Terugwinning van elektrische energie en het gebruik ervan

De traditionele manier om overtollige energie kwijt te raken frequentieomvormers tijdens het remmen van de asynchrone motoren die door hen werden bestuurd, werd het afgevoerd in de vorm van warmte op de weerstanden. Remweerstanden werden gebruikt overal waar een hoge traagheid van de lading was, bijvoorbeeld in centrifuges, op elektrische voertuigen, op laadplatforms, enz.

Deze oplossing was nodig om de maximale spanning op de klemmen van de converters in remmodus te beperken. Anders zouden de frequentieomvormers falen, omdat het onmogelijk zou zijn om de parameters van versnelling en remmen te regelen.

Remweerstanden belastten de apparatuur niet economisch, maar sommige ongemakken brachten dit altijd met zich mee. Weerstanden zijn dimensioneel, ze zijn erg heet, ze hebben bescherming nodig tegen vocht en stof. En dit alles hangt alleen samen met het feit dat het nodig is om verspilde energie af te voeren, waarvoor de onderneming geld betaalt, en het geld is niet klein, vooral als we het hebben over grootschalige productie.

In de zomer is extra verwarming van de omgevingslucht bijzonder ongewenst, omdat de technologische apparatuur al wordt verwarmd met warme lucht, en dan zijn er ook weerstanden die worden verwarmd tot 100 graden en hoger. Extra ventilatie nodig - opnieuw kosten.

Maar er is een andere manier. Waarom energie tevergeefs verspreiden? U kunt het terugsturen naar het netwerk en zo energie besparen. Dan komen ze te hulp energieterugwinningssystemen.

Natuurlijk verminderen de frequentieomvormers van vandaag het stroomverbruik van apparatuur aanzienlijk, dankzij de optimalisatie van de voedingsmethode van motoren van verschillende technologische apparatuur, en dit bespaart middelen. Maar het gebruik van recuperatie verhoogt de besparingen verder. Energie wordt mogelijk niet afgevoerd door weerstanden tijdens het remmen, maar kan worden teruggevoerd naar het netwerk, rekening houdend met de huidige netwerkparameters.

Tegenwoordig implementeren toonaangevende fabrikanten van industriële machines en apparatuur dergelijke systemen al op elektrische voertuigen: voor trolleybussen, elektrische treinen, roltrappen, trams en ten slotte - voor elektrische auto's.

Hoe werkt het herstelsysteem? Een wisselstroombron die een motor of andere installatie voedt, moet energie terug kunnen nemen. Hiervoor wordt in plaats van een conventionele gelijkrichter een pulsbreedtegemoduleerde omzetter gebruikt. Een dergelijke omzetter is in staat om stroomstromen van zowel de bron naar de consument als van de consument naar de bron te richten. Op deze manier kunt u de krachtfactor tot eenheid brengen.

Een typische IGBT-cascade van de frequentieomvormer die in de herstelmodus werkt, wordt aanvankelijk gepresenteerd als een sinusvormige stroomgelijkrichter, maar genereert bij het remmen een pulsbreedtegemoduleerd signaal, waarin de stroomrichting, wanneer de spanning op de terminals boven een bepaald niveau is, niet vanuit het netwerk wordt gestuurd, en naar het netwerk vanuit het consumentencircuit.

Het spanningsverschil tussen het lichtnet en het belastingscircuit wordt op de herstelinductor toegepast. Inductie blokkeert hoogfrequente harmonischen en een bijna zuivere sinusvormige stroom wordt verkregen, er is geen behoefte aan synchronisatie van apparatuur, het is voldoende om drie testpulsen van de PWM-modulator op het netwerk aan te leggen om de frequentie en fase van de spanning op het huidige moment te bepalen.

Een voorbeeld zijn de frequentieomvormers met een herstelsysteem van Control Techniques, die met name in fabrieken in Lamborghini en Nissan worden gebruikt om dynamische testbanken aan te drijven, evenals op roltrappen en verschillende metallurgische oplossingen.

De essentie is overal hetzelfde - een bidirectionele energiestroom wordt zowel naar de consument vanuit het netwerk, van de bron als van de consument naar het netwerk gecreëerd. Bij het ontwerpen van herstelsystemen wordt rekening gehouden met een aantal factoren: het bereik van de netspanning, nominale apparatuur en vermogensfactor, maximaal vermogen rekening houdend met overbelasting, niveau van verliezen.

Het diagram in de afbeelding toont een oplossing met één motor, waarbij de motoraandrijving en de warmtewisselaaraandrijving elk in één exemplaar zijn, hun waarden zijn gelijk. Maar soms treden motoroverbelastingen op en is een krachtigere herstelaandrijving vereist om de lagere spanningslimiet en motorverliezen te dekken.

Hetzelfde principe verzekert de werking van meerdere motoren met meerdere motoraandrijvingen, terwijl tegelijkertijd een krachtige herstelaandrijving wordt geplaatst die het totale vermogen voor alle motoren van het systeem kan doorstaan, rekening houdend met de mogelijkheid van gelijktijdig remmen van alle motoren.

Om de startstroom in systemen met meerdere motoren te beperken, worden, wanneer de DC-bussen worden gecombineerd, thyristormodules gebruikt, die door magneetschakelaars zijn aangesloten op DC-geladen condensatoren van de omzetter. Na het opladen van de condensatoren is de thyristormodule uitgeschakeld. Het is duidelijk dat herstelsystemen anders zijn geconfigureerd en individueel zijn ontworpen.

Over herstel gesproken, men kan niet anders dan de regeneratieve remsystemen herinneren die in moderne hybride automotoren worden gebruikt, waarbij de basis het pad is van elektrisch herstel van kinetische energie.

Wanneer een auto rijdt, manifesteert zich kinetische energie. Maar bij het traditionele remmen gaat overtollige energie gewoon verloren in de vorm van warmte, wrijven remblokken tegen remschijven, verspillen kinetische energie tevergeefs, verwarmen wrijvingsmateriaal en metaal en verliezen uiteindelijk warmte aan de omringende lucht. Dit is een zeer verspillende aanpak.

Het regeneratieve remsysteem verbruikt geen kinetische energie alleen door wrijving om te remmen. In plaats daarvan wordt een elektromotor in de transmissie gebruikt, die begint te werken als een generator tijdens het remmen, waarbij het koppel op de as wordt omgezet in elektriciteit die de batterij oplaadt, en het remkoppel van de rotor in de generatormodus geeft de auto het gewenste remvermogen. De energie die op deze manier in de batterij wordt opgeslagen, dient na enige tijd opnieuw om de auto te verplaatsen, dat wil zeggen dat deze opnieuw wordt gebruikt.

Met regeneratief remmen kunt u het gebruik van de beschikbare bron van elke batterijlading maximaliseren en wordt brandstof aanzienlijk bespaard. Omdat bij het remmen 70% van de kinetische energie op de vooras valt, wordt het terugwinningssysteem ook op de vooras gemonteerd om energie efficiënter te besparen.

De hoogste efficiëntie van regeneratief remmen wordt bereikt bij hoge snelheden en bij lage snelheden neemt de efficiëntie van het systeem af. Om deze reden is, samen met regeneratief remmen, op de een of andere manier een wrijvingsremsysteem aanwezig. Het gezamenlijke werk van de twee systemen wordt verzorgd door een elektronische controller.

De controller voert een aantal functies uit: hij regelt de rotatiesnelheid van de wielen, handhaaft het juiste remkoppel, verdeelt de remkracht tussen de herstel- en wrijvingsremmen en handhaaft een koppel dat acceptabel is voor een optimale batterijlading.

Natuurlijk is er in dergelijke auto's geen directe mechanische verbinding tussen het rempedaal en de wrijvingsblokken. De elektronische eenheid zorgt voor de juiste interactie van het ABS, het systeem van wisselkoersstabiliteit, het remkrachtverdelingssysteem en de noodremversterker.