Recuperarea energiei electrice și utilizarea acesteia

Modul tradițional de a scăpa de excesul de energie eliberată în convertoare de frecvență în timpul frânării motoarelor asincrone controlate de acestea, acesta a fost disipat sub formă de căldură pe rezistențe. Rezistențele de frânare au fost utilizate oriunde a existat o inerție ridicată a sarcinii, de exemplu, la centrifuge, pe vehicule electrice, pe suporturi de încărcare etc.

Această soluție a fost necesară pentru a limita tensiunea maximă la bornele convertoarelor în modul de frânare. În caz contrar, convertoarele de frecvență ar fi eșuat, deoarece ar fi imposibil să controlați parametrii de accelerație și frânare.

Rezistențele de frânare nu au încărcat echipamentul economic, dar unele inconveniente au implicat în mod invariabil. Rezistențele sunt dimensionale, sunt foarte calde, au nevoie de protecție împotriva umidității și prafului. Și toate acestea sunt legate doar de faptul că este necesar să se disipeze energia irosită, pentru care întreprinderea plătește bani, iar banii nu sunt mici, mai ales dacă vorbim de producție la scară largă.

Vara, încălzirea suplimentară a aerului din jur este deosebit de nedorită, deoarece echipamentul tehnologic este deja încălzit cu aer cald, iar apoi există și rezistențe încălzite la 100 de grade și peste. Aveți nevoie de ventilație suplimentară - din nou costuri.

Există însă un alt mod. De ce să disipezi energia în zadar? Îl puteți returna în rețea și astfel economisiți energie. Apoi vin la salvare sisteme de recuperare a energiei.

Desigur, invertoarele de frecvență de astăzi reduc considerabil consumul de energie electrică de către echipamente, datorită optimizării alimentării cu energie a motoarelor din diferite echipamente tehnologice, iar acest lucru economisește resurse. Dar utilizarea recuperării crește și mai mult economiile. Este posibil ca energia să nu fie disipată de rezistențe în timpul frânării, dar poate fi returnată în rețea, luând în considerare parametrii rețelei actuale.

Astăzi, principalii producători de utilaje și echipamente industriale implementează deja astfel de sisteme pe vehicule electrice: pentru troleibuze, trenuri electrice, scări rulante, tramvaie și, în sfârșit, pentru mașini electrice.

Cum funcționează sistemul de recuperare? O sursă de curent alternativ care alimentează un motor sau o altă instalație trebuie să poată prelua energia înapoi. Pentru aceasta, în loc de un redresor convențional, este utilizat un convertor modulat cu lățimea impulsului. Un astfel de convertor este capabil să direcționeze fluxurile de energie atât de la o sursă la un consumator, cât și de la un consumator la o sursă. Acest mod vă permite să aduceți factorul de putere la unitate.

O cascadă tipică IGBT a convertizorului de frecvență care funcționează în modul de recuperare este prezentată inițial ca un redresor de curent sinusoidal, dar atunci când frânarea generează un semnal modulat pe lățimea impulsului, în care direcția curentului, când tensiunea la terminale este peste un anumit nivel, nu este direcționată de la rețea, și la rețeaua din circuitul consumatorului.

Diferența de tensiune dintre rețea și circuitul de încărcare se aplică inductorului de recuperare. Inductanța blochează armonicele de înaltă frecvență și se obține un curent sinusoidal aproape pur, nu este nevoie de echipamente de sincronizare, este suficient să aplicați trei impulsuri de testare din modulatorul PWM în rețea pentru a determina frecvența și faza tensiunii în momentul curent.

Un exemplu sunt convertoarele de frecvență cu un sistem de recuperare de la tehnicile de control, care sunt utilizate, în special, la fabricile Lamborghini și Nissan pentru a alimenta băncile de test dinamice, precum și pe scări rulante și diverse soluții metalurgice.

Esența este aceeași peste tot - un flux de energie bi-direcțional este creat atât pentru consumator din rețea, de la sursă, cât și de la consumator la rețea. La proiectarea sistemelor de recuperare, se iau în considerare o serie de factori: gama tensiunii de alimentare, ratingul echipamentului și factorul de putere, puterea maximă luând în considerare suprasarcina, nivelul pierderilor.

Diagrama prezentată în figură arată o soluție cu un singur motor, unde acționarea motorului și a schimbătorului de căldură sunt fiecare într-o copie, valorile lor fiind egale. Dar uneori apar supraîncărcări ale motorului, iar apoi este nevoie de o acțiune de recuperare mai puternică pentru a acoperi limita de tensiune mai mică și pierderile de motor.

Același principiu asigură funcționarea mai multor motoare cu mai multe acționări ale motorului, punând în același timp o singură unitate de recuperare puternică care poate trece prin puterea totală pentru toate motoarele sistemului, ținând cont de posibilitatea frânării simultane a tuturor motoarelor.

Pentru a limita curentul de pornire în sistemele cu mai multe motoare, atunci când autobuzele cu curent continuu sunt combinate, sunt utilizate module tiristor, conectate de contactori la condensatoarele încărcate cu curent continuu ale convertorului. După încărcarea condensatoarelor, modulul tiristorului este oprit. Evident, sistemele de recuperare sunt configurate diferit și sunt proiectate individual.

Vorbind despre recuperare, nu ne putem abține să nu ne amintim de sistemele de frânare regenerative utilizate la motoarele automobilelor hibride moderne, unde baza este calea recuperării electrice a energiei cinetice.

Ori de câte ori o mașină se mișcă, energia cinetică se manifestă. Însă, atunci când frânăm în mod tradițional, excesul de energie se pierde pur și simplu sub formă de căldură, plăcuțele de frână se freacă de discurile de frână, risipesc degeaba energie cinetică, încălzind materialul de frecare și metalul, pierzând în final căldură în aerul din jur. Aceasta este o abordare foarte risipitoare.

Sistemul de frânare regenerativ nu consumă energie cinetică doar prin frecare pentru a frâne. În schimb, se folosește un motor electric inclus în transmisie, care începe să acționeze ca un generator în timpul frânării, convertind cuplul de pe arbore la încărcarea electricității bateriei, iar cuplul de frânare al rotorului care apare în modul generator oferă frânării automobilului dorit. Energia stocată în baterie în acest fel după ceva timp servește din nou pentru a muta mașina, adică este reutilizată.

Frânarea regenerativă vă permite să maximizați utilizarea resurselor disponibile pentru fiecare încărcare a bateriei, iar combustibilul este economisit mult. Deoarece la frânare, 70% din energia cinetică cade pe axa față, sistemul de recuperare este montat și pe puntea față pentru a economisi energie mai eficient.

Cea mai mare eficiență a frânării regenerative se obține la viteze mari, iar la viteze mici, eficiența sistemului scade. Din acest motiv, împreună cu frânarea regenerantă, într-un fel sau altul, este prezent un sistem de frânare de frecare. Lucrările comune ale celor două sisteme sunt asigurate de un controler electronic.

Controlerul implementează o serie de funcții: controlează viteza de rotație a roților, menține cuplul de frânare corect, distribuie forța de frânare între frânele de recuperare și frecare și menține un cuplu acceptabil pentru o încărcare optimă a bateriei.

Desigur, nu există nicio conexiune mecanică directă între pedala de frână și plăcuțele de frecare din astfel de vehicule. Unitatea electronică asigură interacțiunea corectă a ABS, a sistemului de stabilitate a cursului de schimb, a sistemului de distribuție a forței de frână și a robinetului de frână de urgență.