Regenerácia elektrickej energie a jej využitie

Tradičný spôsob, ako sa zbaviť prebytočnej energie uvoľnenej v systéme frekvenčné meniče počas brzdenia nimi ovládaných asynchrónnych motorov sa rozptyľovalo vo forme tepla na odporoch. Brzdné odpory sa používali všade tam, kde bola vysoká zotrvačnosť zaťaženia, napríklad v odstredivkách, na elektrických vozidlách, na stojanoch na náklad atď.

Takéto riešenie bolo nevyhnutné na obmedzenie maximálneho napätia na svorkách prevodníkov v brzdovom režime. Inak by meniče frekvencie zlyhali, pretože by nebolo možné regulovať parametre zrýchlenia a brzdenia.

Brzdové odpory nezaťažovali zariadenie ekonomicky, ale vždy sa vyskytli určité nepríjemnosti. Odpory sú rozmerové, sú veľmi horúce, potrebujú ochranu pred vlhkosťou a prachom. A to všetko súvisí iba so skutočnosťou, že je potrebné rozptýliť premrhanú energiu, za ktorú podnik platí peniaze, a peniaze nie sú malé, najmä ak hovoríme o veľkovýrobe.

V lete je mimoriadne nežiaduce ďalšie ohrievanie okolitého vzduchu, pretože technologické zariadenie je už ohrievané teplým vzduchom a potom sú tu tiež ohrievané odpory na 100 stupňov a viac. Potrebujete ďalšie vetranie - opäť náklady.

Existuje však aj iný spôsob. Prečo zbytočne rozptyľovať energiu? Môžete ho vrátiť späť do siete a ušetriť tak energiu. Potom prídu na pomoc systémy na zhodnocovanie energie.

Dnešné frekvenčné meniče samozrejme značne znižujú spotrebu elektriny zariadeniami, a to vďaka optimalizácii spôsobu napájania motorov rôznych technologických zariadení, čo šetrí zdroje. Avšak použitie rekuperácie ďalej zvyšuje úspory. Rezistory počas brzdenia nemôžu rozptýliť energiu, ale môžu sa vrátiť do siete s prihliadnutím na aktuálne parametre siete.

Poprední výrobcovia priemyselných strojov a zariadení už v súčasnosti tieto systémy zavádzajú do elektrických vozidiel: pre trolejbusy, elektrické vlaky, eskalátory, električky a nakoniec - pre elektrické automobily.

Ako funguje obnovovací systém? Zdroj striedavého prúdu dodávajúci motor alebo iné zariadenie musí byť schopný odobrať energiu späť. Na tento účel sa namiesto konvenčného usmerňovača používa konvertor s modulovanou šírkou impulzu. Takýto prevodník je schopný usmerňovať toky energie od zdroja k spotrebiteľovi a od spotrebiteľa k zdroju. Týmto spôsobom môžete spojiť výkonový faktor k jednote.

Typická IGBT kaskáda frekvenčného meniča pracujúceho v regeneračnom režime je spočiatku prezentovaná ako usmerňovač sínusového prúdu, ale pri brzdení generuje signál modulovaný šírkou impulzu, v ktorom smer prúdu, keď je napätie na svorkách nad určitou úrovňou, nie je nasmerovaný zo siete, a do siete zo spotrebiteľského okruhu.

Rozdiel napätia medzi napájacou sieťou a obvodom záťaže sa aplikuje na indukčný induktor. Indukčnosť blokuje vysokofrekvenčné harmonické a získa sa takmer čistý sínusový prúd, nie je potrebné synchronizačné zariadenie, stačí aplikovať tri testovacie impulzy z PWM modulátora do siete, aby sa určila frekvencia a fáza napätia v súčasnom okamihu.

Príkladom sú meniče frekvencie s regeneračným systémom od spoločnosti Control Techniques, ktoré sa používajú najmä v továrňach Lamborghini a Nissan na poháňanie dynamických skúšobných staníc, ako aj na eskalátoroch a rôznych metalurgických riešeniach.

Podstata je všade rovnaká - vytvára sa obojsmerný energetický tok tak pre zákazníka zo siete, zo zdroja, ako aj od zákazníka do siete. Pri navrhovaní regeneračných systémov sa zohľadňuje niekoľko faktorov: rozsah sieťového napätia, menovité vybavenie a účinník, maximálny výkon pri zohľadnení preťaženia, úroveň strát.

Schéma znázornená na obrázku predstavuje riešenie s jedným motorom, kde pohon motora a pohon rekuperátora sú vždy v jednej kópii a ich hodnoty sú rovnaké. Niekedy však dôjde k preťaženiu motora a potom je potrebný výkonnejší obnovovací pohon, aby sa pokryli dolné limity napätia a straty motora.

Rovnaký princíp zaisťuje prevádzku niekoľkých motorov s niekoľkými motorovými pohonmi, pričom dáva jeden výkonný obnovovací pohon, ktorý môže prejsť celkovým výkonom všetkých motorov systému, pričom sa berie do úvahy možnosť súčasného brzdenia všetkých motorov.

Aby sa obmedzil počiatočný prúd v systémoch s niekoľkými motormi, keď sa kombinujú jednosmerné zbernice, používajú sa tyristorové moduly spojené stykačmi s jednosmernými kondenzátormi prevodníka. Po nabití kondenzátorov sa tyristorový modul vypne. Je zrejmé, že systémy obnovy sú nakonfigurované odlišne a sú navrhnuté individuálne.

Keď už hovoríme o obnove, nemožno si pomôcť, ale pripomenúť si regeneratívne brzdové systémy používané v moderných hybridných motoroch automobilov, ktorých základom je cesta elektrického získavania kinetickej energie.

Kedykoľvek sa vozidlo pohybuje, prejavuje sa kinetická energia. Pri brzdení tradičným spôsobom sa však prebytočná energia jednoducho stráca vo forme tepla, brzdové doštičky sa trú o brzdové kotúče, zbytočne míňajú kinetickú energiu, zohrievajú trecí materiál a kov a nakoniec strácajú teplo okolitého vzduchu. Toto je veľmi zbytočný prístup.

Regeneračný brzdový systém nespotrebúva kinetickú energiu iba trením, aby sa zabrzdilo. Namiesto toho sa používa elektrický motor zahrnutý v prevode, ktorý začína pôsobiť ako generátor počas brzdenia, premieňaním krútiaceho momentu na hriadeli na elektrickú energiu nabíjajúcu batériu a brzdný krútiaci moment rotora vznikajúci v generátorovom režime dáva automobilu požadované brzdenie. Energia uložená v batérii týmto spôsobom po nejakom čase opäť slúži na pohyb vozidla, to znamená, že sa opätovne používa.

Regeneratívne brzdenie vám umožňuje maximalizovať využitie dostupného zdroja každého nabitia batérie a palivo sa výrazne šetrí. Pretože počas brzdenia je 70% kinetickej energie na prednej náprave, regeneračný systém je namontovaný na prednej náprave s cieľom efektívnejšie šetriť energiu.

Najväčšia účinnosť regeneratívneho brzdenia sa dosahuje pri vysokých rýchlostiach a pri nízkych rýchlostiach sa účinnosť systému znižuje. Z tohto dôvodu je spolu s regeneratívnym brzdením tak či onak prítomný systém trecej brzdy. Spoločnú prácu oboch systémov zabezpečuje elektronický ovládač.

Regulátor implementuje množstvo funkcií: riadi rýchlosť otáčania kolies, udržuje správny brzdný moment, rozdeľuje brzdnú silu medzi brzdu na obnovenie a trenie a udržuje krútiaci moment, ktorý je prijateľný pre optimálne nabitie batérie.

V týchto vozidlách samozrejme neexistuje priame mechanické spojenie medzi pedálom brzdy a trecími doštičkami. Elektronická jednotka zabezpečuje správnu súčinnosť ABS, systém stability výmenného kurzu, systém rozdeľovania brzdnej sily a núdzový posilňovač bŕzd.