Máy ép phun yêu cầu độ chính xác cao, hiệu quả năng lượng và phản ứng năng động để sản xuất tối ưu. Hệ thống thủy lực truyền thống với động cơ cảm ứng bị tổn thất năng lượng cao và khả năng kiểm soát kém. Việc tích hợp Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) với hệ thống servo điện-thủy lực mang đến một giải pháp ưu việt, mang lại:
• Hiệu suất sử dụng năng lượng cao hơn (tiết kiệm tới 30-50%)
• Kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn chính xác
• Giảm tiếng ồn và sinh nhiệt
• Tuổi thọ dài hơn với mức bảo trì tối thiểu
Tài liệu này phác thảo thiết kế, chiến lược điều khiển và lợi ích của việc sử dụng PMSM trong máy ép phun servo điện-thủy lực.
Hệ thống được đề xuất bao gồm:
(1) Bộ bơm servo dẫn động PMSM
• Thông số kỹ thuật PMSM:
♦ Công suất định mức: 15-200 kW (tùy theo trọng tải máy)
♦ Phạm vi tốc độ: 0-3000 vòng/phút (hoạt động mượt mà ở tốc độ thấp)
♦ Hiệu suất: >95% (loại IE4/IE5)
♦ Làm mát: Làm mát bằng chất lỏng (dành cho chu trình hoạt động cao)
• Bơm trợ lực:
♦ Bơm piston hướng trục có độ dịch chuyển thay đổi
♦ Kiểm soát áp suất và lưu lượng thông qua Điều chỉnh tốc độ PMSM
(2) Hệ thống van servo điện-thủy lực
• Van tỷ lệ phản ứng cao để kiểm soát áp suất/lưu lượng chính xác.
• Phản hồi vòng kín (cảm biến áp suất, bộ mã hóa) để điều chỉnh theo thời gian thực.
(3) Biến tần (VFD) & Bộ điều khiển chuyển động
• VFD điều khiển bằng vector cho PMSM (ví dụ: Siemens SINAMICS, Yaskawa GA700).
• Tích hợp PLC (ví dụ: Siemens S7-1500, Beckhoff TwinCAT) để điều khiển chuyển động đồng bộ.
(1) Tiết kiệm năng lượng
• Tiêu thụ điện năng theo tải: Không giống như động cơ có tốc độ cố định, PMSM điều chỉnh tốc độ theo nhu cầu. (Động cơ điều chỉnh tốc độ chức năng)
• Loại bỏ tổn thất ga: Không có chất lỏng dư thừa đi qua, giảm sinh nhiệt.
• Phanh tái tạo: Phục hồi năng lượng khi giảm tốc.
(2) Độ chính xác và tốc độ phản hồi
• Độ chính xác điều khiển mô-men xoắn: ±1% (so với ±5% ở động cơ cảm ứng).
• Phản ứng động nhanh hơn: Đạt mô-men xoắn tối đa ở tốc độ gần bằng không.
• Kiểm soát áp suất ổn định: Giảm khuyết tật của bộ phận (ví dụ: vết lõm, nhấp nháy).
(3) Giảm tiếng ồn và nhiệt
• Giảm độ rung và tiếng ồn (
• Giảm nhiệt độ dầu thủy lực, kéo dài tuổi thọ linh kiện.
(4) Bảo trì & Độ tin cậy
• Thiết kế không chổi than: Chổi than không bị mòn.
• Giảm ứng suất nhiệt: Làm mát hiệu quả giúp kéo dài tuổi thọ động cơ.
(1) Kiểm soát tốc độ và áp suất vòng kín
• Phản hồi áp suất từ cảm biến thủy lực điều chỉnh tốc độ PMSM theo thời gian thực.
• Các thuật toán dựa trên PID đảm bảo sự ổn định trong các giai đoạn phun/giữ.
(2) Cấu hình chuyển động nhiều giai đoạn
• Giai đoạn phun: Vận hành tốc độ cao, mô-men xoắn cao.
• Giai đoạn giữ: Tốc độ thấp, duy trì áp suất chính xác.
• Đẩy và mở khuôn: Tăng/giảm tốc tối ưu.
(3) Quản lý năng lượng thông minh
• Chế độ chờ tự động khi không hoạt động.
• Giám sát điện năng tiêu thụ qua HMI để tối ưu hóa.
|
tham số |
Trước (Động cơ cảm ứng + Bơm cố định) |
Sau (PMSM + Bơm servo) |
|
Tiêu thụ năng lượng |
45 kWh mỗi chu kỳ |
28 kWh mỗi chu kỳ (Tiết kiệm 38%) |
|
Độ ồn |
85dB |
68dB |
|
Thời gian đáp ứng |
150 mili giây |
50 mili giây |
|
Nhiệt độ dầu |
55°C |
42°C |
Kết quả:
ROI trong vòng 1,5 năm do tiết kiệm năng lượng.
Cải thiện tính nhất quán của sản phẩm (giảm tỷ lệ phế liệu 15%).
✅ Tại sao PMSM giành chiến thắng?
► Sử dụng máy ép phun truyền thống động cơ không đồng bộ ba pha kết hợp với máy bơm chuyển vị cố định, yêu cầu động cơ phải chạy liên tục trong quá trình vận hành.
► Bằng cách nâng cấp lên hệ thống bơm dầu dẫn động bằng servo với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM), động cơ chỉ kích hoạt khi cần cho quá trình ép phun nhờ khả năng phản hồi nhanh và mô-men xoắn khởi động cao. Trong quá trình nạp nguyên liệu và kẹp khuôn, động cơ chính không hoạt động, đạt mức tiêu thụ điện năng bằng 0 không liên tục. Các thử nghiệm so sánh cho thấy mức tiết kiệm năng lượng tối đa lên tới 85%.
► Ngoài ra, thuật toán điều khiển động cơ servo tiên tiến giúp giảm đáng kể tiếng ồn so với các máy thông thường. Khi được trang bị bơm trục vít có độ ồn thấp, toàn bộ hệ thống hoạt động ở mức dưới 70 decibel, cho phép hoạt động gần như im lặng và cải thiện môi trường làm việc.
⇒ Tích hợp với IoT: Dự đoán bảo trì thông qua giám sát tình trạng động cơ.
⇒ Hệ thống điện-thủy lực lai: Tiết kiệm năng lượng hơn nữa với kẹp điện-phụ trợ.
⇒ Điều khiển AI nâng cao: Tự tối ưu hóa cấu hình tiêm.
Việc áp dụng PMSM trong máy ép phun servo điện-thủy lực mang lại:
✅ Tiết kiệm năng lượng đáng kể (30-50%)
✅ Độ chính xác cao hơn và phản hồi nhanh hơn
✅ Giảm bảo trì và tuổi thọ dài hơn
Dành cho nhà sản xuất tìm kiếm các giải pháp bền vững, hiệu suất cao, Hệ thống servo điều khiển bằng PMSM đại diện cho tương lai của công nghệ ép phun. Bạn có muốn phân tích tính khả thi tùy chỉnh cho kiểu máy cụ thể của mình không?
