Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Thiết bị điện gia dụng (Mã số: ELEI54148) là tài liệu đào tạo chuyên môn được ban hành kèm theo Quyết định số 215/QĐ-CĐDK ngày 1 tháng 3 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Công trình được biên soạn bởi tập thể giảng viên chuyên ngành do kỹ sư Nguyễn Lê Cương làm chủ biên cùng tác giả Nguyễn Xuân Thịnh, hoàn thành và nghiệm thu nội bộ tại Bà Rịa – Vũng Tàu vào tháng 6 năm 2022.

       CHƯƠNG TRÌNH KHUNG NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP (62 Tín chỉ / 1470 Giờ)

Trong khung chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp (tổng khối lượng 62 tín chỉ với 1.470 giờ), mô đun Thiết bị điện gia dụng có thời lượng 90 giờ (gồm 28 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận, 2 giờ kiểm tra lý thuyết và 2 giờ kiểm tra thực hành). Về mặt vị trí, đây là mô đun chuyên môn tự chọn/bắt buộc được bố trí học sau khi sinh viên đã hoàn thành khối kiến thức chung và các môn học cơ sở như Mạch điện cơ bản (ELEI52033), Mạch điện (ELEI53132), Vẽ điện (ELET51165), Khí cụ điện (ELEI53117) và Đo lường điện (ELEI53115).

Mục tiêu học tập của giáo trình được thiết kế đồng bộ trên ba phương diện chuẩn đầu ra:

  • Về kiến thức: Phân tích và trình bày chính xác cấu tạo, thông số định mức cùng nguyên lý vận hành của các nhóm thiết bị gia dụng: thiết bị cấp nhiệt, máy biến áp một pha, động cơ điện xoay chiều một pha, thiết bị điện lạnh, hệ thống điều hòa nhiệt độ, các loại đèn chiếu sáng dân dụng và mạch điều khiển bảo vệ.
  • Về kỹ năng: Vận hành thành thạo các thiết bị điện sinh hoạt; thực hiện đúng quy trình tháo lắp cơ - điện; sử dụng thành thạo dụng cụ đo kiểm chuyên dụng để xác định nguyên nhân, dò tìm hư hỏng và sửa chữa thay thế linh kiện đúng tiêu chuẩn kỹ thuật.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Hình thành tác phong công nghiệp, tính cẩn thận, độ tỉ mỉ trong thao tác kỹ thuật, tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn điện và an toàn lao động cho người và thiết bị.

Cấu trúc giáo trình bao gồm 1 bài mở đầu và 7 bài chuyên đề, đi từ phân tích lý thuyết thiết bị biến đổi năng lượng tĩnh (nhiệt, biến áp) đến các cơ cấu truyền động động lực (động cơ, hệ thống lạnh) và kỹ thuật lắp đặt mạng điện ứng dụng thực tế.


Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung 7 bài học trọng tâm trong giáo trình được phân bổ chi tiết như sau:

  • Bài 1: Thiết bị cấp nhiệt (20 giờ - 3 LT, 16 TH, 1 KT): Khảo sát các phương thức biến đổi điện năng thành nhiệt năng (hiệu ứng Joule, hồ quang điện, dòng xoáy Foucault). Giáo trình cung cấp sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của bếp điện từ (cuộn dây cao tần, mâm nhiệt, quạt giải nhiệt cho linh kiện IGBT); bàn ủi điện khô và hơi nước (thanh lưỡng kim, cam lệch tâm C, rơ le nhiệt RN); nồi cơm điện cơ (nam châm vĩnh cửu mất từ tính ở nhiệt độ $125^\circ\text{C}$, điện trở nấu chính $R_c$, điện trở ủ $R_p$ duy trì khoảng nhiệt $70^\circ\text{C} - 90^\circ\text{C}$); phích đun nước điện; máy sấy tóc (hợp kim Crôm - Niken, động cơ vòng chập/vạn năng); lò nướng điện tích hợp mạch định thì IC 555 (mạch đa hài đơn ổn) kết hợp Triac điều chỉnh nhiệt $100^\circ\text{C} - 250^\circ\text{C}$; máy nước nóng trực tiếp (công suất 3 kW – 5 kW, áp lực nước đóng tiếp điểm $OP \ge 0{,}2\text{ kg/cm}^2$, mạch kích Triac dùng transistor UJT $T_2$ và transistor NPN $T_1$ kết hợp nhiệt trở âm TH).
  • Bài 2: Máy biến áp gia dụng (4 giờ - 2 LT, 2 TH): Phân tích máy biến áp cảm ứng và máy biến áp tự ngẫu. Nghiên cứu cấu tạo mạch từ (thép kỹ thuật điện chứa 1% – 4% Silic, bề dày $0{,}35\text{ mm} - 0{,}5\text{ mm}$ dạng cột U, dạng bọc EI, dạng xuyến và dạng chữ X) cùng các loại dây quấn tròn và dẹp bọc men/cotton. Cung cấp sơ đồ mạch máy biến áp đổi điện 110/220V, máy biến áp tự ngẫu tăng giảm áp 1 pha (Survolteur với hệ chuông báo quá áp qua tắc-te ở ngưỡng điện áp $\approx 80\text{V} - 100\text{V}$), máy biến áp nạp ắc quy và máy ổn áp cộng hưởng sắt từ 50 Hz (điện áp ra giữ ổn định trong dải $\pm 0{,}5%$ khi điện áp vào dao động $\pm 10%$).
  • Bài 3: Động cơ điện gia dụng (20 giờ - 6 LT, 14 TH): Khảo sát động cơ không đồng bộ một pha: stato rãnh lồng sóc, stato vòng ngắn mạch (vòng chập). Phân tích cấu tạo và sơ đồ trải dây quấn stato cho quạt trần (cặp cực $2p=12$), quạt bàn ($2p=6$, điều khiển 2 tốc độ), máy giặt trục quay ngang một thùng, máy bơm nước ly tâm sử dụng tụ ngậm/tụ khởi động và máy bơm nước kiểu rung.
  • Bài 4 & Bài 5: Thiết bị điện lạnh và Thiết bị điều hòa nhiệt độ (30 giờ - 10 LT, 18 TH, 2 KT): Trình bày chu trình nhiệt động lực học làm lạnh nén hơi, máy lạnh hấp thụ khuếch tán, máy lạnh hấp phụ năng lượng mặt trời và làm lạnh bán dẫn bằng điện cực (sò lạnh Peltier). Phân tích cấu tạo rơ le áp suất cao, rơ le áp suất thấp, rơ le dầu, contactor kiểu hút chập, mạch điện tủ lạnh 2 ngăn xả tuyết tự động bằng điện trở hoặc khí nóng. Khảo sát cấu trúc máy điều hòa 2 phần tử (cục nóng - cục lạnh), hệ thống điều hòa trung tâm VRV và máy làm lạnh nước (Water Chiller).
  • Bài 6 & Bài 7: Các loại đèn gia dụng, trang trí và Thực hành lắp đặt (15 giờ - 6 LT, 8 TH, 1 KT): Khảo sát quang học và thiết bị chiếu sáng: độ rọi ($E$), quang thông (Lumen), bảng đặc tính đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang ống dài 1,2 m (sử dụng Ballast điện cảm kết hợp Starter/tắc te hoặc Ballast điện tử), đèn hơi thủy ngân. Sơ đồ mạng điện dân dụng: mạch công tắc đơn, mạch 2 công tắc ba chấu điều khiển đèn cầu thang tiết kiệm dây dẫn, mạch đèn sáng luân phiên, mạch đèn hầm lò, chuông điện rung/chuông phân cực và quy trình lắp đặt hoàn thiện bảng điện.
                    QUY TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG VÀ ĐIỀU KHIỂN

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống lý thuyết vật lý kỹ thuật điện chặt chẽ:

  • Định luật cảm ứng điện từ Faraday và hiện tượng tổn hao sắt từ do dòng điện xoáy Foucault, hiện tượng từ trễ trong lõi thép.
  • Các công thức tính toán cơ bản của máy biến áp: Sức ứng điện động hiệu dụng: $$E_1 = 4{,}44 \cdot W_1 \cdot f \cdot \Phi_m$$ Tỉ số biến áp và biến dòng điện: $$K_i = \frac{I_1}{I_2} = \frac{W_2}{W_1} = \frac{U_2}{U_1} = \frac{1}{K_u}$$ Hiệu suất máy điện tĩnh: $$\eta = \frac{S_{đm} \cdot \cos\varphi_2}{S_{đm} \cdot \cos\varphi_2 + P_{Fe} + P_{Cu}} \times 100%$$ Trong đó $P_{Fe}$ xác định qua thí nghiệm không tải và $P_{Cu}$ xác định qua thí nghiệm ngắn mạch.
  • Cơ sở điện tử công suất ứng dụng: Nguyên lý điều khiển góc mở pha của linh kiện Triac thông qua mạch dao động tích thoát UJT hoặc mạch định thời gian trễ bằng vi mạch đơn ổn IC 555.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật chuyên sâu: Đọc hiểu và phân tích thành thạo các bản vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện, sơ đồ đấu nối dây của thiết bị gia dụng và mạng chiếu sáng; thực hiện đo điện áp, dòng điện, độ rọi và điện trở cách điện bằng đồng hồ vạn năng VOM và Mêgôm kế (yêu cầu đạt ngưỡng cách điện an toàn $\ge 1\text{ M}\Omega$).
  • Kỹ năng phân tích và chẩn đoán: Phát hiện các sự cố chạm vỏ (chạm masse), đứt mạch cuộn dây, chập vòng trong máy biến áp, cháy tiếp điểm rơ le nhiệt, hỏng mạch định thì, nổ cầu đi-ốt bán dẫn hoặc sự cố rò rỉ môi chất lạnh.
  • Kỹ năng thao tác thực nghiệm: Thực hiện tháo lắp các bộ phận cơ khí đúng trình tự kỹ thuật; quấn bối dây stato động cơ quạt; nêm chặt mạch từ máy biến áp; đấu nối an toàn thiết bị bảo vệ chống dòng rò ELCB và thi công bảng điện dân dụng theo sơ đồ thiết kế.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình triển khai phương pháp giảng dạy tích hợp lấy người học làm trung tâm, kết hợp giữa thuyết giảng lý thuyết chuyên ngành, phương pháp đàm thoại gợi mở và phương pháp dạy học giải quyết vấn đề kỹ thuật. Giáo viên thực hiện thao tác thị phạm mẫu tại xưởng, sau đó trực tiếp giám sát, uốn nắn và sửa sai tại chỗ cho từng học viên trong các buổi thực hành.

                    CƠ CẤU THỜI LƯỢNG MÔ ĐUN (TỔNG 90 GIỜ)

Thời lượng thực hành, thí nghiệm và thảo luận chiếm tỷ trọng áp đảo với 58/90 giờ (tương đương 64,4% tổng thời lượng), tập trung vào các nội dung thao tác phức tạp như thiết bị cấp nhiệt (16 giờ), động cơ điện (14 giờ), thiết bị điện lạnh (10 giờ) và thực hành lắp đặt (5 giờ).

Hệ thống cơ sở vật chất, trang thiết bị máy móc và học liệu phục vụ học tập tại phòng học chuyên môn hóa bao gồm:

  • Trang thiết bị đo đạc và máy móc: Bộ đồ nghề điện và cơ khí cầm tay; tủ sấy cuộn dây điều khiển được nhiệt độ; các mô hình dàn trải và thiết bị thật (bàn ủi, bếp từ, nồi cơm điện, lò nướng, máy nước nóng, máy sấy tóc); mô hình trải phẳng hệ thống lạnh tủ lạnh, máy điều hòa không khí.
  • Mô-đun và linh kiện thực nghiệm: Nguồn thí nghiệm xoay chiều/một chiều; công tơ điện 1 pha; contactor kiểu hút chập; rơ le thời gian; rơ le dòng điện; rơ le áp suất dầu, cao áp, hạ áp; ELCB; đèn sợi đốt; đèn huỳnh quang; chấn lưu cơ và điện tử; chiết áp; chuông điện; nút ấn; camera; tai nghe gọi cửa.
  • Vật tư và hóa chất chuyên dụng: Dây điện từ, dây dẫn các loại, giấy cách điện, ống ghen cách điện, sứ, thủy tinh cách điện, lá thép silic mạch từ máy biến áp, chì hàn, nhựa thông, giấy nhám mịn, vec-ni cách điện và hóa chất keo đóng rắn dùng tẩm sấy bối dây máy điện.

Quy trình kiểm tra và đánh giá học phần được thiết lập định kỳ:

  1. Đánh giá thường xuyên: 01 điểm kiểm tra miệng qua hình thức hỏi đáp trực tiếp kiến thức lý thuyết đầu giờ.
  2. Đánh giá định kỳ: Thực hiện 04 bài kiểm tra tương ứng với tiến trình nội dung:
    • Bài kiểm tra số 1: Kiểm tra nội dung Bài mở đầu và Bài 1 (Thiết bị cấp nhiệt).
    • Bài kiểm tra số 2: Kiểm tra nội dung Bài 2 (Máy biến áp) và Bài 3 (Động cơ điện).
    • Bài kiểm tra số 3: Kiểm tra nội dung Bài 4 (Điện lạnh) và Bài 5 (Điều hòa nhiệt độ).
    • Bài kiểm tra số 4: Kiểm tra nội dung Bài 6 (Đèn chiếu sáng) và Bài 7 (Thực hành lắp đặt).
  3. Đánh giá kết thúc môn học: Đánh giá toàn diện bằng hình thức thi trắc nghiệm lý thuyết tổng hợp và kiểm tra kỹ năng thao tác thực hành tại xưởng.

Đối với người học, giáo trình đặt ra yêu cầu tự học bắt buộc: Chủ động nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp; hoàn thành toàn bộ câu hỏi ôn tập, câu hỏi củng cố và bài tập tình huống theo hình thức cá nhân hoặc làm việc nhóm; ghi chép nhật ký thực hành và nộp báo cáo kỹ thuật đúng thời hạn quy định.


Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình Thiết bị điện gia dụng có sự chuyển dịch rõ rệt từ mô tả cơ khí thuần túy sang tích hợp kỹ thuật điều khiển bán dẫn hiện đại:

Tiêu chí phân tích Nội dung truyền thống trước đây Cập nhật trong giáo trình ELEI54148 (2022)
Công nghệ cấp nhiệt Dây may-so điện trở, thanh gia nhiệt đơn thuần. Bếp từ dùng mạch dao động biến thiên tần số cao kích mở IGBT; lò nướng điều khiển bằng Triac và vi mạch IC 555.
Công nghệ nước nóng Bình chứa gián tiếp dung tích lớn ($50\text{L} - 100\text{L}$), thời gian đun sôi kéo dài hàng chục phút. Máy nước nóng trực tiếp $3\text{ kW} - 5\text{ kW}$, tích hợp rơ le bảo vệ áp lực nước $OP \ge 0{,}2\text{ kg/cm}^2$ và mạch kích Triac đồng bộ qua UJT.
Tiêu chuẩn an toàn điện Cầu chì nhiệt, dây tiếp đất vỏ máy đơn giản. Tích hợp máy ngắt chống rò điện ELCB, rơ le áp suất kép, đo kiểm cách điện Mêgôm ($\ge 1\text{ M}\Omega$).
Kỹ thuật điện lạnh Tủ lạnh cơ học đóng tuyết, máy nén khí đơn kỳ. Hệ thống tủ lạnh xả đá bằng điện trở/khí nóng, điều hòa 2 phần tử, hệ thống VRV và máy làm lạnh nước Water Chiller.
Kỹ thuật chiếu sáng Đèn sợi đốt nung sáng, chấn lưu điện cảm truyền thống. Đèn huỳnh quang chấn lưu điện tử, mạch điều khiển đa điểm 3 chấu, bảng tra quang thông - độ rọi chuẩn.

Bên cạnh đó, giáo trình xây dựng bảng phân loại lỗi và hướng dẫn khắc phục chi tiết (Troubleshooting Guide) cho từng thiết bị:

  • Máy biến áp: Xử lý pan chạm masse vỏ máy, nổ cầu chì do ngắn mạch, rung rè do lỏng bu-lông ép lõi thép hoặc hỏng đi-ốt nắn dòng ắc quy.
  • Bàn ủi và Nồi cơm điện: Xử lý tiếp điểm cơ học bị bám muội than, oxy hóa bề mặt, hiệu chỉnh vít rơ le nhiệt duy trì, kiểm tra độ suy giảm từ tính nam châm vĩnh cửu.
  • Hệ thống điều hòa và tủ lạnh: Dò tìm sự cố tắc bẩn van tiết lưu, hỏng rơ le áp suất dầu, mất áp suất môi chất lạnh.

Về mặt học thuật, tài liệu kế thừa và chuẩn hóa kiến thức từ 6 công trình tham khảo chuyên ngành tiêu biểu tại Việt Nam:

  1. Nguyễn Xuân Tiến (1984), Tủ lạnh gia đình và máy điều hòa nhiệt độ, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
  2. Nguyễn Trọng Thắng (1995), Công nghệ chế tạo và tính toán sửa chữa máy điện 1, 2, 3, NXB Giáo Dục.
  3. Trần Khánh Hà (1997), Máy điện 1, 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
  4. Nguyễn Xuân Phú (chủ biên - 1997), Quấn dây, sử dụng và sửa chữa động cơ điện xoay chiều và một chiều thông dụng, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
  5. Đặng Văn Đào (1999), Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo Dục.
  6. Trần Thế San, Nguyễn Đức Phấn (2001), Thực hành kỹ thuật cơ điện lạnh, NXB Đà Nẵng.

Đối tượng sử dụng giáo trình

                       NHÓM ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG

Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể sau:

  • Học sinh, sinh viên: Áp dụng cho đối tượng theo học trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Điện công nghiệp, Kỹ thuật Cơ điện lạnh, Điện dân dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp kỹ thuật trên toàn quốc.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở ngành gồm: Mạch điện cơ bản (ELEI52033), Mạch điện (ELEI53132), Khí cụ điện (ELEI53117), Đo lường điện (ELEI53115) và Vẽ điện (ELET51165).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn để biên soạn giáo án lý thuyết, thiết kế phiếu hướng dẫn thực hành xưởng, chuẩn bị thiết bị thí nghiệm và xây dựng ngân hàng đề kiểm tra định kỳ.
  • Cán bộ kỹ thuật và tự học: Dùng làm tài liệu tra cứu thông số kỹ thuật, sơ đồ trải dây quấn động cơ 1 pha, cấu trúc mạch điều khiển điện tử và quy trình chẩn đoán hư hỏng cho kỹ thuật viên bảo trì thiết bị điện dân dụng và điện lạnh.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được thiết kế chuyên biệt cho học sinh, sinh viên bậc Cao đẳng và Trung cấp nghề thuộc chuyên ngành Điện công nghiệp, Kỹ thuật Cơ điện lạnh, đồng thời là tài liệu tra cứu nghiệp vụ cho thợ lắp đặt, sửa chữa thiết bị điện sinh hoạt.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học bắt buộc phải có kiến thức nền tảng về lý thuyết mạch điện (dòng điện xoay chiều 1 pha và 3 pha), nguyên lý hoạt động của các khí cụ điện đóng cắt - bảo vệ, kỹ năng sử dụng đồng hồ đo điện vạn năng và khả năng đọc bản vẽ sơ đồ mạch điện công nghiệp.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Khác với các tài liệu thuần lý thuyết, giáo trình này phân bổ thời lượng thực hành lên tới 64,4% (58/90 giờ), tích hợp trực tiếp cấu tạo vi mạch bán dẫn điều khiển công suất (Triac, UJT, IC 555) vào thiết bị nhiệt, cùng hệ thống hướng dẫn sửa chữa hư hỏng thực tế (pan bệnh) chi tiết cho từng thiết bị.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học nên kết hợp nghiên cứu sơ đồ nguyên lý mạch điện với việc phân tích các hình vẽ cấu tạo chi tiết; trả lời toàn bộ hệ thống câu hỏi củng cố ở cuối mỗi bài; rèn luyện kỹ năng đo kiểm linh kiện nguội và đo điện áp động bằng đồng hồ VOM theo đúng bảng chỉ dẫn kỹ thuật trong giáo trình.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Giáo trình kết nối chặt chẽ với hệ thống 6 tài liệu tham khảo chuyên sâu về máy điện, kỹ thuật lạnh và quấn dây động cơ của các tác giả Nguyễn Xuân Tiến, Nguyễn Trọng Thắng, Trần Khánh Hà, Nguyễn Xuân Phú, Đặng Văn Đào, Trần Thế San.


Kết luận

Giáo trình Thiết bị điện gia dụng (Mã số: ELEI54148) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo nghề nghiệp mang tính chuẩn hóa và ứng dụng thực tiễn cao. Giáo trình cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện từ cấu tạo, nguyên lý làm việc đến quy trình chẩn đoán hư hỏng cho các thiết bị điện nhiệt, máy biến áp, động cơ xoay chiều 1 pha, thiết bị lạnh và hệ thống chiếu sáng dân dụng.

Lộ trình đào tạo đề xuất cho người học là đi tuần tự từ nắm vững nguyên lý biến đổi điện - nhiệt tĩnh (Bài 1, Bài 2), nâng cao năng lực phân tích động cơ truyền động và hệ thống lạnh nén hơi (Bài 3, Bài 4, Bài 5), đến rèn luyện kỹ năng thực hành lắp đặt mạng điện chiếu sáng và bảo vệ an toàn (Bài 6, Bài 7). Để mở rộng năng lực chuyên môn, người học nên kết hợp nghiên cứu thêm các tài liệu chuyên khảo về công nghệ chế tạo máy điện, kỹ thuật quấn dây động cơ và cơ điện lạnh được dẫn chiếu trong danh mục tài liệu tham khảo của giáo trình.