Encoder per determinare il controllo del passo delle pale del rotore: controllo del passo

Girare nel modo giusto

Da una brezza leggera a una forte burrasca, gli impianti eolici sono esposti a forti fluttuazioni della forza del vento e devono sfruttarle nel modo più efficiente possibile. Per aumentarne l'efficienza, si utilizza il controllo dinamico del passo per regolare le pale del rotore all'angolo richiesto. A basse velocità del vento, le pale del rotore vengono orientate verso il vento e allontanate quando le forze del vento aumentano, in modo da garantire che la turbina eolica continui a funzionare in modo sicuro anche a velocità del vento elevate. Come per molte applicazioni che prevedono movimenti rotatori, esistono diversi approcci che consentono l'uso degli encoder, a partire da soluzioni semplici con un solo encoder incrementale fino a una combinazione di due encoder assoluti ridondanti. Di seguito vengono descritti i vari tipi di installazione degli encoder che determinano il controllo del passo.

Installazione del sensore - motore

Un asse per il posizionamento di una pala del rotore è costituito da un pignone di trasmissione, un ingranaggio, un freno, un motore e un encoder (vedi schizzo).

Guida all'illustrazione

Il motoriduttore posiziona la pala del rotore e un freno supplementare garantisce il mantenimento della posizione richiesta anche in caso di interruzione dell'alimentazione. Quali sono i requisiti speciali che un sensore deve soddisfare in questo sistema? Poiché l'encoder è montato direttamente sull'azionamento, deve restituire valori di posizionamento affidabili nell'intervallo di temperatura compreso tra -40 e +100 °C. Per quanto riguarda questo requisito, gli encoder ottici a ingranaggi ottici Acuro AC58 offerti da Hengstler si sono dimostrati la soluzione migliore e più adatta. La posizione viene determinata mediante un metodo di retroilluminazione ottica. L'ingranaggio meccanico multigiro viene scansionato otticamente, in modo da non dover verificare gli effetti magnetici che possono essere causati in particolare dai freni di azionamento. La forma di scansione scelta non è soggetta a interferenze magnetiche e quindi è adatta al montaggio diretto su tutti i motori dotati di freni. Inoltre, l'encoder offre valori ad alta risoluzione ed è in grado di indicare segnali sia assoluti che incrementali, che possono essere utilizzati come valori di riferimento e/o per la regolazione della velocità. Di conseguenza, non sono necessari resolver o tachimetri aggiuntivi.

Sensore - Installazione della pala del rotore

Un'altra alternativa è quella di montare l'encoder direttamente sulla ralla della pala del rotore. In questo caso, l'accoppiamento avviene tramite una ruota dentata montata sull'albero dell'encoder. Poiché le sollecitazioni meccaniche sul sensore sono molto più elevate rispetto al caso dell'installazione del motore, quindi questa applicazione richiede requisiti completamente diversi per l'encoder. Per ridurre il carico dei cuscinetti dell'encoder, in passato venivano spesso utilizzati moduli di supporto. Questa variante di installazione richiede un encoder particolarmente robusto, come Acuro AR62. Grazie a un design compatto e a cuscinetti a sfera estremamente robusti, è adatto a carichi assiali e radiali molto elevati. Con un carico massimo ammissibile di 300 N (sia assiale che radiale), non solo supera la maggior parte dei comuni moduli di carico, ma offre anche una capacità di carico 10 volte superiore a quella degli encoder disponibili in commercio. Come l'AC58 (vedi sotto), il sensore AR62 è un encoder elettronico multigiro, che offre anche una capacità di carico 10 volte superiore a quella degli encoder disponibili in commercio multigiro elettronico, che presenta anche una tecnologia a filo d'impulsi esente da usura. La scansione magnetica monogiro e multigiro garantisce un'elevata resistenza agli urti e alle vibrazioni. Inoltre, questi sensori sono resistenti alle influenze ambientali, come l'umidità e gli ampi intervalli di temperatura. Grazie alla classe di protezione IP69K, questo tipo di encoder è adatto per l'installazione all'esterno.

Installazione del sensore - finecorsa

Infine, l'encoder può essere montato anche su una scatola di finecorsa. L'installazione in loco è facilitata da un assemblaggio di componenti completo e pre-regolato. In questo approccio, i requisiti meccanici non sono così elevati rispetto all'installazione diretta sulla pala del rotore. Soddisfacendo tutti i requisiti di alta precisione e robustezza, l'encoder assoluto magnetico Acuro AC58 rimane una soluzione economica per quanto riguarda il design meccanico. Sia nella variante monogiro che in quella multigiro, questo tipo di encoder necessita di un solo magnete. L'encoder multigiro utilizza la tecnologia a impulsi, il che significa che funziona completamente senza usura, senza batteria e senza ingranaggi. L'energia necessaria per il rilevamento della posizione è prodotta dal solo movimento di rotazione: un vantaggio significativo di questa tecnologia.

Conclusione

A seconda dell'applicazione specifica, ogni tipo di encoder deve soddisfare requisiti specifici. Gli encoder progettati nella tecnologia di azionamento "classica" sono necessari, ad esempio, direttamente sul motore. Questi sensori devono offrire un ampio
temperatura di funzionamento, un'elevata risoluzione e un'ampia gamma di velocità. Gli encoder montati sulla pala del rotore devono essere meccanicamente robusti. La famiglia di prodotti Acuro offre il tipo di sensore giusto per ogni tipo di applicazione (vedi grafico).