Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Trang bị điện 1 (Mã mô đun: ELET55157) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề được ban hành theo Quyết định số 205/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Tài liệu do nhóm tác giả gồm Phạm Văn Cấp (Chủ biên), Ninh Trọng Tuấn và Nguyễn Xuân Thịnh biên soạn vào tháng 06 năm 2022 tại Bà Rịa – Vũng Tàu phục vụ công tác giảng dạy nội bộ.

Về vị trí trong chương trình đào tạo, mô đun Trang bị điện 1 thuộc khối các môn học, mô đun đào tạo nghề bắt buộc (nhóm chuyên môn nghề) của nghề Lắp đặt thiết bị điện và Điện công nghiệp. Mô đun có khối lượng 5 tín chỉ với tổng thời lượng 120 giờ, phân bổ thành 28 giờ lý thuyết, 87 giờ thực hành/thí nghiệm/thảo luận và 5 giờ kiểm tra. Về mặt tiến trình, mô đun được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở và thực hành cơ bản như Đo lường điện, Máy điện, Cung cấp điện, An toàn điện, Mạch điện và Khí cụ điện.

Mục tiêu học tập của mô đun được xác định trên 3 phương diện chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức: Đọc, vẽ và phân tích được các sơ đồ mạch điều khiển dùng rơle – công tắc tơ trong khống chế động cơ không đồng bộ 3 pha, động cơ 1 pha và động cơ một chiều; phân tích được quy trình làm việc và yêu cầu trang bị điện cho các máy gia công cắt gọt kim loại (khoan, tiện, phay, bào, mài).
  • Kỹ năng: Lắp đặt, đấu dây, vận hành và sửa chữa được các mạch mở máy, dừng máy, đảo chiều, liên động bảo vệ cho động cơ điện; khắc phục hư hỏng trong hệ thống truyền động máy sản xuất (như băng tải); lập kế hoạch bảo trì đúng quy trình kỹ thuật, an toàn và vệ sinh công nghiệp.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tác phong cẩn thận, tỉ mỉ, độ chính xác kỹ thuật cao, tư duy khoa học và chấp hành nghiêm túc quy định an toàn điện.

Cấu trúc giáo trình được thiết kế tích hợp lý thuyết gắn liền với thực hành xưởng, chia thành 3 bài học có tính phát triển lũy tiến từ khái quát hệ thống, linh kiện điều khiển - bảo vệ đến phân tích sơ đồ tự động khống chế truyền động điện thực tế.


Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 3 bài học trọng tâm:

  • Bài 1: Khái quát chung về hệ thống trang bị điện (Thời lượng: 2 giờ lý thuyết)
    Nội dung cung cấp định nghĩa, đặc điểm và vai trò của trang bị điện trong việc nâng cao mức độ tự động hóa và tối ưu hóa hiệu suất dây chuyền sản xuất công nghiệp. Thiết lập các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống trang bị điện nhằm đảm bảo khả năng khống chế, bảo vệ an toàn cho hệ truyền động trong điều kiện vận hành bình thường cũng như khi phát sinh sự cố.

  • Bài 2: Các phần tử điều khiển trong hệ thống trang bị điện (Thời lượng: 20 giờ: 15 LT, 4 TH, 1 KT)
    Trình bày cấu tạo, thông số và nguyên lý làm việc của 4 nhóm khí cụ điện:

    1. Phần tử bảo vệ: Cầu chảy dây chì bảo vệ ngắn mạch; Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải động cơ (dải điện áp xoay chiều đến 500V/50Hz, dòng điện định mức $I_{đm}$ đến 150A, điện áp một chiều đến 440V, thời gian tác động từ vài giây đến vài phút).
    2. Phần tử điều khiển và đóng cắt: Công tắc, nút ấn (DC đến 440V, AC đến 500V), cầu dao đóng cắt bằng tay (DC đến 440V, AC đến 660V), bộ khống chế truyền động, công tắc tơ (Contactor) đóng ngắt từ xa (điện áp đến 500V, dòng định mức đến 600A), áp tô mát (Circuit Breaker - CB) cấp nguồn và bảo vệ ngắn mạch/quá tải.
    3. Các loại rơ le chuyên dụng: Rơ le điện từ, rơ le trung gian, rơ le dòng điện cực đại (kết cấu mạch từ chữ E/U thép kỹ thuật dày 0,35–0,5mm, phần ứng chữ Z, vít điều chỉnh, tiếp điểm bạch kim), rơ le bảo vệ điện áp 3 pha (như Omron K8AK-VS), rơ le thời gian (tiếp điểm tức thời và tiếp điểm trễ thời gian), rơ le kiểm tra tốc độ (nguyên lý cảm ứng điện từ phối hợp nam châm vĩnh cửu quay cùng trục động cơ dùng trong mạch hãm ngược).
    4. Thiết bị đóng cắt không tiếp điểm và 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 và bộ ly hợp điện từ.
  • Bài 3: Tự động khống chế truyền động điện (Thời lượng: 98 giờ: 11 LT, 83 TH, 4 KT)
    Đây là nội dung trọng tâm của giáo trình, bao gồm:

    1. Cơ sở phương pháp luận: Phân định mạch động lực và mạch điều khiển; biểu diễn sơ đồ điện qua sơ đồ cấu trúc và sơ đồ khai triển (đơn tuyến, đa tuyến); hệ thống hóa bảng ký hiệu quy ước.
    2. 4 nguyên tắc điều khiển cơ bản: Điều khiển theo thời gian (dùng Timer), điều khiển theo tốc độ (dùng rơ le tốc độ), điều khiển theo dòng điện (dùng rơ le dòng cực đại) và điều khiển theo vị trí (dùng công tắc hành trình).
    3. Các mạch mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha: Mạch điều khiển quay 1 chiều; Mạch quay thuận nghịch gián tiếp khóa chéo liên động; Mạch mở máy tại 2 vị trí; Mạch 2 động cơ làm việc theo cơ chế bắc cầu (nối tiếp cơ bản và dùng Timer); Mạch 2 động cơ làm việc theo cơ chế khóa.
    4. Các mạch mở máy gián tiếp: Khởi động đổi nối Sao – Tam giác ($Y \rightarrow \Delta$); Mở máy qua cuộn kháng dùng rơ le thời gian; Mở máy qua máy biến áp tự ngẫu.
    5. Mạch khóa dừng và hành trình: Mạch khóa dừng 1, Mạch khóa dừng 2, Mạch tự động giới hạn hành trình và tự động giới hạn hành trình có đảo chiều.
    6. Các khâu bảo vệ và liên động: Bảo vệ quá tải/ngắn mạch bằng rơ le dòng điện cực đại; Bảo vệ sụt áp, quá áp (điểm không và cực tiểu); Bảo vệ thiếu và mất từ trường kích từ động cơ điện một chiều; Liên động bảo vệ cơ khí và liên động điện.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống tri thức kỹ thuật điện công nghiệp dựa trên:

  • Nguyên lý điện cơ và cảm ứng từ: Cơ chế sinh lực điện từ, tương tác từ trường trong nam châm điện, cuộn hút contactor, bộ ly hợp điện từ và phản ứng điện từ cảm ứng trong rơ le tốc độ.
  • Nguyên lý bảo vệ phụ tải điện: Đặc tính tác động phân minh giữa bảo vệ quá tải nhiệt (thời gian trễ) và bảo vệ ngắn mạch (tác động tức thời); nguyên lý bảo vệ thấp áp/mất áp và bảo vệ mất từ trường rotor.
  • Quy chuẩn ký hiệu và thiết kế sơ đồ điện: Ký hiệu tiêu chuẩn của tiếp điểm thường mở (NO), thường đóng (NC), cuộn hút, nút dừng (Stop), nút mở (Start), tiếp điểm duy trì tự giữ và tiếp điểm trễ thời gian.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Lắp đặt bảng panel điện, đọc hiểu bản vẽ sơ đồ nguyên lý/sơ đồ khai triển, đi dây mạch động lực và mạch điều khiển đảm bảo tiêu chuẩn (phân màu dây, đánh số thứ tự đầu cốt).
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích trình tự logic đóng cắt của các contactor và rơ le; tính toán thông số bảo vệ quá tải cho rơ le nhiệt và aptomat theo dòng định mức phụ tải ($I_{đm}$).
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Vận hành, đấu nối hoàn chỉnh các sơ đồ mở máy trực tiếp/gián tiếp; cô lập, kiểm tra và khắc phục sự cố hở mạch, ngắn mạch, sự cố tác động bảo vệ trong hệ thống máy gia công cắt gọt kim loại và băng tải truyền động.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo định hướng tích hợp thực hành, lấy kỹ năng nghề làm trọng tâm với tỷ lệ thời lượng thực hành chiếm 72,5% (87/120 giờ).

Phương pháp tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach)

  • Phương pháp dạy học tích cực: Người dạy kết hợp diễn giảng giải thích nguyên lý với phương pháp vấn đáp và dạy học theo vấn đề (Problem-based learning) đặt ra từ các lỗi kỹ thuật thực tế.
  • Tổ chức giảng dạy xưởng: Phân chia người học theo ca và nhóm làm việc độc lập; giảng viên xây dựng giáo án tích hợp, phiếu học tập và phiếu hướng dẫn thực hành kỹ năng chi tiết cho từng sơ đồ mạch.

Điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị thực hành

Quá trình đào tạo yêu cầu hệ thống trang thiết bị chuyên dụng gồm:

  • Phòng học chuyên môn hóa/xưởng thực hành trang bị điện.
  • Bàn giá thực tập, Panel mạch trang bị điện công nghiệp.
  • Thiết bị động lực và điều khiển: Động cơ điện 3 pha rôto lồng sóc, Contactor, Rơ le thời gian, Rơ le nhiệt, Rơ le trung gian, Rơ le tốc độ, Aptomat (CB), Nút ấn, Cầu dao, Biến áp phân phối, Biến áp 3 pha.
  • Mô hình mô phỏng bảo vệ rơle, mô hình tháo lắp đấu dây biến áp.
  • Bộ dụng cụ cơ khí và điện cầm tay (kìm, tua vít, đồng hồ đo vạn năng).

Phương pháp kiểm tra và đánh giá kết quả (Assessment methods)

Quy trình đánh giá kết quả học tập tuân thủ cơ chế đa thành phần:

  1. Kiểm tra thường xuyên: 02 điểm kiểm tra do giảng viên thực hiện bất kỳ trong quá trình học (hỏi miệng vấn đáp trong giờ học, kiểm tra viết $\le 30$ phút hoặc chấm điểm thao tác thực hành).
  2. Kiểm tra định kỳ: Gồm 05 bài kiểm tra:
    • Bài 1 (Lý thuyết): Nội dung Bài 1, thời gian 45–60 phút.
    • Bài 2 (Lý thuyết): Nội dung Bài 2, thời gian 45–60 phút.
    • Bài 3 (Thực hành): Nội dung lắp đặt mạch Bài 3, thời gian 60 phút.
    • Bài 4 (Thực hành): Nội dung đấu dây vận hành mạch Bài 3, thời gian 60 phút.
    • Bài 5 (Thực hành): Nội dung sửa chữa, xử lý sự cố mạch Bài 3, thời gian 60 phút.
  3. Thi kết thúc mô đun: Hình thức bài thi tích hợp giữa lý thuyết và thực hành, thời gian làm bài từ 90 đến 120 phút.

Hướng dẫn tự học (Self-study guidelines)

Người học chủ động nghiên cứu trước nội dung lý thuyết trong giáo trình trước mỗi buổi học; hoàn thành hệ thống câu hỏi củng cố trắc nghiệm sau mỗi bài; thực hiện nghiêm ngặt các quy định về an toàn điện và vệ sinh công nghiệp tại xưởng thực hành.


Điểm nổi bật và cập nhật

  • Cơ sở pháp lý và chuẩn hóa nội dung: Giáo trình được biên soạn và thẩm định chính thức theo Quyết định số 205/QĐ-CĐDK ngày 01/03/2022 của Trường Cao đẳng Dầu khí, đảm bảo khung kiến thức bám sát danh mục mô đun nghề Điện công nghiệp và Lắp đặt thiết bị điện.
  • Tích hợp các phần tử điều khiển hiện đại: Bên cạnh khí cụ đóng cắt cơ điện truyền thống, tài liệu cập nhật chi tiết các thiết bị đóng cắt không tiếp điểm như cảm biến quang, cảm biến tiệm cận, cảm biến từ trường, linh kiện bán dẫn Transistor NPN/PNP và rơ le bảo vệ điện áp 3 pha kỹ thuật số chuyên dụng (như dòng Omron K8AK-VS).
  • Mô hình hóa ứng dụng công nghiệp thực tế: Cung cấp sơ đồ mạch hoàn chỉnh gắn liền với cơ cấu máy sản xuất công nghiệp:
    • Máy gia công cắt gọt kim loại: máy tiện, máy phay giường (khống chế tuần tự trục chính và ăn dao), máy bào giường, máy khoan (hãm ngược bằng rơ le tốc độ, khống chế lực kẹp bằng rơ le dòng điện).
    • Thiết bị nâng hạ và vận chuyển: Pa lăng điện, cầu trục, cần cẩu (khống chế phụ tải nâng bằng rơ le dòng), dây chuyền băng tải cấp liệu tuần tự dùng cơ chế bắc cầu và rơ le thời gian.
    • Thiết bị điện từ: Cơ cấu nâng hạ bằng nam châm điện, bàn từ máy mài và bộ ly hợp điện từ.
  • Tính kế thừa học thuật: Nội dung giáo trình được tổng hợp và đối chiếu từ các tài liệu tham khảo chuyên ngành:
    • Trang bị điện – điện tử máy gia công kim loại (Vũ Quang Hồi, NXB Giáo dục, 1996).
    • Trang bị điện – điện tử công nghiệp (Vũ Quang Hồi, NXB Giáo dục, 2000).
    • Trang bị điện – điện tử tự động hóa cầu trục và cần trục (Bùi Quốc Khánh, Hoàng Xuân Bình, NXB KHKT, 2006).
    • Truyền động điện (Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Thị Hiền, Nguyễn Văn Liễn, NXB KHKT, 2006).
    • Giáo trình chuyên ngành điện tập 1, 2, 3, 4 (Nguyễn Đức Lợi, NXB Thống kê, 2001).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và hệ đào tạo:
    • Học sinh, sinh viên theo học trình độ Trung cấp nghề và Cao đẳng nghề thuộc ngành/nghề Lắp đặt thiết bị điện, Điện công nghiệp.
    • Phù hợp giảng dạy tại các trường cao đẳng, trung cấp kỹ thuật công nghệ và các trung tâm đào tạo nghề dầu khí.
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites):
    Trước khi tiếp cận mô đun này, người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở và thực hành:
    1. An toàn vệ sinh lao động / An toàn điện (SAEN52001, ELET5201).
    2. Mạch điện cơ bản và Mạch điện (ELEI52033, ELEI53132).
    3. Vẽ điện chuyên ngành (ELEC52166).
    4. Khí cụ điện (ELEI53117).
    5. Đo lường điện (ELEI53115).
    6. Thực tập điện cơ bản 1 (ELEI53150).
  • Mục đích sử dụng của giảng viên: Làm tài liệu căn cứ để xây dựng chương trình chi tiết, thiết kế giáo án bài giảng lý thuyết, giáo án tích hợp, thiết lập tiêu chí chấm điểm phiếu thực hành và biên soạn ngân hàng đề kiểm tra định kỳ, đề thi kết thúc mô đun.
  • Tự học và tham khảo: Kỹ thuật viên bảo trì hệ thống điện công nghiệp, thợ vận hành máy tại nhà máy xí nghiệp sử dụng làm tài liệu tra cứu sơ đồ nguyên lý mạch khống chế và nguyên tắc bảo vệ liên động cơ - điện.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn phục vụ trực tiếp cho học sinh, sinh viên trình độ Trung cấp nghề và Cao đẳng nghề thuộc nghề Lắp đặt thiết bị điện và Điện công nghiệp tại Trường Cao đẳng Dầu khí cũng như các cơ sở giáo dục nghề nghiệp đào tạo khối ngành kỹ thuật điện.

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

Người học cần tích lũy khối kiến thức kỹ thuật cơ sở bao gồm: an toàn điện, lý thuyết mạch điện (một chiều và xoay chiều), phương pháp đo lường các đại lượng điện ($U, I, P, Q$), kỹ năng đọc bản vẽ sơ đồ điện chuyên ngành và cấu tạo cơ bản của các khí cụ điện đóng cắt.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu lý thuyết thuần túy là gì?

Tài liệu được cấu trúc theo mô hình đào tạo mô đun tích hợp, dành phần lớn thời lượng (87/120 giờ, chiếm 72,5%) cho nội dung thực hành lắp ráp, đấu dây và sửa chữa thực tế tại Bài 3. Hệ thống sơ đồ mạch phản ánh chính xác cấu trúc vận hành của các máy sản xuất công nghiệp thực tế như máy cắt gọt kim loại, băng tải và cầu trục.

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

Người học cần kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết sơ đồ nguyên lý trước khi đến lớp, đối chiếu trực tiếp ký hiệu bản vẽ với thiết bị thực tế trên bảng panel, tuân thủ các bước đấu dây mạch điều khiển trước - mạch động lực sau, và hoàn thành đầy đủ hệ thống câu hỏi củng cố trắc nghiệm sau mỗi bài học.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?

Kèm theo giáo trình là hệ thống câu hỏi trắc nghiệm kiểm tra sau mỗi bài, hệ thống phiếu hướng dẫn thực hành kỹ năng, biểu mẫu đánh giá thực hành và danh mục 5 tài liệu tham khảo chuyên ngành của các tác giả Vũ Quang Hồi, Bùi Quốc Khánh, Hoàng Xuân Bình, Nguyễn Văn Liễn và Nguyễn Đức Lợi.


Kết luận

Giáo trình mô đun Trang bị điện 1 (ELET55157) của Trường Cao đẳng Dầu khí cung cấp đầy đủ cấu trúc lý thuyết và kỹ năng thực hành về khí cụ điều khiển, khí cụ bảo vệ cùng các phương pháp tự động khống chế truyền động điện công nghiệp.

Lộ trình học tập đề xuất cho người học gồm 3 giai đoạn:

  1. Nắm vững đặc điểm, yêu cầu hệ thống trang bị điện công nghiệp (Bài 1).
  2. Hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý làm việc và thông số định mức của các khí cụ điều khiển, rơ le chuyên dụng và cảm biến (Bài 2).
  3. Đọc bản vẽ, thực hành đấu nối, vận hành và xử lý sự cố các mạch mở máy trực tiếp, gián tiếp, mạch khóa liên động và mạch giới hạn hành trình (Bài 3).

Để hoàn thiện khối kiến thức chuyên môn nghề, người học tiếp tục tham khảo danh mục sách chuyên khảo về máy gia công kim loại, tự động hóa cầu trục và hệ thống truyền động điện được trích dẫn trong tài liệu.