Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Trang bị điện 2 (Mã mô đun: ELEI62158) được biên soạn bởi tập thể tác giả gồm Chủ biên Phạm Văn Cấp cùng các thành viên Ninh Trọng Tuấn và Nguyễn Xuân Thịnh, ban hành theo Quyết định số 203/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) tại Bà Rịa – Vũng Tàu.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Bảo trì thiết bị cơ điện và Điện công nghiệp, Trang bị điện 2 là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc với thời lượng 45 giờ (gồm 14 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành/thảo luận và 02 giờ kiểm tra, tương đương 02 tín chỉ). Mô đun được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học, mô đun nền tảng như Khí cụ điện (ELEI53117), Đo lường điện (ELEI53115), An toàn điện (ELET5201), Điện kỹ thuật cơ bản (ELEO53012), Điều khiển điện khí nén (AUTM63114) và Trang bị điện 1 (ELET55157).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng đến việc trang bị cho người học kiến thức về nguyên lý hoạt động, yêu cầu điều khiển và cấu tạo trang bị điện của các cơ cấu sản xuất công nghiệp điển hình (máy nâng chuyển, máy bơm, quạt gió, máy nén khí); đồng thời rèn luyện kỹ năng lắp ráp, vận hành, đo kiểm an toàn và xử lý sự cố trong mạch điều khiển, mạch bảo vệ liên động.

Giáo trình được kết cấu thành 4 bài học chính, đi từ mạch điều khiển động cơ cơ bản đến các hệ truyền động chuyên dụng phức tạp trong công nghiệp. Điểm đặc thù của tài liệu là phương pháp tiếp cận gắn kết giữa lý thuyết nguyên lý và bảng hướng dẫn thực hành từng bước, quy định rõ quy trình kiểm tra thông số an toàn điện tại xưởng.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Cấu trúc nội dung giáo trình được triển khai qua 4 bài học chuyên đề:

  • Bài 1: Lắp mạch điều khiển động cơ điện (16 giờ: 2 giờ LT, 13 giờ TH, 1 giờ KT): Trình bày nguyên lý và kỹ thuật đấu nối các sơ đồ mạch điều khiển động cơ một pha (phương pháp xác định cuộn chạy, cuộn đề bằng Ohm kế và đổi chiều quay); các phương pháp hãm dừng động cơ gồm: hãm động năng dùng nguồn một chiều (chỉnh lưu cầu kết hợp rơle thời gian $T_1$), hãm động năng dùng bộ tụ điện ($C_1, C_2, C_3$), hãm ngược dùng rơle thời gian và hãm ngược dùng rơle tốc độ ($SR_1$); mạch điều khiển động cơ hai cấp tốc độ kết hợp đảo chiều và hãm ngược bằng rơle tốc độ hai chiều ($SR_1, SR_2$).
  • Bài 2: Trang bị điện nhóm máy nâng vận chuyển (10 giờ: 3 giờ LT, 7 giờ TH): Cung cấp kiến thức về cấu tạo cầu trục (xe cầu, xe con, cơ cấu nâng - hạ); nguyên lý làm việc của hệ thống phanh hãm điện từ (phanh guốc, phanh đĩa, phanh đai); hệ thống tiếp điện trônlây (tiếp điện cứng dùng thép góc kích thước $50\times50\times5\text{ mm}$ đến $70\times70\times10\text{ mm}$, tiếp điện mềm bằng cáp); thiết bị điều khiển bằng bộ khống chế động lực kiểu tay gạt và vô lăng; tính chọn hộp điện trở gang đúc ($215\div240\text{ A}$, $0,1\div0,7,\Omega$) hoặc dây quấn hợp kim (constantan, reostan, fecral); đặc tính bàn từ bốc hàng (giới hạn nhiệt độ vật liệu $\ge 720^\circ\text{C}$); phân tích hai hệ truyền động chủ đạo: hệ Máy phát – Động cơ (F-Đ) điều khiển 2 vùng tốc độ trên 4 góc phần tư và hệ Thyristor – Động cơ một chiều (T-Đ) với dải điều chỉnh $D = 100\div1000$, hệ số $\cos\varphi = 0,6\div0,65$.
  • Bài 3: Trang bị điện các máy nén, máy bơm, quạt gió (10 giờ: 3 giờ LT, 6 giờ TH, 1 giờ KT): Phân loại máy bơm thể tích (piston, rotor) và máy bơm động học (ly tâm, hướng trục); xác định các thông số kỹ thuật gồm cột áp $H$, lưu lượng $Q$, công suất động cơ $N_{\text{đc}}$, hiệu suất tổng $\eta_b = \eta_Q \cdot \eta_H \cdot \eta_m$; khảo sát đặc tính khởi động đóng van của bơm ly tâm với mômen khởi động $(0,2\div0,3) M_{\text{đm}}$; cấu tạo quạt ly tâm, quạt hướng trục; chu trình làm việc của máy nén khí piston, mạch điều chỉnh áp suất và sơ đồ khống chế tự động máy nén; nguyên lý mở máy không đồng bộ và mạch kích từ của động cơ đồng bộ kéo tải.
  • Bài 4: Các khâu bảo vệ và liên động trong Truyền động khống chế - Truyền động điện (9 giờ: 6 giờ LT, 3 giờ TH): Phân tích nguyên lý và sơ đồ các khâu bảo vệ quá dòng (rơle dòng cực đại bảo vệ ngắn mạch và quá tải ngắn hạn); bảo vệ điện áp (bảo vệ điện áp không và cực tiểu); bảo vệ thiếu hoặc mất từ trường kích từ động cơ điện một chiều; các giải pháp khóa liên động cơ học và liên động điện giữa các khí cụ đóng cắt.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết truyền động điện và hãm máy: Phân tích các trạng thái làm việc của động cơ điện (chế độ động cơ, hãm động năng, hãm ngược, hãm tái sinh) trên mặt phẳng tọa độ đặc tính cơ; nguyên lý điều khiển điện áp phần ứng và từ thông kích từ.
  • Cơ sở truyền động thủy khí công nghiệp: Mối quan hệ giữa tốc độ quay $\omega$, công suất $P$, lưu lượng $Q$ và áp suất $H$ trong các thiết bị bơm ly tâm, quạt gió và máy nén khí dạng piston.
  • Nguyên lý bảo vệ và an toàn hệ thống: Bản chất tác động của các phần tử cảm biến nhiệt (tiếp điểm 95-96 của rơle nhiệt $OL_1$), rơle áp suất, công tắc hành trình cơ khí và rơle tốc độ trong việc ngăn ngừa sự cố công nghiệp.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Đọc hiểu và phân tích sơ đồ nguyên lý mạch điện; đo đạc xác định cực tính, điện trở cuộn dây động cơ bằng đồng hồ vạn năng (VOM); đấu nối mạch lực và mạch điều khiển theo sơ đồ thiết kế.
  • Kỹ năng phân tích: Tính toán, lựa chọn công suất động cơ, dải điều chỉnh tốc độ, thông số hộp điện trở phụ và các phần tử bảo vệ phù hợp với phụ tải máy nâng, máy bơm, máy nén khí.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp: Thực hiện quy trình đo thông mạch dây nối đất an toàn (PE), đo điện trở cách điện đa pha ($L_1, L_2, L_3, N, PE$), kiểm tra dòng rò qua thiết bị bảo vệ RCD và thao tác dừng khẩn cấp qua nút E-STOP.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp giảng dạy tích hợp giữa lý thuyết chuyên môn và thực hành ứng dụng, trong đó thời lượng rèn luyện kỹ năng thực hành chiếm 64,4% (29/45 giờ). Giảng viên đóng vai trò tổ chức, hướng dẫn thông qua các phương pháp dạy học tích cực như diễn giảng kỹ thuật, vấn đáp định hướng và dạy học giải quyết vấn đề (problem-based learning).

Hệ thống bài tập và thực hành xưởng được cụ thể hóa bằng các tình huống kỹ thuật thực tế:

  • Bài tập thiết kế - lắp đặt mạch: Điển hình là bài tập thiết kế, lắp ráp tủ điều khiển đảo chiều động cơ 1 pha theo quy trình 7 bước (gá thiết bị, bắt kẹp cáp, cắt tuốt luồn dây, cố định dây, đấu nối, kiểm tra đo nguội, đóng nắp vận hành); bài tập lập kế hoạch và lắp đặt mạch điều khiển khởi động tuần tự cho hệ thống 3 động cơ điện 3 pha ($M_1 \to M_2 \to M_3$, mỗi động cơ chuyển tiếp trễ 5 giây) tích hợp nút dừng khẩn $S_0$.
  • Thực hành trên mô hình chuyên dụng: Quá trình đào tạo sử dụng hệ thống thiết bị phòng thực hành gồm bàn giá thực tập, mô hình dầm cầu trục, mô hình hệ thống bơm nước - quạt gió, mô hình lò điện cùng bộ dụng cụ cơ khí và điện cầm tay.

Quy trình kiểm tra và đánh giá kết quả học tập gồm 3 cấu phần:

  1. Kiểm tra thường xuyên: 01 bài kiểm tra vấn đáp hoặc viết dưới 30 phút trong quá trình học.
  2. Kiểm tra định kỳ: 02 bài, gồm 01 bài lý thuyết thời lượng 45–60 phút (tập trung vào nội dung Bài 3) và 01 bài thực hành thời lượng 60 phút (nội dung Bài 1).
  3. Thi kết thúc mô đun: Đánh giá tích hợp lý thuyết và thực hành trong thời gian 90–120 phút.

Về phía người học, tài liệu yêu cầu chủ động nghiên cứu trước giáo trình, hoàn thành các phiếu học tập, phiếu thực hành theo nhóm hoặc cá nhân, và tuân thủ các quy tắc an toàn điện - vệ sinh công nghiệp.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa theo chương trình đào tạo nghề dầu khí năm 2022: Giáo trình được phê duyệt chính thức theo Quyết định số 203/QĐ-CĐDK, cập nhật hệ thống mã mô đun chuyên ngành điện của Trường Cao đẳng Dầu khí nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật vận hành máy móc công nghiệp.
  • Phân tích so sánh các thế hệ truyền động: Tài liệu đối chiếu cụ thể giữa hệ thống truyền động truyền thống Máy phát – Động cơ (F-Đ) và hệ thống bán dẫn Bộ biến đổi Thyristor – Động cơ (T-Đ). Giáo trình chỉ rõ ưu điểm độ tác động nhanh, dải điều chỉnh rộng ($D = 100\div1000$), đồng thời phân tích các hạn chế kỹ thuật như hệ số công suất thấp ($\cos\varphi = 0,6\div0,65$) và sóng hài dòng điện ảnh hưởng lên lưới điện.
  • Tích hợp tiêu chuẩn đo kiểm an toàn công nghiệp: Giáo trình bổ sung biểu mẫu kiểm tra an toàn gồm các phép đo thông mạch nối đất bảo vệ PE (từ ổ cắm CEE đến vỏ tủ, cánh cửa tủ, khung lắp đặt), đo điện trở cách điện giữa các pha và pha với đất ($L_1-L_2, L_2-L_3, L_1-N, L_1-PE\dots$), thử nghiệm chức năng cắt tự động của RCD và nút dừng khẩn E-STOP.
  • Bám sát thiết bị công nghiệp nặng: Cung cấp thông số kỹ thuật thực tế như giới hạn từ tính của bàn từ bốc hàng ở nhiệt độ $\ge 720^\circ\text{C}$, quy cách tiếp điện thanh dẫn thép góc, đặc tính mômen khởi động của bơm ly tâm khi đóng van ngõ ra đạt $(0,2\div0,3) M_{\text{đm}}$.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên đào tạo chính quy: Sinh viên trình độ Cao đẳng chuyên ngành Bảo trì thiết bị cơ điện và Điện công nghiệp tại các trường cao đẳng, trường nghề kỹ thuật.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần tích lũy kiến thức từ các môn học/mô đun trước đó trong khung chương trình:
    • Môn học cơ sở: Vẽ kỹ thuật 1 (MECM512003), Khí cụ điện (ELEI53117), Đo lường điện (ELEI53115), An toàn điện (ELET5201), Điện kỹ thuật cơ bản (ELEO53012), Gia công nguội cơ bản (MECM513104), Điều khiển điện khí nén (AUTM63114).
    • Môn học chuyên môn: Thực tập điện cơ bản 1 (ELEI53150), Trang bị điện 1 (ELET55157).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm căn cứ thiết kế giáo án lý thuyết, bài giảng thực hành hoặc tích hợp; xây dựng ngân hàng đề thi, biểu mẫu đánh giá thực hành và phiếu hướng dẫn công việc xưởng.
  • Cán bộ kỹ thuật và tự học: Kỹ thuật viên bảo dưỡng cơ điện tại nhà máy xí nghiệp, xưởng chế tạo có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo kỹ thuật để tra cứu sơ đồ nguyên lý mạch hãm, mạch bảo vệ liên động và đặc tính vận hành nhóm máy công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên trình độ Cao đẳng các ngành Điện công nghiệp, Bảo trì thiết bị cơ điện, đồng thời là tài liệu giảng dạy cho giảng viên kỹ thuật điện và tài liệu tra cứu cho kỹ thuật viên bảo trì tại các nhà xưởng sản xuất.

2. Cần kiến thức nền nào để học mô đun này?

Người học cần hoàn thành các môn học tiên quyết về Khí cụ điện, Đo lường điện, An toàn điện, Điện kỹ thuật cơ bản và mô đun Trang bị điện 1 để nắm vững ký hiệu thiết bị, quy tắc an toàn và nguyên lý máy điện cơ bản.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu lý thuyết thông thường là gì?

Giáo trình kết hợp trực tiếp phần phân tích sơ đồ nguyên lý với quy trình thực hành lắp đặt từng bước, cung cấp bảng biểu mẫu kiểm tra an toàn điện chi tiết (đo thông mạch PE, đo cách điện đa pha, thử nghiệm RCD, E-STOP) theo chuẩn thực hành kỹ thuật.

4. Làm sao để tự học và thực hành hiệu quả với giáo trình?

Người học cần phân tích kỹ sơ đồ nguyên lý trước khi vào xưởng, nắm vững chức năng tiếp điểm liên động, lập bảng thứ tự đóng cắt của các khí cụ và tuân thủ nghiêm ngặt quy trình đo kiểm an toàn điện trước khi cấp nguồn vận hành mạch.

5. Giáo trình có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Giáo trình đi kèm hệ thống phiếu học tập, phiếu quy trình thực hành xưởng và danh mục tài liệu tham khảo chuyên ngành của các tác giả Vũ Quang Hồi, Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Đức Lợi.

Kết luận

Giáo trình Trang bị điện 2 (ELEI62158) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo chuyên môn cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về mạch điều khiển động cơ điện, trang bị điện máy nâng chuyển, máy bơm, quạt gió, máy nén khí và các khâu bảo vệ liên động trong truyền động công nghiệp.

Để hoàn thiện chương trình đào tạo nghề Bảo trì thiết bị cơ điện, sau mô đun này, người học cần tiếp tục hoàn thành các mô đun chuyên sâu tiếp theo trong khung chương trình: Bảo trì máy điện (ELEM5415), Bảo trì mạch điện (ELEM6314), Bảo trì hệ thống truyền động điện (ELEM5313), Bảo trì hệ thống truyền động cơ khí (MECM53124), Xử lý sự cố thiết bị cơ điện (ELEM53167) trước khi thực hiện Thực tập sản xuất (ELEM54154) và Khóa luận tốt nghiệp (ELEM63121).

Tài liệu tham khảo chính được trích dẫn trong giáo trình:

  1. Vũ Quang Hồi (1996), Trang bị điện - điện tử thiết bị công nghiệp dùng chung, 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.