Cần cẩu là sản phẩm không thể thiếu trong sản xuất công nghiệp hiện đại, được sử dụng rộng rãi tại các cảng, công trường, nhà xưởng để thực hiện các hoạt động bốc dỡ và nâng hạ vật liệu. Hiệu suất của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, an toàn và hiệu quả kinh tế. Với những tiến bộ trong công nghệ điện tử công suất và điều khiển, Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Động cơ PMSM) ổ đĩa đã nổi lên như một giải pháp được ưa chuộng để nâng cấp hệ thống truyền động cầu trục do hiệu suất vượt trội của chúng.
Cần cẩu thông thường chủ yếu sử dụng động cơ cảm ứng, mặc dù đơn giản và chi phí thấp nhưng lại bộc lộ một số nhược điểm trong ứng dụng cầu trục:
Mômen khởi động không đủ: Yêu cầu các thiết bị khởi động bổ sung (ví dụ: khớp nối thủy lực), làm tăng độ phức tạp và chi phí bảo trì.
Phạm vi tốc độ giới hạn: Điều chỉnh tốc độ kém ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động và độ chính xác.
Hệ số công suất thấp: Yêu cầu bổ sung thêm thiết bị bù, tăng gánh nặng cho lưới điện.
Hiệu quả năng lượng kém: Hiệu suất thấp khi tải nhẹ dẫn đến tổn thất năng lượng quá mức.
Chi phí bảo trì cao: Việc thay chổi than thường xuyên làm tăng thời gian ngừng hoạt động và chi phí vận hành.
Những hạn chế này cản trở hoạt động của cầu trục, đòi hỏi phải có giải pháp truyền động hiệu quả, ổn định và đáng tin cậy hơn.
Công nghệ PMSM khắc phục những khuyết điểm của động cơ cảm ứng, đưa ra:
✅ Hiệu suất cao và mật độ năng lượng
• Kích thích nam châm vĩnh cửu giúp loại bỏ tổn thất đồng rôto, nâng cao hiệu suất (lên tới 95%+).
• Thiết kế nhỏ gọn và nhẹ giúp nâng cao mật độ năng lượng.
✅ Hệ số công suất gần như thống nhất
• Giảm thiểu tiêu thụ công suất phản kháng, giảm căng thẳng cho lưới điện.
✅ Tỷ lệ mô-men xoắn trên quán tính cao
• Cung cấp mô-men xoắn khởi động cao và phản ứng động nhanh, lý tưởng cho việc tăng/giảm tốc thường xuyên.
✅ Phạm vi tốc độ rộng với điều khiển chính xác
• Điều khiển Vector (FOC) và Điều khiển Mô-men xoắn Trực tiếp (DTC) cho phép điều chỉnh tốc độ mượt mà và chính xác.
✅ Ít bảo trì và tuổi thọ dài
• Không có chổi hoặc vòng trượt giúp giảm nhu cầu mài mòn và bảo trì.
✅ Phanh tái tạo
• Phục hồi năng lượng trong quá trình hạ/phanh, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng từ 15–30%.
Ổ đĩa PMSM hiện được áp dụng rộng rãi ở:
A. Cần cẩu trên không
• Dùng trong nhà máy/nhà kho để vận chuyển vật liệu theo chiều ngang và chiều dọc.
B. Cổng trục
• Triển khai tại các cảng và trung tâm hậu cần để xử lý tải trọng nặng.
C. Cẩu Tháp
• Quan trọng đối với các công trường xây dựng, đảm bảo vận chuyển vật liệu theo chiều dọc ổn định.
D. Cẩu Cảng
• Xử lý việc xếp/dỡ container với độ chính xác và hiệu quả cao.
Các lĩnh vực ứng dụng chính
► Cơ cấu nâng
♦ Đảm bảo nâng/hạ trơn tru, không bị trượt và thu hồi năng lượng.
► Cơ chế di chuyển bằng xe đẩy
♦ Cho phép định vị chính xác và kiểm soát chống lắc.
► Cơ chế xoay
♦ Mang lại khả năng xoay nhanh, chính xác để điều chỉnh hướng.
Để tối đa hóa hiệu suất, các chiến lược điều khiển nâng cao là cần thiết:
Kỹ thuật điều khiển
♦ Điều khiển định hướng trường (FOC) – Tách mô-men xoắn và từ thông để điều khiển có độ chính xác cao.
♦ Điều khiển mô-men xoắn trực tiếp (DTC) – Đơn giản hóa các vòng điều khiển để có phản ứng động tốt hơn.
♦ Kiểm soát suy yếu trường – Mở rộng phạm vi tốc độ để vận hành tốc độ cao.
♦ Điều khiển không cần cảm biến – Loại bỏ bộ mã hóa, giảm chi phí và bảo trì.
Cân nhắc về thiết kế
♦ Lựa chọn nam châm vĩnh cửu (NdFeB, SmCo cho lực kháng từ cao).
♦ Quản lý nhiệt – Làm mát bằng chất lỏng cho các ứng dụng công suất cao.
♦ Giảm thiểu EMC/EMI – Che chắn và lọc để ngăn chặn nhiễu.
♦ Thiết kế có khả năng chịu lỗi – Hệ thống dự phòng cho các hoạt động quan trọng về an toàn.
⇒ Cần cẩu thông minh & kết nối
♦ Tích hợp IoT để giám sát và bảo trì dự đoán theo thời gian thực.
♦ Tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động và xử lý tải dựa trên AI.
⇒ Giải pháp xanh và tiết kiệm năng lượng
♦ Thiết kế PMSM hiệu suất cực cao (Động cơ tiêu chuẩn IE5).
♦ Bộ lưu trữ năng lượng lai (siêu tụ điện + pin) cho hiệu suất cạo tối đa.
⇒ Thiết kế mô-đun và nhẹ
♦ Bộ truyền động động cơ tích hợp để lắp đặt theo kiểu cắm và chạy.
♦ Chất liệu composite giúp giảm trọng lượng mà vẫn đảm bảo độ bền.
⇒ Vận hành tự chủ
♦ Thị giác máy để định vị tải tự động.
♦ Điều khiển từ xa hỗ trợ 5G dành cho môi trường nguy hiểm.
Ổ đĩa PMSM là cách mạng hóa công nghệ cần cẩu bằng cách giao hàng hiệu quả, độ chính xác và độ tin cậy cao hơn đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí bảo trì. Như sản xuất thông minh và hậu cần xanh đạt được lực kéo, Cần cẩu dẫn động PMSM sẽ trở thành tiêu chuẩn ngành, mở ra những cấp độ mới về hiệu suất và tính bền vững.
Đối với các nhà sản xuất và vận hành cần trục, việc áp dụng công nghệ PMSM không còn là một lựa chọn nữa—đó là một điều cần thiết mang tính cạnh tranh.
