GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: TRANG BỊ ĐIỆN 1

Mã mô đun: MĐ 20
Nghề đào tạo: Điện công nghiệp (Trình độ Cao đẳng / Trung cấp)
Cơ quan ban hành: Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô – Khoa Điện - Điện Tự động hóa
Chủ biên: Trần Minh Khuê | Tham gia biên soạn: Trần Đức Thiện
Năm xuất bản: 2019

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Trang Bị Điện 1 (Mã mô đun: MĐ 20) là tài liệu giảng dạy chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp cấp độ Cao đẳng và Trung cấp tại Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô. Trong khung chương trình đào tạo, mô đun này giữ vị trí cầu nối then chốt giữa khối kiến thức cơ sở ngành và khối kỹ năng ứng dụng nâng cao; được triển khai giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học tiên quyết: Điện kỹ thuật, Khí cụ điện, Máy điện, Vẽ điện, Đo lường điện, Cung cấp điện và Truyền động điện.

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định rõ trên ba phương diện:

  • Kiến thức: Đọc, vẽ và phân tích sơ đồ nguyên lý, sơ đồ bố trí thiết bị trong các hệ thống tự động khống chế động cơ xoay chiều 3 pha và động cơ một chiều; nắm vững các nguyên tắc điều khiển (theo thời gian, tốc độ, dòng điện, điện áp, hành trình) và nguyên lý của các khâu bảo vệ, liên động điện cơ.
  • Kỹ năng: Thực hiện thành thạo việc lựa chọn thiết bị, gá lắp, đấu nối và vận hành các mạch điều khiển; chẩn đoán, phát hiện hư hỏng và đưa ra phương án sửa chữa các sự cố thường gặp trên mạch động lực và mạch điều khiển; lập kế hoạch bảo trì định kỳ đảm bảo an toàn lao động.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tác phong công nghiệp, tính cẩn thận, chính xác, tuân thủ nghiêm ngặt quy trình kỹ thuật và tiêu chuẩn vệ sinh công nghiệp.

Giáo trình có tổng thời lượng 180 giờ, được thiết kế theo kết cấu mô đun tích hợp lý thuyết và thực hành, trong đó thời lượng thực hành chiếm tỷ trọng chủ đạo (132 giờ thực hành, 26 giờ lý thuyết, 12 giờ kiểm tra). Cấu trúc giáo trình đi từ các khái niệm tổng quan về trang bị điện, phân tích nguyên lý khống chế cơ bản, đến việc triển khai 11 nhóm mạch điều khiển điển hình và ứng dụng trực tiếp trên hệ thống điện của các nhóm máy cắt gọt kim loại công nghiệp.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được cấu trúc thành 4 phần bài học chính kèm hệ thống phụ lục tra cứu:

[Bài mở đầu: Khái quát hệ thống]

  1. Bài mở đầu – Khái quát chung về hệ thống trang bị điện – điện tử (2 giờ lý thuyết):
    Phân tích định nghĩa, cấu trúc hệ thống trang bị điện gồm phần thiết bị động lực (động cơ, nam châm điện, ly hợp điện từ, phần tử đốt nóng, chiếu sáng) và phần thiết bị điều khiển (khí cụ đóng cắt, bảo vệ, đo lường, tín hiệu). Xác định các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế đối với hệ thống trang bị điện trong dây chuyền sản xuất công nghiệp.

  2. Bài 1 – Tự động khống chế truyền động điện (19 giờ: 12 LT, 5 TH, 2 KT):
    Trình bày phương pháp biểu diễn mạch động lực và mạch điều khiển theo tiêu chuẩn quy ước; phân tích 5 nguyên tắc điều khiển cơ bản:

    • Nguyên tắc theo thời gian: Sử dụng rơle thời gian ($RTh$) để tạo trễ chuyển cấp điện trở khởi động hoặc chuyển đổi mạch.
    • Nguyên tắc theo tốc độ: Sử dụng rơle tốc độ kiểu cảm ứng rotor nam châm vĩnh cửu – lồng sóc ($RTĐ$) hoặc tiếp điểm công tắc tơ gia tốc đo điện áp phần ứng động cơ ($U_1 = K\Phi\omega_1 + I_2 r$).
    • Nguyên tắc theo dòng điện: Sử dụng rơle dòng điện ($RI$), rơle hãm ($RH$) để đóng cắt cấp điện trở theo ngưỡng dòng khởi động và dòng nhả.
    • Nguyên tắc theo điện áp: Thay đổi điện áp cấp vào động cơ qua biến áp tự ngẫu hoặc bộ biến đổi bán dẫn kết hợp điện trở phụ rotor.
    • Nguyên tắc theo vị trí (hành trình): Sử dụng công tắc hành trình ($KH$) để giới hạn biên độ chuyển động hoặc đảo chiều tự động.
      Chương này cũng xác lập các mạch bảo vệ: bảo vệ ngắn mạch (cầu chì $CC$, aptomat $CB$), bảo vệ quá tải đối xứng và không đối xứng (rơle nhiệt $RN$, rơle dòng điện $RI$), bảo vệ thiếu áp/quá áp ($RU$), bảo vệ thiếu/mất từ trường ($RTT$), và các khâu liên động khóa chéo, liên động tuần tự, mạch duy trì tự giữ.

  3. Bài 2 – Các sơ đồ tự động khống chế điển hình (129 giờ: 16 LT, 105 TH, 8 KT):
    Tập trung thực hành lắp ráp, đo kiểm và vận hành 11 nhóm mạch khống chế:

    • Mạch khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ (ĐKB) 3 pha quay một chiều tại 1 vị trí và 2 vị trí.
    • Mạch đảo chiều quay gián tiếp (ấn nút dừng trước khi đảo chiều) và đảo chiều quay trực tiếp (sử dụng nút ấn kép liên động cơ khí).
    • Mạch đảo chiều quay trực tiếp có giới hạn hành trình bằng công tắc hành trình ($LS1, LS2$).
    • Mạch điều khiển 2 động cơ khởi động tuần tự theo nguyên tắc khóa và nguyên tắc bắc cầu (theo rơle thời gian).
    • Mạch mở máy động cơ gián tiếp qua cuộn kháng điện ($CK$).
    • Mạch mở máy sao – tam giác ($Y/\Delta$) điều khiển bằng tay và tự động bằng rơle thời gian.
    • Mạch hãm ngược và hãm động năng.
    • Mạch điều khiển động cơ 2 cấp tốc độ ($Y/YY$, $\Delta/YY$, $Y/\Delta$).
    • Mạch mở máy ĐKB 3 pha rotor dây quấn qua 2 cấp điện trở phụ (theo nguyên tắc thời gian, dòng điện, điện áp).
    • Mạch mở máy động cơ một chiều qua 2 cấp điện trở phụ (theo nguyên tắc thời gian và điện áp).

  4. Bài 3 – Trang bị điện máy cắt kim loại (30 giờ: 6 LT, 22 TH, 2 KT):
    Phân loại, khảo sát đặc điểm công nghệ và giải pháp truyền động điện cho 5 nhóm máy công cụ:

    • Nhóm máy tiện: Đặc điểm truyền động trục chính, truyền động ăn dao; sơ đồ trang bị điện máy tiện T616 và máy tiện 1A64.
    • Nhóm máy phay: Sơ đồ trang bị điện máy phay 6H81 và ME-250.
    • Nhóm máy doa: Sơ đồ trang bị điện máy doa 2A613.
    • Nhóm máy khoan: Sơ đồ trang bị điện máy khoan đứng 2A-125.
    • Nhóm máy mài: Sơ đồ trang bị điện máy mài 3A722, 3A131, 3A161.

  5. Phần tra cứu phụ lục:
    Bảng ký hiệu quy ước thiết bị đóng cắt, máy điện, khí cụ điều khiển, linh kiện bán dẫn (CD, CB, CC, K, RN, RTh, RU, RI, RTr, RTT, RTĐ, KH, FH, NC, BĐT, MC...) và bảng thuật ngữ tiếng Anh chuyên ngành thường dùng trên bản vẽ điện công nghiệp.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp hệ thống lý thuyết kỹ thuật vững chắc:

  • Nguyên lý chuyển đổi năng lượng và đặc tính cơ: Bản chất biến đổi năng lượng từ điện sang cơ thông qua các hệ truyền động; quy luật biến thiên của dòng điện phần ứng, mômen điện từ và tốc độ quay trên các đường đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo của động cơ xoay chiều và động cơ một chiều.
  • Nguyên lý hoạt động của khí cụ điện: Cơ chế dập hồ quang, nguyên lý tác động nhiệt của thanh lưỡng kim trong rơle nhiệt, cơ cấu trễ khí nén/điện từ/điện tử của rơle thời gian, cơ chế cảm ứng điện từ của rơle tốc độ và lực hút điện từ trong công tắc tơ.
  • Cơ chế an toàn và liên động logic: Nguyên tắc chống tự khởi động lại sau khi mất nguồn điện; nguyên tắc khóa chéo liên động điện giữa các cuộn hút để chống ngắn mạch giữa các pha khi đảo chiều quay; nguyên tắc bảo vệ quá tải không đối xứng khi hệ thống làm việc mất một pha.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Kỹ năng đọc bản vẽ thiết kế điện, bóc tách danh mục vật tư thiết bị; kỹ năng gá lắp thiết bị trên tủ bảng điện; kỹ năng luồn dây, đấu nối dây mạch động lực và mạch điều khiển đúng tiêu chuẩn kỹ thuật; kỹ năng sử dụng đồng hồ vạn năng (VOM), Ohm kế để đo kiểm thông mạch và điện trở cuộn dây.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích logic trạng thái tiếp điểm trong từng chu trình hoạt động của mạch; tính toán lựa chọn dòng định mức cho aptomat, cầu chì, rơle nhiệt và công tắc tơ phù hợp với công suất động cơ.
  • Kỹ năng thực hành và chẩn đoán (Practical competencies): Khả năng vận hành thử nghiệm phân tách mạch điều khiển và mạch động lực; kỹ năng phát hiện, phân loại và khắc phục các hư hỏng thực tế (như mất pha nguồn, kẹt tiếp điểm, hỏng cuộn hút, đứt dây duy trì, nhảy rơle bảo vệ) theo quy trình chuẩn.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được biên soạn dựa trên phương pháp sư phạm tích hợp (lý thuyết kết hợp thực hành tại xưởng). Toàn bộ các bài thực hành trong Bài 2 được chuẩn hóa theo quy trình sư phạm 8 bước thống nhất:

Bước thực hiện Nội dung chi tiết Mục tiêu kỹ thuật
Bước 1 Khảo sát sơ đồ nguyên lý mạch điện Hiểu rõ chức năng từng khí cụ và nguyên lý đóng ngắt logic
Bước 2 Vẽ sơ đồ đi dây thiết bị Chuyển đổi từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ lắp đặt thực tế
Bước 3 Lựa chọn và gá lắp thiết bị Kiểm tra thông số thiết bị (Aptomat, Contactor, RN) và định vị lên giá
Bước 4 Lắp ráp mạch điều khiển Đấu nối hệ thống dây tín hiệu, tiếp điểm duy trì, nút ấn và đèn báo
Bước 5 Lắp ráp mạch động lực Đấu nối dây dẫn mạch chính đảm bảo cùng tiết diện, đúng thứ tự pha
Bước 6 Vận hành mạch điện Cô lập mạch động lực để kiểm tra mạch điều khiển trước khi đóng tải toàn phần
Bước 7 Mô phỏng và xử lý sự cố Tạo giả lập sự cố (nhảy RN, hở mạch duy trì, mất pha) để chẩn đoán
Bước 8 Viết báo cáo thực hành Lược thuật quá trình, ghi nhận thông số và giải thích hiện tượng

Phương pháp đánh giá kết quả học tập bao gồm:

  • Đánh giá thường xuyên: Chấm điểm thao tác thực hành, kỹ năng đấu nối, an toàn lao động và vệ sinh công nghiệp tại xưởng thực hành sau mỗi bài học.
  • Đánh giá định kỳ: Bài kiểm tra kết thúc từng phần (lý thuyết phân tích sơ đồ và thực hành lắp ráp mạch trong thời gian quy định).
  • Đánh giá kết thúc mô đun (6 giờ): Thực hiện bài thi tổng hợp gồm khảo sát sơ đồ, lắp đặt hoàn thiện một mạch tự động khống chế cụ thể, vận hành chạy thử và giải quyết bài toán chẩn đoán sự cố do hội đồng thi đưa ra.

Hướng dẫn tự học: Sinh viên cần nghiên cứu trước sơ đồ nguyên lý, tự luyện tập chuyển đổi sơ đồ nguyên lý thành sơ đồ đi dây, tra cứu ký hiệu và thuật ngữ tiếng Anh chuyên ngành trong phụ lục trước khi vào xưởng thực hành.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa hệ thống ký hiệu và thuật ngữ kỹ thuật: Giáo trình cung cấp hệ thống ký hiệu bản vẽ điện quy chuẩn (TCVN và quy ước công nghiệp), phân định rõ ràng giữa sơ đồ nguyên lý và sơ đồ đi dây vị trí, giúp người học đọc hiểu thống nhất các tài liệu kỹ thuật trong nước và quốc tế.
  • Tính thực tiễn qua các dòng máy công cụ thực tế: Không chỉ dừng lại ở các mạch lý thuyết, giáo trình đưa trực tiếp sơ đồ trang bị điện của các dòng máy công cụ công nghiệp đang vận hành phổ biến trong các nhà máy chế tạo cơ khí như máy tiện T616/1A64, máy phay 6H81/ME-250, máy doa 2A613, máy khoan 2A-125 và máy mài 3A722/3A131/3A161.
  • Tích hợp phương pháp chẩn đoán lỗi chủ động: Giáo trình xây dựng bước "Mô phỏng sự cố" (Bước 7) thành một phần bắt buộc trong quy trình thực hành. Người học được chủ động tạo ra và xử lý các lỗi kỹ thuật phổ biến (sự cố tác động rơle nhiệt, hở mạch tiếp điểm tự giữ, mất 1 pha mạch nguồn, ngắn mạch điều khiển), từ đó hình thành tư duy bảo trì và sửa chữa thực tế.
  • Phụ lục tra cứu thuật ngữ chuyên ngành: Bổ sung bảng đối chiếu các ký hiệu chữ (CD, CB, CC, K, RN, RTh, RU, RI, RTr, RTT, RTĐ, KH...) và bảng dịch nghĩa các thuật ngữ tiếng Anh xuất hiện trên sơ đồ điều khiển ngoại nhập (như FWD, REV, OFF, ON, TEST, MANUAL, AUTO...).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  1. Học sinh, sinh viên: Sinh viên theo học hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Điện công nghiệp, Kỹ thuật điện, Cơ điện tử và Tự động hóa công nghiệp.
  2. Yêu cầu kiến thức tiên quyết: Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở: Điện kỹ thuật, Khí cụ điện, Máy điện, Vẽ điện, Đo lường điện, Cung cấp điện và Truyền động điện.
  3. Giảng viên và cơ sở đào tạo: Dùng làm tài liệu giảng dạy chính thức cho mô đun MĐ 20; sử dụng bảng quy trình 8 bước và các bảng chọn thiết bị để xây dựng giáo án tích hợp, tiêu chí chấm thi tay nghề và bài kiểm tra kỹ năng.
  4. Kỹ thuật viên và công nhân kỹ thuật: Tài liệu tra cứu hữu ích cho các công nhân kỹ thuật, kỹ sư bảo dưỡng điện tại các nhà máy, xí nghiệp để phục vụ công tác đọc sơ đồ, bảo dưỡng, vận hành và sửa chữa hệ thống điện máy công cụ.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế chính khóa cho học sinh, sinh viên trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Điện công nghiệp; đồng thời dùng làm tài liệu đào tạo ngắn hạn, bồi dưỡng nâng bậc thợ cho công nhân kỹ thuật và tài liệu tham khảo cho cán bộ quản lý kỹ thuật cơ điện.

2. Cần trang bị kiến thức nền nào trước khi học mô đun này?

Người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học/mô đun nền tảng: Điện kỹ thuật (nguyên lý mạch điện), Vẽ điện (đọc ký hiệu bản vẽ), Đo lường điện (sử dụng đồng hồ đo), Khí cụ điện (cấu tạo, thông số đóng cắt), Máy điện (đặc tính động cơ một chiều và xoay chiều), Cung cấp điện và Truyền động điện.

3. Điểm khác biệt về kết cấu thực hành của giáo trình là gì?

Tất cả các bài học trong chương mạch điều khiển điển hình đều được chuẩn hóa thống nhất theo quy trình 8 bước logic: từ khảo sát sơ đồ nguyên lý $\rightarrow$ vẽ sơ đồ đi dây $\rightarrow$ chọn gá thiết bị $\rightarrow$ lắp mạch điều khiển $\rightarrow$ lắp mạch động lực $\rightarrow$ vận hành kiểm tra $\rightarrow$ mô phỏng sự cố $\rightarrow$ viết báo cáo kỹ thuật. Tỷ lệ giờ thực hành chiếm 132/180 giờ (hơn 73%).

4. Làm sao để học tập và rèn luyện kỹ năng với giáo trình đạt hiệu quả cao?

Người học cần tuân thủ nghiêm ngặt phương pháp cô lập mạch động lực khi vận hành thử mạch điều khiển (Bước 6) để kiểm tra logic trước khi đóng điện toàn phần; thực hiện đầy đủ việc đo kiểm thông mạch nguội bằng Ohm kế; đồng thời chủ động phân tích hiện tượng ở bước mô phỏng sự cố để hiểu rõ bản chất hư hỏng.

5. Giáo trình có cung cấp các bảng biểu tra cứu bổ trợ nào không?

Giáo trình tích hợp bảng ký hiệu quy ước đầy đủ cho thiết bị đóng cắt, bảo vệ, máy điện, khí cụ điều khiển, linh kiện bán dẫn và bảng tra cứu ý nghĩa các thuật ngữ tiếng Anh chuyên ngành thường gặp trên các bản vẽ máy công nghiệp.

Kết luận

Giáo trình Trang Bị Điện 1 (Mã mô đun: MĐ 20) của Khoa Điện - Điện Tự động hóa, Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô là tài liệu học thuật chuyên môn có tính chuẩn hóa và ứng dụng kỹ thuật cao. Giáo trình xây dựng nền tảng vững chắc về tư duy phân tích sơ đồ logic, phương pháp lắp đặt mạch truyền động và kỹ năng chẩn đoán sự cố điện công nghiệp.

Hoàn thành mô đun Trang Bị Điện 1 là điều kiện bắt buộc để người học tiếp tục theo học các mô đun nâng cao tiếp theo trong chương trình đào tạo, bao gồm: Trang bị điện 2, Kỹ thuật lập trình điều khiển (PLC) và Mạch điện tử công suất.

Tài liệu tham khảo chính được nêu trong giáo trình:

  1. Nguyễn Văn Chất (2007), Giáo trình Trang bị điện – Điện tử máy gia công kim loại, NXB Giáo dục.
  2. Vũ Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Đăng Nốt (2006), Trang bị điện – Điện tử máy công nghiệp dùng chung, NXB Giáo dục.
  3. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (2004), Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học kỹ thuật.
  4. Nguyễn Triệu Sơn (2003), Khí cụ điện, NXB Khoa học kỹ thuật.
  5. Phạm Duy Thấu (2006), Giáo trình Khí cụ điện, NXB Công nhân kỹ thuật.