Планетарни мењач за соларни трагач
и ветротурбина — избор погона са високим преносним односом

Приликом спецификације азимутског погона соларног праћења са планетарним мењачем, први прорачун није претрага каталога мењача - то је прорачун прихода. Избор мењача соларног праћења је необичан међу индустријским применама мењача: спецификација се директно повезује са приходом од енергије. Сваки степен грешке усмеравања између панела праћења и сунца смањује упадно зрачење за косинус угла грешке. За мале углове ово је приближно линеарно - грешка праћења од 1° смањује ефективну зрачење панела за приближно 1,5%, а грешка од 2° за приближно 3%. Током целе године у корејској соларној инсталацији која генерише 4.000 вршних сунчаних сати, губитак енергије због континуиране нетачности усмеравања је у потпуности израчунат.

Овај прорачун прихода преобликује спецификацију мењача: мењач веће прецизности који кошта 500.000 ₩ више по праћењу, али спречава губитак прихода од 18.000.000 ₩ годишње, исплаћује се за 10 дана. Релевантно питање о мењачу није „који је минимално прихватљиви зазор?“ већ „која је максимално дозвољена грешка праћења и који буџет за зазор то дозвољава у погонском склопу?“

За азимутску осу соларног праћења, укупни буџет угаоне грешке је типично ±0,3° до ±0,5° — узимајући у обзир осцилације панела изазване ветром, структурно савијање, несигурност сензора и кашњење система управљања. Допринос зазора мењача не би требало да пређе 30–40% овог буџета, постављајући спецификацију мењача на ≤5–10 лучних минута за азимутске осе и ≤2–3 лучна минута за CPV (концентрисане фотонапонске) праћење где тачност усмеравања директно одређује концентрацију на ћелију.

Захтев за обртним моментом азимутског погона долази од две силе: оптерећења ветра на панелском низу и трења лежајева на обртном прстену. Од њих, оптерећење ветра је доминантно у корејским приобалним и планинским соларним инсталацијама где пројектоване брзине ветра достижу 40–60 m/s за олује категорије тајфуна.

Захтев за степен редукције: Стандардни асинхрони мотор од 1.450 о/мин који покреће азимутску излазну брзину од 0,1 о/мин захтева однос од 14.500:1. Серво мотор од 3.000 о/мин за исти излаз захтева 30.000:1. Ови екстремни односи могу се постићи само са вишестепеним планетарним конфигурацијама или вишестепеним планетарним мењачем комбинованим са пужним завршним степеном.

The Четворостепена серија EP-AH/AHK достиже 10.000:1 у једној затвореној јединици. При улазној брзини од 1.450 обртаја у минути, ово производи излазну брзину од 0,145 обртаја у минути — директно употребљиво за већину захтева за споро кретање соларног праћења без завршне фазе пужа, поједностављујући погонски систем и побољшавајући укупну ефикасност.

Вага низа → Захтев обртног момента → Корејска серија Ever-Power

Обртни момент по јединици претпоставља 4–8 погонских јединица по низу праћења које деле укупни обртни момент оптерећења ветра. Потврдите комплетном структурном анализом за вашу специфичну геометрију низа и пројектовану брзину ветра.

Екстремни односи редукције које захтевају соларне и ветроелектране не могу се постићи у једном планетарном степену — физичко ограничење је приближно 10:1 по степену. Достизање 10.000:1 захтева четири каскадна планетарна степена унутар једног затвореног кућишта. Ово се фундаментално разликује од сложеног ланца мењача (две или три одвојене јединице повезане серијски).

Зашто је једностепени четворостепени мотор бољи од сложеног ланца: Четворостепени сложени ланац са односом 10.000:1 захтева четири одвојена кућишта, четири одвојена пуњења машћу, четири одвојене површине заптивања са заштитом IP65 и три спојнице међувратила — свака од њих је додатна потенцијална тачка квара и потребна ставка за одржавање у инсталацији обновљивих извора енергије на отвореном, која може бити удаљена 5 км од најближег сервисног тима. Четворостепени планетарни мењач са једном јединицом има једно кућиште, једно заптивено пуњење машћу, једно кућиште са заштитом IP65 и ниједну спојницу међувратила. За инсталације ветротурбина на мору, једноставност једне јединице је захтев за поузданост, а не само за погодност.

The EP-AFHK четворостепена серија правоугаоних испоручује до 10.000:1 при 1.975–3.800 N·m у једној заптивној јединици под правим углом — излаз под правим углом директно покреће обртни прстен или азимутску летву без додатног степена косог зупчаника. Користи се у корејским погонима за азимут праћење CPV на острву Чеџу, где је 48 јединица завршило три пуне сезоне тајфуна без иједног квара мењача.

Корејска места за инсталацију соларне и ветроелектране обухватају широк температурни опсег. Приобалне локације на Чеџуу и јужној обали имају зимске минимуме од -2 до -5°C. Локације у унутрашњости и на северним планинским локацијама достижу -8 до -15°C у јануару и фебруару. Сваки мењач инсталиран на овим локацијама мора поуздано да ради на локалном зимском минимуму без потребе за загревањем кућишта или заменом уља на ниским температурама.

Стандардна планетарна серија Ever-Power EP мотора у Кореји (EP-AB, EP-AF, EP-AH, EP-AFHK, итд.) користи заптивено мазиво са нижим температурним ограничењем −10°C — покрива сваку корејску инсталацију обновљиве енергије на отвореном без модификација. Спецификација заптивне масти је предвиђена за почетни обртни момент и вискозност на −10°C.

Практични резултат: за све корејске спецификације спољних мењача за обновљиве изворе енергије, користите стандардну ЕП планетарну серију (ЕП-АХ, ЕП-АФХК, итд.) и доња граница од -10°C је потврђена. Није потребна модификација на ниским температурама, није потребно загревање кућишта мењача и није потребан поступак зимског одржавања.

Температура корејске соларне/ветроелектране у односу на спецификацију мењача

IP65 према IEC 60529 стандарду специфицира потпуну заштиту од прашине (6) и заштиту од млазева воде из било ког правца брзином до 12,5 L/min при 30 kPa (5). Ово директно решава три главне претње од продора на корејским отвореним објектима за обновљиве изворе енергије:

Сви стандардни планетарни мотори серије EP компаније Korea Ever-Power имају стандардну оцену IP65 — није потребан посебан код за наручивање. Запечаћена конструкција са машћу која омогућава монтажу независну од оријентације такође ствара геометрију IP65: нема отвора за пуњење/одвод, нема чепова за вентилацију који могу бити изложени контаминацији, нема прозора за ниво уља који би могли да цуре.

Погон за скретање — оријентација гондоле

Погон скретања ротира гондолу ветротурбине хоризонтално како би поравнао ротор са правцем ветра. Ради на изузетно малој брзини (0,02–0,1 о/мин) против веома високог обртног момента од масе гондоле и жироскопских оптерећења. За корејску приобалну турбину од 4,5 MW, маса гондоле прелази 300 тона — трење лежајева скретања и жироскопски момент комбинују се да би се произвели обртни моменти погона скретања од 4.000–6.000 N·m по погонској јединици, при чему 4–8 погонских јединица деле укупно оптерећење скретања.

Захтев за тачност скретања: Неусклађеност од ±5° између ротора и ветра производи губитак снаге мањи од 0,4% — спецификација прецизности скретања је стога много лабавија од азимута соларног праћења. Доминантни захтеви мењача за погоне скретања су капацитет обртног момента, структурна крутост (отпорност на осцилације гондоле под ударима ветра), запечаћена конструкција отпорна на временске услове и рад на -10°C. EP-AHKA тростепена серија под правим углом покрива сва четири момента: до 9.585 N·m при 1.800:1 у једној затвореној јединици под правим углом, оцењеној до -10°C, са структурним кућиштем New Line дизајнираним за континуирано циклично оптерећење при скретању ветротурбине.

Погон нагиба — Контрола угла лопатице

Погон нагиба ротира сваку лопатицу ветротурбине око њене дугачке осе како би контролисао угао напада — примарни механизам регулације снаге изнад номиналне брзине ветра. Нагиб захтева бржи одзив од скретања (0,5–2°/секунду) и већу тачност позиционирања (угао нагиба ±0,5° директно утиче на излазну снагу и структурно оптерећење). Ова комбинација веће брзине, умерене прецизности и умереног обртног момента (200–1.000 N·m по лопатици) указује на двостепену EP-AH или EP-AFHK конфигурацију, а не на четворостепену која се користи за скретање.

Корејски погони нагиба турбина за морске платформе су специфицирани са могућношћу заустављања у хитним случајевима — могућношћу ротирања лопатица у положај заустављања (напад од 0°) чак и ако дође до прекида напајања електричном енергијом. Ово захтева или енергију ускладиштену у опрузи или резервну батерију. Мењач мора да прими обртни момент повратног погона из опруге/батерије без оштећења — што је потврђено у спецификацији обртног момента за хитно заустављање серије EP-AH.

Корејски погони за производњу лопатица ветротурбина и оквира соларних панела користе порталне системе великог формата са линеарним погонима са зупчаницима и летвама за полагање влакана, наношење лепка и заваривање. Ови производни портали су сами део ланца снабдевања обновљивом енергијом — и суочавају се са истим проблемом хабања зупчаника који је описан код ЦНЦ порталних машина алатки.

Корејски погон за производњу лопатица ветротурбина у Џолабук-доу користи портални систем за полагање влакана дужине 50 метара са сталкастим погоном при брзини кретања од 60 метара у минути. При овој брзини у раду у три смене, хабање бочне стране зубаца зупчаника достиже праг замене сваких 6–8 месеци. Код конвенционалног мењача са жлебовима, свака замена захтева 4 сата, укључујући искључивање мотора и рекалибрацију порталног система.

The EP-APC140 Закривљена плоча (компактни линијски, максимално 14.010 N·m) смањује сваку замену на 30 минута захваљујући самоцентрирајућем интерфејсу закривљене плоче са једним завртњем. Потврђен случај у овом погону: 9 замена зупчаника током 2 године без потребе за поновном сертификацијом прецизности након било које замене — закривљена плоча је вратила портал на тачност померања пре промене унутар 0,012 mm при сваком догађају.

П
Да ли планетарни мењач може да задржи положај када је мотор праћења без напајања — ноћу или током нестанка струје?

Планетарни мењач се може кретати уназад — без напајања, оптерећење ветра на панелу би у принципу могло да покрене мењач уназад и окрене трагач. У пракси, соларни трагачи ово решавају помоћу два механизма: контролни систем командује безбедан положај за „складиштење“ пре искључивања (усмеравајући панеле у положај пера са малим отпором), а електромагнетна кочница серво погона мотора се активира при искључивању напајања. Сам планетарни мењач не обезбеђује гравитационо држање или пасивно држање оптерећењем ветром. За двоосне трагаче са вертикалном осом елевације где би гравитационо оптерећење на погону елевације покретало мењач уназад, низводни пужни степен или електромагнетна кочница на мотору елевације обезбеђују потребну функцију гравитационог држања када је напајање искључено.

П
Који је преносни однос потребан стандардном индукционом мотору од 1.450 о/мин за рад соларног праћења?

Типична брзина окретања азимута соларног трагача је 0,1–0,3 о/мин (померање за 180° за 5–10 минута од изласка до заласка сунца). За индукциони мотор од 1.450 о/мин који покреће брзином од 0,1 о/мин: потребан однос = 1.450 ÷ 0,1 = 14.500:1. Четворостепени EP-AH покрива до 10.000:1 у једној јединици — што се може постићи кроз четири планетарна степена, сваки у односу 10:1. При 10.000:1, улаз од 1.450 о/мин производи излаз од 0,145 о/мин, унутар нормалног опсега окретања трагача. За примене које захтевају тачних 14.500:1, сложени завршни степен (пужни степен или додатни планетарни степен) се додаје након EP-AH јединице, или се брзина мотора смањује путем VFD-а како би се омогућило да излаз једне јединице EP-AH од 10.000:1 директно покреће трагач жељеном брзином. За двоосне низове праћења где једна AH јединица покреће више редова праћења кроз заједничко вратило, прецизна CV карданска вратила преносе излазни обртни момент AH кроз угаона померања дуж реда праћења без увођења додатног зазора или неусклађености у погонски ланац.

П
Да ли иста породица мењача може да опслужује и азимутске и елевационе осе на двоосном праћењу?

Да — породица EP-AH/AHK покрива оба. Азимут обично користи конфигурацију излаза под правим углом (EP-AHKA), тако да мотор може бити постављен унутар стуба праћења док излазна осовина хоризонтално покреће обртни прстен. Елевација користи линијско или правоугаоно постављање у зависности од геометрије монтаже. Захтеви за обртним моментом се разликују — обртни момент азимута је доминиран отпором ветра на целом низу, док обртни момент елевације доминира моментом тежине панелног низа око осе елевације. Обе осе користе исту заптивну маст заштите од -10°C, исто кућиште IP65 и исту подршку за апликације Korea Ever-Power за израчунавање обртног момента и потврду серије. Ако две осе захтевају различите нивое обртног момента, различите величине AH оквира (нпр. AH200 за азимут и AH140 за елевацију) могу се навести из исте породице производа.