Rückgewinnung elektrischer Energie und deren Nutzung

Der traditionelle Weg, um überschüssige Energie, die in freigesetzt wird, loszuwerden Frequenzumrichter Während des Bremsens der von ihnen gesteuerten Asynchronmotoren wurde diese in Form von Wärme an die Widerstände abgegeben. Bremswiderstände wurden überall dort eingesetzt, wo eine hohe Trägheit der Last bestand, beispielsweise in Zentrifugen, Elektrofahrzeugen, Lastständern usw.

Eine solche Lösung war notwendig, um die maximale Spannung an den Klemmen der Wandler im Bremsmodus zu begrenzen. Andernfalls würden die Frequenzumrichter ausfallen, da die Parameter Beschleunigung und Bremsen nicht gesteuert werden könnten.

Die Bremswiderstände belasteten die Ausrüstung nicht wirtschaftlich, aber es gab immer einige Unannehmlichkeiten. Widerstände sind maßhaltig, sehr heiß und müssen vor Feuchtigkeit und Staub geschützt werden. Und all dies hängt nur damit zusammen, dass es notwendig ist, verschwendete Energie abzuleiten, für die das Unternehmen Geld zahlt, und das Geld nicht klein ist, insbesondere wenn es sich um eine Massenproduktion handelt.

Im Sommer ist eine zusätzliche Erwärmung der Umgebungsluft besonders unerwünscht, da die technologische Ausrüstung bereits durch warme Luft erwärmt wird und dann auch Widerstände auf 100 Grad und mehr erwärmt werden. Benötigen Sie zusätzliche Belüftung - wieder Kosten.

Aber es gibt noch einen anderen Weg. Warum vergeblich Energie abführen? Sie können es wieder an das Netzwerk zurückgeben und so Energie sparen. Dann kommen sie zur Rettung Energierückgewinnungssysteme.

Natürlich reduzieren die heutigen Frequenzumrichter den Stromverbrauch von Geräten aufgrund der Optimierung der Stromversorgung von Motoren verschiedener technologischer Geräte erheblich, was Ressourcen spart. Der Einsatz von Rekuperation erhöht jedoch die Einsparungen weiter. Während des Bremsens wird Energie möglicherweise nicht durch Widerstände abgeführt, sondern kann unter Berücksichtigung der aktuellen Netzwerkparameter an das Netzwerk zurückgegeben werden.

Führende Hersteller von Industriemaschinen und -geräten führen solche Systeme bereits heute für Elektrofahrzeuge ein: für Oberleitungsbusse, elektrische Züge, Rolltreppen, Straßenbahnen und schließlich für Elektroautos.

Wie funktioniert das Wiederherstellungssystem? Eine Wechselstromquelle, die einen Motor oder eine andere Anlage versorgt, muss in der Lage sein, Energie zurückzunehmen. Hierzu wird anstelle eines herkömmlichen Gleichrichters ein pulsbreitenmodulierter Wandler verwendet. Ein solcher Wandler kann Stromflüsse sowohl von einer Quelle zu einem Verbraucher als auch von einem Verbraucher zu einer Quelle leiten. Auf diese Weise können Sie den Leistungsfaktor zur Einheit bringen.

Eine typische IGBT-Kaskade des im Wiederherstellungsmodus arbeitenden Frequenzumrichters wird anfänglich als sinusförmiger Stromgleichrichter dargestellt, erzeugt jedoch beim Bremsen ein pulsbreitenmoduliertes Signal, bei dem die Stromrichtung, wenn die Spannung an den Klemmen über einem bestimmten Pegel liegt, nicht vom Netzwerk geleitet wird. und zum Netzwerk von der Verbraucherschaltung.

Die Spannungsdifferenz zwischen dem Versorgungsnetz und dem Lastkreis wird an die Rückgewinnungsinduktivität angelegt. Die Induktivität blockiert hochfrequente Harmonische, und es wird ein nahezu reiner sinusförmiger Strom erhalten. Es ist keine Synchronisationsausrüstung erforderlich. Es reicht aus, drei Testimpulse vom PWM-Modulator an das Netzwerk anzulegen, um die Frequenz und Phase der Spannung zum aktuellen Zeitpunkt zu bestimmen.

Ein Beispiel sind die Frequenzumrichter mit einem Rückgewinnungssystem von Control Techniques, die insbesondere in den Werken von Lamborghini und Nissan zur Stromversorgung dynamischer Prüfstände sowie auf Rolltreppen und verschiedenen metallurgischen Lösungen eingesetzt werden.

Die Essenz ist überall gleich - Ein bidirektionaler Energiefluss wird sowohl zum Verbraucher vom Netzwerk, von der Quelle als auch vom Verbraucher zum Netzwerk erzeugt. Bei der Auslegung von Rückgewinnungssystemen werden eine Reihe von Faktoren berücksichtigt: Netzspannungsbereich, Nennleistung und Leistungsfaktor, maximale Leistung unter Berücksichtigung von Überlast, Verlustniveau.

Das in der Abbildung gezeigte Diagramm zeigt eine einmotorige Lösung, bei der der Motorantrieb und der Rekuperatorantrieb jeweils in einer Kopie vorliegen und deren Werte gleich sind. Manchmal treten jedoch Motorüberlastungen auf, und dann ist ein leistungsstärkerer Wiederherstellungsantrieb erforderlich, um die untere Spannungsgrenze und die Motorverluste abzudecken.

Das gleiche Prinzip stellt den Betrieb mehrerer Motoren mit mehreren Motorantrieben sicher, während ein leistungsstarker Wiederherstellungsantrieb eingesetzt wird, der die Gesamtleistung aller Motoren des Systems durchläuft, wobei die Möglichkeit des gleichzeitigen Bremsens aller Motoren berücksichtigt wird.

Um den Anlaufstrom in Systemen mit mehreren Motoren zu begrenzen, werden bei Kombination der DC-Busse Thyristormodule verwendet, die über Schütze mit den DC-geladenen Kondensatoren des Wandlers verbunden sind. Nach dem Laden der Kondensatoren wird das Thyristormodul ausgeschaltet. Offensichtlich sind Wiederherstellungssysteme unterschiedlich konfiguriert und werden individuell entworfen.

Wenn man von der Rückgewinnung spricht, kann man sich nur an die regenerativen Bremssysteme erinnern, die in modernen Hybridautomotoren verwendet werden, deren Grundlage der Weg der elektrischen Rückgewinnung kinetischer Energie ist.

Immer wenn sich ein Auto bewegt, manifestiert sich kinetische Energie. Beim Bremsen auf herkömmliche Weise geht überschüssige Energie einfach in Form von Wärme verloren, Bremsbeläge reiben an Bremsscheiben, verschwenden vergeblich kinetische Energie, erwärmen Reibungsmaterial und Metall und verlieren letztendlich Wärme an die Umgebungsluft. Dies ist ein sehr verschwenderischer Ansatz.

Das regenerative Bremssystem verbraucht nicht einfach durch Reibung kinetische Energie, um zu bremsen. Stattdessen wird ein im Getriebe enthaltener Elektromotor verwendet, der beim Bremsen als Generator zu wirken beginnt, das Drehmoment auf der Welle in Elektrizität umwandelt, die die Batterie auflädt, und das im Generatormodus auftretende Bremsmoment des Rotors gibt dem Auto das gewünschte Bremsen. Die auf diese Weise nach einiger Zeit wieder in der Batterie gespeicherte Energie dient dazu, das Auto zu bewegen, dh es wird wiederverwendet.

Durch regeneratives Bremsen können Sie die verfügbaren Ressourcen jeder Batterieladung optimal nutzen und Kraftstoff sparen. Da beim Bremsen 70% der kinetischen Energie an der Vorderachse anliegt, ist das Rückgewinnungssystem an der Vorderachse montiert, um effizienter Energie zu sparen.

Der größte Wirkungsgrad des regenerativen Bremsens wird bei hohen Geschwindigkeiten erreicht, und bei niedrigen Geschwindigkeiten nimmt der Wirkungsgrad des Systems ab. Aus diesem Grund ist neben dem regenerativen Bremsen auf die eine oder andere Weise ein Reibungsbremssystem vorhanden. Die gemeinsame Arbeit der beiden Systeme wird von einer elektronischen Steuerung übernommen.

Die Steuerung implementiert eine Reihe von Funktionen: Sie steuert die Drehzahl der Räder, behält das richtige Bremsmoment bei, verteilt die Bremskraft zwischen den Rückstell- und Reibungsbremsen und hält ein Drehmoment aufrecht, das für eine optimale Batterieladung akzeptabel ist.

Natürlich gibt es in solchen Fahrzeugen keine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Bremspedal und den Reibbelägen. Die elektronische Einheit sorgt für das korrekte Zusammenspiel des ABS, des Wechselkursstabilitätssystems, des Bremskraftverteilungssystems und des Notbremskraftverstärkers.