Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Trang bị điện 1 (Mã mô đun: ELET55157) được biên soạn bởi tập thể giảng viên Trường Cao đẳng Dầu khí thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (Chủ biên: Phạm Văn Cấp, cùng các tác giả Ninh Trọng Tuấn, Nguyễn Xuân Thịnh), ban hành theo Quyết định số 205/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 tại Bà Rịa – Vũng Tàu.

Trong chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp và Lắp đặt thiết bị điện ở trình độ Cao đẳng, Trang bị điện 1 là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc (nhóm II.2, số thứ tự 16). Mô đun này được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các học phần kỹ thuật cơ sở và cơ bản như Đo lường điện (ELEI53115), Máy điện (ELEI56135), Khí cụ điện (ELEI53117), Mạch điện (ELEI53132), Vật liệu điện (ELET62064) và An toàn điện (ELET5201).

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

  • Kiến thức: Đọc, vẽ và phân tích sơ đồ mạch điều khiển sử dụng rơ le – công tắc tơ trong khống chế động cơ ba pha, động cơ một chiều; phân tích quy trình làm việc và các yêu cầu trang bị điện cho máy gia công cắt gọt kim loại (tiện, phay, bào, mài, khoan).
  • Kỹ năng: Lắp đặt, đấu dây, vận hành và sửa chữa các mạch mở máy, dừng máy của động cơ một pha, ba pha, một chiều; xử lý sự cố trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp như hệ thống băng tải; lập kế hoạch bảo trì đúng quy trình kỹ thuật và an toàn điện.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Hình thành phương pháp làm việc cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tuân thủ kỷ luật lao động và an toàn vệ sinh công nghiệp.

Giáo trình có tổng thời lượng 120 giờ (5 tín chỉ), bao gồm 28 giờ lý thuyết, 87 giờ thực hành/thảo luận/thí nghiệm và 5 giờ kiểm tra. Cấu trúc nội dung tiếp cận từ khái quát hệ thống, nhận diện phân tích khí cụ điều khiển – bảo vệ đến thực hành lắp đặt và phân tích sơ đồ khống chế tự động truyền động điện. Điểm đặc thù của tài liệu là thiết kế bám sát thực hành xưởng với tỷ trọng thực hành chiếm 72,5% tổng thời lượng.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được tổ chức thành 3 bài học chính theo tiến trình logic từ tổng quan hệ thống đến chi tiết phần tử và cấu trúc mạch điều khiển:

  • Bài 1: Khái quát chung về hệ thống trang bị điện (2 giờ): Cung cấp khái niệm về hệ thống trang bị điện trong dây chuyền sản xuất nhà máy. Trình bày đặc điểm vận hành tự động và các yêu cầu kỹ thuật: tính phù hợp công nghệ, độ tin cậy, tính đơn giản (tối thiểu hóa số lượng khí cụ và dây nối), tính linh hoạt (chuyển đổi chế độ tự động/bằng tay), khả năng phân minh khi có sự cố và an toàn cho người lẫn thiết bị.
  • Bài 2: Các phần tử điều khiển trong hệ thống trang bị điện (20 giờ): Phân loại, cấu tạo và nguyên lý của các nhóm thiết bị:
    • Thiết bị bảo vệ: Cầu chì (dây chảy ngắt mạch khi ngắn mạch), rơ le nhiệt (bảo vệ quá tải dựa trên độ dãn nở nhiệt, làm việc từ vài giây đến vài phút, điện áp xoay chiều đến 500V tần số 50Hz, dòng định mức đến 150A, điện áp một chiều đến 440V, kết hợp cầu chì để bảo vệ ngắn mạch), áp tô mát (CB, MCB, MCCB, ACB, ELCB có dòng tác động trip AT và dòng khung AF).
    • Khí cụ điều khiển đóng cắt có tiếp điểm: Công tắc điện, nút ấn điều khiển (nút đơn, kép, nút dừng STOP, nút mở START), cầu dao đóng cắt không tải/tải nhỏ, bộ khống chế truyền động nhiều vị trí, công tắc tơ – khởi động từ (điện áp đến 500V, dòng đến 600A).
    • Các loại rơ le chuyên dụng: Rơ le điện từ (mạch từ U, E, cuộn dây, tiếp điểm NO/NC), rơ le trung gian, rơ le dòng điện cực đại (mạch từ thép kỹ thuật điện dày 0,35–0,5mm, tiếp điểm bạch kim, vít vi chỉnh), rơ le điện áp (bảo vệ sụt áp/quá áp 3 pha như dòng Omron K8AK-VS), rơ le thời gian (Timer đóng/mở trễ), rơ le kiểm tra tốc độ (hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ gắn đồng trục động cơ phục vụ hãm ngược).
    • Thiết bị đóng cắt không tiếp điểm & phần tử điện từ: Công tắc hành trình không tiếp điểm (cảm biến quang, từ trường, tiệm cận), linh kiện bán dẫn transistor NPN/PNP; nam châm điện nâng hạ, bàn nam châm điện giữ chi tiết dẫn từ, bộ ly hợp điện từ kết nối truyền động.
  • Bài 3: Tự động khống chế truyền động điện (98 giờ):
    • Quy chuẩn sơ đồ: Phương pháp thể hiện sơ đồ cấu trúc, sơ đồ khai triển, sơ đồ mạch động lực (đơn tuyến, đa tuyến) và mạch điều khiển; bảng ký hiệu quy ước các phần tử.
    • Bốn nguyên tắc điều khiển: Theo thời gian (dùng rơ le thời gian), theo tốc độ (dùng rơ le tốc độ), theo dòng điện (dùng rơ le dòng điện khống chế tải lực), theo vị trí (dùng công tắc hành trình).
    • Các mạch mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc: Mạch quay 1 chiều (khởi động từ K1, tiếp điểm duy trì K12, tiếp điểm bảo vệ quá tải rơ le nhiệt OL 95-96); Mạch quay thuận nghịch gián tiếp (khóa chéo liên động tiếp điểm thường đóng K13 và K23); Mạch mở máy tại 2 vị trí (nút bấm Start song song, Stop nối tiếp); Mạch 2 động cơ làm việc theo cơ chế bắc cầu (khởi động tuần tự qua tiếp điểm liên động K13); Mạch làm việc bắc cầu tự động dùng Timer; Mạch 2 động cơ làm việc theo cơ chế khóa.
    • Các mạch mở máy gián tiếp giảm dòng khởi động: Mạch khởi động đổi nối Sao – Tam giác ($Y \rightarrow \Delta$) sử dụng 3 công tắc tơ và rơ le thời gian T1; Mạch mở máy qua cuộn kháng; Mạch mở máy qua máy biến áp tự ngẫu.
    • Mạch khóa dừng và bảo vệ 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 có đảo chiều bằng công tắc cuối hành trình (LS1, LS2); Sơ đồ bảo vệ quá tải ngắn hạn, bảo vệ điểm không và cực tiểu, bảo vệ thiếu/mất kích từ, bảo vệ liên động cơ và điện.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống lý thuyết dựa trên các nguyên lý điện kỹ thuật:

  • Lý thuyết khí cụ điện hạ áp: Nguyên lý dập hồ quang điện, tác động nhiệt của dòng quá tải đối với thanh lưỡng kim, tương tác điện từ trong cuộn hút nam châm điện, nguyên lý cảm ứng điện từ sinh lực điện từ hãm động cơ.
  • Nguyên lý khống chế tự động: Khái niệm mạch động lực (mạch công suất cấp nguồn cho máy điện) và mạch điều khiển (mạch tín hiệu logic điều khiển cuộn hút khí cụ); nguyên tắc phân cấp bảo vệ liên động điện (interlock) và liên động cơ học.
  • Ký hiệu và sơ đồ điện công nghiệp: Quy chuẩn ký hiệu các đại lượng ($U, I, S, Q, P, A, B, G, R, V_r, V_a, VT, CT$), ký hiệu tiếp điểm thường mở (NO - 13/14, 43/44), tiếp điểm thường đóng (NC - 21/22, 95/96 của rơ le nhiệt).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Lắp ráp bảng điều khiển, đi dây máng, bấm đầu cốt, đấu nối mạch động lực và mạch điều khiển cho động cơ ba pha; cài đặt thông số thời gian rơ le thời gian, thông số tác động rơ le điện áp Omron K8AK-VS và ngưỡng bảo vệ rơ le nhiệt.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc hiểu bản vẽ khai triển, phân tích trạng thái đóng/mở tiếp điểm trong từng chu trình hoạt động của hệ thống; dò tìm điểm ngắn mạch, đứt mạch hoặc lỗi liên động logic bằng đồng hồ vạn năng.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Vận hành dây chuyền động cơ băng tải, thao tác đảo chiều máy công cụ cắt gọt, thực hiện quy trình bảo trì định kỳ, ghi chép phiếu theo dõi kỹ thuật và áp dụng các biện pháp an toàn điện tại xưởng.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp sư phạm

Giáo trình chỉ định áp dụng phương pháp dạy học tích cực đối với giảng viên và người học:

  • Đối với giảng viên: Kết hợp diễn giảng giải thích nguyên lý, vấn đáp gợi mở và dạy học theo giải quyết vấn đề. Thiết kế giáo án tích hợp lý thuyết - thực hành theo từng buổi; tổ chức phân chia ca, nhóm thực hành tại xưởng; xây dựng phiếu học tập và phiếu hướng dẫn thực hành kỹ năng.
  • Đối với người học: Chủ động nghiên cứu nội dung bài học trong giáo trình trước khi đến lớp; làm việc nhóm và làm việc độc lập; hoàn thành các bài tập tình huống và nộp phiếu thực hành đúng thời hạn.

Điều kiện thực hiện và trang thiết bị xưởng

Mô đun được triển khai tại phòng học chuyên môn hóa và xưởng thực hành Trang bị điện với danh mục thiết bị được trang bị bao gồm:

  • Máy tính, máy chiếu phục vụ phân tích sơ đồ.
  • Panel chuyên dụng mô phỏng hệ thống trang bị điện; bàn giá thực tập nghề điện.
  • Động cơ điện xoay chiều 3 pha, 1 pha, động cơ một chiều.
  • Khí cụ thực tế: Contactor, khởi động từ, rơ le nhiệt, rơ le thời gian, rơ le trung gian, rơ le dòng điện, rơ le điện áp, CB/aptomat các loại, cầu dao, cầu chì, nút nhấn, công tắc hành trình.
  • Mô hình đào tạo bảo vệ rơ le; mô hình tháo lắp và đấu dây vận hành máy biến áp 3 pha và biến áp phân phối.
  • Bộ đồ nghề cơ khí cầm tay và đồ nghề điện cầm tay; vật tư dây dẫn điện nhiều màu.

Phương pháp đánh giá

Quy trình kiểm tra, đánh giá kết quả học tập được quy định cụ thể tại Mục 7 của chương trình mô đun:

  • Kiểm tra thường xuyên: 02 bài do giáo viên thực hiện thông qua hỏi miệng/vấn đáp trong giờ học, kiểm tra viết $\le 30$ phút hoặc chấm điểm thao tác thực hành và bài tập.
  • Kiểm tra định kỳ: 05 bài, gồm:
    • 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 môn học: Hình thức thi tích hợp lý thuyết và thực hành, thời gian thi từ 90 đến 120 phút.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tính chuẩn hóa theo chương trình đào tạo 2022: Giáo trình được phê duyệt và ban hành năm 2022 theo quyết định của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí, chuẩn hóa hệ thống mã số mô đun (ELET55157) và đồng bộ với khung đào tạo nghề Lắp đặt thiết bị điện / Điện công nghiệp.
  • Tích hợp thiết bị bảo vệ hiện đại: Bên cạnh các khí cụ điện từ truyền thống (cầu chì, rơ le nhiệt, khởi động từ), giáo trình cập nhật nội dung các thiết bị đóng cắt không tiếp điểm như cảm biến vị trí quang, cảm biến tiệm cận, transistor đóng cắt và rơ le bảo vệ điện áp chuyên dụng 3 pha dòng K8AK-VS của Omron.
  • Hệ thống sơ đồ điều khiển gắn với thiết bị sản xuất thực tế: Các sơ đồ khống chế truyền động trong Bài 3 mô phỏng trực tiếp nguyên lý làm việc của các máy công cụ trong công nghiệp:
    • Hệ thống máy phay giường: Phối hợp nguyên tắc thời gian và liên động giữa truyền động quay dao chính và truyền động ăn dao.
    • Máy khoan, máy tiện: Ứng dụng rơ le tốc độ phản ứng điện từ gắn đồng trục để hãm ngược dừng nhanh trục chính.
    • Cơ cấu kẹp xà máy bào giường, pa lăng điện, cần trục: Khống chế hành trình và bảo vệ quá tải phụ tải bằng rơ le dòng điện cực đại kết hợp công tắc hành trình.
    • Hệ thống băng tải nguyên liệu: Mạch làm việc bắc cầu và khóa dừng tuần tự đảm bảo an toàn dây chuyền.
  • Hệ thống tài liệu tham khảo đồng bộ: Giáo trình kế thừa và trích dẫn trực tiếp từ 5 tài liệu kỹ thuật chuyên khảo:
    1. Vũ Quang Hồi, Trang bị điện - điện tử máy gia công kim loại, NXB Giáo dục, 1996.
    2. Vũ Quang Hồi, Trang bị điện - điện tử công nghiệp, NXB Giáo dục, 2000.
    3. Bùi Quốc Khánh, Hoàng Xuân Bình, Trang bị điện – điện tử tự động hóa cầu trục và cần trục, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006.
    4. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Thị Hiền, Nguyễn Văn Liễn, Truyền động điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006.
    5. Nguyễn Đức Lợi, Giáo trình chuyên ngành điện tập 1, 2, 3, 4, NXB Thống kê, 2001.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Nhóm đối tượng Yêu cầu & Mục đích sử dụng
Sinh viên Cao đẳng nghề Học sinh, sinh viên năm thứ hai thuộc nghề Điện công nghiệp và Lắp đặt thiết bị điện. Sử dụng làm tài liệu học tập, thực hành và ôn thi mô đun ELET55157.
Học sinh Trung cấp nghề Áp dụng học tập các nội dung mạch điều khiển cơ bản, mở máy động cơ và nhận diện khí cụ điện theo phạm vi chương trình trung cấp.
Giảng viên chuyên ngành Dùng làm cơ sở biên soạn giáo án lý thuyết/thực hành, thiết kế phiếu thực hành xưởng, lập tiêu chí chấm điểm kỹ năng và đề thi định kỳ/kết thúc môn.
Kỹ thuật viên & Tự học Tài liệu tham khảo cho thợ điện công nghiệp, nhân viên bảo trì hệ thống truyền động điện trong nhà máy để tra cứu sơ đồ nguyên lý và quy trình xử lý sự cố mạch rơ le – contactor.

Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites)

Để tiếp thu kiến thức trong giáo trình Trang bị điện 1, người học cần hoàn thành các học phần trước trong khung chương trình:

  • Kiến thức an toàn điện và an toàn vệ sinh lao động (SAEN52001, ELET5201).
  • Nguyên lý phân tích mạch điện xoay chiều 1 pha, 3 pha và 1 chiều (ELEI52033, ELEI53132).
  • Cấu tạo, thông số và đặc tính vận hành máy điện tĩnh, máy điện quay (ELEI56135).
  • Kỹ năng đo kiểm đại lượng điện và vẽ bản vẽ điện chuyên ngành (ELEI53115, ELEC52166).

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn dành cho học sinh, sinh viên theo học trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Điện công nghiệp, nghề Lắp đặt thiết bị điện. Đồng thời, tài liệu dùng cho giáo viên giảng dạy thực hành nghề và kỹ thuật viên vận hành điện tại các cơ sở sản xuất.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần hoàn thành các môn học tiên quyết bao gồm: Mạch điện cơ bản, Mạch điện, Khí cụ điện, Đo lường điện, Máy điện, Vẽ điện chuyên ngành và An toàn điện.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Giáo trình tập trung vào tính ứng dụng thực hành nghề nghiệp với 87 giờ thực hành trên tổng số 120 giờ. Các bài học đi thẳng vào phân tích cấu tạo, nguyên lý làm việc của khí cụ thực tế và hướng dẫn chi tiết sơ đồ đấu nối nguyên lý các mạch truyền động công nghiệp (khởi động $Y \rightarrow \Delta$, mở máy qua cuộn kháng, biến áp tự ngẫu, mạch khóa liên động) thay vì đi sâu vào tính toán lý thuyết hàn lâm.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học cần:

  • Đọc kỹ phần giới thiệu và mục tiêu từng bài trước khi lên lớp.
  • Trả lời đầy đủ hệ thống câu hỏi củng cố trắc nghiệm sau mỗi bài (10 câu hỏi Bài 1, 20 câu hỏi Bài 2 về thông số AT/AF, đặc tính cắt B15/C15, tiếp điểm 13-14, 43-44).
  • Tự vẽ lại sơ đồ mạch động lực và sơ đồ mạch điều khiển ở Bài 3, phân tích đường đi của dòng điện qua từng tiếp điểm trước khi thực hiện thao tác đấu dây trên panel xưởng.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Giáo trình đi kèm phiếu hướng dẫn thực hành, phiếu học tập, hệ thống mô hình bàn giá thực tập panel, mô hình rơ le bảo vệ, mô hình đấu dây máy biến áp 3 pha và danh mục 5 giáo trình tham khảo chuyên sâu của các tác giả Vũ Quang Hồi, Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Đức Lợi.

Kết luận

Giáo trình Trang bị điện 1 (ELET55157) cung cấp hệ thống kiến thức từ tổng quan hệ thống trang bị điện, cấu tạo khí cụ điều khiển - bảo vệ đến phương pháp phân tích, lắp ráp và vận hành các mạch tự động khống chế truyền động điện.

Trong khung chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp tại Trường Cao đẳng Dầu khí, mô đun này giữ vai trò cầu nối bản lề giữa các môn kỹ thuật cơ sở (Máy điện, Khí cụ điện) với các mô đun kỹ thuật chuyên sâu kế tiếp, bao gồm:

  • Trang bị điện 2 (ELEI62158)
  • Điều khiển logic khả trình PLC (AUTM64116)
  • Lắp đặt thiết bị bảo vệ (ELEC65127)
  • Thực tập sản xuất (ELEC54255)
  • Khóa luận tốt nghiệp (ELEC63222)

Hệ thống tài liệu đi kèm gồm các bộ câu hỏi trắc nghiệm củng cố, biểu mẫu đánh giá thực hành và tài liệu tham khảo chuyên ngành do các nhà xuất bản Giáo dục, Khoa học và Kỹ thuật ấn hành.