Återvinning av elektrisk energi och dess användning

Det traditionella sättet att bli av med överskottsenergi som frigörs i frekvensomvandlare under bromsning av de asynkronmotorer som kontrollerades av dem, avleddes den i form av värme på motstånden. Bromsmotstånd användes varhelst det var en hög tröghet i lasten, till exempel i centrifuger, på elektriska fordon, på laststativ etc.

En sådan lösning var nödvändig för att begränsa den maximala spänningen vid omvandlarens terminaler i bromsningsläge. Annars skulle frekvensomformarna misslyckas, eftersom det skulle vara omöjligt att kontrollera parametrarna för acceleration och bromsning.

Bromsmotstånd belastade inte utrustningen ekonomiskt, men vissa besvär innebar alltid. Motstånd är dimensionella, de är mycket varma, de behöver skydd mot fukt och damm. Och allt detta är endast kopplat till det faktum att det är nödvändigt att sprida bortkastad energi, för vilket företaget betalar pengar, och pengarna är inte små, särskilt om vi talar om storskalig produktion.

På sommaren är extra uppvärmning av den omgivande luften särskilt oönskad, eftersom den tekniska utrustningen redan är uppvärmd med varm luft, och sedan finns det också motstånd som värms upp till 100 grader och högre. Behöver ytterligare ventilation - återigen kostar.

Men det finns ett annat sätt. Varför sprida energi förgäves? Du kan returnera det till nätverket tillbaka och så spara energi. Då kommer de till undsättning system för energiåtervinning.

Naturligtvis minskar dagens frekvensomvandlare kraftigt förbrukningen av el med utrustning på grund av optimeringen av energiförsörjningsmetoden för motorer i olika tekniska apparater, och detta sparar resurser. Men användningen av återhämtning ökar besparingarna ytterligare. Energi kanske inte sprids av motstånd under bromsning, men kan returneras till nätverket med hänsyn till de aktuella nätverksparametrarna.

Idag implementerar redan ledande tillverkare av industrimaskiner och utrustning sådana system på elfordon: för vagnbussar, elektriska tåg, rulltrappor, spårvagnar och slutligen - för elbilar.

Hur fungerar återställningssystemet? En växelströmskälla som levererar en motor eller annan installation måste kunna ta tillbaka energi. För detta används i stället för en konventionell likriktare en pulsbreddmodulerad omvandlare. En sådan omvandlare kan styra kraftflöden både från en källa till en konsument och från en konsument till en källa. På detta sätt kan du föra kraftfaktorn till enhet.

En typisk IGBT-kaskad av frekvensomvandlaren som arbetar i återhämtningsläget presenteras initialt som en sinusformad strömriktare, men vid bromsning genererar den en pulsbreddmodulerad signal, i vilken strömriktningen, när spänningen vid terminalerna är över en viss nivå, inte riktas från nätverket, och till nätverket från konsumentkretsen.

Spänningsskillnaden mellan matningsnätet och lastkretsen appliceras på återvinningsinduktorn. Induktans blockerar högfrekvensharmonik, och en nästan ren sinusformad ström erhålls, det finns inget behov av synkroniseringsutrustning, det räcker att applicera tre testpulser från PWM-modulatorn till nätverket för att bestämma frekvensen och fasen för spänningen i det aktuella ögonblicket.

Ett exempel är frekvensomvandlare med ett återhämtningssystem från Control Techniques, som i synnerhet används vid Lamborghini- och Nissan-fabrikerna för att driva dynamiska testbänkar, samt på rulltrappor och olika metallurgiska lösningar.

Kärnan är densamma överallt - ett dubbelriktat energiflöde skapas både till konsumenten från nätverket, från källan och från konsumenten till nätverket. Vid utformning av återvinningssystem beaktas ett antal faktorer: området för nätspänning, utrustningsklassificering och effektfaktor, maximal effekt med hänsyn till överbelastning, nivå av förluster.

Diagrammet som visas på figuren visar en enda-motorlösning, där motordrivningen och värmeväxlaren är var och en i en kopia, deras värden är lika. Men ibland uppstår överbelastning av motor, och då krävs en kraftigare återvinningsenhet för att täcka den lägre spänningsgränsen och motorförluster.

Samma princip garanterar driften av flera motorer med flera motordrivna motorer, samtidigt som en kraftfull återvinningsdrivning som kan passera genom den totala kraften för alla motorer i systemet, med hänsyn till möjligheten att samtidigt bromsa alla motorer.

För att begränsa startströmmen i system med flera motorer, när DC-bussarna kombineras, används tyristormoduler, anslutna av kontaktorer till DC-laddade kondensatorer på omvandlaren. Efter laddning av kondensatorerna stängs tyristormodulen av. Uppenbarligen är återställningssystem konfigurerade annorlunda och utformas individuellt.

Om man talar om återhämtning kan man inte låta bli att komma ihåg de regenererande bromssystem som används i moderna hybridbilsmotorer, där grunden är vägen för elektrisk återvinning av kinetisk energi.

När en bil rör sig manifesteras kinetisk energi. Men när man bromsar på traditionellt sätt går överflödet helt enkelt bort i form av värme, bromsbelägg gnider mot bromsskivor, förlorar kinetisk energi förgäves, värmer friktionsmaterial och metall och slutligen förlorar värme till den omgivande luften. Detta är en mycket slösaktig metod.

Det regenerativa bromssystemet förbrukar inte kinetisk energi helt enkelt genom friktion för att bromsa. Istället används en elektrisk motor som ingår i växellådan, som börjar fungera som en generator under bromsning, omvandlar vridmomentet på axeln till elektricitet som laddar batteriet, och bromsmomentet för rotorn som uppstår i generatorläget ger bilen önskad bromsning. Den energi som lagras i batteriet på detta sätt efter en tid återigen tjänar till att flytta bilen, det vill säga den återanvänds.

Regenerativ bromsning tillåter dig att maximera användningen av den tillgängliga resursen för varje batteriladdning och bränsle sparar mycket. Sedan vid bromsning faller 70% av den kinetiska energin på framaxeln, är återvinningssystemet också monterat på framaxeln för att spara energi mer effektivt.

Den största effektiviteten för regenerativ bromsning uppnås vid höga hastigheter och vid låga hastigheter minskar systemets effektivitet. Av detta skäl, tillsammans med regenerativ bromsning, på ett eller annat sätt, finns ett friktionsbromssystem. De två systemens gemensamma arbete tillhandahålls av en elektronisk styrenhet.

Styrenheten implementerar ett antal funktioner: den styr hjulens rotationshastighet, upprätthåller rätt bromsmoment, fördelar bromskraften mellan återvinnings- och friktionsbromsarna och upprätthåller ett vridmoment som är acceptabelt för en optimal batteriladdning.

Naturligtvis finns det ingen direkt mekanisk anslutning mellan bromspedalen och friktionsdynorna i sådana fordon. Den elektroniska enheten säkerställer korrekt växelverkan mellan ABS, systemet för växelkursstabilitet, bromskraftsfördelningssystemet och nödbromsförstärkaren.