Planetaire tandwielkast voor zonnevolgsysteem
en windturbine — Selectie van aandrijvingen met hoge overbrengingsverhouding

Bij het specificeren van een planetaire tandwielkast voor de azimutregeling van een zonnevolgsysteem is de eerste berekening niet het opzoeken van een catalogusnummer, maar een berekening van de opbrengst. De selectie van een tandwielkast voor een zonnevolgsysteem is ongebruikelijk in industriële toepassingen: de specificatie is direct gekoppeld aan de energieopbrengst. Elke graad richtingsfout tussen het volgpaneel en de zon vermindert de invallende straling met de cosinus van de fouthoek. Voor kleine hoeken is dit ongeveer lineair: een volgfout van 1° vermindert de effectieve straling van het paneel met ongeveer 1,51 TP3T, en een fout van 2° met ongeveer 31 TP3T. Gedurende een volledig jaar bij een Koreaanse zonne-installatie die 4000 piekzonuren genereert, is het energieverlies als gevolg van aanhoudende richtingsonnauwkeurigheid volledig te berekenen.

Deze omzetberekening herkadert de specificaties van de versnellingsbak: een nauwkeurigere versnellingsbak die ₩500.000 meer per volger kost, maar ₩18.000.000 aan omzetverlies per jaar voorkomt, is binnen 10 dagen terugverdiend. De relevante vraag over de versnellingsbak is niet "wat is de minimaal acceptabele speling?", maar "wat is de maximaal toelaatbare volgfout en welk spelingbudget is daarmee toegestaan ​​in de aandrijflijn?"

Voor de azimut-as van een zonnevolgsysteem bedraagt ​​de totale hoekfoutmarge doorgaans ±0,3° tot ±0,5°. Hierbij wordt rekening gehouden met door wind veroorzaakte paneeltrillingen, structurele doorbuiging, sensoronzekerheid en vertraging van het besturingssysteem. De speling in de tandwielkast mag niet meer dan 30–40% van deze marge bedragen. Dit betekent dat de specificatie voor de tandwielkast ≤5–10 boogminuten bedraagt ​​voor azimut-assen en ≤2–3 boogminuten voor CPV-trackers (geconcentreerde fotovoltaïsche systemen), waarbij de richtnauwkeurigheid direct de concentratie op de zonnecel bepaalt.

Het benodigde koppel voor de azimutale aandrijving wordt veroorzaakt door twee krachten: de windbelasting op de zonnepanelen en de wrijvingsweerstand van de lagers in de draaikrans. Bij Koreaanse zonne-energiecentrales aan de kust en in de hooglanden is de windbelasting dominant, omdat de ontwerpwindsnelheden tijdens tyfoonstormen 40-60 m/s kunnen bereiken.

Vereiste reductieverhouding: Een standaard inductiemotor met 1450 tpm die een azimutale uitgangssnelheid van 0,1 tpm aandrijft, vereist een overbrengingsverhouding van 14.500:1. Een servomotor met 3000 tpm voor dezelfde output vereist een verhouding van 30.000:1. Deze extreme verhoudingen kunnen alleen worden bereikt met meertraps planetaire overbrengingen of een meertraps planetaire overbrenging in combinatie met een wormwieloverbrenging in de eindtrap.

De EP-AH/AHK viertrapsserie Een overbrengingsverhouding van 10.000:1 wordt bereikt in één enkele, afgesloten unit. Bij een ingangssnelheid van 1450 tpm levert dit een uitgangssnelheid van 0,145 tpm op – direct bruikbaar voor de meeste langzame verplaatsingsvereisten van zonvolgsystemen zonder een laatste wormwieloverbrenging, wat het aandrijfsysteem vereenvoudigt en de algehele efficiëntie verbetert.

Arrayschaal → Koppelvereiste → Korea Ever-Power-serie

Het koppel per eenheid gaat ervan uit dat 4 tot 8 aandrijfeenheden per volgsysteem de totale windbelasting delen. Controleer dit met een volledige structurele analyse voor uw specifieke configuratie en ontwerpwindsnelheid.

De extreem hoge reductieverhoudingen die nodig zijn voor zonne- en windenergie-toepassingen kunnen niet worden bereikt met één enkele planetaire trap; de fysieke limiet ligt rond de 10:1 per trap. Om een ​​verhouding van 10.000:1 te bereiken, zijn vier in serie geschakelde planetaire trappen in één afgesloten behuizing nodig. Dit is fundamenteel anders dan een samengestelde tandwielkast (twee of drie afzonderlijke eenheden in serie geschakeld).

Waarom een ​​viertrapsketen met één enkele eenheid beter is dan een samengestelde keten: Een viertraps planetaire kettingaandrijving met een overbrengingsverhouding van 10.000:1 vereist vier aparte behuizingen, vier aparte smeerpunten, vier aparte IP65-afdichtingsoppervlakken en drie tussenaskoppelingen – elk een extra potentieel storingspunt en onderhoudspunt in een buiteninstallatie voor hernieuwbare energie die zich op 5 km afstand van het dichtstbijzijnde serviceteam kan bevinden. Een viertraps planetaire kettingaandrijving met één enkele unit heeft één behuizing, één afgedicht smeerpunt, één IP65-behuizing en geen tussenaskoppelingen. Voor offshore windturbine-installaties is de eenvoud van één enkele unit een vereiste voor de betrouwbaarheid, niet slechts een kwestie van gemak.

De EP-AFHK viertraps haakse serie Levert een overbrengingsverhouding tot 10.000:1 bij 1.975–3.800 N·m in één enkele, afgedichte haakse unit. De haakse uitgang drijft de zwenkring of azimutstang direct aan zonder extra afschuiningstrap. Gebruikt in Koreaanse CPV-tracker-azimutaandrijvingen op het eiland Jeju, waar 48 units drie volledige tyfoonseizoenen hebben doorstaan ​​zonder één enkele defecte versnellingsbak.

De locaties waar in Korea zonne- en windenergie-installaties worden geplaatst, beslaan een breed temperatuurbereik. Op de kustlocaties van Jeju en de zuidkust dalen de temperaturen in de winter tot -2 à -5 °C. Op locaties in het binnenland en de noordelijke hooglanden kan het in januari en februari -8 à -15 °C worden. Elke versnellingsbak die op deze locaties wordt geïnstalleerd, moet betrouwbaar functioneren bij de plaatselijke winterse minimumtemperaturen, zonder dat verwarmde behuizingen of olieverversingen bij lage temperaturen nodig zijn.

De standaard Korea Ever-Power EP planetaire tandwielserie (EP-AB, EP-AF, EP-AH, EP-AFHK, enz.) gebruikt afgedicht vet met een lagere temperatuurlimiet. −10°C — geschikt voor alle Koreaanse installaties voor hernieuwbare energie in de buitenlucht, zonder aanpassingen. De specificaties van het afgedichte smeervet zijn gebaseerd op het aanloopkoppel en de viscositeit bij -10 °C.

Het praktische resultaat: voor alle Koreaanse specificaties van tandwielkasten voor hernieuwbare energie in de buitenlucht kan gebruik worden gemaakt van de standaard EP-planetaire serie (EP-AH, EP-AFHK, enz.), waarmee de ondergrens van -10 °C wordt bevestigd. Er zijn geen aanpassingen voor lage temperaturen, geen verwarmde tandwielkastbehuizing en geen onderhoudsprocedures voor de winter nodig.

Temperatuur van zonne-/windenergielocaties in Korea versus specificaties van de versnellingsbak

IP65 volgens IEC 60529 specificeert volledige stofuitsluiting (6) en bescherming tegen waterstralen uit elke richting tot 12,5 l/min bij 30 kPa (5). Dit pakt direct de drie belangrijkste bedreigingen voor de indringing van stoffen aan op Koreaanse buitenlocaties voor hernieuwbare energie:

Alle standaard planetaire tandwielkasten uit de Korea Ever-Power EP-serie hebben een IP65-classificatie – er is geen speciale bestelcode nodig. De afgedichte vetconstructie, die montage onafhankelijk van de oriëntatie mogelijk maakt, zorgt ook voor de IP65-geometrie: geen vul-/aftappoorten, geen ontluchtingspluggen die risico lopen op vervuiling en geen vensters voor het oliebadniveau die kunnen lekken.

Gieraandrijving — Gondeloriëntatie

De gieraandrijving roteert de gondel van de windturbine horizontaal om de rotor uit te lijnen met de windrichting. Deze aandrijving werkt met een extreem lage snelheid (0,02–0,1 omwenteling per minuut) en werkt tegen een zeer hoog koppel als gevolg van de massa van de gondel en de gyroscopische krachten. Bij een Koreaanse offshore turbine van 4,5 MW bedraagt ​​de massa van de gondel meer dan 300 ton. De wrijving in het gierlager en het gyroscopische moment zorgen samen voor een gierkoppel van 4.000–6.000 N·m per aandrijfeenheid, waarbij 4 tot 8 aandrijfeenheden de totale gierkracht delen.

Vereiste nauwkeurigheid van de gierbeweging: een afwijking van ±5° tussen rotor en wind produceert een vermogensverlies van minder dan 0,41 TP3T — de specificatie voor de nauwkeurigheid van de gierbeweging is daarom veel minder streng dan die voor de azimut van de zonnevolger. De belangrijkste eisen aan de versnellingsbak voor gierbewegingen zijn koppelcapaciteit, structurele stijfheid (weerstand tegen trillingen van de gondel onder windvlagen), een afgedichte, weerbestendige constructie en werking bij -10 °C. EP-AHKA drietraps haakse serie voldoet aan alle vier de eisen: tot 9.585 N·m bij een verhouding van 1.800:1 in één enkele, afgedichte, haakse unit, geschikt voor temperaturen tot -10 °C, met de New Line-behuizing die is ontworpen voor de aanhoudende belastingcycli van de gierbeweging van windturbines.

Pitch Drive — Bladhoekregeling

De pitch-aandrijving roteert elk windturbineblad rond zijn lange as om de aanvalshoek te regelen – het primaire mechanisme voor vermogensregeling boven de nominale windsnelheid. Pitch vereist een snellere reactie dan yaw (0,5–2°/seconde) en een hogere positioneringsnauwkeurigheid (een pitchhoek van ±0,5° heeft direct invloed op het vermogen en de structurele belasting). Deze combinatie van hogere snelheid, redelijke precisie en een gemiddeld koppel (200–1000 N·m per blad) wijst op een tweetraps EP-AH- of EP-AFHK-configuratie in plaats van de viertrapsconfiguratie die voor yaw wordt gebruikt.

Koreaanse offshore turbine-pitchaandrijvingen zijn gespecificeerd met een nood-feather-functie: de mogelijkheid om de bladen naar de feather-positie (0° aanvalshoek) te draaien, zelfs als de stroomtoevoer wordt onderbroken. Dit vereist energie die is opgeslagen in een veer of een batterijback-up. De versnellingsbak moet het noodkoppel van de veer/batterij zonder schade kunnen opvangen – dit is geverifieerd in de specificatie voor het noodstopkoppel van de EP-AH-serie.

In Korea worden fabrieken voor de productie van windturbinebladen en zonnepanelenframes gebruikgemaakt van grootschalige portaalsystemen met tandwieloverbrengingen voor het aanbrengen van vezels, lijm en laswerkzaamheden. Deze productieportalen maken zelf deel uit van de toeleveringsketen voor hernieuwbare energie en kampen met hetzelfde slijtageprobleem van de tandwielen als beschreven voor CNC-portaalmachines.

Een Koreaanse fabriek voor de productie van windturbinebladen in Jeollabuk-do gebruikt een 50 meter lange, tandwielaangedreven portaalkraan voor het leggen van vezels met een verplaatsingssnelheid van 60 meter per minuut. Bij deze snelheid en een drieploegendienst bereikt de slijtage van de tandflanken van het rondsel elke 6-8 maanden de drempel voor vervanging. Met een conventionele tandwielkast met spiebanen duurt elke vervanging 4 uur, inclusief het loskoppelen van de motor en het opnieuw kalibreren van de kraankraan.

De EP-APC140 Curvic-plaat (compacte inline, maximaal 14.010 N·m) reduceert elke vervanging tot 30 minuten dankzij de zelfcentrerende Curvic Plate-interface met enkele schroef. Bevestigd geval in deze fabriek: 9 tandwielvervangingen in 2 jaar tijd zonder dat na elke vervanging een hercertificering van de precisie nodig was — de Curvic Plate herstelde de traverse-nauwkeurigheid van de portaalkraan bij elke vervanging tot binnen 0,012 mm van de oorspronkelijke waarde.

Q
Kan een planetaire tandwielkast zijn positie behouden wanneer de volgmotor wordt uitgeschakeld – 's nachts of tijdens een stroomstoring?

Een planetaire tandwielkast kan terugdraaien — zonder stroom kan een windbelasting op het paneel in principe de tandwielkast terugdraaien en de tracker laten kantelen. In de praktijk lossen zonnetrackers dit op met twee mechanismen: het besturingssysteem stuurt een veilige "opberg"-positie aan vóór uitschakeling (waarbij de panelen in de laagste luchtweerstandspositie worden gericht) en de elektromagnetische rem van de servomotor wordt geactiveerd bij stroomuitval. De planetaire tandwielkast zelf biedt geen passieve zwaartekracht- of windbelastingsremming. Voor tweeassige trackers met een verticale elevatie-as, waarbij een zwaartekrachtbelasting op de elevatie-aandrijving de tandwielkast zou terugdraaien, zorgt een wormwieloverbrenging of elektromagnetische rem op de elevatiemotor voor de benodigde zwaartekrachtremming wanneer de stroom is uitgeschakeld.

Q
Welke overbrengingsverhouding heeft een standaard inductiemotor met 1450 tpm nodig voor de werking van een zonnevolgsysteem?

De typische azimutale draaisnelheid van een zonnevolger is 0,1–0,3 omwentelingen per minuut (180° draaien in 5–10 minuten van zonsopgang tot zonsondergang). Voor een inductiemotor van 1450 omwentelingen per minuut die met 0,1 omwenteling per minuut draait, is de vereiste verhouding 1450 ÷ 0,1 = 14.500:1. De viertraps EP-AH-zonnevolger bestrijkt een verhouding tot 10.000:1 in één enkele unit – haalbaar met vier planetaire trappen, elk met een verhouding van 10:1. Bij een verhouding van 10.000:1 produceert de input van 1450 omwentelingen per minuut een output van 0,145 omwentelingen per minuut, binnen het normale draaibereik van de zonnevolger. Voor toepassingen die een exacte overbrengingsverhouding van 14.500:1 vereisen, wordt na de EP-AH-eenheid een samengestelde eindtrap (een wormwieloverbrenging of een extra planetaire overbrenging) toegevoegd, of wordt de motorsnelheid verlaagd via een frequentieomvormer, zodat de EP-AH met een overbrengingsverhouding van 10.000:1 de tracker direct met de gewenste snelheid kan aandrijven. Voor trackersystemen met twee assen, waarbij één AH-eenheid meerdere trackerrijen aandrijft via een gemeenschappelijke as, precisie CV-aandrijfassen Het AH-uitgangskoppel wordt via hoekverschuivingen langs de volgrij overgebracht zonder extra speling of verkeerde uitlijning in de aandrijfketting te introduceren.

Q
Kan dezelfde tandwielkastfamilie zowel de azimut- als de elevatie-as aandrijven op een twee-assige volgcamera?

Ja, de EP-AH/AHK-familie omvat beide. Voor azimut wordt doorgaans een haakse uitgangsconfiguratie gebruikt (EP-AHKA), zodat de motor in de volgkolom kan worden geplaatst terwijl de uitgaande as de zwenkring horizontaal aandrijft. Voor elevatie wordt een inline- of haakse configuratie gebruikt, afhankelijk van de montagegeometrie. De koppelvereisten verschillen: het koppel voor azimut wordt voornamelijk bepaald door de luchtweerstand op de volledige array, terwijl het koppel voor elevatie wordt bepaald door het moment van het paneelgewicht rond de elevatie-as. Beide assen gebruiken hetzelfde afgedichte smeermiddel met een temperatuurbestendigheid van -10 °C, dezelfde IP65-behuizing en dezelfde Ever-Power-applicatieondersteuning voor koppelberekening en seriebevestiging. Als de twee assen verschillende koppelniveaus vereisen, kunnen verschillende AH-frameformaten (bijv. AH200 voor azimut en AH140 voor elevatie) uit dezelfde productfamilie worden gespecificeerd.