Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun: 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, do tác giả Phạm Văn Cấp chủ biên cùng các đồng tác giả Ninh Trọng Tuấn và Nguyễn Xuân Thịnh. Tài liệu được ban hành chính thức theo Quyết định số 206/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí và hoàn thành xuất bản lưu hành nội bộ tại Bà Rịa – Vũng Tàu vào tháng 6 năm 2022.

                  CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO NGHỀ

Trong cấu trúc chương trình đào tạo nghề Thí nghiệm điện và Điện công nghiệp trình độ cao đẳng (tổng khối lượng 105 tín chỉ, 2520 giờ), Trang bị điện 1 là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc với thời lượng 5 tín chỉ (tổng cộng 120 giờ, phân bổ thành 28 giờ lý thuyết, 87 giờ thực hành/thí nghiệm/thảo luận/bài tập và 5 giờ kiểm tra định kỳ). Mô đun được bố trí học sau các môn học nền tảng như An toàn điện, Vẽ điện, Vật liệu điện, Điện kỹ thuật cơ bản, Khí cụ điện, Thực tập điện cơ bản, Máy điện và Đo lường điện.

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

  • Về kiến thức: Đọc, vẽ và phân tích sơ đồ mạch điều khiển dùng rơle, công tắc tơ cho động cơ không đồng bộ 3 pha và động cơ một chiều; hiểu rõ quy trình làm việc cùng các yêu cầu trang bị điện của nhóm máy gia công kim loại (khoan, tiện, phay, bào, mài).
  • Về kỹ năng: Thực hiện lắp đặt, đấu nối dây, vận hành và sửa chữa các mạch mở máy, dừng máy, đảo chiều, liên động bảo vệ cho động cơ điện; xử lý các sự cố thông thường trên hệ thống sản xuất và lập kế hoạch bảo trì thiết bị an toàn.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, độ chính xác kỹ thuật và tuân thủ nghiêm ngặt quy định an toàn vệ sinh công nghiệp.

Giáo trình tiếp cận theo mô hình tích hợp, kết hợp khối lượng lý thuyết cô đọng (28 giờ) với khối lượng thực hành xưởng trọng tâm (87 giờ), hỗ trợ người học chuyển giao từ nhận diện khí cụ sang đấu nối và vận hành hệ thống truyền động thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình được cấu trúc thành 3 bài học chính theo trình tự phát triển logic từ khái quát hệ thống, phân tích phần tử đến thiết kế mạch tự động khống chế:

                            TIẾN TRÌNH NỘI DUNG

  • Bài 1: Khái quát chung về hệ thống trang bị điện (2 giờ lý thuyết): Trình bày vai trò và đặc điểm của hệ thống trang bị điện trong dây chuyền sản xuất tự động hóa; phân tích các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống trang bị điện công nghiệp nhằm duy trì trạng thái làm việc bình thường cũng như khống chế an toàn khi xảy ra sự cố.

  • Bài 2: Các phần tử điều khiển trong hệ thống trang bị điện (20 giờ: 15 LT, 4 TH, 1 KT): Cung cấp cấu tạo, thông số kỹ thuật và nguyên lý làm việc của 4 nhóm thiết bị chính:

    1. Phần tử bảo vệ: Cầu chì (dây chảy tác động ngắt mạch), rơle nhiệt (bảo vệ quá tải dựa trên quán tính nhiệt, dải điện áp AC đến 500V/50Hz, DC đến 440V, dòng định mức đến 150A).
    2. Phần tử điều khiển cơ điện: Công tắc, nút ấn điều khiển, cầu dao đóng ngắt không thường xuyên (AC đến 660V, DC đến 440V), bộ khống chế truyền động, công tắc tơ (contactor) và khởi động từ (đóng ngắt từ xa tải AC đến 500V, dòng đến 600A), áp tô mát (CB, MCB, MCCB, ACB, ELCB bảo vệ quá tải, ngắn mạch, dòng rò), rơle điện từ, rơle trung gian, rơle dòng điện cực đại, rơle điện áp 3 pha (điển hình dòng Omron K8AK-VS), rơle thời gian và rơle kiểm tra tốc độ (hoạt động theo phản ứng điện từ dùng trong mạch hãm ngược).
    3. Thiết bị đóng cắt không tiếp điểm: Cảm biến vị trí (quang học, từ trường, tiệm cận) và linh kiện bán dẫn (transistor BJT cấu trúc NPN, PNP).
    4. Phần tử điện từ: Nam châm điện nâng - hạ, bàn nam châm điện cố định phôi và khớp ly hợp điện từ.

  • Bài 3: Tự động khống chế truyền động điện (98 giờ: 11 LT, 83 TH, 1 KT LT, 3 KT TH): Trọng tâm chuyên môn của mô đun, bao gồm các chủ đề:

    1. Khái niệm và yêu cầu TĐKC: Phân định mạch động lực (công suất lớn) và mạch điều khiển; tiêu chuẩn đơn giản, tin cậy, linh hoạt, an toàn và giá thành tối ưu.
    2. Phương pháp biểu diễn sơ đồ điện: Quy chuẩn sơ đồ cấu trúc và sơ đồ khai triển (dạng đơn tuyến và đa tuyến); bảng ký hiệu quy ước các phần tử điều khiển.
    3. Bốn nguyên tắc điều khiển cơ bản: Điều khiển theo thời gian (dùng rơle thời gian), điều khiển theo tốc độ (dùng rơle tốc độ), điều khiển theo dòng điện (dùng rơle dòng) và điều khiển theo vị trí (dùng công tắc hành trình).
    4. Các mạch mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc: Mạch quay 1 chiều; mạch quay thuận nghịch gián tiếp có khóa chéo liên động; mạch mở máy tại 2 vị trí độc lập (ST1/SP1 và ST2/SP2); mạch điều khiển 2 động cơ bắc cầu liên động trực tiếp và bắc cầu dùng Timer; mạch điều khiển 2 động cơ làm việc theo cơ chế khóa lẫn.
    5. Các mạch mở máy gián tiếp giảm dòng khởi động: Mạch khởi động đổi nối sao - tam giác ($Y \rightarrow \Delta$); mạch mở máy qua cuộn kháng dùng rơle thời gian; mạch mở máy qua máy biến áp tự ngẫu.
    6. Mạch khóa dừng và hành trình: Mạch khóa dừng 1 (yêu cầu dừng động cơ 2 trước mới dừng được động cơ 1); mạch khóa dừng 2 (dừng động cơ 1 trước mới dừng được động cơ 2); mạch tự động giới hạn hành trình và tự động đảo chiều hành trình.
    7. Các khâu bảo vệ và liên động: Bảo vệ quá dòng ngắn hạn bằng rơle dòng cực đại, bảo vệ sụt áp/mất áp (điểm không và cực tiểu), bảo vệ thiếu và mất từ trường kích từ, liên động bảo vệ cơ - điện.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình trang bị hệ thống kiến thức cơ sở chuẩn xác:

  • Lý thuyết khí cụ đóng cắt và rơle: Nguyên lý dập hồ quang điện, lực hút điện từ của cuộn hút nam châm điện, nguyên lý cảm ứng điện từ và đặc tính thời gian - dòng điện của phần tử nhiệt lưỡng kim.
  • Nguyên lý điều khiển truyền động điện: Cơ chế vận hành, giảm dòng mở máy và hãm dừng động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc và động cơ điện một chiều.
  • Quy chuẩn ký hiệu điện học: Hệ thống ký hiệu đại lượng ($U, I, S, Q, P, A, R, B, G, VT, CT$) và ký hiệu tiếp điểm thường mở (NO), thường đóng (NC), tiếp điểm trễ thời gian theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc, vẽ và chuyển đổi giữa sơ đồ nguyên lý và sơ đồ đi dây thực tế; lắp đặt các thiết bị điều khiển trên panel/bàn giá thực tập; đấu nối mạch động lực và mạch điều khiển đúng sơ đồ và đảm bảo tiêu chuẩn cơ điện.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích trạng thái logic làm việc của từng nhánh mạch; tính toán lựa chọn thông số định mức của khí cụ (dòng tác động trip AT, dòng khung AF của CB, dòng chỉnh định rơle nhiệt); chẩn đoán nguyên nhân sự cố quá tải, ngắn mạch, mất pha hoặc xung đột tín hiệu điều khiển.
  • Năng lực thực hành chuyên môn (Practical competencies): Vận hành tuần tự các hệ truyền động máy sản xuất; bảo trì, thay thế các tiếp điểm mòn hỏng, cuộn hút contactor và rơle; tuân thủ quy trình an toàn điện trong môi trường công nghiệp.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp sư phạm tích hợp, kết hợp chặt chẽ giữa diễn giảng lý thuyết, đàm thoại gợi mở, dạy học giải quyết vấn đề và hướng dẫn luyện tập kỹ năng thực hành trực tiếp tại xưởng:

                            HOẠT ĐỘNG SƯ PHẠM

Tổ chức thực hành và điều kiện thực hiện

Khối lượng thực hành chiếm 72,5% tổng thời lượng mô đun (87/120 giờ). Hoạt động giảng dạy và học tập được triển khai tại Phòng thực hành Trang bị điện với các trang thiết bị quy định:

  • Panel trang bị điện chuyên dụng và bàn giá thực tập.
  • Thiết bị đóng cắt và điều khiển: Contactor, khởi động từ, rơle trung gian, rơle thời gian, rơle nhiệt, rơle tốc độ, rơle bảo vệ áp, áp tô mát, cầu chì, nút ấn, công tắc hành trình, thiết bị tín hiệu.
  • Động cơ điện và máy biến áp: Động cơ điện không đồng bộ 3 pha, mô hình tháo lắp và đấu dây vận hành biến áp 3 pha, biến áp phân phối.
  • Dụng cụ: Đồ nghề cơ khí cầm tay, đồ nghề điện cầm tay, vật tư dây dẫn nhiều màu để phân biệt mạch điều khiển và mạch động lực.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá

Quy trình đánh giá kết quả học tập được quy định cụ thể theo 3 giai đoạn:

  1. Kiểm tra thường xuyên: Gồm 02 bài kiểm tra thực hiện bất kỳ trong quá trình học qua hình thức hỏi miệng vấn đáp, kiểm tra viết dưới 30 phút hoặc chấm điểm thao tác thực hành/bài tập nhóm.
  2. Kiểm tra định kỳ: Gồm 05 bài kiểm tra:
    • Bài số 1 (Lý thuyết): Kiểm tra nội dung Bài 1, thời gian làm bài 45–60 phút.
    • Bài số 2 (Lý thuyết): Kiểm tra nội dung Bài 2, thời gian làm bài 45–60 phút.
    • Bài số 3 (Thực hành): Kiểm tra kỹ năng đấu nối mạch Bài 3, thời gian 60 phút.
    • Bài số 4 (Thực hành): Kiểm tra kỹ năng lắp đặt, vận hành mạch Bài 3, thời gian 60 phút.
    • Bài số 5 (Thực hành): Kiểm tra xử lý sự cố mạch Bài 3, thời gian 60 phút.
  3. Thi kết thúc mô đun: Hình thức thi tích hợp cả lý thuyết và thực hành, thời gian từ 90 đến 120 phút.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa chương trình đào tạo kỹ thuật dầu khí: Giáo trình ban hành năm 2022 cập nhật theo khung chương trình đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí, chuẩn hóa hệ thống danh mục viết tắt, ký hiệu quy ước quốc tế và phân định rõ ràng giữa mạch động lực và mạch điều khiển.
  • Tích hợp các phần tử điều khiển hiện đại: Bên cạnh các khí cụ cơ điện truyền thống (contactor, rơle nhiệt, rơle điện từ), giáo trình đưa vào nội dung về các thiết bị không tiếp điểm như cảm biến quang, cảm biến tiệm cận, cảm biến từ trường, linh kiện bán dẫn transistor và rơle bảo vệ điện áp 3 pha chuyên dụng Omron K8AK-VS.
  • Bám sát ứng dụng máy công nghiệp thực tế: Các sơ đồ mạch trong Bài 3 mô phỏng trực tiếp quy trình công nghệ của máy cắt gọt kim loại (khoan, tiện, phay giường, bào giường, mài), hệ thống băng tải chuyển liệu liên tục, cơ cấu đóng cắt nâng hạ và cơ cấu kẹp phôi tự động.
  • Kế thừa nguồn tài liệu chuyên ngành uy tín: Giáo trình xây dựng trên cơ sở chọn lọc từ các tài liệu tham khảo chuyên ngành tại Việt Nam:
    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.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Tài liệu học tập chính khóa cho sinh viên hệ cao đẳng nghề và trung cấp nghề ngành Thí nghiệm điện và Điện công nghiệp. Người học sử dụng giáo trình để chuẩn bị bài trước khi đến lớp, làm bài tập tình huống và thực hiện các bài thực hành lắp ráp mạch tại xưởng.
  • Kiến thức tiên quyết cần có: Người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học cơ sở trong khung chương trình: An toàn điện (ELET5201), Vẽ điện (ELET51165), Vật liệu điện (ELET62064), Điện kỹ thuật cơ bản (ELET5308), Khí cụ điện (ELEI53117), Thực tập điện cơ bản (ELEO53149), Máy điện (ELEI56135) và Đo lường điện (ELEI53115).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm căn cứ chuyên môn để xây dựng giáo án lý thuyết, bài giảng tích hợp, phiếu hướng dẫn thực hành xưởng và biên soạn đề kiểm tra định kỳ, đề thi kết thúc mô đun theo chuẩn kiến thức kỹ năng.
  • Tự học và tham khảo kỹ thuật: Tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên tại các nhà xưởng, trạm điện, xí nghiệp nhằm tra cứu nguyên lý mạch khởi động, đảo chiều, liên động và quy chuẩn bảo vệ hệ thống truyền động điện.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên bậc cao đẳng và trung cấp nghề thuộc các nhóm ngành Thí nghiệm điện, Điện công nghiệp và Tự động hóa xí nghiệp, cũng như kỹ thuật viên điện tại các nhà máy sản xuất.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở: An toàn điện, Điện kỹ thuật cơ bản, Vẽ điện, Khí cụ điện, Máy điện và Đo lường điện để hiểu rõ nguyên lý vận hành máy điện và đặc tính khí cụ đóng cắt.

3. Điểm khác biệt về cấu trúc nội dung của giáo trình là gì?

Giáo trình phân bổ thời lượng thực hành vượt trội (87 giờ thực hành so với 28 giờ lý thuyết), tập trung phân tích chi tiết sơ đồ nguyên lý kèm tiếp điểm điều khiển cụ thể cho từng mạch mở máy, đảo chiều, khóa dừng và bảo vệ liên động thực tế.

4. Làm sao để tự học và nắm vững giáo trình hiệu quả?

Người học cần chủ động đọc trước lý thuyết từng bài, trả lời toàn bộ câu hỏi trắc nghiệm củng cố (10 câu hỏi ở Bài 1, 20 câu hỏi ở Bài 2), đối chiếu bảng ký hiệu quy ước với sơ đồ khai triển Bài 3 và luyện tập phân tích chu trình đóng cắt tiếp điểm trước khi thực hành đấu nối.

5. Có những tài liệu và mô hình bổ trợ nào đi kèm?

Đi kèm với giáo trình là phiếu học tập, phiếu thực hành xưởng, bộ câu hỏi củng cố trắc nghiệm, các mô hình thực tập panel trang bị điện, mô hình đấu dây máy biến áp 3 pha và hệ thống bài giảng trình chiếu.

Kết luận

Giáo trình mô đun: Trang bị điện 1 (Mã mô đun: ELET55157) của Trường Cao đẳng Dầu khí đóng vai trò cốt lõi trong việc hình thành năng lực thực hành điều khiển và tự động khống chế truyền động điện công nghiệp.

                       LỘ TRÌNH HỌC TẬP KẾ TIẾP

Sau khi hoàn tất mô đun này, người học có đủ kiến thức và kỹ năng để tiếp tục tiếp cận các mô đun chuyên sâu thuộc chương trình đào tạo nghề Thí nghiệm điện như Thí nghiệm khí cụ điện, Thí nghiệm máy cắt điện, Thí nghiệm rơ le bảo vệ, Thí nghiệm thiết bị điện quay và Thực tập sản xuất. Việc nghiên cứu mở rộng có thể kết hợp cùng các giáo trình chuyên khảo của các tác giả Vũ Quang Hồi, Bùi Quốc Khánh và Nguyễn Đức Lợi được nêu trong danh mục tài liệu tham khảo.