Линейный актуатор — это приводной элемент, который преобразует вращательное движение двигателя в возвратно-поступательное линейное движение и толкает либо тянет нагрузку на определенное расстояние. На практике его также называют «электрическим поршнем».

В солнечных трекерах линейный актуатор используется для изменения угла солнечных панелей. Чаще всего в двухосевых системах он регулирует наклон панели, то есть ось высоты. В некоторых одноосевых конструкциях он вращает торсионную трубу через рычажный механизм, перемещая панели с востока на запад. Ниже вы узнаете, как работает актуатор, какие существуют типы, как он применяется в solar tracker, чем отличается от редукторного привода и на что следует обратить внимание при выборе.

Как работает линейный актуатор?

Электрический линейный актуатор состоит из нескольких основных взаимосвязанных компонентов:

• Двигатель: Обычно это небольшой электродвигатель постоянного тока (DC), являющийся источником движения.
• Редуктор: Снижает высокую скорость вращения двигателя и увеличивает усилие.
• Ходовой винт и гайка: Основной механизм, преобразующий вращательное движение в линейное. При вращении винта гайка перемещается вперед или назад.
• Шток поршня: Выдвигается или втягивается вместе с гайкой и толкает либо тянет нагрузку.
• Концевые выключатели: Останавливают двигатель на обоих концах хода и предотвращают перегрузку механизма.
• Датчик положения: Потенциометр, датчик Холла или энкодер сообщает блоку управления текущее положение поршня.

При изменении направления вращения двигателя поршень выдвигается или втягивается. Блок управления контролирует это движение на основе данных датчика положения и останавливает поршень в требуемой точке. В системах слежения за солнцем эта точка соответствует углу панели, рассчитанному в соответствии с текущим положением солнца.

Типы линейных актуаторов

Линейные актуаторы делятся на три основные группы в зависимости от типа энергии, используемой для движения:

• Электрические актуаторы: Работают с помощью двигателя и винтового механизма. Благодаря простоте установки и управления этот тип чаще всего используется в solar tracker.
• Гидравлические актуаторы: Работают с использованием масла под давлением и могут создавать очень большие усилия. Однако требуют обслуживания насосов, шлангов и уплотнений.
• Пневматические актуаторы: Работают на сжатом воздухе. Они быстрые, но для точной остановки в промежуточных положениях требуется дополнительное управляющее оборудование.

Наиболее важное различие между электрическими актуаторами заключается в типе используемого винта. От этого выбора зависят эффективность актуатора и его способность удерживать нагрузку при отключении электроэнергии.

В системах слежения за солнцем панели перемещаются небольшими шагами в течение дня, но при ветровой нагрузке должны длительное время оставаться неподвижными под одним углом. Поэтому самоблокировка является важным преимуществом. При использовании актуатора с шарико-винтовой передачей необходимо предусмотреть тормозной механизм, способный надежно удерживать положение.

Где используется линейный актуатор в solar tracker?

В системах слежения за солнцем существует два основных способа перемещения панели: редукторный привод, создающий вращательное движение, и линейный актуатор, выполняющий толкающее и тянущее движение. В зависимости от геометрии конструкции линейный актуатор выполняет две различные функции.

Регулировка наклона в двухосевых системах

Двухосевой tracker отслеживает солнце как по движению с востока на запад в течение дня, так и по высоте, меняющейся в зависимости от сезона. В распространенных конструкциях редукторный поворотный привод на стойке вращает панель в направлении восток-запад (азимут). Линейный актуатор, установленный между стойкой и несущей конструкцией панели, выдвигается и втягивается, изменяя наклон панели (угол возвышения). Такая схема позволяет независимо и просто управлять двумя движениями.

Рычажный механизм в одноосевых системах

В некоторых одноосевых trackers линейный актуатор вращает панель, толкая или вытягивая рычаг, соединенный с торсионной трубой. Благодаря механическому преимуществу рычага сравнительно небольшой двигатель способен перемещать большую группу панелей.

У этого подхода есть ограничение: угол поворота ограничен геометрией конструкции. В научных исследованиях для систем этого типа рассматривались рабочие диапазоны около ±60°. В исследовании, подробно рассматривающем эту тему, среди преимуществ trackers с линейными актуаторами отмечаются самоблокировка и высокая грузоподъемность. Ограниченный диапазон движения и энергопотребление двигателя выделяются в качестве основных вопросов, требующих решения.

Общие различия между одноосевыми и двухосевыми системами мы рассмотрели в статье о разнице между одноосевыми и двухосевыми solar tracker.

Линейный актуатор или редукторный привод?

Выбор правильного типа привода зависит от диапазона движения системы, переносимой нагрузки и условий площадки. В таблице ниже приведено общее сравнение двух решений:

В наземных солнечных электростанциях с рядными одноосевыми системами широко применяются редукторные приводы, которые напрямую вращают торсионную трубу. Например, наш редуктор ST7 для одноосевого solar tracker напрямую соединяется с профилями 120x120. Он также оснащен механическим ограничителем, предотвращающим превышение панелями определенного угла в сложных условиях, например при сильном ветре.

Линейный актуатор, в свою очередь, особенно эффективен там, где панель необходимо контролируемо толкать и тянуть вокруг одной оси. Поршень solar tracker из продуктовой линейки Remak Solar работает между несущим профилем и основной стойкой, обеспечивая контролируемое и сбалансированное перемещение панелей к заданному углу. Со всей продукцией можно ознакомиться на странице продукты solar tracker.

На что следует обратить внимание при выборе линейного актуатора для solar tracker?

Недостаточно учитывать только значение усилия в каталоге. Для актуатора, который должен надежно работать в полевых условиях в течение многих лет, необходимо одновременно оценивать следующие критерии:

• Динамическая и статическая нагрузка: Усилие, которое актуатор способен создавать во время движения, отличается от нагрузки, которую он способен удерживать в неподвижном состоянии. Поскольку ветровая нагрузка чаще действует на неподвижную панель, статическая удерживающая способность не менее важна, чем толкающее усилие.
• Длина хода и точки крепления: Необходимый ход рассчитывается в зависимости от требуемого диапазона углов и расстояния точек крепления от центра вращения. Более короткий рычаг позволяет получить больший угол при меньшем ходе, но увеличивает нагрузку на актуатор.
• Степень защиты: Поскольку актуатор годами работает под воздействием пыли, дождя и солнечного света, корпус и уплотнительные элементы должны быть пригодны для эксплуатации на открытом воздухе. Класс защиты IP является основным показателем устойчивости к пыли и воде.
• Рабочий цикл: Показывает, как долго актуатор способен работать без перегрева. Поскольку панели перемещаются через короткие интервалы в течение дня, для trackers это обычно не является проблемой. Однако необходимо учитывать длительные движения, например переход в положение защиты от ветра.
• Обратная связь по положению: Потенциометрические датчики сохраняют информацию о положении даже после отключения питания. Системы с датчиками Холла после отключения должны вернуться в исходную точку и пройти повторную калибровку.
• Совместимость по напряжению и управлению: Рабочее напряжение актуатора и сигнал датчика должны быть совместимы с панелью управления системы.

Логику управления системой слежения и способ определения положения солнца мы подробно объяснили на странице технологии.

Часто задаваемые вопросы о линейных актуаторах

Линейный актуатор и электрический поршень — это одно и то же?

В повседневном использовании эти термины чаще всего используются в одном и том же значении. Термин «электрический поршень» описывает линейный актуатор с электродвигателем. Гидравлические и пневматические поршни также создают линейное движение, но работают с использованием давления масла или воздуха и требуют дополнительного оборудования, например насоса или компрессора.

Упадут ли панели при отключении электроэнергии?

Актуаторы с трапецеидальным винтом являются самоблокирующимися, поэтому при отключении питания остаются в текущем положении. В моделях с шарико-винтовой передачей эту функцию выполняет тормозной механизм. Хорошо спроектированный tracker дополнительно имеет механические ограничители. Благодаря этому даже при возникновении проблемы с актуатором исключается неконтролируемое движение панелей.

От какого напряжения работают линейные актуаторы?

Большинство электрических линейных актуаторов работают от постоянного напряжения 12 В или 24 В. При выборе необходимо учитывать напряжение актуатора вместе с источником питания и панелью управления системы. При большой длине кабелей также следует учитывать падение напряжения.

Как обслуживать актуатор, работающий на открытом воздухе?

Во время периодических проверок необходимо осматривать соединительные пальцы и шарниры, поверхность штока, пылезащитный кожух и кабельные вводы. Необычные шумы при работе, замедление движения или неспособность панели полностью достичь заданного угла указывают на необходимость проверки актуатора. Калибровку датчика положения также следует проверять через определенные интервалы.

Почему в крупных солнечных электростанциях чаще используются редукторы?

В одноосевых системах, установленных длинными рядами, панели поворачиваются в широком диапазоне углов. Редукторные приводы, напрямую вращающие торсионную трубу, обеспечивают такой широкий угол без зависимости от геометрии рычага. Линейные актуаторы, в свою очередь, имеют преимущества в двухосевых системах, где требуется регулировка наклона, а также в рычажных конструкциях. Для ознакомления с общей конструкцией системы посетите нашу страницу система слежения за солнцем.