[Chương 4: Máy biến áp & Chiếu sáng] [Chương 5: Hệ thống chữa cháy]
(14h Lý thuyết) (8h LT + 1h Kiểm tra)
- Cấu tạo & Thông số MBA, UPS - Phân loại yếu tố gây cháy
- Phân loại nguồn sáng công nghiệp - Thiết bị & Phương pháp PCCC
Các chương/chủ đề chính
Giáo trình MH 27 được phân bố chi tiết qua 5 chương trọng tâm với tính logic tuần tự:
- Chương 1: Kỹ thuật đo (23 giờ lý thuyết, 01 giờ kiểm tra bài 1): Cung cấp cơ sở lý thuyết về phép đo ($A_X = X/X_0$), phân loại mẫu đo (mẫu làm mẫu, mẫu công tác) và phương pháp đo (biến đổi thẳng, phương pháp so sánh cân bằng/không cân bằng/đồng thời/không đồng thời). Phân tích bản chất sai số tuyệt đối ($\Delta X = X - X_1$), sai số tương đối ($\gamma%$), sai số quy đổi ($\gamma_{qđ}%$) cùng hệ số sử dụng thang đo ($K_d$). Khảo sát toàn diện các cơ cấu đo chỉ thị cơ bản (từ điện, lôgômét từ điện, điện từ, điện động, cảm ứng) và mạch đo thực tế cho dòng điện (Ampe kế, điện trở sun $R_s$), điện áp (Vôn kế, điện trở phụ $R_p$, điện thế kế tự động cân bằng), điện trở (cầu Wheatstone, cầu kép Kelvin $10,\mu\Omega \div 1,\Omega$, Mêgômmét quay tay), thông số cuộn cảm/tụ điện (cầu Maxwell, cầu Hay) và đo công suất, điện năng (oátmét, công tơ cảm ứng 1 pha).
- Chương 2: Các dụng cụ chuyển mạch (18 giờ lý thuyết): Khảo sát cấu tạo, nguyên lý và thông số kỹ thuật của các khí cụ điện đóng cắt, điều khiển và bảo vệ: cầu dao (CD), cầu chì (CC), công tắc tơ (CTT), khởi động từ (KĐT), cùng các dạng rơ-le chuyên dụng gồm rơ-le nhiệt (RN), rơ-le thời gian (RTh), rơ-le điện áp (RU), rơ-le dòng điện (RI), và rơ-le trung gian (RTr) theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và tiêu chuẩn quốc tế (IEC 158-1).
- Chương 3: Các mạch điện điều khiển cơ bản trong công nghiệp (24 giờ lý thuyết, 01 giờ kiểm tra bài 2): Trình bày nguyên lý thiết kế, vận hành và đọc bản vẽ sơ đồ mạch điều khiển động cơ không đồng bộ (ĐKB) xoay chiều, mạch khởi động trực tiếp, đảo chiều quay, khởi động sao - tam giác, các mạch khóa liên động và mạch bảo vệ quá tải, mất pha trong mạng điện công nghiệp.
- Chương 4: Máy biến áp, Các phương tiện chiếu sáng (14 giờ lý thuyết): Phân tích nguyên lý làm việc, thông số định mức, đặc tính tải của máy biến áp (MBA), thiết bị lưu điện (UPS) và nguyên lý phân loại, tính toán sử dụng các loại nguồn sáng, đèn chiếu sáng thông dụng trong chiếu sáng công trình.
- Chương 5: Hệ thống chữa cháy trong công trình (08 giờ lý thuyết, 01 giờ kiểm tra bài 3): Khảo sát các yếu tố phát sinh cháy nổ trong công trình, nguyên lý điều khiển thiết bị phòng cháy chữa cháy (PCCC) và quy trình ứng phó kỹ thuật an toàn.
Kiến thức nền tảng được xây dựng
Nội dung giáo trình củng cố ba khối kiến thức nền tảng:
- Lý thuyết đo lường học và xử lý số liệu: Bản chất tương quan giữa đại lượng đo $X$ và đơn vị chuẩn $X_0$; các quy luật sai số hệ thống ($\delta$) và sai số ngẫu nhiên ($\Delta$); phương pháp loại trừ sai số bằng kỹ thuật bù ngược dấu, lượng hiệu chỉnh và hệ số hiệu chỉnh.
- Nguyên lý chuyển đổi năng lượng điện cơ: Sự hình thành mômen quay ($M_q$) và mômen cản ($M_c$) trong các cơ cấu chỉ thị cơ thông qua tương tác từ trường nam châm vĩnh cửu, hỗ cảm cuộn dây ($M_{12}$), hoặc dòng điện xoáy cảm ứng trên đĩa nhôm.
- Lý thuyết mạch và khí cụ điện: Định luật Ôm, định luật bảo toàn công suất trong mạch một chiều và xoay chiều 1 pha ($P = UI\cos\varphi$, $Q = UI\sin\varphi$), 3 pha ($P = \sum P_i$), cùng nguyên lý dập hồ quang, tiếp điểm và rơ-le lưỡng kim nhiệt.
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| TỔNG HỢP CÁC CƠ CẤU ĐO CHỈ THỊ CƠ BẢN |
+-------------------+----------------------+--------------------+-------------------+
| Cơ cấu chỉ thị | Nguyên lý tạo mômen | Loại dòng điện đo | Đặc điểm thang đo |
+-------------------+----------------------+--------------------+-------------------+
| Từ điện | Khung dây mang dòng | Chỉ đo DC | Thang chia đều |
| | trong từ trường NCVC | | (tuyến tính) |
+-------------------+----------------------+--------------------+-------------------+
| Điện từ | Hút lõi thép vào | Đo cả AC và DC | Thang không đều |
| | cuộn dây mang dòng | | (tỉ lệ với I^2) |
+-------------------+----------------------+--------------------+-------------------+
| Điện động | Tương tác từ trường | Đo cả AC và DC | Thang không đều |
| | 2 cuộn dây tĩnh/động | | (Đo công suất P) |
+-------------------+----------------------+--------------------+-------------------+
| Cảm ứng | Tương tác từ thông | Chỉ đo AC | Dùng trong công |
| | & dòng xoáy đĩa nhôm | | tơ đo điện năng |
+-------------------+----------------------+--------------------+-------------------+
Kỹ năng phát triển
- Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Tính toán sai số phép đo; xác định giá trị điện trở sun ($R_s = R_{ct} / (n - 1)$) để mở rộng thang đo dòng điện; tính toán điện trở phụ ($R_p = (m - 1)R_v$) cho thang đo điện áp; thiết lập phương trình cân bằng nhánh cầu Wheatstone ($R_x = R_1 R_3 / R_2$) và cầu kép Kelvin.
- Kỹ năng phân tích mạch và đọc bản vẽ: Đọc chính xác ký hiệu tiêu chuẩn các khí cụ điện (CD, CC, CTT, KĐT, RN, RTh, ĐKB); phân tích logic vận hành các mạch điều khiển tự động và mạch liên động an toàn.
- Kỹ năng đo kiểm và chẩn đoán: Lựa chọn thiết bị đo phù hợp điều kiện môi trường; vận hành đồng hồ vạn năng (VOM), Ampe kìm, Mêgômmét (500V/1000V) để kiểm tra cách điện khối/mặt, phát hiện đứt dây, ngắn mạch và các sự cố trong trạm xử lý nước thải.
Phương pháp giảng dạy và học tập
[Giảng dạy lý thuyết] [Bài tập tính toán & Bản vẽ]
(87 giờ trên lớp) (Mạch đo, Cầu đo, Sai số, Khí cụ)
| |
+------------------+-------------------+
|
v
[Đánh giá quá trình & Kết thúc]
- Bài kiểm tra 1: Chương 1 (1h)
- Bài kiểm tra 2: Chương 3 (1h)
- Bài kiểm tra 3: Chương 5 (1h)
- Thi kết thúc môn học (MH 27)
Giáo trình được thiết kế theo phương pháp diễn giải quy chuẩn, kết hợp giữa định nghĩa giải tích, lưu đồ thuật toán và sơ đồ nguyên lý thiết bị:
- Phương pháp sư phạm: Giảng viên truyền tải lý thuyết bằng cách phân tích sơ đồ cấu tạo và nguyên lý điện từ của từng thiết bị đo/khí cụ điện. Các lưu đồ khối (phương pháp đo biến đổi thẳng, đo kiểu so sánh, lưu đồ thuật toán gia công kết quả đo) được sử dụng để hệ thống hóa quy trình kỹ thuật.
- Bài tập và tính toán ứng dụng: Sinh viên trực tiếp giải quyết các bài toán tính toán sai số (tuyệt đối, tương đối, quy đổi), thiết kế mạch phân dòng/phân áp cho dụng cụ đo nhiều thang đo, phân tích sơ đồ cầu đo 4 nhánh điện cảm/điện dung (cầu Maxwell, cầu Hay) và phân tích các trường hợp tải công suất $P, Q, S$.
- Phương pháp đánh giá kết quả học tập:
- Đánh giá quá trình: Thực hiện qua 03 bài kiểm tra định kỳ phân bổ sau Chương 1 (Kỹ thuật đo - 1 giờ), Chương 3 (Mạch điều khiển - 1 giờ) và Chương 5 (Hệ thống PCCC - 1 giờ).
- Đánh giá kết thúc: Bài thi tổng hợp đánh giá khả năng hiểu nguyên lý hoạt động, kỹ năng tính toán thông số mạch đo và khả năng phân tích sơ đồ điều khiển công nghiệp.
- Hướng dẫn tự học và nghiên cứu: Người học cần chủ động đọc tài liệu theo đề cương môn học, tự vẽ lại các sơ đồ mạch nguyên lý (mạch điện thế kế tự động cân bằng, mạch đảo chiều động cơ), thực hành tính toán lại các ví dụ mẫu có số liệu định lượng (như ví dụ đo dòng 5A bằng Ampe kế giới hạn 10A), và đối chiếu các ký hiệu chuyên môn với tiêu chuẩn TCVN/IEC.
Điểm nổi bật và cập nhật
Giáo trình Lý thuyết Kỹ thuật điện 2 có những điểm bổ sung và chuẩn hóa kỹ thuật cụ thể so với các tài liệu trước đây:
- Kế thừa và bổ sung nội dung chuyên ngành: Tài liệu được biên soạn bám sát khung đề cương môn học Kỹ thuật điện 1 đã được Trường CĐXD1 ban hành, đồng thời bổ sung các mảng kiến thức chuyên sâu chưa từng được đề cập, đặc biệt là hệ thống khí cụ điện điều khiển công nghiệp và hệ thống chữa cháy công trình.
- Tích hợp các cơ cấu đo hiện đại: Song song với các cơ cấu chỉ thị cơ truyền thống (Analog: từ điện, điện từ, điện động, cảm ứng), giáo trình cập nhật các cấu trúc đo hiển thị số (Digital), ứng dụng kỹ thuật máy tính và mạch điện tử như màn hình LED 7 đoạn, LCD, màn hình cảm ứng, và hệ thống đo điện áp tự động cân bằng điều khiển bằng động cơ thuận nghịch.
- Chuẩn hóa thuật ngữ và quy chuẩn kỹ thuật: Toàn bộ hệ thống đo lường được quy chiếu theo Hệ đơn vị quốc tế SI (ban hành năm 1960 bởi ISO gồm 7 đại lượng chuẩn: mét, kilôgam, giây, Ampe, Kelvin, Candela, Mole) cùng các tiền tố bội số ($10^3 \div 10^{12}$) và ước số ($10^{-3} \div 10^{-12}$). Ký hiệu thiết bị đóng cắt được chuẩn hóa theo Tiêu chuẩn Quốc tế IEC 158-1 và Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN).
- Tính liên kết ngành trực tiếp: Cấu trúc các mạch điều khiển (khởi động động cơ KĐB, bảo vệ quá tải, mất pha) và trang bị máy biến áp, bộ lưu điện UPS được xây dựng gắn liền với thực tế vận hành các hệ thống máy bơm, máy khuấy, van điều tiết và xử lý nước thải trong ngành KTTN&XLNT.
Đối tượng sử dụng giáo trình
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG GIÁO TRÌNH |
+-----------------------+-----------------------------------------------------------+
| Nhóm đối tượng | Phạm vi & Mục đích sử dụng |
+-----------------------+-----------------------------------------------------------+
| Sinh viên Cao đẳng | Sinh viên học kỳ 3 ngành Công nghệ Kỹ thuật Thoát nước |
| (Ngành KTTN&XLNT) | & Xử lý Nước thải (Trường CĐXD1 và các trường kỹ thuật). |
+-----------------------+-----------------------------------------------------------+
| Điều kiện tiên quyết | Đã học và hoàn thành môn Lý thuyết Kỹ thuật điện 1 (LTKT1)|
| (Prerequisites) | cùng kiến thức vật lý điện từ học đại cương. |
+-----------------------+-----------------------------------------------------------+
| Giảng viên kỹ thuật | Làm tài liệu giảng dạy chuẩn cho mô đun MH 27 (90 giờ), |
| | xây dựng giáo án, ngân hàng đề thi và bài giảng chuyên đề.|
+-----------------------+-----------------------------------------------------------+
| Cán bộ / Kỹ thuật viên| Tài liệu tham khảo tại chỗ cho kỹ thuật viên vận hành |
| thực địa | trạm xử lý nước, bảo trì tủ điện công nghiệp và MBA/UPS. |
+-----------------------+-----------------------------------------------------------+
- Sinh viên chuyên ngành: Tài liệu học tập bắt buộc đối với sinh viên trình độ Cao đẳng năm thứ 2 (học kỳ 3) ngành Công nghệ Kỹ thuật Thoát nước và Xử lý Nước thải tại Trường Cao đẳng Xây dựng số 1, cùng sinh viên các ngành kỹ thuật công trình đô thị liên quan.
- Yêu cầu điều kiện tiên quyết: Người học bắt buộc phải hoàn thành học phần Lý thuyết Kỹ thuật điện 1 (LTKT1), nắm vững kiến thức toán học đại cương, các định luật cơ bản về mạch điện (Định luật Ôm, Kirchhoff) và từ trường.
- Giảng viên và cán bộ đào tạo: Tài liệu đóng vai trò là khung chuẩn giảng dạy môn học MH 27, định hướng thiết kế bài giảng lý thuyết 87 giờ và làm căn cứ xây dựng đề kiểm tra định kỳ, đề thi kết thúc học phần.
- Kỹ sư và kỹ thuật viên cơ sở: Sử dụng làm tài liệu tra cứu kỹ thuật về các phương pháp đo cách điện (Mêgômmét), cấu tạo rơ-le bảo vệ, vận hành trạm biến áp phân phối và xử lý sự cố thiết bị điện tại các trạm xử lý nước thải.
Câu hỏi thường gặp
1. Giáo trình này phù hợp với ai?
Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên trình độ Cao đẳng ngành Công nghệ Kỹ thuật Thoát nước & Xử lý Nước thải (học kỳ 3). Ngoài ra, tài liệu phù hợp cho sinh viên các ngành kỹ thuật công trình xây dựng, hạ tầng đô thị và kỹ thuật viên phụ trách vận hành hệ thống cấp thoát nước, trạm bơm công nghiệp.
2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?
Người học bắt buộc phải tích lũy kiến thức môn học tiên quyết Lý thuyết Kỹ thuật điện 1 (LTKT1). Cần nắm vững nguyên lý mạch điện một chiều, xoay chiều cơ bản, các đại lượng điện từ học, định luật Ôm và khả năng phân tích mạch giải tích đơn giản.
3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các giáo trình kỹ thuật điện khác là gì?
Khác với các tài liệu kỹ thuật điện đại cương mang tính lý thuyết chung, giáo trình MH 27 tập trung trực diện vào hai mảng: (1) Kỹ thuật đo lường thông số thực tế (I, U, R, L, C, P, W) với các cơ cấu đo và mạch đo mở rộng; (2) Hệ thống khí cụ chuyển mạch công nghiệp (CD, CTT, KĐT, các loại rơ-le theo chuẩn IEC 158-1) và hệ thống an toàn PCCC, phục vụ trực tiếp cho việc quản lý trạm cơ điện trong công trình thoát nước và xử lý nước thải.
4. Làm sao để tự học giáo trình này đạt hiệu quả cao?
Người học nên kết hợp học lý thuyết với việc tự vẽ lại các sơ đồ mạch nguyên lý (mạch mở rộng thang đo điện trở sun, điện trở phụ, sơ đồ cầu Wheatstone/Kelvin, mạch điều khiển khởi động động cơ ĐKB). Đồng thời, cần thực hành thuần thục các bài tập tính toán sai số, nắm chắc ý nghĩa của từng tham số định mức trên nhãn thiết bị máy biến áp và khí cụ điện.
5. Giáo trình có những tài liệu quy chuẩn và tài liệu bổ trợ nào kèm theo?
Nội dung giáo trình gắn liền với khung chương trình đào tạo của Trường Cao đẳng Xây dựng số 1 (Quyết định 368ĐT/QĐ-CĐXD1), viện dẫn hệ quy chuẩn Hệ đơn vị đo lường quốc tế SI (ISO 1960), Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), Tiêu chuẩn Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC 158-1) và hệ thống bài giảng tiên quyết môn LTKT1.
Kết luận
Giáo trình Lý thuyết Kỹ thuật điện 2 (MH 27) do Bộ môn Máy điện xây dựng – Trường Cao đẳng Xây dựng số 1 biên soạn là tài liệu học thuật hoàn chỉnh, cung cấp toàn diện hệ thống kiến thức từ cơ sở đo lường, phân tích sai số đến cấu tạo khí cụ điện, mạch điều khiển công nghiệp và an toàn công trình.
Lộ trình học tập đề xuất cho người học:
- Nắm vững bản chất đo lường, cấu tạo cơ cấu chỉ thị cơ/số và phương pháp đo các đại lượng điện cơ bản $U, I, R, L, C, P, W$ (Chương 1).
- Nhận diện, phân tích thông số và chức năng của các dụng cụ chuyển mạch, khí cụ đóng cắt - bảo vệ (Chương 2).
- Đọc hiểu và phân tích nguyên lý hoạt động của các sơ đồ điều khiển động cơ không đồng bộ trong công nghiệp (Chương 3).
- Nghiên cứu đặc tính máy biến áp, bộ lưu điện UPS và nguồn sáng kỹ thuật (Chương 4).
- Vận dụng kiến thức vào công tác an toàn phòng cháy chữa cháy trong công trình (Chương 5).
Tài liệu là cơ sở học thuật nền tảng phục vụ việc giảng dạy, học tập và tra cứu kỹ thuật chuyên môn trong lĩnh vực Công nghệ Kỹ thuật Thoát nước và Xử lý Nước thải.