Obnavljanje električne energije i njezina uporaba

Tradicionalni način da se riješite viška energije oslobođene u frekvencijski pretvarači tijekom kočenja asinkronih motora kojima upravljaju, raspršio se u obliku topline na otpornicima. Kočioni otpornici upotrebljavali su se tamo gdje je postojala velika inercija opterećenja, na primjer, u centrifugama, na električnim vozilima, na stalcima tereta itd.

Takvo je rješenje bilo potrebno kako bi se ograničio maksimalni napon na stezaljkama pretvarača u načinu kočenja. U protivnom, frekvencijski pretvarači ne bi uspjeli, jer je nemoguće kontrolirati parametre ubrzanja i kočenja.

Kočioni otpornici nisu opteretili opremu ekonomski, ali neke neugodnosti neizbježno su uzrokovale. Otpornici su dimenzijski, jako su vrući, treba im zaštita od vlage i prašine. A sve je to povezano samo s činjenicom da je potrebno rasipati izgubljenu energiju, za koju poduzeće plaća novac, a novca nije malo, pogotovo ako govorimo o velikoserijskoj proizvodnji.

Ljeti je dodatno zagrijavanje okolnog zraka posebno nepoželjno, jer se tehnološka oprema već zagrijava toplim zrakom, a zatim postoje i otpornici zagrijani do 100 stupnjeva i više. Trebate dodatnu ventilaciju - opet troškovi.

Ali postoji drugi način. Zašto uzalud trošiti energiju? Možete je vratiti natrag u mrežu i tako uštedjeti energiju. Tada im dolaze u pomoć sustavi za povrat energije.

Naravno, današnji pretvarači frekvencije uvelike smanjuju potrošnju električne energije opremom, zahvaljujući optimizaciji napajanja motora različitom tehnološkom opremom, a to štedi resurse. Ali upotreba oporavka dodatno povećava uštede. Otpornici se tijekom kočenja ne mogu raspodjeliti energije, ali mogu se vratiti u mrežu uzimajući u obzir trenutne mrežne parametre.

Danas vodeći proizvođači industrijskih strojeva i opreme već primjenjuju takve sustave na električnim vozilima: za trolejbuse, električne vlakove, eskalatore, tramvaje i konačno - za električne automobile.

Kako funkcionira sustav oporavka? Izvor izmjenične struje koji opskrbljuje motor ili drugu instalaciju mora biti u mogućnosti vratiti energiju. Za to se umjesto konvencionalnog ispravljača koristi impulsni modulirani pretvarač. Takav pretvarač može usmjeriti tokove snage i od izvora do potrošača, i od potrošača do izvora. Na ovaj način možete dovesti faktor snage u jedinstvo.

Tipična IGBT kaskada pretvarača frekvencije koja djeluje u načinu oporavka isprva je predstavljena kao sinusoidni ispravljač struje, ali pri kočenju stvara signal moduliran širinom impulsa, u kojem smjer struje, kada je napon na terminalima iznad određene razine, nije usmjeren od mreže, te na mrežu iz potrošačkog kruga.

Razlika napona između mreže i kruga opterećenja primjenjuje se na induktor oporavka. Indukcija blokira visokofrekventne harmonike, a dobiva se gotovo čista sinusoidna struja, nema potrebe za opremom za sinkronizaciju, dovoljno je primijeniti tri ispitna impulsa iz PWM modulatora na mrežu kako bi se odredila frekvencija i faza napona u trenutnom trenutku.

Primjer su frekvencijski pretvarači sa sustavom oporavka iz kontrolnih tehnika, koji se posebice koriste u tvornicama Lamborghini i Nissan za pokretanje dinamičkih ispitnih mjesta, kao i na pokretnim stepenicama i raznim metalurškim rješenjima.

Suština je svugdje ista - stvara se dvosmjerni protok energije i prema potrošaču iz mreže, i iz izvora, i od potrošača do mreže. Pri dizajniranju sustava za oporavak uzimaju se u obzir brojni čimbenici: raspon mrežnog napona, ocjena opreme i faktor snage, maksimalna snaga koja uzima u obzir preopterećenje, razina gubitaka.

Dijagram prikazan na slici prikazuje rješenje s jednim motorom, gdje su pogon motora i pogon izmjenjivača topline svaki u jednom primjerku, a njihove vrijednosti su jednake. Ali ponekad se dogodi preopterećenje motora i tada je potreban snažniji pogon za oporavak da bi se pokrili donji napon i gubici motora.

Isti princip osigurava rad nekoliko motora s nekoliko motornih pogona, istovremeno postavljajući jedan snažni pogon za oporavak koji može proći ukupnu snagu za sve motore u sustavu, uzimajući u obzir mogućnost istodobnog kočenja svih motora.

Da bi se ograničila startna struja u sustavima s nekoliko motora, kada se istosmjerne sabirnice kombiniraju, koriste se tiristorski moduli, koji su pomoću kontaktora spojeni na istosmjerne kondenzatore pretvarača. Nakon punjenja kondenzatora tiristorski modul se isključuje. Očito je da su sustavi za oporavak konfigurirani na različite načine i dizajnirani su pojedinačno.

Kada je u pitanju oporavak, ne možemo se prisjetiti regenerativnih kočnih sustava koji se koriste u modernim hibridnim automobilskim motorima, gdje je osnova put električnog oporavka kinetičke energije.

Kad god se automobil kreće, očituje se kinetička energija. No, kada kočite na tradicionalan način, višak energije jednostavno se gubi u obliku topline, kočioni se jastučići trljaju o kočione diskove, uzalud troši kinetičku energiju, zagrijavajući frikcijski materijal i metal, u konačnici gubeći toplinu okolnog zraka. Ovo je vrlo rasipan pristup.

Regenerativni kočioni sustav ne troši kinetičku energiju samo trenjem da bi kočio. Umjesto toga koristi se električni motor uključen u prijenos, koji počinje djelovati kao generator tijekom kočenja, pretvara zakretni moment na osovini u električnu energiju koja puni bateriju, a kočioni moment rotora nastao u načinu rada generatora daje automobilu željenu kočnicu. Na taj način energija pohranjena u bateriji nakon nekog vremena opet služi za pomicanje automobila, odnosno ponovno se koristi.

Regenerativno kočenje omogućuje vam maksimalno korištenje dostupnih resursa svakog napunjenosti baterije, a gorivo se uvelike štedi. Budući da pri kočenju 70% kinetičke energije pada na prednju osovinu, sustav za oporavak također je postavljen na prednju osovinu kako bi se učinkovitije uštedjela energija.

Najveća učinkovitost regenerativnog kočenja postiže se pri velikim brzinama, a pri malim brzinama, učinkovitost sustava opada. Iz tog razloga, uz regenerativno kočenje, na ovaj ili onaj način, prisutan je sustav trenja. Zajednički rad dvaju sustava osigurava elektronski kontroler.

Upravljač ima nekoliko funkcija: kontrolira brzinu rotacije kotača, održava ispravni moment kočenja, raspoređuje kočnu silu između kočnica za oporavak i trenje i održava zakretni moment koji je prihvatljiv za optimalno punjenje baterije.

Naravno, ne postoji izravna mehanička veza između papučice kočnice i tornih jastučića u takvim vozilima. Elektronička jedinica osigurava ispravnu interakciju ABS-a, sustava stabilnosti tečaja, sustava raspodjele kočne sile i pojačanog potisnog kočenja.