TỔNG QUAN VỀ GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: TRANG BỊ ĐIỆN 2 (NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP - TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Mô đun: Trang bị điện 2 (Mã mô đun: KTĐ19MĐ57) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề được ban hành theo Quyết định số 197/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), xuất bản lưu hành nội bộ tại Bà Rịa – Vũng Tàu vào tháng 6 năm 2020. Giáo trình do nhóm tác giả gồm Phạm Văn Cấp (Chủ biên), Ninh Trọng Tuấn và Nguyễn Xuân Thịnh biên soạn.

Trong chương trình đào tạo Cao đẳng nghề Điện công nghiệp (tổng khối lượng toàn khóa gồm 93 tín chỉ với 2.220 giờ đào tạo), mô đun Trang bị điện 2 có thời lượng 2 tín chỉ, tương đương 45 giờ học tập (bao gồm 14 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 2 giờ kiểm tra). Mô đun này được bố trí trong khối các môn học/mô đun chuyên môn ngành nghề (chiếm 59 tín chỉ/1.515 giờ), học sau các môn học và mô đun cơ sở – chuyên môn bắt buộc như An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Mạch điện (KTĐ19MĐ31), Khí cụ điện 1 (KTĐ19MĐ16), Điện tử cơ bản (TĐH19MĐ03), Đo lường điện (KTĐ19MĐ14), Máy điện (KTĐ19MĐ34), Cung cấp điện (KTĐ19MH8) và Trang bị điện 1 (KTĐ19MĐ56).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể trên ba chuẩn đầu ra:

  1. Kiến thức: Trình bày được nguyên lý làm việc và các yêu cầu kỹ thuật về điều khiển động cơ điện, hệ thống trang bị điện cho nhóm máy nâng vận chuyển (cầu trục), hệ thống máy bơm chất lỏng, quạt gió công nghiệp, máy nén khí, cùng các khâu bảo vệ và liên động trong hệ thống truyền động điện tự động.
  2. Kỹ năng: Lắp ráp, đấu nối hoàn chỉnh các mạch điều khiển động cơ và mạch bảo vệ; vận hành và xác định, sửa chữa được các hư hỏng thường gặp trên các máy sản xuất (băng tải, cầu trục, thang máy, trạm bơm); thiết lập quy trình vận hành và lập kế hoạch bảo dưỡng định kỳ đúng tiêu chuẩn kỹ thuật, an toàn và vệ sinh công nghiệp.
  3. Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, tính cẩn thận, phương pháp làm việc khoa học, tuân thủ nghiêm ngặt các quy định an toàn điện và tiết kiệm vật tư.

Cấu trúc giáo trình gồm 4 bài học tích hợp, tiếp cận theo định hướng hình thành năng lực thực hành nghề nghiệp thông qua hệ thống bản vẽ sơ đồ nguyên lý, bảng phân tích chức năng thiết bị, quy trình thực hiện công việc và các phiếu đánh giá đo kiểm an toàn điện chuẩn mực.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình phân bổ kiến thức thông qua 4 bài học trọng tâm:

[Bài 1: Lắp mạch điều khiển động cơ điện (16h)]
                         │
                         ▼
[Bài 2: Trang bị điện nhóm máy nâng vận chuyển (10h)]
                         │
                         ▼
[Bài 3: Trang bị điện các máy nén, máy bơm, quạt gió (10h)]
                         │
                         ▼
[Bài 4: Các khâu bảo vệ và liên động trong TĐKC - TĐĐ (9h)]

  • Bài 1: Lắp mạch điều khiển động cơ điện (16 giờ: 2 giờ Lý thuyết, 13 giờ Thực hành, 1 giờ Kiểm tra):

    • Nội dung: Giới thiệu phương pháp xác định cực tính cuộn làm việc (cuộn chạy) và cuộn khởi động (cuộn đề) của động cơ 1 pha bằng đồng hồ vạn năng (VOM/Ohm kế); mạch điều khiển đảo chiều quay động cơ điện 1 pha bằng cách đổi đầu dây cuộn chạy hoặc cuộn đề.
    • Các giải pháp hãm dừng động cơ: Mạch hãm động năng sử dụng nguồn điện một chiều thông qua máy biến áp và bộ chỉnh lưu cầu kết hợp rơle thời gian Timer T1; mạch hãm động cơ dùng bộ tụ điện nạp - xả ($C_1, C_2, C_3$); mạch hãm ngược sử dụng rơle thời gian Timer; mạch hãm ngược sử dụng rơle tốc độ ($SR_1$); mạch điều khiển động cơ 2 cấp tốc độ quay hai chiều kết hợp rơle tốc độ ($SR_1, SR_2$).

  • Bài 2: Trang bị điện nhóm máy nâng vận chuyển (10 giờ: 3 giờ Lý thuyết, 7 giờ Thực hành):

    • Nội dung: Khảo sát đặc điểm công nghệ và kết cấu cơ khí của cầu trục công nghiệp (xe cầu, xe con, cơ cấu nâng - hạ vật); các loại phanh hãm điện từ (phanh guốc 1 pha, phanh đai, phanh đĩa) hoạt động theo nguyên lý cấp điện nhả phanh và ngắt điện ép lò xo hãm; hệ thống tiếp điện trônlây (đường tiếp điện cứng bằng thép góc $50 \times 50 \times 5\text{ mm}$ đến $70 \times 70 \times 10\text{ mm}$ và tiếp điện cáp mềm cho palăng).
    • Hệ thống điều khiển và truyền động: Bộ khống chế động lực kiểu tay gạt và kiểu vô lăng vận hành các đĩa cam tiếp điểm; tính toán phụ tải, lực cáp nâng, mômen trục tang nâng, mômen và công suất trục động cơ kéo móc hàng ($P = \frac{G \cdot v}{1000 \cdot \eta}$); tính chọn hộp điện trở gang đúc chịu dòng $10 \div 240\text{ A}$ (trị số $0,1 \div 0,7,\Omega$) và điện trở dây quấn hợp kim (constantan, reostan, fecral); bàn từ bốc hàng (dạng tròn, mặt cầu lõm, chữ nhật, dạng xà nam châm; phân tích hiện tượng sắt từ mất từ tính ở nhiệt độ $\ge 720^\circ\text{C}$ và mạch bảo vệ quá áp xả từ dư).
    • Hai hệ truyền động cầu trục: Hệ truyền động Máy phát – Động cơ ($F-Đ$) điều chỉnh biến trở kích từ $R_{KF}$ làm việc trên 4 góc phần tư mặt phẳng tọa độ (hãm động năng, hãm tái sinh, hãm ngược); Hệ biến đổi Thyristor – Động cơ một chiều ($T-Đ$) có khâu phản hồi âm tốc độ từ máy phát tốc (FT) với dải điều chỉnh $D = 100 \div 1000$ và hệ số $\cos\varphi \approx 0,6 \div 0,65$.

  • Bài 3: Trang bị điện các máy nén, máy bơm, quạt gió (10 giờ: 3 giờ Lý thuyết, 6 giờ Thực hành, 1 giờ Kiểm tra):

    • Máy bơm: Phân loại bơm thể tích (pittông, rotor) và bơm động học (bơm ly tâm, bơm hướng trục); sơ đồ bố trí trạm bơm; tính toán các thông số cơ bản gồm cột áp toàn phần $H = H_c + H_đ = H_c + \lambda Q^2$, lưu lượng $Q$, công suất động cơ $N_{đc}$ và hiệu suất bơm $\eta_b = \eta_Q \cdot \eta_H \cdot \eta_m$; đặc tính cơ của bơm ly tâm với mômen khởi động không tải khi đóng van đẩy đạt $M_{kđ} = (0,2 \div 0,3) M_{đm}$.
    • Quạt gió và máy nén khí: Khảo sát quạt ly tâm, quạt hướng trục, quạt dạng mở; mạch mở máy và mạch kích từ cho động cơ đồng bộ truyền động quạt công suất lớn; cấu tạo máy nén khí pittông, biểu đồ chu trình nhiệt động lực học và sơ đồ tự động khống chế áp suất bình tích khí.

  • Bài 4: Các khâu bảo vệ và liên động trong Truyền động khống chế – Truyền động điện (9 giờ: 6 giờ Lý thuyết, 3 giờ Thực hành):

    • Nội dung: Nguyên lý cấu tạo và sơ đồ đấu nối bảo vệ quá dòng bằng rơle dòng cực đại; bảo vệ điện áp (bảo vệ điện áp không và bảo vệ điện áp cực tiểu nhằm ngăn ngừa tự khởi động lại khi có điện); bảo vệ thiếu và mất từ trường kích từ của động cơ một chiều; các sơ đồ liên động bảo vệ cơ học và liên động điện giữa các contactor/thiết bị đóng cắt.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình củng cố và tích hợp các nguyên lý kỹ thuật điện chuyên ngành:

  • Lý thuyết máy điện và khí cụ điện: Nguyên lý sinh lực điện từ, quá trình từ hóa, từ dư, đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 1 pha/3 pha, động cơ đồng bộ và động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
  • Nguyên lý điều khiển truyền động bán dẫn: Chỉnh lưu có điều khiển dùng Thyristor 1 pha/3 pha (hình tia hoặc hình cầu), khâu phát xung điều khiển (BFX), vòng phản hồi tốc độ qua máy phát tốc.
  • Cơ sở thủy - khí động lực học công nghiệp: Quy luật biến thiên áp suất, cột áp, lưu lượng dòng chảy và biểu đồ phụ tải cơ học của cơ cấu nâng hạ trọng lượng, hệ thống bơm ly tâm và máy nén khí pittông.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical Skills): Khả năng đọc và phân tích sơ đồ nguyên lý điện công nghiệp phức tạp; tính chọn công suất động cơ, dung lượng điện trở phụ, lựa chọn khí cụ đóng cắt và bảo vệ phù hợp với đặc tính tải.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical Skills): Phân tích trạng thái quá độ của hệ thống điện trong các chế độ khởi động, đảo chiều và các trạng thái hãm dừng (hãm động năng, hãm ngược, hãm tái sinh); đánh giá nguyên nhân sự cố quá dòng, tụt áp, mất pha hoặc mất kích từ.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical Competencies): Lắp đặt hoàn thiện tủ điều khiển theo quy trình công nghiệp 7 bước; thực hiện đo thông mạch dây bảo vệ nối đất (PE), đo điện trở cách điện đa điểm (giữa các pha $L_1, L_2, L_3$, giữa pha với dây trung tính $N$ và dây tiếp địa $PE$); kiểm tra tác động ngắt tự động của thiết bị chống dòng rò RCD và vận hành thử nghiệm chức năng toàn hệ thống.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp đào tạo tích hợp giữa lý thuyết và thực hành, trong đó thời lượng thực hành, thảo luận và làm bài tập chiếm tỷ trọng chủ đạo (29/45 giờ, tương đương 64,4% thời lượng mô đun).

┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PHÂN BỔ THỜI LƯỢNG MÔ ĐUN KTĐ19MĐ57 (TỔNG SỐ: 45 GIỜ)  │
├────────────────────────┬──────────────────────┬────────┤
│ Lý thuyết: 14 giờ      │ Thực hành: 29 giờ    │ KT: 2h │
│ (31,1%)                │ (64,4%)              │ (4,5%) │
└────────────────────────┴──────────────────────┴────────┘
  • Phương pháp giảng dạy của giảng viên:
    • Áp dụng các phương pháp dạy học tích cực: thuyết trình kết hợp vấn đáp chuyên sâu, giảng dạy giải quyết vấn đề (problem-based learning) dựa trên các tình huống sự cố thực tế tại xưởng sản xuất.
    • Thiết kế bài giảng theo từng bài học hoặc buổi dạy tích hợp; phân chia người học thành các nhóm/ca thực tập tại trạm làm việc; cung cấp hệ thống phiếu hướng dẫn học tập và phiếu thực hành chuyên biệt.
  • Bài tập tình huống và bài tập củng cố thực tế:
    • Bài tập củng cố 1: Thiết kế, lập danh mục vật tư thiết bị, lắp đặt và vận hành tủ điều khiển đảo chiều quay động cơ điện 1 pha 4 dây và 3 dây.
    • Bài tập củng cố 2: Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển, lắp đặt tủ điện điều khiển hệ thống 3 động cơ 3 pha khởi động tuần tự trễ thời gian 5 giây, có tích hợp nút dừng khẩn cấp E-STOP và các khâu bảo vệ quá tải bằng rơle nhiệt.
  • Quy trình thực hành chuẩn hóa 7 bước:
    1. Gá lắp hộp nối và các thiết bị lên bảng điện.
    2. Gá lắp các loại kẹp cáp định vị.
    3. Đo, cắt dây, tuốt vỏ và luồn dây dẫn qua hệ thống bảo vệ.
    4. Cố định dây dẫn vào bộ kẹp theo sơ đồ bố trí.
    5. Đấu nối dây dẫn vào các cực của thiết bị theo sơ đồ nguyên lý.
    6. Kiểm tra trực quan và đo kiểm tra nguội toàn bộ mạch điện.
    7. Đóng nắp đậy hộp nối và chuẩn bị đóng nguồn vận hành.
  • Phương pháp kiểm tra và đánh giá kết quả học tập:
    • Kiểm tra thường xuyên: 01 bài kiểm tra vấn đáp hoặc viết ($\le 30$ phút) do giảng viên thực hiện bất kỳ trong quá trình học.
    • Kiểm tra định kỳ: 02 bài, gồm:
      • Bài kiểm tra số 1 (Lý thuyết): Đánh giá nội dung Bài 3, thời gian làm bài $45 \div 60$ phút.
      • Bài kiểm tra số 2 (Thực hành): Đánh giá kỹ năng lắp ráp và vận hành mạch theo nội dung Bài 1, thời gian 60 phút.
    • Thi kết thúc mô đun: Hình thức thi tích hợp lý thuyết và thực hành, thời gian từ $90 \div 120$ phút.
  • Yêu cầu đối với người học:
    • Chủ động nghiên cứu trước nội dung bài học trong giáo trình và chuẩn bị đầy đủ tài liệu, dụng cụ học tập.
    • Thực hiện đầy đủ các bài tập thiết kế, tham gia đủ các ca thực hành tại phòng chuyên môn hóa và chấp hành quy định an toàn lao động.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tính chuẩn hóa theo quy chuẩn đào tạo nghề: Giáo trình được xây dựng trực tiếp trên khung chương trình cao đẳng nghề Điện công nghiệp được phê duyệt tại Quyết định 197/QĐ-CĐDK, bảo đảm tính liên kết hệ thống với danh mục 28 môn học/mô đun toàn khóa.
  • Kết hợp đa dạng các thế hệ công nghệ truyền động: Tài liệu phân tích song song giữa các hệ truyền động truyền thống có độ bền cơ học cao (hệ máy phát - động cơ $F-Đ$, bộ khống chế cam kiểu vô lăng/tay gạt, hệ thống tiếp điện thanh quẹt cứng) và các hệ thống điều khiển bán dẫn hiện đại (hệ biến đổi Thyristor $T-Đ$, các mạch hãm tự động hóa qua rơle tốc độ và rơle thời gian điện tử).
  • Bám sát đặc thù công nghiệp và ứng dụng thực tế:
    • Phân tích rõ các điều kiện làm việc khắc nghiệt của cầu trục trong các nhà máy luyện kim, phân xưởng nhiệt luyện (vấn đề suy giảm lực từ ở $720^\circ\text{C}$ của bàn từ bốc phôi thép vụn, xà từ).
    • Khảo sát chi tiết đặc tính khởi động đóng van của trạm bơm nước ly tâm nhằm giảm dòng mở máy ($M_{kđ} = 0,2 \div 0,3 M_{đm}$), giải quyết hiện tượng quá tải nhiệt động cơ và tổn hại đường ống.
  • Tích hợp các bảng biểu kiểm chuẩn an toàn công nghiệp: Giáo trình chuẩn hóa bảng đo thông mạch dây dẫn an toàn ($PE \to$ Nguồn cấp, $PE \to$ Tủ điện, $PE \to$ Cánh cửa tủ, $PE \to$ Khung lắp đặt, $PE \to$ Đế gắn) và bảng đo điện trở cách điện đa điểm giữa các pha, tiếp địa trước khi cấp điện thử nghiệm.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Người học:
    • Sinh viên đang theo học trình độ Cao đẳng chuyên ngành Điện công nghiệp, Kỹ thuật điện, Hệ thống điện hoặc Tự động hóa công nghiệp.
    • Học viên các chương trình đào tạo nghề kỹ thuật viên bảo dưỡng thiết bị điện trong các khu công nghiệp, xí nghiệp chế biến và công trình dầu khí.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối lượng kiến thức cơ bản từ các học phần: An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Mạch điện (KTĐ19MĐ31), Khí cụ điện 1 (KTĐ19MĐ16), Điện tử cơ bản (TĐH19MĐ03), Đo lường điện (KTĐ19MĐ14), Máy điện (KTĐ19MĐ34), Cung cấp điện (KTĐ19MH8) và Trang bị điện 1 (KTĐ19MĐ56).
  • Giảng viên chuyên ngành:
    • Sử dụng làm giáo trình giảng dạy chính thức cho mô đun KTĐ19MĐ57.
    • Căn cứ biên soạn giáo án lý thuyết, giáo án tích hợp, thiết kế hệ thống phiếu hướng dẫn thực hành và xây dựng ngân hàng đề thi kết thúc mô đun.
  • Kỹ thuật viên tại doanh nghiệp và tài liệu tự học:
    • Dùng làm tài liệu tra cứu các sơ đồ mạch khống chế động lực, phương pháp tính toán công suất truyền động và quy trình bảo trì, kiểm tra an toàn cho hệ thống máy nâng chuyển, máy bơm và máy nén khí công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

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

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề Điện công nghiệp, các giảng viên giảng dạy mô đun chuyên ngành kỹ thuật điện và kỹ thuật viên bảo trì hệ thống truyền động điện tại các nhà máy, xí nghiệp sản xuất.

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

Người học bắt buộc phải tích lũy các kiến thức tiên quyết về an toàn điện, lý thuyết mạch điện, cấu tạo khí cụ điện đóng cắt - bảo vệ, điện tử công suất cơ bản, nguyên lý máy điện (động cơ không đồng bộ, động cơ một chiều) và kỹ thuật đo lường điện.

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

Giáo trình kết hợp chặt chẽ giữa tính toán lý thuyết công nghệ với năng lực thực hành lắp đặt tủ điện thực tế. Tài liệu đưa ra quy trình thao tác chuẩn 7 bước cùng hệ thống bảng biểu kiểm tra thông mạch, đo điện trở cách điện và thử nghiệm rơle bảo vệ chống giật RCD theo tiêu chuẩn an toàn công nghiệp.

4. Làm thế nào để tự học giáo trình đạt hiệu quả cao nhất?

Người học cần kết hợp đọc hiểu sơ đồ nguyên lý trong giáo trình với việc phân tích chu trình công nghệ của phụ tải (cơ cấu nâng, bơm, quạt); tự vẽ lại sơ đồ đi dây mạch động lực và điều khiển; đối chiếu kết quả đo kiểm trên các mô hình mô phỏng thực hành dầm cầu trục, trạm bơm hoặc quạt gió tại xưởng thực tập.

5. Giáo trình có các tài liệu bổ trợ và tham khảo nào?

Giáo trình được biên soạn dựa trên việc trích dẫn và đối chiếu với 5 tài liệu tham khảo chuyên ngành tiêu chuẩn tại Việt Nam:

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

Kết luận

Giáo trình Mô đun: Trang bị điện 2 (KTĐ19MĐ57) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo chuyên môn có cấu trúc chặt chẽ, cung cấp toàn diện các giải pháp điều khiển, trang bị điện và bảo vệ liên động cho các nhóm máy sản xuất trọng yếu trong công nghiệp.

Lộ trình học tập đề xuất:

  • Giai đoạn 1: Nắm vững nguyên lý và lắp ráp thành thạo các mạch điều khiển, mạch hãm dừng động cơ điện một pha và ba pha (Bài 1).
  • Giai đoạn 2: Phân tích và tính toán trang bị điện cơ cấu nâng chuyển cầu trục, hệ $F-Đ$ và hệ $T-Đ$ (Bài 2).
  • Giai đoạn 3: Khảo sát đặc tính cơ và điều khiển hệ thống máy bơm, quạt gió, máy nén khí (Bài 3).
  • Giai đoạn 4: Thiết kế và đấu nối hoàn thiện các mạch bảo vệ quá tải, sụt áp, mất từ trường và liên động an toàn (Bài 4).

Người học được khuyến nghị kết hợp nghiên cứu giáo trình cùng các tài liệu tham khảo của các tác giả Vũ Quang Hồi, Bùi Quốc Khánh và thực hành trực tiếp trên các thiết bị mô hình tại phòng thực hành chuyên môn hóa để hoàn thiện kỹ năng nghề nghiệp.