Regenerace elektrické energie a její využití

Tradiční způsob, jak se zbavit přebytečné energie uvolněné v měniče kmitočtu při brzdění jimi ovládanými asynchronními motory se rozptýlila ve formě tepla na odpory. Brzdné odpory byly použity všude tam, kde byla vysoká setrvačnost nákladu, například v odstředivkách, na elektrických vozidlech, na stojanech atd.

Toto řešení bylo nezbytné pro omezení maximálního napětí na svorkách převodníků v brzdovém režimu. V opačném případě by měniče kmitočtu selhaly, protože by nebylo možné řídit parametry zrychlení a brzdění.

Brzdné odpory nezatěžovaly zařízení ekonomicky, ale některé nepříjemnosti vždy znamenaly. Odpory jsou rozměrové, jsou velmi horké, potřebují ochranu proti vlhkosti a prachu. A to vše souvisí pouze se skutečností, že je nutné rozptýlit zbytečnou energii, za kterou podnik platí peníze, a peníze nejsou malé, zejména pokud mluvíme o velkovýrobě.

V létě je obzvláště nežádoucí další ohřev okolního vzduchu, protože technologické zařízení je již zahříváno teplým vzduchem a poté jsou zde také zahřívány odpory na 100 stupňů a více. Potřebujete další větrání - opět náklady.

Ale existuje i jiná cesta. Proč zbytečně rozptylovat energii? Můžete ji vrátit zpět do sítě a ušetřit tak energii. Pak přijdou na pomoc systémy regenerace energie.

Dnešní kmitočtové měniče samozřejmě díky optimalizaci způsobu napájení motorů různých technologických zařízení výrazně snižují spotřebu elektřiny zařízením, což šetří zdroje. Avšak využití rekuperace dále zvyšuje úspory. Energie nemusí být během brzdění rozptylována odpory, ale může být vrácena do sítě s ohledem na aktuální parametry sítě.

V současnosti již přední výrobci průmyslových strojů a zařízení takové systémy implementují do elektrických vozidel: pro trolejbusové autobusy, elektrické vlaky, eskalátory, tramvaje a konečně - pro elektromobily.

Jak funguje systém obnovy? Zdroj střídavého proudu dodávající motor nebo jiné zařízení musí být schopen odebírat energii zpět. K tomu se místo konvenčního usměrňovače používá konvertor s modulovanou šířkou impulsu. Takový převodník je schopen řídit toky energie jak ze zdroje ke spotřebiteli, tak ze spotřebitele ke zdroji. Tímto způsobem můžete uvést jednotu účiníku.

Typická IGBT kaskáda měniče kmitočtu pracujícího v regeneračním režimu je zpočátku prezentována jako sinusový usměrňovač proudu, ale při brzdění generuje signál modulovaný šířkou impulsu, ve kterém směr proudu, když napětí na svorkách je nad určitou úrovní, není nasměrován ze sítě, a do sítě ze spotřebitelského okruhu.

Napěťový rozdíl mezi napájecí sítí a obvodem zátěže se aplikuje na indukční induktor. Indukčnost blokuje vysokofrekvenční harmonické a získává se téměř čistý sinusový proud, není potřeba synchronizačního zařízení, stačí aplikovat tři testovací impulsy z PWM modulátoru do sítě k určení frekvence a fáze napětí v aktuálním okamžiku.

Příkladem jsou měniče kmitočtů s regeneračním systémem od společnosti Control Techniques, které se používají zejména v továrnách Lamborghini a Nissan k napájení dynamických zkušeben, jakož i na eskalátorech a různých metalurgických řešeních.

Podstata je všude stejná - je vytvořen obousměrný energetický tok jak pro zákazníka ze sítě, ze zdroje, tak od zákazníka do sítě. Při navrhování regeneračních systémů se bere v úvahu řada faktorů: rozsah síťového napětí, jmenovité hodnoty zařízení a účinník, maximální výkon s ohledem na přetížení, úroveň ztrát.

Schéma na obrázku ukazuje řešení s jedním motorem, kde pohon motoru a pohon výměníku tepla jsou vždy v jedné kopii, jejich hodnoty jsou stejné. Někdy však dochází k přetížení motoru a poté je zapotřebí silnější obnovovací pohon, aby bylo možné pokrýt dolní mez napětí a ztráty motoru.

Stejný princip zajišťuje provoz několika motorů s několika motorovými pohony, přičemž dává jeden výkonný obnovovací pohon, který může projít celkovým výkonem všech motorů systému, přičemž se bere v úvahu možnost současného brzdění všech motorů.

Aby se omezil počáteční proud v systémech s několika motory, když se kombinují DC sběrnice, používají se tyristorové moduly, připojené stykači k DC-nabitým kondenzátorům převodníku. Po nabití kondenzátorů je tyristorový modul vypnut. Systémy obnovy jsou samozřejmě konfigurovány odlišně a jsou navrženy individuálně.

Když už mluvíme o zotavení, nelze si pomoci, ale vzpomenout si na regenerativní brzdové systémy používané v moderních hybridních automobilových motorech, kde základem je cesta elektrického zotavení kinetické energie.

Kdykoli se vůz pohybuje, projevuje se kinetická energie. Při tradičním brzdění se však přebytečná energie jednoduše ztrácí ve formě tepla, brzdové destičky se otírají o brzdové kotouče, zbytečně ztrácí kinetickou energii, zahřívají třecí materiál a kov a nakonec ztrácí teplo okolnímu vzduchu. To je velmi zbytečný přístup.

Regenerační brzdový systém nespotřebovává kinetickou energii jednoduše třením, aby zabrzdil. Místo toho se používá elektrický motor, který je součástí převodu, který začíná působit jako generátor během brzdění, převádí točivý moment na hřídeli na elektřinu, která nabíjí baterii, a brzdný moment rotoru vznikající v generátorovém režimu dává vozu požadované brzdění. Energie uložená v baterii tímto způsobem po nějaké době opět slouží k pohybu vozu, to znamená, že se znovu používá.

Regenerativní brzdění vám umožní maximalizovat využití dostupného zdroje každého nabití baterie a palivo se výrazně ušetří. Protože při brzdění připadá na přední nápravu 70% kinetické energie, je na přední nápravě namontován také regenerační systém, aby se úspora energie zvýšila účinněji.

Nejvyšší účinnosti regenerativního brzdění je dosaženo při vysokých rychlostech a při nízkých rychlostech se účinnost systému snižuje. Z tohoto důvodu je spolu s regenerativním brzděním tak či onak přítomen třecí brzdový systém. Společnou práci obou systémů zajišťuje elektronický ovladač.

Řídicí jednotka implementuje řadu funkcí: řídí rychlost otáčení kol, udržuje správný brzdný moment, rozděluje brzdnou sílu mezi zpětné a třecí brzdy a udržuje točivý moment, který je přijatelný pro optimální nabití baterie.

V takových vozidlech samozřejmě neexistuje přímé mechanické spojení mezi brzdovým pedálem a třecími destičkami. Elektronická jednotka zajišťuje správnou interakci ABS, systém stability směnného kurzu, systém rozložení brzdné síly a nouzový posilovač brzd.