Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Trang bị điện 1 (Mã mô đun: ELET55157) được biên soạn theo chương trình đào tạo nghề Bảo trì thiết bị cơ điện và nghề Điện công nghiệp tại Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), ban hành theo Quyết định số 203/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022. Về vị trí trong chương trình đào tạo, đây là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc thuộc khối môn học/mô đun chuyên môn ngành (nhóm II.2). Mô đun được xếp sau các môn học cơ sở như Vẽ kỹ thuật 1, Khí cụ điện, Đo lường điện, An toàn điện, Đại cương thiết bị cơ điện và Thực tập điện cơ bản 1.

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

  • Về kiến thức: Trang bị khả năng đọc, vẽ và phân tích sơ đồ mạch điều khiển sử dụng rơle, công tắc tơ trong khống chế động cơ không đồng bộ ba pha và động cơ một chiều; phân tích quy trình công nghệ và yêu cầu trang bị điện cho các máy cắt gọt kim loại (khoan, tiện, phay, bào, mài).
  • Về kỹ năng: Rèn luyện năng lực lắp đặt, đấu nối, vận hành và sửa chữa các mạch mở máy, dừng máy, đảo chiều cho động cơ; vận hành hệ thống mạch theo quy trình công nghệ của máy sản xuất (như băng tải, cơ cấu nâng hạ) và lập kế hoạch bảo trì đúng quy định an toàn, vệ sinh công nghiệp.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, độ chính xác kỹ thuật và tuân thủ các quy chuẩn an toàn điện.

Về cấu trúc thời lượng, mô đun có khối lượng 5 tín chỉ với tổng thời gian 120 giờ, bao gồm 28 giờ lý thuyết, 87 giờ thực hành/thực tập và 5 giờ kiểm tra (2 giờ lý thuyết, 3 giờ thực hành). Cấu trúc nội dung được chia thành 3 bài học theo trình tự logic từ tổng quan hệ thống, phân tích khí cụ điều khiển - bảo vệ, đến thiết kế và vận hành các mạch tự động khống chế truyền động điện. Điểm đặc thù của giáo trình là tính thực hành chuyên sâu (thời lượng thực hành chiếm 72,5%), tập trung mô tả chi tiết logic chuyển mạch của từng cặp tiếp điểm trên các sơ đồ nguyên lý công nghiệp thực tế.


Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 3 bài học chính:

  • Bài 1: Khái quát chung về hệ thống trang bị điện (2 giờ lý thuyết): Cung cấp các khái niệm về vai trò của truyền động điện trong dây chuyền sản xuất công nghiệp; phân tích đặc điểm hệ thống trang bị điện trong việc phối hợp các phần tử điện để tự động hóa dây chuyền công nghệ; nêu rõ các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống trang bị điện nhằm đảm bảo khả năng khống chế, bảo vệ an toàn khi vận hành bình thường cũng như khi xảy ra sự cố.
  • Bài 2: Các phần tử điều khiển trong hệ thống trang bị điện (20 giờ: 15h lý thuyết, 4h thực hành, 1h kiểm tra): Phân loại và mô tả cấu tạo, nguyên lý làm việc của các nhóm khí cụ điện:
    • Phần tử bảo vệ: Cầu chì/cầu chảy, rơle nhiệt (dải điện áp xoay chiều đến 500V, một chiều đến 440V, dòng định mức đến 150A), áptômát (CB, MCB, MCCB, ELCB, ACB với các thông số AT, AF, đặc tính dòng tác động B, C).
    • Phần tử điều khiển cơ điện: Công tắc, nút ấn điều khiển, cầu dao đóng ngắt không tải/có tải công suất nhỏ, bộ khống chế truyền động dạng công tắc xoay nhiều vị trí, công tắc tơ (Contactor) và khởi động từ chịu tải đến 500V - 600A.
    • Rơle điện từ và cảm biến: Rơle trung gian, rơle dòng điện cực đại (cấu tạo mạch từ chữ E/U, lá thép 0,35 - 0,5mm, phần ứng chữ Z), rơle bảo vệ điện áp 3 pha (như dòng Omron K8AK-VS), rơle thời gian (Timer), rơle kiểm tra tốc độ kiểu cảm ứng điện từ dùng trong mạch hãm ngược.
    • Thiết bị đóng cắt không tiếp điểm: Cảm biến vị trí không tiếp điểm (quang, từ trường, tiệm cận), transistor công tắc NPN/PNP.
    • Phần tử điện từ chấp hành: Nam châm điện nâng - hạ, bàn nam châm điện dùng cho máy gia công kim loại, bộ ly hợp điện từ.
  • Bài 3: Tự động khống chế truyền động điện (98 giờ: 11h lý thuyết, 83h thực hành, 4h kiểm tra): Trình bày lý thuyết và tổ chức thực hành chuyên sâu về:
    • Khái niệm, yêu cầu và các phương pháp thể hiện sơ đồ điện (sơ đồ cấu trúc, sơ đồ khai triển, sơ đồ đơn tuyến, đa tuyến, hệ thống ký hiệu quy ước).
    • 4 nguyên tắc điều khiển cơ bản: theo thời gian, theo tốc độ, theo dòng điện và theo vị trí (hành trình).
    • Các mạch mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc: mạch quay 1 chiều, mạch quay thuận nghịch gián tiếp (khóa liên động tiếp điểm), mạch mở máy tại 2 vị trí, mạch điều khiển 2 động cơ làm việc theo cơ chế bắc cầu (nối tiếp tuần tự), mạch bắc cầu tự động dùng Timer, mạch điều khiển 2 động cơ làm việc theo cơ chế khóa liên động chéo.
    • Các mạch mở máy gián tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha: phương pháp đổi nối sao - tam giác ($Y \rightarrow \Delta$), phương pháp mở máy qua cuộn kháng dùng rơle thời gian, phương pháp mở máy gián tiếp qua máy biến áp tự ngẫu.
    • Các mạch khóa dừng và giới hạn hành trình: mạch khóa dừng 1 (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 đơn và mạch tự động giới hạn hành trình có đảo chiều.
    • Các khâu bảo vệ và liên động: bảo vệ quá dòng ngắn hạn bằng rơle dòng cực đại, bảo vệ điểm không và điện áp cực tiểu, bảo vệ thiếu/mất từ trường cho động cơ một chiều, hệ thống liên động bảo vệ cơ - điện.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp nền tảng lý thuyết kỹ thuật điện và tự động hóa điều khiển cơ bản:

  • Lý thuyết về hiện tượng điện - nhiệt: Bản chất hồ quang điện, các biện pháp dập tắt hồ quang trong khí cụ đóng cắt (thổi từ, chia nhỏ hồ quang, buồng dập hồ quang); quán tính phát nóng và đặc tính tác động của rơle nhiệt lưỡng kim khi bảo vệ quá tải.
  • Nguyên lý điện từ: Hiện tượng cảm ứng điện từ ứng dụng trong rơle tốc độ quay đồng trục, nguyên lý tương tác từ trường trong ly hợp điện từ và lực hút cơ điện của nam châm điện nâng hạ/bàn từ.
  • Hệ thống nguyên tắc điều khiển: Phân tích bản chất 4 nguyên lý khống chế cơ bản: nguyên tắc thời gian (sử dụng rơle thời gian trễ on-delay/off-delay), nguyên tắc tốc độ (đo điện áp cảm ứng hoặc lực từ phụ thuộc tốc độ), nguyên tắc dòng điện (căn chỉnh lực hút điện từ theo mức tải định mức và ngắn mạch), nguyên tắc vị trí (tác động cơ học hoặc cảm ứng qua công tắc hành trình, cảm biến tiệm cận).
  • Khung lý thuyết phân tích sơ đồ: Quy chuẩn phân tách mạch động lực và mạch điều khiển; biểu diễn tiếp điểm thường mở (NO), thường đóng (NC), tiếp điểm trễ thời gian, tiếp điểm liên động bảo vệ chéo trên sơ đồ khai triển.

Kỹ năng phát triển

Thông qua các bài tập và nội dung thực hành xưởng, giáo trình rèn luyện cho người học:

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc hiểu và vẽ đúng các ký hiệu tiêu chuẩn kỹ thuật điện; thực hiện đấu nối panel các mạch điều khiển động cơ 1 pha, 3 pha; lựa chọn đúng thông số định mức của khí cụ điện (điện áp định mức $U_{đm}$, dòng điện định mức $I_{đm}$, dòng cắt trip $I_{trip}$, khung dòng $AF$, dòng tác động $AT$).
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích trạng thái logic của sơ đồ mạch rơle - công tắc tơ theo từng chu trình làm việc; xác định điều kiện liên động tránh ngắn mạch pha khi đảo chiều quay; tính toán thời gian trễ mở máy và ngưỡng tác động của thiết bị bảo vệ.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Lắp đặt hoàn chỉnh các bảng điều khiển truyền động công nghiệp; vận hành máy công cụ theo đúng quy trình công nghệ; phát hiện, đo kiểm và xử lý các sự cố thường gặp (như đứt dây duy trì nút nhấn, kẹt tiếp điểm contactor, nhảy rơle nhiệt do quá tải, mất đối xứng điện áp nguồn).

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình thiết lập quy trình giảng dạy và học tập theo định hướng tích hợp lý thuyết với thực hành:

  • Phương pháp giảng dạy của giảng viên: Áp dụng các phương pháp giảng dạy tích cực bao gồm diễn giảng, đàm thoại vấn đáp và dạy học theo vấn đề (Problem-Based Learning). Giảng viên chuẩn bị giáo án theo từng bài/buổi dạy (lý thuyết, tích hợp hoặc thực hành), xây dựng hệ thống phiếu học tập, phiếu hướng dẫn thực hành và phân chia học viên theo ca/nhóm làm việc tại xưởng.
  • Phương pháp học tập của người học: Học viên chủ động nghiên cứu trước tài liệu giáo trình và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp; chuẩn bị đầy đủ dụng cụ học tập; thực hiện các bài tập tình huống, câu hỏi củng cố theo hình thức cá nhân hoặc làm việc nhóm; tuân thủ nghiêm ngặt quy định về an toàn điện và kỷ luật xưởng.
  • Hệ thống bài tập và thực hành: Giáo trình bố trí 83 giờ thực hành trực tiếp tại phòng chuyên môn hóa, tập trung vào việc lắp ráp mạch trên panel, kiểm tra thông mạch, cấp nguồn vận hành thử nghiệm trên động cơ thực tế và mô phỏng sự cố để học viên rèn luyện kỹ năng xử lý.
  • Quy trình kiểm tra và đánh giá:
    • Kiểm tra thường xuyên: Gồm 02 bài do giảng viên tiến hành bất kỳ thông qua hỏi đáp, kiểm tra viết ngắn ($\le 30$ phút) hoặc chấm điểm thao tác thực hành.
    • Kiểm tra định kỳ: Gồm 05 bài đánh giá theo tiến độ học tập:
      • Bài 1 (Lý thuyết): Nội dung Bài 1, thời gian 45 - 60 phút.
      • Bài 2 (Lý thuyết): Nội dung Bài 2, thời gian 45 - 60 phút.
      • Bài 3 (Thực hành): Lắp đặt mạch mở máy trực tiếp/gián tiếp (Bài 3), thời gian 60 phút.
      • Bài 4 (Thực hành): Lắp đặt mạch mở máy gián tiếp và liên động (Bài 3), thời gian 60 phút.
      • Bài 5 (Thực hành): Lắp đặt mạch khóa dừng và giới hạn hành trình (Bài 3), thời gian 60 phút.
    • Thi kết thúc mô đun: Hình thức thi tích hợp lý thuyết và thực hành, thời gian làm bài từ 90 đến 120 phút.

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các yếu tố kỹ thuật cập nhật trong lĩnh vực điều khiển điện công nghiệp:

  • Tích hợp khí cụ bảo vệ và đóng cắt hiện đại: Bên cạnh các khí cụ cơ điện truyền thống (cầu dao, công tắc tơ, rơle nhiệt), giáo trình bổ sung các thiết bị bảo vệ điện tử số như Rơle bảo vệ sụt áp/quá áp 3 pha Omron K8AK-VS, các dòng áptômát chống dòng rò (ELCB), áptômát khối (MCCB), máy cắt không khí (ACB).
  • Ứng dụng phần tử không tiếp điểm: Phân tích cấu tạo và ứng dụng của công tắc hành trình không tiếp điểm (cảm biến tiệm cận, cảm biến quang, cảm biến từ trường) cùng nguyên lý đóng cắt bằng linh kiện bán dẫn (Transistor NPN, PNP), phản ánh xu hướng số hóa trong hệ thống điều khiển máy công cụ hiện đại.
  • Liên kết ứng dụng thực tế trong sản xuất: Các sơ đồ mạch trong Bài 3 được thiết kế tương thích với các máy gia công thực tế trong xưởng cơ điện và nhà máy công nghiệp: mạch khởi động tuần tự cho hệ thống băng tải, mạch hãm ngược cho máy tiện/máy phay, mạch khống chế hành trình cho máy mài, máy bào giường, pa lăng điện và cơ cấu kẹp xà ở máy khoan.
  • Chuẩn hóa sơ đồ nguyên lý: Toàn bộ hệ thống mạch điều khiển được biểu diễn chi tiết từng ký hiệu tiếp điểm phụ (tiếp điểm duy trì 13-14, tiếp điểm báo sự cố quá tải 95-96 của rơle nhiệt OL), giúp người học dễ dàng đối chiếu giữa sơ đồ lý thuyết và cách bố trí chân nối thực tế của khí cụ.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình Trang bị điện 1 được biên soạn cho các đối tượng cụ thể:

  • Người học: Học sinh, sinh viên trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề thuộc ngành Bảo trì thiết bị cơ điện và nghề Điện công nghiệp.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Để tiếp thu tốt nội dung mô đun, người học cần hoàn thành các môn học/mô đun cơ sở và chuyên môn trước đó trong chương trình khung, bao gồm:
    • Vẽ kỹ thuật 1 (MECM512003): Đọc hiểu bản vẽ và quy ước ký hiệu.
    • Khí cụ điện (ELEI53117): Nắm vững thông số và phân loại khí cụ.
    • Đo lường điện (ELEI53115): Kỹ năng sử dụng đồng hồ vạn năng, Vôn kế, Ampe kế.
    • An toàn điện (ELET5201): Quy tắc bảo vệ an toàn cho người và thiết bị.
    • Thực tập điện cơ bản 1 (ELEI53150): Thao tác đấu nối dây dẫn và dụng cụ cơ - điện cầm tay.
  • Giảng viên: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chính khóa, định hướng biên soạn giáo án lý thuyết, giáo án thực hành, xây dựng bảng kiểm đánh giá kỹ năng (checklist) cho 3 bài kiểm tra định kỳ thực hành và đề thi kết thúc mô đun.
  • Cán bộ kỹ thuật và tự học: Dùng làm tài liệu tra cứu sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển cho các hệ thống máy cắt gọt kim loại, dây chuyền sản xuất cơ điện tại xí nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

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

Tài liệu được ban hành chính thức cho người học trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Điện công nghiệp, Bảo trì thiết bị cơ điện tại Trường Cao đẳng Dầu khí; đồng thời phù hợp làm tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên vận hành, bảo dưỡng hệ thống điện nhà máy.

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

Người học bắt buộc phải hoàn thành các mô đun cơ sở gồm: An toàn điện, Khí cụ điện, Đo lường điện, Vẽ kỹ thuật điện và Thực tập điện cơ bản nhằm đảm bảo an toàn thao tác và khả năng đọc hiểu sơ đồ mạch.

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

Giáo trình phân bổ thời lượng thực hành lên đến 87/120 giờ (72,5%). Nội dung không chỉ dừng ở lý thuyết nguyên lý mà đi sâu vào trình tự thao tác đóng - ngắt, sự biến đổi trạng thái của từng tiếp điểm (K11, K12, tiếp điểm trễ Timer, tiếp điểm thường đóng 95-96 của rơle nhiệt) trên panel thực tập.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học cần nghiên cứu trước phần cấu tạo khí cụ ở Bài 2, nắm chắc bảng ký hiệu quy ước; sau đó phân tích nguyên lý mạch điều khiển ở Bài 3 bằng cách viết lại thứ tự tác động của các cuộn hút và tiếp điểm trước khi thực hành đấu nối trên thiết bị thực tế.

5. Giáo trình có danh mục tài liệu tham khảo nào đi kèm?

Giáo trình trích dẫn và đối chiếu với 5 tài liệu chuyên ngành tiêu biểu:

  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 (ELET55157) do Trường Cao đẳng Dầu khí ban hành năm 2022 đóng vai trò là học liệu chuyên môn nghề nòng cốt trong chương trình đào tạo kỹ thuật viên cơ điện. Nội dung giáo trình hệ thống hóa các nguyên lý khí cụ điều khiển, 4 quy luật tự động khống chế truyền động điện và quy trình lắp đặt, vận hành các sơ đồ mạch động cơ không đồng bộ 3 pha thông dụng trong công nghiệp.

Theo tiến trình đào tạo của chương trình khung, sau khi hoàn thành mô đun này, người học sẽ có đủ điều kiện tiên quyết để tiếp tục theo học các mô đun chuyên sâu kế tiếp bao gồm: Xử lý sự cố thiết bị cơ điện (ELEM53167), Bảo trì máy điện (ELEM5415), Bảo trì hệ thống truyền động điện (ELEM5313) và Thực tập sản xuất (ELEM54154). Người học có thể mở rộng tra cứu các nội dung chuyên sâu về tự động hóa truyền động thông qua các tài liệu chuyên khảo của tác giả Vũ Quang Hồi và Bùi Quốc Khánh đã được liệt kê trong danh mục tham khảo của giáo trình.