Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm chuyên dùng mô phỏng quá trình hoạt động của bộ biến tần phục vụ công tác đào tạo tại Trường Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VIỆT - ĐỨC




TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CHUYÊN DÙNG MÔ PHỎNG QUÁ
TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ BIẾN TẦN PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO
TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VIỆT ĐỨC

Thực hiện theo hợp đồng số: 136.12 RD/HĐ-KHCN ngày 29 tháng 03 năm
2012, giữa Bộ Công Thương và Trường Cao đẳng Công nghiệp Việt - Đức

Người chủ trì thực hiện nhiệm vụ: Thạc sĩ Vũ Xuân vượng

Danh sách các thành viên tham gia:
1. Ông Vũ Xuân Vượng Hiệu trưởng – Chủ nhiệm đề tài
2. Ông Nguyễn Đức Sinh Phó hiệu trưởng – Phó chủ nhiệm đề tài
3. Ông Trần Minh Đức Phó trưởng phòng Đào tạo Ủy viên thư ký
4. Ông Nguyễn Ngọc Đương Trưởng phòng QL&ĐBCL Ủy viên
5. Ông Phạm Văn Phúc Trưởng khoa Điện – ĐT Ủy viên
6. Bà Hoàng Thị Minh Phó trưởng khoa Điện – ĐT Ủy viên
7. Ông Nguyễn Văn Thảo Giảng viên khoa Điệ
n – ĐT Ủy viên
8. Bà Vũ Thị Ngoan Giảng viên khoa Điện – ĐT Ủy viên
9. Ông Trần Mạnh Hiếu Giảng viên khoa Điện – ĐT Ủy viên
10. Bà Lê Thị Ngấn Giảng viên khoa Điện – ĐT Ủy viên

Đơn vị chủ trì thực hiện đề tài Chủ nhiệm đề tài
(Ký tên, ghi rõ họ tên) (Ký tên, ghi rõ họ tên)











THÁI NGUYÊN-2012




1

LỜI NÓI ĐẦU
Nâng cao chất lượng đào tạo là mục tiêu hàng đầu của ngành giáo dục. Nâng cao
chất lượng bằng việc đổi mới phương pháp dạy học là biện pháp có hiệu quả cao vì đó
là con đường cho việc tổ chức quá trình học tập của học sinh-sinh viên. Hiện nay trước
sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin và truyền thông; dạy học cần phải ứng
dụng công nghệ thông tin và truy
ền thông để hỗ trợ cho việc đổi mới phương pháp qua
đó nâng cao chất lượng đào tạo.
Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy góp phần tích cực trong hoạt

động đổi mới phương pháp dạy học, tạo sự hứng thú học tập cho học sinh-sinh viên và
mang lại hiệu quả thiết thực (tiết kiệm chi phí, tạo lập môi trường học tập phong phú đa
dạng). Việc
ứng dụng các phần mềm hỗ trợ cho việc dạy và học thông qua việc xây
dựng mô hình để mô phỏng cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách thức điều chỉnh và vận
hành máy móc, thiết bị cũng không ngoài ý nghĩa trên.
Đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm chuyên dùng mô phỏng quá trình
hoạt động của bộ biến tần phục vụ công tác đào tạo tại trường Cao đẳng Công
nghiệp Việt
Đức” do trường Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức thực hiện không chỉ góp
phần cho việc đổi mới phương pháp giảng dạy nâng cao chất lượng đào tạo tại trường
mà còn có thể ứng dụng tại các trường Cao đẳng Công nghiệp khác.
Sự thành công của đề tài không thể tách rời sự tạo điều kiện, giúp đỡ, hợp tác của
các tổ chức, cá nhân. Nhân dịp này Ban chủ nhiệm đề tài xin chân thành c
ảm ơn: Vụ
Khoa học Công nghệ (Bộ Công Thương) các nhà quản lý, các thầy (cô) giáo, các
chuyên gia trong lĩnh vực đào tạo đã tạo điều kiện, tư vấn, giúp đỡ chúng tôi hoàn thành
đề tài này.
Đề tài được thực hiện trong một thời gian ngắn nên chắc chắn không tránh khỏi
thiếu sót. Ban chủ nhiệm đề tài rất mong nhận được ý kiến góp ý để đề tài được hoàn
thiện hơn.

2
MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2
KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT 4
TÓM TẮT ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 5

Mục tiêu của đề tài: 5
Giới hạn của đề tài: 5
Nhiệm vụ nghiên cứu: 5
Phương pháp nghiên cứu: 5
Chương 1 6
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC ÁP DỤNG CÁC PHẦN MỀM
MÔ PHỎNG VÀO GIẢNG DẠY 6

1. Cơ sở lý luận 6
1.1 Tổng quan về các phương pháp dạy học tích cực 6
1.2 Phương pháp mô phỏng trong dạy học 8
2. Thực trạng của việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng trong dạy học13
2.1 Trên thế giới 13
2.2 Tại Việt Nam 14
Chương 2 16
XÂY DỰNG MÔ HÌNH DÀN TRẢI, MÔ PHỎNG BỘ BIẾN TẦN 16
1. Các yếu tố xây dựng mô hình dàn trải, mô phỏng quá trình hoạt động của bộ
biến tần phục vụ công tác đào tạo tại trường CĐCN Việt Đức 16

1.1. Chương trình đào tạo : 16
1.2. Đội ngũ giáo viên 16
1.3 Điều kiện cơ sở vật chất 17
1.4 Trình độ học sinh-sinh viên 19
2. Nguyên tắc xây dựng mô phỏng quá trình hoạt động của bộ biến tần 19
2.1 Phù hợp với mục tiêu, nội dung học phần/môn học/mô đun 19
2.2 Tính khả thi 19
2.3 Tính hiệu quả 20
3. Công cụ, phương tiện xây dựng mô phỏng quá trình hoạt động của bộ biến tần
20

3.1 Giới thiệu và lựa chọn biến tần, động cơ 20
3.2 Khảo sát và lựa chọn phần mềm chuyên dùng để mô phỏng 33
3.3 Lựa chọn phần cứng 39
4. Xây dựng mô phỏng quá trình hoạt động và mô hình dàn trải bộ biến tần phục
vụ đào tạo tại trường CĐCN Việt Đức 40

4.1. Tìm hiểu cấu trúc của bộ biến tần 40

3
4.2 Hướng dẫn cài đặt phần mềm PSIM 40
4.3. Vẽ và mô phỏng hoạt động của bộ biến tần 42
5. Xây dựng bài giảng có mô phỏng quá trình hoạt động, mô hình dàn trải của bộ
biến tần phục vụ đào tạo 66

5.1 Các bài giảng theo phương pháp truyền thống (không sử dụng mô phỏng) 66
5.2 Phương pháp xây dựng bài giảng có sử dụng mô phỏng, mô hình dàn trải 66
5.3 Xây dựng bài giảng có sử dụng mô phỏng quá trình hoạt động, mô hình dàn trải
phục vụ đào tạo 67

6. Thiết kế mô hình dàn trải bộ biến tần 67
6.1.Thiết kế lắp ráp mô hình dàn trải bộ biến tần 67
6.2 Vận hành chạy thử 73
Chương 3 78
THỰC NGHIỆM ĐỀ TÀI TẠI TRƯỜNG CĐCN VIỆT ĐỨC 78
1. Triển khai thực nghiệm 78
1.1. Mục đích, đối tượng thử nghiệm 78
1.2. Nội dung và tiến trình thử nghiệm 78
1.3. Kết quả thử nghiệm 79
2 Thực hiện lấy ý kiến chuyên gia 80
2.1 Mục đích 80

2.2 Đối tượng lấy ý kiến 80
2.3 Nội dung và phương pháp tiến hành 80
2.4 Phân tích, đánh giá kết quả lấy ý kiến chuyên gia 80
KẾT LUẬN 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 83
PHỤ LỤC 84



4
KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

- CĐCN : Cao đẳng công nghiệp
- CN : Công nghiệp
- CNTT : Công nghệ thông tin
- ĐHCN : Đại học công nghiệp
- ĐTLK : Đào tạo liên kết
- GDĐT : Giáo dục đào tạo
- GV : Giáo viên
- HS-SV : Học sinh-sinh viên
- MH : Mô hình
- PPDH : Phương pháp dạy học
- PPNC : Phương pháp nghiên cứu
- QTDH : Quá trình dạy học
- TCN : Trung cấp nghề
- CĐN : Cao đẳng nghề


5
TÓM TẮT ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Mục tiêu của đề tài:
Thông qua việc nghiên cứu lý luận, tìm hiểu và khảo sát thông tin về biến tần và
động cơ ba pha không đồng bộ. Đề tài thực hiện thiết kế mô hình dàn trải của bộ biến
tần và sử dụng một số phần mềm chuyên dùng để thiết kế mô phỏng quá trình hoạt
động của bộ biến tần điều khi
ển tốc độ động cơ ba pha không đồng bộ áp dụng vào đào
tạo tại trường Cao Đẳng Công Nghiệp Việt Đức.Việc có mô hình dàn trải và mô phỏng
bộ biến tần sẽ giúp cho quá trình dạy và học của giảng viên, sinh viên đạt kết quả cao
hơn đáp ứng mục tiêu của nhà trường là nâng cao chất lượng đào tạo

Giới hạn của đề tài:
Đề tài chỉ giới hạn nghiên c
ứu, thiết kế mô hình dàn trải của bộ biến tần ứng dụng
biến tần trong điều khiển tốc độ động cơ. Sử dụng phần mềm chuyên dùng để mô
phỏng quá trình hoạt động của bộ biến tần. Sản phẩm của đề tài làm phương tiện cho
giảng dạy sinh viên chuyên nghành Điện (gồm các trình độ đào tạo: Cao đẳng chuyên
nghiệp, trung cấp chuyên nghiệ
p, cao đẳng nghề, trung cấp nghề) và được thực nghiệm
tại trường Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức.

Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Nghiên cứu lý luận về các phương pháp dạy học tích cực, trong đó chú trọng tới
phương pháp sử dụng mô hình mô phỏng trong dạy-học, lý luận về việc ứng dụng
CNTT và truyền thông vào dạy học.
- Nghiên cứu về các loại biến tần thông dụng trên th
ị trường
- Phân tích đặc điểm công dụng của một số phần mềm chuyên dùng để mô phỏng
(MATLAB/SIMULINK, TINA, PSPICE, LabVIEW, PSIM…)
- Nghiên cứu chương trình đào tạo ngành Điện (các bậc đào tạo: TCN, CĐN, TCCN,

Cao đẳng chuyên nghiệp) tại trường Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức: các học phần,
môn học, mô đun có nội dung về bộ biến tần.
- Xây dựng phương án thiế
t kế (panen, mô hình, sơ đồ dàn trải ) chế tạo, lắp ráp.
- Áp dụng kết quả nghiên cứu vào giảng dạy tại trường CĐCN Việt Đức.

Phương pháp nghiên cứu:
- Nhóm các phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu tài liệu, tra cứu văn bản
nhằm xây dựng cơ sở lý luận cho đề tài:
+ Nghiên cứu lý luận về các phương pháp dạy học tích cực, trong đó chú trọng tới
phương pháp sử dụng mô hình trong d
ạy-học.
+ Phân tích đặc điểm, công dụng và lựa chọn phần mềm phù hợp để xây dựng mô
hình mô phỏng bộ biến tần
+ Nghiên cứu chương trình đào tạo để lựa chọn bậc đào tạo, ngành nghề, môn học,
bài giảng có thể sử dụng mô hình dàn trải, mô hình mô phỏng. Lựa chọn loại biến tần
để xây dựng mô hình dàn trải.
- Nhóm các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Quan sát, khảo sát, th
ực nghiệm
nội dung cụ thể như sau:
+ Khảo sát, thu thập thông tin về nhu cầu và các yêu cầu xây dựng mô hình dàn
trải và mô hình mô phỏng bộ biến tần phục vụ công tác đào tạo tại các trường CĐCN.
+ Thực nghiệm kết quả nghiên cứu vào giảng dạy tại trường CĐCN Việt Đức và
lấy ý kiến chuyên gia…

6
Chương 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC ÁP DỤNG CÁC PHẦN MỀM
MÔ PHỎNG VÀO GIẢNG DẠY
1. Cơ sở lý luận

1.1 Tổng quan về các phương pháp dạy học tích cực
1.1.1 Quá trình dạy học
Dạy học là hoạt động đặc trưng, chủ yếu của nhà trường. Dạy học diễn ra theo một
quá trình nhất định, được gọi là quá trình dạy học (QTDH). Đ
ó là một quá trình xã hội
bao gồm hoạt động dạy và hoạt động học, trong đó học sinh, sinh viên tự giác, tích cực,
chủ động, tự tổ chức và điều chỉnh hoạt động nhận thức của mình dưới sự điều khiển,
chỉ đạo, tổ chức, hướng dẫn của giáo viên nhằm thực hiện mục đích, nhiệm vụ dạy học.
Cho đến nay có nhi
ều quan niệm khác nhau về QTDH như: Theo lý thuyết hệ
thống, theo quan niệm điều khiển học, theo thuyết angôrít, theo quan điểm dạy học lấy
HS-SV làm trung tâm.
1.1.1.1. Nhiệm vụ của dạy học
Nhiệm vụ cơ bản của quá trình dạy học trong các trường chuyên nghiệp là dạy nghề
và dạy người. Cụ thể gồm các nội dung sau:
- Nhiệm vụ giáo dưỡng: Làm cho HS-SV nắm vững hệ thố
ng tri thức văn hóa, khoa
học kỹ thuật và công nghệ, tri thức về chuyên môn, nghiệp vụ, hình thành các kỹ năng,
kỹ xảo lao động nghề nghiệp (dạy nghề)
- Nhiệm vụ phát triển trí tuệ: Phát triển ở HS-SV năng lực hoạt động trí tuệ, những
kỹ năng và thói quen tổ chức hoạt động của cá nhân (dạy phương pháp)
- Nhiệm vụ giáo dục các phẩm chất nhân cách: Hình thành ở HS-SV những cơ
sở
thế giới quan khoa học, lý tưởng cách mạng và những phẩm chất đạo đức của người lao
động mới (còn gọi là nhiệm vụ dạy người)
1.1.1.2. Các nguyên tắc dạy học:
Nguyên tắc thống nhất biện chứng giữa tính khoa học và tính giáo dục trong dạy
học
Nguyên tắc thống nhất biện chứng giữa lý luận và thực tiễn
Nguyên tắc thống nhất biện ch

ứng giữa hoạt động dạy và hoạt động học
Nguyên tắc thống nhất biện chứng giữa cái cụ thể và cái trừu tượng
Nguyên tắc phát huy tính tích cực, độc lập và sáng tạo của HS-SV
Nguyên tắc đảm bảo tính vững chắc
Nguyên tắc tính vừa sức

1.1.2 Các phương pháp dạy học
Phương pháp dạy học là một trong những thành tố quan trọng nhất của quá trình
dạ
y học, luôn luôn là trung tâm chú ý của các nhà giáo dục và lý luận dạy học. Nó phụ
thuộc rất nhiều vào khả năng của GV và điều kiện dạy học cụ thể.
Có rất nhiều cách khác nhau về phân loại phương pháp dạy học, dưới đây là một
số cách phân loại phương pháp dạy học:
- Hệ thống các PPDH phân loại theo nguồn kiến thức và địa điểm tri giác thông tin
(S.I.Petrovski, F.Ia.Golan), gồm: dùng lời, trực quan, thự
c hành.
- Hệ thống các PPDH phân loại theo các nhiệm vụ lý luận dạy học cơ bản
(M.A.Danilov; B.P.Esipov), gồm: truyền thụ kiến thức, hình thành kỹ năng kỹ xảo, ứng
dụng tri thức, hoạt động sáng tạo, củng cố, kiểm tra.
- Hệ thống các PPDH phân loại theo đặc điểm hoạt động nhận thức của HS-SV
(M.N.Scatkin; I.Ia.Lecne), gồm: giải thích, minh họa, tái hiện, giới thiệu vấn đề, tìm
ki
ếm từng phần, nghiên cứu.

7
- Hệ thống các PPDH thông báo và thu nhận, giải thích và tái hiện, thiết kế thực
hành và tái hiện thực hành, giải thích, kích thích và tìm kiếm từng phần
(M.I.Macmutov),v.v )

Vấn đề lựa chọn PPDH

Ưu nhược điểm của các PPDH: Như ở phần trên đã trình bày, phương pháp bao
giờ cũng được xây dựng trên cơ sở của những đối tượng cụ thể, từ đó nhằm đạt được
những m
ục đích nhất định hay nói cách khác với từng đối tượng khác nhau ta có những
phương pháp khác nhau. Không có PPDH nào là tối ưu là thống trị trong suốt quá trình
dạy học mà mỗi phương pháp dạy học đều có ưu điểm và nhược điểm riêng:

* PPDH dùng lời:

- Ưu điểm: +Truyền thụ lượng thông tin lớn trong thời gian ngắn
+ Phát triển tư duy trừu tượng.
- Nhược điểm: + Lĩnh hội khó
+ Không phát triển được kinh nghiệm của học sinh, sinh viên
* PPDH trực quan:

- Ưu điểm: + Nâng cao hiệu quả dạy học nhờ có biểu tượng rõ ràng
+ Phát triển tư duy trực quan hình tượng, trí nhớ
- Nhược điểm: + Giáo viên cần nhiều thời gian để chuẩn bị bài học
+ Phát triển tư duy trừu tượng kém
* PPDH thực hành:

- Ưu điểm: + Hình thành kỹ năng, kỹ xảo lao động
+ Củng cố mối liên hệ lý thuyết và thực tiễn
+ Hiệu suất hứng thú, nhớ lâu
- Nhược điểm: + Cần nhiều thời gian để chuẩn bị bài học, cần thiết bị, vật tư
+ Mất nhiều thời gian trên lớp
* PPDH tái hiện:

- Ưu điểm: + Truyền đạt thông tin nhanh và có hệ thống, củng cố trí nhớ
+ Hình thành kĩ năng kĩ xão

- Nhược điểm: +Tính độc lập tư duy kém
* PPDH chương trình hóa:

- Ưu điểm: + Cá nhân hóa việc lĩnh hội kiến thức
+ Kiểm tra thường xuyên quá trình lĩnh hội
+ Điều khiển hợp lý và nhanh chóng quá trình lĩnh hội
- Nhược điểm:+ Thời gian cần nhiều hơn so với phương pháp giảng giải minh họa
+ Hạn chế tính giáo dục của bài học
+ Hạn chế việc phát triển tư duy độc lập kỹ năng tìm tòi nghiên cứu
* PPDH nêu vấ
n đề:
- Ưu điểm: + Phát triển kỹ năng hoạt động nhận thức sáng tạo, kỹ năng nắm kiến
thức độc lập
+ Có thể sử dụng khi kiến thức không hoàn toàn mới và phát triển một
cách lô gic những cái đã biết.
+ Có thể sử dụng khi học sinh nắm được nội dung bằng hoạt động độc
lập
- Nhược điểm: + Cần nhiề
u thời gian, không dùng được khi rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo
thực hành
+ Khi tài liệu khó quá, không thể độc lập nghiên cứu được.


8
* Làm việc độc lập của HS-SV:
- Ưu điểm: + Hình thành năng lực làm việc độc lập
+ Biến kiến thức thành niềm tin
+ Rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo thực hành
+ Phát triển ý trí
- Nhược điểm: + Phải tính đến sự hướng dẫn của giáo viên trước những vấn đề phức tạp

+ Tốc độ dạy học chậm

1.2 Phương pháp mô phỏng trong dạy học
Trong quá trình dạy học, vi
ệc sử dụng các phương tiện trực quan chính là tái tạo ra
quá trình nhận thức cảm tính nảy sinh do kết quả của các tác động trực tiếp của sự vật
hiện tượng lên các giác quan của con người giúp người học quan sát và thu nhận thông
tin về những mặt, những thuộc tính, những mối liên hệ của sự vật.
Việc lựa chọn phương pháp dạy học nhằm đạt được hiệu quả
trong giảng dạy luôn
đòi hỏi người giáo viên phải dày công nghiên cứu trên những cơ sở khoa học cũng như
những phân tích cụ thể của bài học, đối tượng tiếp thu, điều kiện cơ sở vật chất (điều
kiện chủ quan và điều kiện khách quan của quá trình dạy học) trong mối quan hệ biện
chứng giữa chúng với nhau:
- Mục tiêu, nhiệm vụ và nội dung c
ủa bài học
- Khả năng của các phương pháp dạy học cụ thể
- Đặc điểm người học
- Năng lực của giáo viên
- Tình hình trang thiết bị dạy học
- Thời gian

1.2.1 Mô phỏng và phương pháp dạy học mô phỏng
Mô phỏng (Simulation)

Mô phỏng có thể hiểu là Quá trình thực nghiệm quan sát được và điều khiển được
từ đó cho những kết quả thông qua mô hình củ
a đối tượng khảo sát.
Mô phỏng được bắt đầu từ việc chú ý các quy tắc, quan hệ và quá trình phát triển
của đối tượng nghiên cứu cùng với sự thay đổi của chúng. Các quan hệ này của đối

tượng có thể tạo ra các tình huống mới, thậm chí các quy luật mới, được phát hiện trong
quá trình mô phỏng. Trong khoa học và công nghệ, mô phỏng là con đường nghiên cứu
thứ ba, song song với nghiên cứu lý thuyết thuần tuý và nghiên cứu thực nghiệm trên
đối tượng thực. Nó được sử dụng khi không thể, không cần hay không nên thực nghiệm
trên đối tượng thực.
Phương pháp mô phỏng trong dạy học là phương pháp nhận thức thế giới thực
thông qua nghiên cứu mô hình của đối tượng mà ta quan tâm, đây là phương pháp dạy
học có hiệu quả cao về nhiều mặt như trực quan, sinh động, gây hứng thú học tập và
nghiên cứu, phát huy tư duy sáng tạo…







Sơ đồ quá trình mô phỏng
Đối tượng
nghiên cứu
Kết quả
Mô hình
(3)
(2) (1)

9

Phương pháp mô phỏng tiến hành theo ba bước:
(1) Mô hình hoá: Từ mục đích nghiên cứu, cần xác định, lựa chọn một số tính chất và
mối quan hệ chính của đối tượng nghiên cứu đồng thời loại bỏ những tính chất và mối
quan hệ thứ yếu để xây dựng mô hình.

(2) Nghiên cứu mô hình (tính toán thực nghiệm…) để rút ra những hệ quả lý thuyết,
kết luận về đối tượng nghiên c
ứu.
(3) Đối chiếu kết quả thu được trên mô hình với kết quả thực tiễn đồng thời xét tính
hợp thức của mô hình. Trong trường hợp kết quả không phù hợp với thực tiễn phải chọn
lại mô hình.

1.2.2 Mô hình và phương tiện trong dạy học mô phỏng
Mô hình (Model)
Khái niệm: " Mô hình là một thể hiện bằng thực thể hay bằng khái niệm một số
thuộc tính và quan hệ
đặc trưng của một đối tượng nào đó (gọi là đối tượng được mô
hình hoá hay nguyên hình) với mục đích nhận thức, làm đối tượng quan sát thay cho
nguyên hình hoặc làm đối tượng nghiên cứu về nguyên hình”

Phân loại:

Sơ đồ phân loại mô hình theo tính chất của mô hình

Phương tiện trong dạy học mô phỏng
- Khái niệm phương tiện
Phương tiện được hiểu là một người hoặ
c một vật trung gian hay một công cụ
trung gian để thực hiện giao tiếp. Người gửi thông tin cần sử dụng một phương tiện để
MH khái niệm
Mô hình (MH)
MH
trích
mẫu
MH

hình
học
MH
động
hình
h
ọ
c
MH
động
lực
h
ọ
c
MH vật lý
MH
cấu
trúc
MH hệ
thức
MH
tương
tự
MH
đồng
dạng

10
truyền tải thông tin, còn người nhận cũng phải sử dụng phương tiện để nhận và hiểu
được thông tin từ người gửi.

- Vai trò phương tiện
Trong các mô hình mới về dạy và học, phương tiện dạy học chiếm một vị trí khá
quan trọng. Trong mô hình lý luận dạy học theo lý thuyết học tập (Lerntheoretische
Didaktik) của Heimann và Schulz (Didaktik der beruflichen Aus – und Wieterbildung.
WS2000. Hanno Host, Merkblatter) ta có:


















Mô hình dạy học theo Heiman

Trong mô hình dạy học của Frank Wolfgang Ihber, Vorlesung: Bildungstechnologie.
WS2000 ta có:

Mô hình dạy học theo Frank

Dự định Chủ đề






Phương pháp Phương tiện
Điều kiện con người
Điều kiện văn hoá – xã hội
Phương pháp
Nội dung

Cấu trúc tâm l
ý
Mục tiêu
Phương tiện
Cấu trúc xã hội
Dạy & học
Ở đâu?
Bằng gì?
Cho ai?
Để làm gì?
N
hư th
ế
nào?
Cái gì?

11
Như vậy có thể nói vai trò của phương tiện dạy học là sự trợ giúp người giáo viên
trong việc giới thiệu kiến thức, trong việc điều khiển hoạt động học tập của học viên,
được thể hiện trong hình vẽ:

Vai trò của phương tiện dạy học trong tam giác quan hệ

Chức năng phương ti
ện

- Truyền đạt nội dung học tập
Cách truyền đạt nội dung học tập sơ khai nhất là sử dụng các đối tượng thực, ví
dụ như cây cối, hay việc thao tác mẫu, như trong các giờ học rèn luyện kỹ năng kỹ xảo:
Giáo viên làm trước, học viên làm theo. Tuy nhiên nhiều lý do mà không thể, không
cần hay không nên đưa các đối tượng thực vào giờ học, khi đó người ta phải sử dụng
đế
n các phương tiện dạy học như tranh ảnh, chữ viết miêu tả, băng từ hay phim ảnh…
Phương tiện dạy học sử dụng trong các trường hợp này càng gần, giống như vật thật
càng tốt, nó có thể là hình ảnh thu nhỏ của vật ấy hay những mô tả chi tiết bằng ngôn
ngữ. Chẳng hạn, khi dạy về một loại máy ngoài việc sử dụng sơ đồ cấ
u tạo bên trong ta
cũng phải chú ý đến tranh ảnh mô tả hình dáng bên ngoài hay các chi tiết của máy.
- Điều khiển giờ học
Sự giới thiệu nội dung học tập thuần tuý, ví dụ như những nội dung được trình bày
trong một cuốn từ điển, không thể coi là một giờ học. Vì thế ngoài việc giới thiệu nội
dung thì phương tiện dạy học còn có nhiệm vụ điều khiể
n. Người giáo viên cần chiếm

được sự chú ý của học viên và hướng sự chú ý đó đến trọng tâm bài giảng, để cho việc
học tập đạt được mục đích đề ra.
Phương tiện dạy học phục vụ cho bài giảng trực quan, tạo hứng thú học tập cho học
viên, làm cho nội dung trở nên sống động. Phương tiện dạy học tác động lên nhiều giác
quan, tạo sự tập trung và s
ẵn sàng học cái mới của học viên, thúc đẩy động cơ học tập.
Rất nhiều công việc mà giáo viên tự mình không thể làm được nếu không có phương
tiện.
Phương tiện cũng có thể tác dụng ngược đối với quá trình dạy học nếu như việc sử
dụng chúng không hợp lý, đơn điệu hoặc quá nhiều

Nội dung học
Học
Học viên
Giới thiệu
Giáo viên
Điều khiển
Phương tiện dạy học


12
Nguyên tắc sử dụng phương tiện trong dạy học
- Nguyên tắc đơn giản
Quá trình đơn giản hoá một mệnh đề khoa học là một quá trình chuyển hoá một
mệnh đề phức tạp, mô tả nhiều đặc điểm đặc biệt của sự vật hiện tượng thành mệnh đề
khái quát, mô tả những đặc điểm chung nhất của các sự vật hiện tượng mà v
ẫn giữ
nguyên tính đúng đắn về khoa học. Quá trình đơn giản hoá có thể tiến hành bằng cách:
+ Loại bỏ những thành phần thứ yếu trong mệnh đề.
+ Thay thế những đặc điểm riêng bằng một khái niệm ngoại diên.

- Nguyên tắc trực quan
Đối tượng nghiên cứu của khoa học kỹ thuật là các vật phẩm kỹ thuật, các quá trình
kỹ thuật và các thao tác kỹ thuật. Với đối tượng nghiên c
ứu như vậy, nội dung môn học
kỹ thuật vừa mang tính cụ thể, vừa mang tính trừu tượng: tính cụ thể thể hiện ở nội
dung của nó nghiên cứu các vật phẩm kỹ thuật và thao tác kỹ thuật cụ thể; tính trừu
tượng được phản ánh trong hệ thống các khái niệm kỹ thuật, các nguyên lý và quá trình
kỹ thuật mà học sinh không trực tiếp tri giác, cảm giác được. Do đó, trong dạy học k
ỹ
thuật, nguyên tắc đảm bảo sự thống nhất giữa cái cụ thể và cái trừu tượng là rất quan
trọng.
Trực quan là một tính chất của các hình ảnh chủ quan. Các quá trình kỹ thuật diễn ra
quanh ta rất phong phú, đa dạng. Để học sinh hiểu rõ các quá trình này, người ta phải
tìm cách trực quan hoá chúng bằng các phương tiện trực quan tĩnh và trực quan động.

1.2.3 Phương pháp mô phỏng với sự trợ giúp của máy tính (mô phỏ
ng số)

- Khái niệm:
Bản chất là xây dựng một số mô hình số đại diện cho đối tượng cần nghiên cứu sau
đó người ta tiến hành các thực nghiệm trên mô hình, kết quả nhận được trên mô hình
cần hợp thức với nguyên hình.
- Quá trình mô phỏng số: Quá trình mô phỏng số được biểu diễn như sau:

Quá trình mô phỏng số

Những bước chính củ
a quá trình mô phỏng số bao gồm:
Đối tượng cần nghiên cứu
Kết quả
Thử nghiệm và so sánh
Mô hình hóa trên máy tính
Mô hình nguyên lý

13
+ Từ mục đích nghiên cứu ta thu thập các thông tin, dữ liệu cần thiết của đối tượng
và các yếu tố tác động (môi trường), trên cơ sở đó xây dựng mô hình nguyên lý (phản
ánh bản chất của đối tượng nghiên cứu).
+ Mô hình hóa trên máy tính: tiến hành vẽ thiết kế để xây dựng mô hình trên máy
tính và lập trình/tạo hiệu ứng chạy trên máy tính (quan hệ lắp ghép, điều chỉnh…).
+ Lập kế hoạch thực nghi
ệm (số lần thử nghiệm, thời gian mô phỏng), hiệu chỉnh kế
hoạch thực nghiệm để đảm bảo độ chính xác theo yêu cầu.

+ Thử nghiệm xem mô hình có phản ánh đúng các đặc tính của đối tượng không.
Nếu cần, phải sửa chữa lại các lỗi. Sau khi thử nghiệm, nếu mô hình trên máy tính
không đạt cần phải xây dựng lại mô hình nguyên lý.
- Trong dạy học kỹ thuật, khi sử dụng các chương trình mô ph
ỏng cần cân nhắc một
số điểm sau:
+ Không thể sử dụng mô hình thay thế hoàn toàn nguyên hình. Trước hoặc sau khi sử
dụng mô hình cần có sự liên hệ với đối tượng thực. Chỉ có sự kết hợp hiệu quả giữa mô
hình - vật thực mới phát huy được kỹ năng - kỹ xảo cần thiết cho người học. Ví dụ các
cảm giác về khối lượng, kích thước, gia tốc…
+ Việc tạo và sử dụng mô hình cần có sự lựa chọn và có chủ ý (tính chủ quan), tuỳ
thuộc vào mục đích dạy học mà tạo ra những mô hình thích hợp.
+ Chú ý tính tương thích của mô hình với nguyên hình. Trong khi nghiên cứu, các
kết quả thu được trên mô hình phải có khả năng chuyển thành các kết luận về nguyên
hình. Trong quá trình dạy học, vấn đề đặt ra là các kết quả thu được trên mô hình mang
một ý nghĩa truyền đạt nội dung học tậ
p nào đó về nguyên hình.
+ Mô hình trên máy tính không phải luôn luôn đúng với thực tế do tính lý tưởng của
mô hình tương đối cao. Vì vậy phải thận trọng khi sử dụng các kết quả từ mô hình,
không tuyệt đối hoá mô hình trên máy tính.

2. Thực trạng của việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng trong dạy học
2.1 Trên thế giới
Mô phỏng số đã được nghiên cứu, triển khai tại nhiều nước trên thế gi
ới. Chắc
chắn rằng, công nghệ này sẽ được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ trong tương lai
“Cũng như đầu máy hơi nước, điện thoại và truyền hình, mô phỏng số là một kỹ thuật
bắn thẳng chúng ta tới phía trước và có thể tạo nên nhiều đổi thay trọng đại”.
Trên Internet, một số trang web đã giới thiệu các bài thí nghiệm, thực hành ảo,
theo đó bất cứ ai truy cập vào các website

đó đều thao tác được với các bài thí nghiệm,
thực hành đã được chuẩn bị sẵn. Ví dụ như:
Về lĩnh vực cơ học (Mechanics): Súng phóng (The Cannon); động năng (Kinetic
energy); ma sát, lực và các mặt nghiêng (Friction, Forces and Inclined Planes).
Về lĩnh vực nhiệt động lực học (Thermodynamics): Định lý về khí lý tưởng (Ideal
Gas Law), sự cân bằng nhiệt động lực học (thermodynamic Equilibrium), sự phân bố
vận tốc Maxwell (Maxwellia Velocity Distribution)
Về vật lý thiên văn (Astrophysics): Quang kế thiên hà (Galaxy Photometery),
định
luật Hubble và kích thước thiên hà (Galaxy Sizes and Hubble Law).
Về điện học: Định luật ôm (Ohms law). Ví dụ thí nghiệm về định luật ôm được
thể hiện bằng cách thiết lập mạch điện điều khiển một bóng đèn ảo với sự kết hợp khác
nhau giữa các cặp giá trị của hiệu điện thế và điện trở.
Những ví dụ về các bài mô phỏng, th
ực hành ảo đề cập ở trên cho phép khẳng
định vai trò quan trọng của nó trong dạy học.


14
2.2 Tại Việt Nam
2.2.1 Một số văn bản chỉ đạo, hướng dẫn
Trong những năm qua với sự hội nhập quốc tế và phát triển như vũ bão của khoa
học công nghệ, việc nghiên cứu và áp dụng các ứng dụng công nghệ thông tin được các
ngành, các cấp quan tâm và chỉ đạo thực hiện.
Bộ Giáo dục Đào tạo đã có công văn số: 9886/BGDĐT-CNTT ngày 11/11 /2008
về việc Hướ
ng dẫn thực hiện nhiệm vụ CNTT năm học 2009 – 2010. Theo công văn,
một trong những nhiệm vụ trọng tâm năm học là tiếp tục triển khai nhiệm vụ CNTT
theo Chỉ thị số 55/2008/CT-BGDĐT ngày 30/9/2008 của Bộ trưởng Bộ GDĐT về tăng
cường giảng dạy, đào tạo và ứng dụng công nghệ thông tin trong ngành giáo dục giai

đoạn 2008-2012. Cụ thể là : ’’ ứng dụng CNTT và đào tạ
o nguồn nhân lực CNTT là
công tác thường xuyên và lâu dài của ngành giáo dục, tiếp tục phát huy các kết quả đạt
được của "Năm học đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin". “ triển khai thực hiện
nhiệm vụ CNTT năm học 2009 – 2010 nhằm đẩy mạnh việc đổi mới phương pháp giảng
dạy, học tập và ứng dụng CNTT một cách thiết thực và hiệu quả trong công tác quản lý
của nhà trường và công tác đào t
ạo nguồn nhân lực về CNTT’’.
Chỉ thị số 55/2008/CT-BGDĐT ngày 30/9/2008 của Bộ trưởng Bộ GDĐT về tăng
cường giảng dạy, đào tạo và ứng dụng công nghệ thông tin trong ngành giáo dục giai
đoạn 2008-2012. Cụ thể là :
‘’ Triển khai áp dụng CNTT trong dạy và học, hỗ trợ đổi mới phương pháp
giảng dạy, tích hợp ứng dụng CNTT ngay trong mỗi môn học một cách hiệu quả và
sáng tạ
o ở những nơi có điều kiện thiết bị tin học.’’;
‘’ Khuyến khích giáo viên, giảng viên soạn bài trình chiếu, bài giảng điện tử và
giáo án trên máy tính’’.
‘’ Việc hỗ trợ đổi mới phương pháp giảng dạy bằng ứng dụng CNTT phải được
thực hiện một cách hợp lý, tránh lạm dụng, tránh bệnh hình thức chỉ ứng dụng CNTT
tại một số giờ giảng trong cuộc thi, trong khi không áp dụ
ng trong thực tế hàng ngày.’’

2.2.2 Tình hình nghiên cứu mô hình mô phỏng
Việc áp dụng mô phỏng vào trong giáo dục đào tạo đã được rất nhiều trường quan
tâm, tìm hiểu nghiên cứu và đã đạt được thành quả nhất định. Cụ thể là:
Trường Đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh đã tạo một số mô hình mô
phỏng cấu tạo, nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong.
Vụ giáo dục quố
c phòng – Bộ Giáo dục Đào tạo, đã xây dựng một số mô hình mô
phỏng về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của một số vũ khí thông thường phục vụ cho

giáo dục quốc phòng.
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã ứng dụng phần mền
MATLAB/SIMULINK, PSIM và LabVIEW… trong lĩnh vực điện tử để thiết kế mô
phỏng mạch điều khiển tự động ổ
n định các quá trình sản xuất.
Tuy nhiên qua tìm hiểu thông tin cho thấy chưa có cơ sở nào sử dụng các phần
mềm chuyên dụng mô phỏng hoàn chỉnh bộ biến tần ứng dụng vào đào tạo.

2.2.3 Kết quả khảo sát
Qua khảo sát láy ý kiến của giáo viên, cán bộ quản lý đào tạo một số trường
(ĐHCN Hà Nội, Cao đẳng CN Việt Hung, Cao đẳng CN Thái Nguyên, Cao đẳng Cơ
khí Luyện kim, Cao đẳng Công nghiệp Việt
Đức, Cao đẳng Công nghệ và Kinh tế Thái
nguyên) đã thu được những thông tin như sau:
1. Tính cấp thiết phải sử dụng phần mềm mô phỏng, mô hình dàn trải để mô tả hoạt
động của bộ biến tần vào bài giảng:

15
Rất cần thiết (58,3%); Cần thiết (41,7%); Chưa cần thiết (0%)
2. Việc xây dựng các bài giảng có mô phỏng , mô hình dàn trải tại các trường:
Rất dễ dàng (11,7%); Dễ dàng (46,7%);Không dễ dàng (41,6%);
3. Mức độ khi sử dụng các phần mềm mô phỏng , mô hình dàn trải trong các bài giảng
thuộc chuyên ngành điện đối với giáo viên :
Rất dễ dàng (25%); Dễ dàng (63,3%); Không dễ dàng (11,7%);
4. Tính khả thi của việc áp dụng các bài giảng có mô phỏng quá trình hoạt động của bộ

biến tần tại trường Anh (Chị) công tác:
Khả thi(61,7%); Có thể khả thi (38,3%); Khó khả thi (0%); Không khả thi (0%);
5. Khả năng phát huy tư duy sáng tạo của học sinh, sinh viên trong giờ giảng có mô
phỏng , mô hình dàn trải :

Phát huy cao độ (98,3%) ; Ít phát huy (1,7%) ;Không phát huy (0 %)
6. Khả năng ghi nhớ kiến thức cuả học sinh, sinh viên trong giờ giảng có mô phỏng ,
mô hình dàn trải;
Dễ ghi nhớ(100 %); Khó ghi nhớ(0%); Không ghi nhớ được (0%);

Kết quả trên cho thấy việc ứng dụng các bài giảng có mô ph
ỏng, mô hình dàn trải
trong giảng dạy tại các trường là rất cấp thiết, tính khả thi cao, có tầm quan trọng và lợi
ích to lớn. Đây là cơ sở thực tiễn xác đáng cho việc xây dựng mô phỏng, mô hình dàn
trải bộ biến tần áp dụng vào đào tạo tại các trường cao đẳng công nghiệp nói chung và
trường Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức nói riêng.

16
Chương 2
XÂY DỰNG MÔ HÌNH DÀN TRẢI, MÔ PHỎNG BỘ BIẾN TẦN
1. Các yếu tố xây dựng mô hình dàn trải, mô phỏng quá trình hoạt động của bộ
biến tần phục vụ công tác đào tạo tại trường CĐCN Việt Đức
Trường Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức cũng như các trường Cao đẳng Công
nghiệp thuộc Bộ Công Thương quản lý đều có đặc điểm chung là tiền thân từ các
tr
ường công nhân và trung cấp kỹ thuật (trường Công nhân kỹ thuật Việt Đức (1973-
1998); năm 1998 trường Trung học Công nghiệp Việt Đức; Năm 2006 trường Cao
đẳng Công nghiệp Việt Đức). Vì vậy bậc đào tạo rất đa dạng : đào tạo bồi dưỡng nguồn
nhân lực có trình độ kỹ thuật viên cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp, trung cấp nghề,
cao đẳng nghề, sơ cấp nghề ; ngành nghề
đào tạo cũng rất phong phú : điện, cơ điện tử,
công nghệ thông tin, kinh tế, cơ khí Hầu hết các trường đều đào tạo các ngành, nghề
thuộc lĩnh vực Điện như : Công nghệ kỹ thuật điện, Điện kỹ thuật, Điện dân dụng và
công nghiệp
Với đặc điểm chung đó, đề tài mặc dù chỉ nghiên cứu ứ

ng dụng phần mềm chuyên
dùng mô phỏng quá trình hoạt động của bộ biến tần nhưng có thể phục vụ cho đào tạo
trình độ cử nhân cao đẳng, cao đẳng nghề, trung cấp nghề thuộc lĩnh vực Điện, điện tử
trong các trường cao đẳng công nghiệp.
Để xây dựng mô hình dàn trải và mô phỏng bộ biến tần cần dựa vào các yếu tố sau:

1.1. Chương trình đào tạ
o :
Trường Cao đẳng Công nghiệp Việt Đức thực hiện chức năng, nhiệm vụ theo
quyết định số 1005/2006/QĐ-BCN ngày 17/04/2006 của Bộ Công nghiệp: Đào tạo bồi
dưỡng nguồn nhân lực có trình độ cao đẳng kỹ thuật và các trình độ thấp hơn. Hiện nay
trường đang đào tạo các bậc trình độ và các ngành, nghề sau :
Trình độ cử nhân cao đẳng gồm các chuyên ngành chủ yếu: Công nghệ kỹ thuậ
t
điện, cao đẳng công nghệ kỹ thuật cơ khí, công nghệ ô tô, tin học ứng dụng, cơ điện tử,
kế toán.
Trình độ kỹ thuật viên trung cấp gồm các nghề: Điện-điện tử, chế tạo phụ tùng cơ
khí, sửa chữa khai thác thiết bị, kế toán doanh nghiệp, tin học ứng dụng
Trình độ sơ cấp nghề, trung cấp nghề, cao đẳng nghề g
ồm các nghề : Điện công
nghiệp, điện tử công nghiệp, điện dân dụng, cơ điện tử, nguội sửa chữa máy công cụ,
nguội lắp ráp, nguội chế tạo, bảo trì thiết bị công nghiệp, kỹ thuật sửa chữa lắp ráp máy
tính, quản trị mạng, công nghệ ô tô, cắt gọt kim loại, hàn, rèn-dập, kế toán doanh
nghiệp, sư phạm dạy nghề, lái xe ô tô.
Ch
ương trình đào tạo các bậc cao đẳng chuyên nghiệp, trung cấp nghề, cao đẳng
nghề của trường được xây dựng từ chương trình khung của Bộ GDĐT và Bộ LĐTBXH
nên có sự tương đồng với các trường khác. Vì vậy đề tài tập trung nghiên cứu một số
chương trình môn học, mô đun đào tạo điển hình để làm cơ sở thực hiện (Phụ lục 1)

1.2. Đội ng
ũ giáo viên
Tổng số giáo viên của trường hiện nay là 203/338 Cán bộ-Công nhân viên, chiếm
tỉ lệ gần 86%. 100% giáo viên đạt chuẩn về trình độ chuyên môn, nghiệp vụ sư phạm
đáp ứng được công tác giảng dạy trong nhà trường, trong đó có 01 Tiến sĩ, 03 đang là
NCS, 89 trình độ thạc sĩ còn lại là trình độ đại học. Đội ngũ cán bộ quản lý đào tạo có
thâm niên công tác, kinh nghiệm trong công tác quản lý. Trình độ của đội ngũ giáo viên
nhà tr
ường là cơ sở và điều kiện phù hợp cho việc xây dựng mô phỏng quá trình hoạt
động của bộ biến tần áp dụng vào giảng dạy tại nhà trường.

17
BẢNG TỔNG HỢP ĐỘI NGŨ GIẢNG VIÊN, CÁN BỘ QUẢN LÝ, NHÂN VIÊN
(Theo nội dung công khai đội ngũ cán bộ, giáo viên tại thời điểm 09/07/2012)

Chức danh Trình độ đào tạo
Nội dung
Tổng
số
Giáo
sư
Phó
Giáo
sư
Tiến
sĩ
Thạc
sĩ
Đại
học

Cao
đẳng
Khác
Ghi
chú
Tổng số giảng viên, cán bộ
quản lý, nhân viên
366 100 187 6 73
Giảng viên
205 1 57 122 2 23
K
hoa Tại chức-ĐTLK 6 2 3 1
K
hoa Cơ khí chế tạo máy 20 12 8
K
hoa Điện-Điện tử 23 4 19 2
K
hoa Cơ khí cắt gọt 33 3 29 1
K
hoa Khoa học cơ bản 36 1 21 14
K
hoa Cơ khí
k
ết cấu 9 1 7 1
K
hoa Công nghệ thông tin 15 6 9
K
hoa Kinh tế - Quản lý 12 2 10
K
hoa Nguội SCTBCN 11 11

K
hoa Cơ khí Động lực 5 4 1
K
hoa Sư phạm dạy nghề 5 2 3
Tổ môn Giáo dục thể chất 7 7
Trung tâm lái xe ô tô 23 3 20
Cán bộ quản lý, nhân viên
135 32 74 1 28
H
iệu trưởng 1 1
P
hó Hiệu trưởng 3 3
Cán bộ Trưởng, Phó phòng
b
an, trung tâ
m

37 23 14
N
hân viên 94 5 60 1 28

(Nguồn: Báo cáo số 222/CĐCNVĐ ngày 09/07/2012 “Báo cáo tổng kết năm học 2011-
2012 và phương hướng nhiệm vụ năm học 2012-2013” gửi Bộ Công thương).

Nhận xét:
Với đội ngũ giáo viên có trình độ Tiến sĩ, thạc sĩ chiếm tỷ lệ cao (44%) với
chuyên ngành đa dạng như: Kỹ thuật Điện, kỹ thuật cơ khí, khoa học giáo dục, công
nghệ thông tin. Đây là điều kiện thuận lợi để thực hiện và ứng dụng đề tài.

1.3 Điều kiện cơ sở vật chất

Được xây dựng trên mặt bằ
ng trên 13,2 ha với qui mô đào trên 4000 học sinh-
sinh viên, hiện nay nhà trường có 11 khoa và 3 tô môn, trung tâm:
- Khoa khoa học cơ bản
- Khoa công nghệ chế tạo máy
- Khoa nguội SCTBCN
- Khoa cơ khí động lực
- Khoa cơ khí cắt gọt
- Khoa cơ khí kết cấu
- Khoa điện-điện tử-điện lạnh
- Khoa công nghệ thông tin

18
-
Khoa kinh tế và quản lý
- Khoa sư phạm dạy nghề
- Khoa tại chức-đào tạo liên kết
- Trung tâm lái xe ô tô
- Trung tâm ngoại ngữ
- Tổ giáo dục thể chất
Được sự quan tâm, đầu tư cơ sở vật chất của Bộ Công Thương cũng với sự cố gắng
phấn đấu của thày và trò nhà trường trên chặng đường gần 40 năm xây dựng và phát
triển. Nhà trường ngày càng khang trang hơn, cơ sở vật chất phục vụ cho đào tạo ngày
càng hiện đại và đầy đủ hơn (xem bảng t
ổng hợp dưới đây)

BẢNG TỔNG HỢP CÁC ĐIỀU KIỆN, CƠ SỞ VẬT CHẤT

STT Nội dung
Đơn vị

tính
Tổng số
I Diện tích đất đai tại cơ sở đào tạo quản lý sử
dụng
Ha 13,2
II Số cơ sở đào tạo (Chỉ tính địa điểm đã được
duyệt cấp đất và xây dựng)
Cơ sở 2
III Diện tích xây dựng
m
2
26.780
IV Giảng đường/phòng học

1 Phòng học Phòng 90
2 Diện tích m
2
5968
V Diện tích hội trường
m
2
288
VI Phòng máy tính

1 Diện tích m
2
576
2 Máy tính sử dụng được Máy tính 280
3 Máy tính nối mạng ADSL Máy tính 80
VII Phòng học ngoại ngữ

1 Số phòng học Phòng 2
2 Diện tích m
2
119
3 Thiết bị đào tạo ngoại ngữ chuyên dùng Thiết bị 60
VIII Thư viện

1 Diện tích m
2
800
2 Số đầu sách Quyển 2344
IX Phòng thí nghiệm

1 Diện tích m
2
395
2 Thiết bị thí nghiệm chuyên dùng Thiết bị 65
X Xưởng thực tập, thực hành

1 Diện tích 5027
2 Thiết bị thực hành chuyên dùng 207
XI Ký túc xá thuộc cơ sở đào tạo quản lý

1 Số sinh viên ở trong ký túc xá S.viên 548
2 Diện tích m
2
8640
3 Số phòng Phòng 240
4 Diện tích bình quân/sinh viên m

2
15,77
XII Diện tích nhà ăn sinh viên thuộc cơ sở đào tạo
quản lý
m
2
850

19
XIII Diện tích sân vận động
m
2
8000
XIV Diện tích nhà thi đấu đa năng
m
2
461

(Nguồn: Báo cáo số 222/CĐCNVĐ ngày 09/07/2012 “Báo cáo tổng kết năm học 2011-
2012 và phương hướng nhiệm vụ năm học 2012-2013” gửi Bộ Công thương).

Nhận xét:
Kết quả phân tích trên cho thấy các ngành nghề đào tạo đa dạng, thiết bị
phục vụ cho đào tạo nói chung và để thực hiện đề tài nói riêng (xưởng thực hành nghề
nguội sửa chữa máy công cụ, nghề cắt gọt kim loại, phòng học và máy tính ) đảm bảo
đủ phục vụ cho đào tạo. Đây là điều kiện thuận lợi để thực hiện và ứng dụng đề tài t
ại
trường.
1.4 Trình độ học sinh-sinh viên
Trình độ học sinh – sinh viên được tuyển sinh hàng năm đều có chất lượng tương

đối cao, tốt nghiệp trung học phổ thông thông qua tuyển sinh và nguyện vọng 2 của các
trường đại học và cao đẳng trong cả nước (đối với bậc đào tạo cao đẳng chuyên
nghiệp). Hầu hết học sinh-sinh viên học trung cấp nghề, cao đẳng nghề đều tốt nghiệp
trung học phổ
thông, số ít tốt nghiệp trung học cơ sở được học thêm các môn văn hóa
theo qui định của Bộ Giáo dục & Đào tạo. Đa số học sinh-sinh viên đều có động cơ học
tập tốt và có ý thức nghề nghiệp ngay từ ngày đầu học tập; đặc biệt trong giờ học học
sinh-sinh viên đều hăng hái tham gia với ý thức cao và luôn tìm tòi nghiên cứu, luyện
tập hình thành kỹ năng ứng dụng, liên hệ v
ới trong đời sống thực tiễn.
Với trình độ học sinh – sinh viên ở trên rất thuận lợi cho việc lĩnh hội kiến thức
cũng như phát triển tư duy sáng tạo là yếu tố thuận lợi cho việc xây dựng mô phỏng
qúa trình hoạt động của bộ biến tần phục vụ cho đào tạo tại trường
2. Nguyên tắc xây dựng mô phỏng quá trình hoạt động của bộ biế
n tần
2.1 Phù hợp với mục tiêu, nội dung học phần/môn học/mô đun.
Một chương trình mô phỏng được xây dựng phải có nội dung phản ánh phù hợp
với mục tiêu chương trình, nội dung bài giảng nhằm làm sáng tỏ lý thuyết, từ đó hình
thành nên kỹ năng cần thiết cho người học. Không tuân thủ điều kiện này chương trình
mô phỏng có thể không sát với lý thuyết bài học, xa rời trọng tâm bài học hoặ
c không
phù hợp với đối tượng học tập dẫn tới khó hiểu, phân tán tập trung suy nghĩ của học
sinh-sinh viên.
Nội dung mô phỏng cần được xác định phù hợp với tính chất, những thế mạnh của
mô phỏng. Cần xác định rằng mô phỏng không thể thay thế hoàn toàn các mô hình thật,
tuy nhiên cũng cần khai thác triệt để những chương trình mô phỏng với đối tượng quá
phức tạp, khó quan sát, không thực hiện
được hoặc chi phí quá cao. Đây chính là vai trò
hữu ích được ghi nhận cho hình thức mô phỏng.
Việc xác định nội dung mô phỏng cần căn cứ kết quả của quá trìmh phân tích cấu

trúc, đặc điểm, nội dung, điều kiện thực hiện một cách thận trọng có khoa học.

2.2 Tính khả thi
Đơn giản trong sử dụng: Chương trình mô phỏng được xây dựng có thể dành cho
giáo viên áp dụng trong khi giảng dạy, thao tác mẫu hoặc cũ
ng có thể do chính học sinh
nghiên cứu khai thác sau khi được hướng dẫn cơ bản. Do vậy tính đơn giản phải được
xét tới trong quá trình xây dựng chương trình mô phỏng. Nó được thể hiện ở các khía
cạnh :
- Tính đơn giản của đối tượng, trang thiết bị tham gia vào quá trình làm mô phỏng.

20
- Tính đơn giản trong quy trình thực hiện.
- Tính đơn giản trong thao tác sử dụng.
- Tính đơn giản việc thể hiện kết quả khảo sát.

2.3 Tính hiệu quả
Mô phỏng số là quá trình xây dựng mô hình thông qua các phần mềm máy tính để
thay thể cho các mô hình thực nên các mô hình ảo này phải phản ánh chính xác đối
tượng trong thực tế thì kết quả thu được khi tác động lên nó càng gần với thực tế. Do
đó, việc xây dựng mô hình phù hợp với đố
i tượng của quá trình.

3. Công cụ, phương tiện xây dựng mô phỏng quá trình hoạt động của bộ biến tần
3.1 Giới thiệu và lựa chọn biến tần, động cơ
3.1.1. Biến tần
Biến tần là một thiết bị được dùng để điều khiển tốc độ quay của động cơ điện
xoay chiều bằng cách điều khiển tần số của điện năng cung cấp cho động cơ.
Động cơ điện xoay chiều chỉ có một cấp tốc độ định mức khi làm việc trực tiếp
với lưới điện.

Bằng cách sử dụng Biến tần để điều chỉnh tốc độ, các động cơ này có thể được
sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, mà động cơ một tốc độ sẽ không đáp ứng
được.
3.1.1.1. Phân loại biến tần
* Phân loại biến tần theo cấu tạo: được chia làm hai loại
Biến tần trực tiếp.
Biến tần gián tiếp.
- Biến tần trực tiếp:
Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều không
thông qua khâu trung gian một chiều. Tần số ra được điều chỉnh nh
ảy cấp và nhỏ hơn
tần số lưới (f1 < flưới). Loại biến tần này hiện nay ít được sử dụng.
- Biến tần gián tiếp:
Các bộ biến tần gián tiếp có cấu trúc như sau:



Hình 3. 1: Sơ đồ cấu trúc của biến tần gián tiếp
Như vậy để biến đổi tần số cần thông qua một khâu trung gian một chiều vì vậy
có tên gọi là biến tần gián tiếp.

Ưu điểm và nhược điểm của biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp:
Biến tần trực tiếp: có thể trao đổi năng lượng với
điện lưới một cách liên tục nhất
là đối với động cơ công suất lớn và cực lớn từ hàng trăm Kw đến vài Mw.
Ngoài ra tổn hao công suất ở biến tần trực tiếp cũng ít hơn vì phụ tải chỉ nối với
nguồn qua một phần tử đóng cắt, không qua hai phần tử và qua khâu trung gian như ở
biến tần gián tiếp.

21

Sơ đồ van và quy luật điều khiển ở biến tần trực tiếp sẽ phức tạp hơn biết tần
gián tiếp.
* Phân loại biến tần theo phương pháp điều khiển:
Trên thị trường ngày nay, có 3 loại Biến tần cơ bản:

Hình 3. 2: Hình ảnh biến tần của hãng ABB
-Truyền động Vôn/Hz (mạch hở)
-Truyền động Véc-tơ không cảm biến (mạch hở)
-Truyền động Véc-tơ có phản hồi (mạch kín)
Hai loại truyền động Vôn/Hz và truyền động véc tơ không cảm biến được gọi là
mạch hở do chúng cung cấp điện cho động cơ, nhưng không có cách nào xác minh rằng
các động cơ thực sự đang chạy ở tốc độ mong muốn, điều này chấp nhận được cho các
ứng dụng không yêu cầu điều khiển vị trí chính xác hoặc điều chỉnh tốc độ lớn.
Loại cuối cùng truyền động véc tơ có phản hồi là thiết bị mạch kín có nghĩa là nó
có khả năng chấp nhận tín hiệu từ thiết bị phản hồi giám sát tốc độ hoặc vị trí của động
cơ. Ví dụ: nếu tín hiệu phản hồi cho thấy rằng tốc độ quá thấp hoặc quá cao, biến tần có
thể điều chỉnh đầu ra của nó để khắc phục lỗi.
* Truyền động Vôn/Hz (mạch hở):
Tần số của dòng xoay chiều được đo bằng chu kỳ trên giây, còn gọi là hertz. Ví
dụ: 50Hz = 50 chu kỳ/giây.


Hình 3. 3: Dòng điện hình sin tần số 1Hz

22
Đây là các bộ truyền động phổ biến sử dụng “bảng tìm kiếm” để xuất ra điện áp
cụ thể phụ thuộc vào tần số đầu ra.


Hình 3.4: Điện áp và tần số

Điều này có nghĩa là sẽ có điện áp và tần số định trước trên toàn bộ phạm vi tín
hiệu tốc độ.
Điện áp và tần số biến thiên cùng nhau, thông thường từ 0 vôn và 0 Hertz, đến
điện áp và tần số tối đa. Việc tăng tốc độ từ không đến tối đa thường rất tuyến tính.
Ví dụ: một bộ truyền động Vôn/Hz có thể chạy với mức 240V/50Hz ở tốc độ cực
đại, nhưng chỉ 120/25Hz ở tốc độ bằng một nửa.
Phương pháp “bảng tìm kiếm” để điều khiển động cơ trong đó điện áp và tần số
biến thiên cùng nhau là phương pháp rất đơn giản để điều khiển tốc độ. Điều chỉnh tốc
độ khá tốt (lỗi 1-3%). Không cần có phản hồi nên các bộ truyền động Vôn/Hz có khả
năng kết nối cùng lúc nhiều động cơ.
Tuy nhiên, các bộ truyền động Vôn/Hz có một số giới hạn về hiệu suất hoạt
động. Các bộ truyền động này có hiệu suất động thấp khi tải mà chúng đang truyền
động đột ngột thay đổi. Công suất quá tải giới hạn ở 150% và chúng có mô-men xoắn
khởi động giới hạn.
Bộ truyền động Vôn/Hz là phù hợp nhất cho các ứng dụng có mô-men xoắn biến
thiên với tải thay đổi chậm và có thể dự đoán được. Ví dụ: bơm ly tâm, quạt, băng
chuyền, máy trộn, máy khuấy, máy rửa công nghiệp, sấy công nghiệp và các tải động
hạng nhẹ khác

* Truyền động Véc-tơ không cảm biến (Mạch hở):



Hình 3. 5: Truyền động Véc-tơ không cảm biến

23

Truyền động Véc-tơ không cảm biến có một bộ xử lý PWM (điều biến độ rộng
xung quá trình trong đó IGBT bật và tắt rất nhanh tạo ra điện áp một chiều giống sóng

dạng sin xoay chiều cho động cơ) giám sát đầu ra dòng điện và điện áp tới động cơ, và
điều chỉnh dạng sóng đầu ra để đạt được yêu cầu điều khiển tốc linh hoạt.
Mô-men xoắn lớn khi khởi động ở tốc độ thấp (200% ở 0,5Hz) cho phép khởi
động tải có lực quán tính cao. Thiết kế với thuật toán nâng cao cung cấp khả năng điều
khiển về tốc độ bằng không, cộng với vận hành chính xác cho chu kỳ hoạt động và mô-
men xoắn nhanh mà không cần phản hồi (trong Biến tần hoặc động cơ, mô-men xoắn tỷ
lệ thuận với dòng điện).
Bằng cách sử dụng bộ vi xử lý và xử lý tín hiệu số, các bộ truyền động có thể
nhận biết đặc điểm của động cơ trong khi chạy và tự điều chỉnh với động cơ.
Nhờ công nghệ này, điều chỉnh tốc độ được cải thiện lên còn < 1% lỗi.
Có thể sử dụng truyền động véc-tơ không cảm biến với động cơ nam châm vĩnh
cửu và động cơ tốc độ cao tối đa 1000Hz.
Truyền động Véc-tơ không cảm biến có thiết bị đầu vào tham chiếu tốc độ và
mô-men xoắn riêng. Kết hợp điều này với khả năng mô-men khởi động lớn sẽ cải thiện
điều chỉnh tốc độ, tự điều chỉnh với động cơ và không cần phản hồi của động cơ.
Kết hợp này giúp Truyền động Véc-tơ không cảm biến thích hợp cho tất cả các
ứng dụng có mô-men xoắn biến thiên và có hiệu suất từ trung bình đến cao.
Tuy nhiên, các bộ truyền động này cũng có một số giới hạn chẳng hạn như hiệu
suất động thấp khi tải đột ngột thay đổi. Chúng cũng thiếu khả năng giữ động cơ ở tốc
độ bằng không và có thể khó khăn trong việc điều khiển mô-men xoắn vượt quá 2 lần
tốc độ cơ bản. Kết nối nhiều động cơ sẽ tự động đưa bộ truyền động về chế độ vận hành
V/Hz.
Các ứng dụng phổ biến cho Truyền động Véc-tơ không cảm biến là máy đúc ép,
tời điện, máy tháo tời và dây chuyền công nghệ.

* Truyền động Véc-tơ có Thiết bị Phản hồi (mạch kín)



Hình 3. 6: Động cơ có phản hồi

Truyền động Véc-tơ có thiết bị phản hồi.
Bộ truyền động này hiện là loại Biến tần duy nhất có hiệu suất tương tự hoặc
tương đương với Truyền động điện một chiều.
Các bộ truyền động này giám sát đầu ra điện áp và dòng điện, cũng như phản hồi
bộ mã hóa từ động cơ đối với điều khiển véc-tơ mạch kín.

24
Phản hồi này được dùng để điều chỉnh dạng sóng đầu ra để đạt được điều khiển
tốc độ linh hoạt nhất.
Vì Truyền động Véc-tơ có thiết bị phản hồi có thể vận hành trong cấu hình mạch
kín, nên chúng có thể đạt được mô-men xoắn và hiệu suất vòng lặp tốc độ cực cao.
Các bộ truyền động này có thể điều chỉnh vô cấp, mô-men xoắn tối đa ở tốc độ
bằng không và phạm vi điều khiển tốc độ rất rộng.
Giới hạn của những bộ truyền động này là chúng yêu cầu thiết bị phản hồi và thẻ
tùy chọn phản hồi bộ mã hóa cũng như chỉ dùng cho hoạt động của một động cơ. Có thể
cần đến phần cứng tùy chọn bổ sung để tận dụng các tính năng khác của các bộ truyền
động này.
Các bộ truyền động này phù hợp nhất cho các ứng dụng hiệu suất cao như trục
quay và máy tiện, ứng dụng chuyển đổi, máy đúc ép và các ứng dụng phải dùng truyền
động điện một chiều trước đó. Các bộ truyền động điện này đang có xu hướng tăng
mạnh trong ngành vận chuyển vật liệu.

3.1.1.2. Nguyên lý làm việc của biến tần

Gắn bên trong Biến tần là các bộ phận giúp có thể nhận được điện áp đầu vào cố
định với tần số cố định và biến điện áp/tần số đó thành điện áp và tần số biến thiên ba
pha để điều khiển tốc độ động cơ.

Hình 3. 7: Nguyên lý làm việc của biến tần

a.Nguyên lý làm việc


Hình 3. 8: Cách thức hoạt động của biến tần

Trước tiên, biến tần chuyển đổi điện xoay chiều vào thành điện áp Một chiều sử
dụng bộ chỉnh lưu. Điện đầu vào có thể là một pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ ở mức
điện áp và tần số cố định.
Tiếp theo, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện. Điện áp
một chiều này ở mức rất cao.