THÔNG TIN THƯ MỤC VÀ MÔ TẢ GIÁO TRÌNH HỌC THUẬT: TRANG BỊ ĐIỆN 2

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Trang bị điện 2 (Mã môn học: MH 24) là tài liệu giảng dạy chuyên môn nghề thuộc chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Điện công nghiệp, do tác giả Trần Đức Thiện biên soạn tại Khoa Điện – Điện Tự động hóa, Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô (thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn), ban hành năm 2019.

Trong khung chương trình đào tạo, môn học có thời lượng tổng cộng 60 giờ (bao gồm 43 giờ lý thuyết, 11 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 6 giờ kiểm tra). Vị trí của môn học được xếp sau các mô đun kỹ thuật cơ sở, môn Máy điện, Truyền động điện và Trang bị điện 1. Môn học đóng vai trò trang bị hệ thống kiến thức chuyên sâu về công nghệ và hệ thống truyền động điện - tự động hóa cho các nhóm máy sản xuất công nghiệp thông dụng.

Mục tiêu học tập của giáo trình hướng tới ba chuẩn đầu ra chính:

  • Kiến thức: Phân tích cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình công nghệ và yêu cầu trang bị điện của các nhóm thiết bị công nghiệp; đọc, vẽ và phân tích sơ đồ mạch điều khiển dùng rơle - công tắc tơ và điện tử công suất; tính toán, lựa chọn công suất động cơ truyền động.
  • Kỹ năng: Lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa các mạch điều khiển mở máy, dừng máy, đảo chiều, bảo vệ cho máy bơm, quạt gió, máy nén khí và lò điện.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tính chính xác, tác phong công nghiệp, tuân thủ an toàn lao động và tiết kiệm năng lượng.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo mô hình kết hợp giữa lý thuyết cơ sở cơ học thủy khí/nhiệt luyện với kỹ thuật điều khiển truyền động điện, phân tích từ cấu tạo cơ khí, công thức động học đến sơ đồ mạch điều khiển động lực và bảo vệ rơ le tương ứng.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình phân chia nội dung thành 4 chương chuyên đề gắn với các thiết bị công nghiệp:

  • Chương I: Trang bị điện máy bơm (Mã chương: MH24.01 - 18 giờ): Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc và công thức tính lưu lượng lý thuyết, lưu lượng thực tế của các loại bơm thể tích (bơm piston tác dụng đơn, tác dụng kép, bơm piston quay hướng kính, hướng trục, bơm roto cánh gạt, bơm 2 trục vít, 3 trục vít, bơm chân không vòng nước) và bơm động học/cánh dẫn (bơm ly tâm, bơm hướng trục). Chương này cung cấp quy trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng, bảng chẩn đoán 7 nhóm hư hỏng thường gặp của bơm ly tâm và 4 sơ đồ khống chế điển hình: mạch bơm 1 pha dùng rơle phao, mạch bơm 3 pha dùng rơle phao, mạch bơm 3 pha dùng rơle điện cực khống chế mức nước (RU, RTG, MT, MD) và mạch bơm 3 pha công suất lớn khởi động qua cuộn kháng điện (CKĐ, contactor 1K, 2K, rơle thời gian Rt, rơle dòng RI).
  • Chương II: Trang bị điện quạt gió (Mã chương: 24-02 - 12 giờ): Khảo sát quạt ly tâm và quạt hướng trục; phân loại theo áp lực ($p < 100\text{ mm } \text{H}_2\text{O}$, $100 - 400\text{ mm } \text{H}2\text{O}$, $> 400\text{ mm } \text{H}2\text{O}$) và tốc độ quay. Cung cấp phương pháp tính toán công suất quạt $N_q$ và công suất động cơ kéo $N{đc}$. Phân tích giải pháp mở máy động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ công suất lớn (>200 kW), trong đó làm rõ ảnh hưởng của cuộn kích từ đến đặc tính cơ, cách xác định điện trở dập từ $r = (5 \div 12)r{kt}$ để triệt tiêu phần võng mômen điện từ; giải thuật vận hành bảng điều khiển quạt hầm mỏ $\Pi\text{H}-7304$ sử dụng máy cắt dầu CD, máy phát kích từ FK, contactor kích từ K, rơle dòng 3RD, rơle trung gian 1R, 2R và rơle bảo vệ tụt áp lưới $R\Phi$.
  • Chương III: Trang bị điện máy nén khí (Mã chương: 24-03 - 12 giờ): Phân loại máy nén khí kiểu piston (1 cấp, 2 cấp, nhiều cấp áp suất đến $220\text{ at}$), kiểu rôto cánh gạt trượt lệch tâm và kiểu tuabin ly tâm. Xác định công suất động cơ dẫn động theo công nén đẳng nhiệt/đoạn nhiệt $A = 2{,}3 \cdot p_1 V_1 \lg(p_2/p_1)$. Phân tích sơ đồ mạch điều khiển máy nén khí ở chế độ bằng tay, chế độ tự động duy trì áp suất, mạch sấy dầu bôi trơn và mạch rơle bảo vệ.
  • Chương IV: Trang bị điện lò điện (18 giờ): Khảo sát 3 nhóm lò công nghiệp:
    1. Lò điện trở: Phân loại lò làm việc chu kỳ, liên tục; tính toán dây đốt kim loại/hợp kim; sơ đồ khống chế nhiệt độ bằng bộ điều áp xoay chiều 1 pha dùng Triac và 3 pha dùng Thyristor.
    2. Lò hồ quang: Sơ đồ cung cấp điện, cơ cấu điều chỉnh dịch cực hồ quang tự động dùng hệ máy điện khuếch đại – động cơ, lò hồ quang chân không và lò hồ quang Plasma.
    3. Lò cảm ứng: Nguyên lý gia nhiệt cảm ứng tần số công nghiệp ($50\text{ Hz}$), trung tần dùng máy phát điện cao tần và trung tần dùng bộ biến tần bán dẫn.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống lý thuyết liên ngành bao gồm:

  • Nguyên lý thủy khí động lực học: Cột áp $H$, lưu lượng $Q$, các thành phần hiệu suất bơm $\eta_b = \eta_Q \cdot \eta_H \cdot \eta_m$, hiện tượng xâm thực, NPSH đường ống.
  • Lý thuyết truyền động điện và máy điện: Quá trình quá độ khi mở máy động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc, rotor dây quấn và động cơ đồng bộ cực lồi; phân tích từ trường đập mạch thành hai thành phần quay thuận $n_{th} = n_1$ và quay ngược $n_{ng} = n_1(1-2s)$ trên rotor động cơ đồng bộ khi mở máy không đồng bộ.
  • Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Nguyên lý điều khiển tuần tự, khóa liên động, bảo vệ liên động bằng rơle áp áp, rơle dòng điện cực đại, rơle nhiệt, rơle phao, cảm biến mức nước điện cực và rơle thời gian.
  • Điện tử công suất: Kỹ thuật điều khiển góc mở van bán dẫn Triac, Thyristor trong mạch điều áp xoay chiều và nguyên lý nghịch lưu trong bộ biến tần lò cảm ứng.

Kỹ năng phát triển

Tài liệu cung cấp nền tảng để người học hình thành các nhóm năng lực kỹ thuật:

  • Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Tính toán chọn công suất động cơ kéo bơm, quạt, máy nén khí; tính toán tiết diện và kích thước dây điện trở nung nóng theo công suất nhiệt.
  • Kỹ năng đọc và thiết kế sơ đồ: Đọc hiểu, phân tích nguyên lý và thiết kế các mạch động lực, mạch điều khiển rơle - contactor cho trạm bơm cấp thoát nước, hệ thống thông gió hầm lò, hệ thống máy nén khí và trạm biến áp cấp nguồn cho lò hồ quang.
  • Kỹ năng thực hành vận hành và xử lý sự cố: Thực hiện đúng quy trình lắp đặt bệ máy, cân chỉnh đồng tâm trục, đấu nối mạch điện nguồn, vận hành khởi động không tải/có tải, căn chỉnh khoảng hở bạc trục, xả khí đường ống và sửa chữa các hư hỏng theo bảng kỹ thuật chuẩn hóa.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo cấu trúc bài học tích hợp, kết hợp đồng bộ giữa giảng dạy lý thuyết cơ sở công nghệ và thực hành phân tích - đấu nối mạch điện ứng dụng.

  • Tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach): Giảng viên giảng dạy lý thuyết cấu tạo cơ học và đặc tính phụ tải trước, sau đó phân tích các yêu cầu truyền động điện tương ứng, cuối cùng đi vào cấu trúc chi tiết của sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và mạch bảo vệ.
  • Bài tập và tình huống thực tế (Case studies): Sử dụng các sơ đồ thực tế trong sản xuất như hệ thống điều khiển trạm bơm hở công suất lớn khởi động giảm áp bằng cuộn kháng, hệ thống quạt thông gió hầm lò qua trạm phân phối $\Pi\text{H}-7304$, hệ thống sấy dầu máy nén khí và ổn định nhiệt độ lò nung bằng Thyristor.
  • Bài tập thực hành (Practical exercises): Sinh viên được hướng dẫn quy trình lắp đặt đường ống và động cơ bơm ly tâm (đảm bảo điều kiện van chặn cách cửa bơm tối thiểu $1{,}5\text{ m}$, cút nối cách cửa hút $5D$), quy trình tháo lắp các chi tiết cơ khí (bánh công tác, vòng chữ O, bộ đệm cơ khí, bạc đạn), quy trình bôi trơn (thay dầu sau $20\text{ giờ}$ đầu và định kỳ $2000\text{ giờ}$ tiếp theo) và kiểm tra chạy thử.
  • Phương pháp đánh giá (Assessment methods): Tổng thời lượng kiểm tra là 6 giờ, phân bổ đều sau mỗi chương (Chương 1: 2 giờ; Chương 2: 1 giờ; Chương 3: 1 giờ; Chương 4: 2 giờ). Nội dung đánh giá kết hợp giữa kiểm tra viết về tính toán tham số/giải thích nguyên lý mạch và đánh giá thực hành đấu nối, chẩn đoán lỗi mạch điều khiển trên mô hình.
  • Hướng dẫn tự học (Self-study guidelines): Sinh viên sử dụng tài liệu để tự vẽ lại các sơ đồ nguyên lý tách rời mạch động lực và mạch điều khiển; tra cứu bảng nguyên nhân - biện pháp khắc phục sự cố máy bơm để rèn luyện kỹ năng phân tích lỗi logic trước khi thao tác trên thiết bị thật.

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các yêu cầu kỹ thuật thực tế trong các xí nghiệp sản xuất công nghiệp và khai khoáng:

  • Cập nhật giải pháp bán dẫn và điều khiển mềm: Ngoài các mạch rơle - contactor truyền thống, giáo trình bổ sung nguyên lý khởi động mềm (soft-start) bằng bộ điều áp xoay chiều 3 pha cho động cơ máy bơm công suất lớn; ứng dụng Triac và Thyristor điều áp xoay chiều khống chế nhiệt độ lò điện trở; tích hợp bộ biến tần trung tần trong sơ đồ cấp nguồn cho lò cảm ứng luyện kim.
  • Mô hình hóa chi tiết động học mở máy động cơ đồng bộ: Giáo trình phân tích cụ thể hiện tượng mômen điện từ đập mạch xuất hiện trong giai đoạn mở máy không đồng bộ của động cơ đồng bộ cực lồi dẫn động quạt gió công suất lớn (>200 kW). Tài liệu chỉ rõ phương pháp tính toán điện trở dập từ $R = (5 \div 10) R_{kt}$ nối song song với cuộn kích từ rotor nhằm tránh quá áp phá hủy cách điện cuộn dây và triệt tiêu vùng võng mômen cản $M_c$, bảo đảm kéo động cơ vào tốc độ đồng bộ an toàn tại độ trượt $s = 0{,}05$.
  • Quy chuẩn hóa quy trình bảo trì công nghiệp: Tài liệu cung cấp bảng hướng dẫn kỹ thuật chi tiết về 7 dạng sự cố điển hình ở máy bơm ly tâm (không lên nước, thiếu lưu lượng, động cơ quá tải, ổ đỡ quá nóng, rung lắc mạnh, tiếng ồn bất thường, vỏ bơm quá nhiệt) gắn liền nguyên nhân cơ - điện và biện pháp kỹ thuật xử lý tại hiện trường.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp và sản xuất kỹ thuật:

  • Học sinh, sinh viên trình độ Cao đẳng nghề: Là giáo trình bắt buộc cho sinh viên nghề Điện công nghiệp (năm thứ 2 hoặc năm thứ 3) tại các trường Cao đẳng, Cao đẳng nghề và cơ sở giáo dục nghề nghiệp kỹ thuật.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học nền tảng gồm Mạch điện, Đo lường điện, Vật liệu điện, An toàn điện, Khí cụ điện, Máy điện, Truyền động điện và mô đun Trang bị điện 1.
  • Giảng viên chuyên ngành Điện - Tự động hóa: Tài liệu cung cấp cấu trúc bài giảng chuẩn hóa 60 giờ, bảng biểu thông số kỹ thuật và sơ đồ nguyên lý phục vụ công tác soạn giáo án lý thuyết, thiết kế bài tập thực hành xưởng và xây dựng ngân hàng đề thi kiểm tra định kỳ.
  • Kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuật tại doanh nghiệp: Tài liệu dùng làm cẩm nang tra cứu kỹ thuật về thông số vận hành, quy trình căn chỉnh cơ khí, bảo dưỡng vòng bi, xử lý sự cố trạm bơm nước, quạt thông gió hầm lò, máy nén khí công xưởng và lò tôi/luyện kim điện trở.

Câu hỏi thường gặp

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

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề Điện công nghiệp; đồng thời phù hợp làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Tự động hóa và kỹ thuật viên bảo trì hệ thống cơ điện (M&E) tại các nhà máy.

2. Người học cần có kiến thức nền tảng nào trước khi tiếp cận môn học?

Sinh viên bắt buộc phải nắm vững các kiến thức về máy điện (động cơ không đồng bộ 3 pha, động cơ đồng bộ, động cơ 1 chiều), nguyên lý hoạt động của khí cụ điện đóng cắt - bảo vệ (áp tô mát, contactor, rơle nhiệt, rơle dòng, rơle thời gian) và đã học qua môn Trang bị điện 1.

3. Điểm khác biệt của Trang bị điện 2 so với môn học Trang bị điện 1 là gì?

Trang bị điện 1 tập trung vào các máy công cụ gia công cắt gọt kim loại cơ bản (máy tiện, máy phay, máy bào, máy mài, máy khoan). Trang bị điện 2 mở rộng sang các hệ thống máy sản xuất và thiết bị nhiệt công nghiệp nặng như máy bơm nước công suất lớn, quạt gió hầm mỏ, trạm máy nén khí áp suất cao và các loại lò điện trở, lò hồ quang, lò cảm ứng.

4. Làm sao để tự học và nắm vững kiến thức môn học này hiệu quả?

Người học nên kết hợp học lý thuyết với việc phân tích sơ đồ:

  • Bước 1: Nắm vững nguyên lý cơ học của máy sản xuất và công thức tính lưu lượng/công suất.
  • Bước 2: Phân tích đường đi của dòng điện trong mạch động lực khi các tiếp điểm contactor đóng/ngắt.
  • Bước 3: Đọc mạch điều khiển theo trình tự tác động thời gian của nút ấn, rơle phao/điện cực, rơle thời gian và các mạch khóa liên động bảo vệ quá tải, mất pha, thấp áp.

5. Giáo trình có cung cấp quy trình bảo dưỡng và xử lý sự cố thực tế không?

Có. Giáo trình dành trọn mục 1.3 của Chương I để mô tả chi tiết quy trình lắp đặt đường ống, kiểm tra độ đồng tâm, quy trình chạy thử không tải/có tải, lịch trình tra dầu bôi trơn định kỳ và bảng hướng dẫn chẩn đoán 7 nhóm sự cố kỹ thuật thường gặp kèm nguyên nhân và cách khắc phục cho máy bơm ly tâm.

Kết luận

Giáo trình Trang bị điện 2 cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và có cấu trúc chặt chẽ về trang bị điện cho các nhóm máy sản xuất công nghiệp phổ biến (máy bơm, quạt gió, máy nén khí, lò điện). Tài liệu kết nối trực tiếp lý thuyết tính toán thủy khí - nhiệt động lực học với các giải pháp điều khiển động lực, điều khiển tự động rơle - contactor và điều khiển công suất bán dẫn.

Lộ trình học tập đề xuất cho người học:

Nội dung giáo trình là tài liệu cơ sở quan trọng phục vụ học tập, thi tốt nghiệp nghề Điện công nghiệp và làm tài liệu tham khảo kỹ thuật trong công tác vận hành, bảo dưỡng trạm cơ điện tại các doanh nghiệp sản xuất.