Récupération de l'énergie électrique et son utilisation

La façon traditionnelle de se débarrasser de l'excès d'énergie libéré dans convertisseurs de fréquence lors du freinage des moteurs asynchrones contrôlés par eux, il s'est dissipé sous forme de chaleur sur les résistances. Les résistances de freinage étaient utilisées partout où il y avait une forte inertie de la charge, par exemple dans les centrifugeuses, sur les véhicules électriques, sur les supports de charge, etc.

Cette solution était nécessaire pour limiter la tension maximale aux bornes des convertisseurs en mode freinage. Sinon, les convertisseurs de fréquence tomberaient en panne, car il serait impossible de contrôler les paramètres d'accélération et de freinage.

Les résistances de freinage n'alourdissaient pas l'équipement du point de vue économique, mais certains inconvénients impliquaient invariablement. Les résistances sont dimensionnelles, elles sont très chaudes, elles ont besoin d'une protection contre l'humidité et la poussière. Et tout cela n'est lié qu'au fait qu'il faut dissiper l'énergie gaspillée, pour laquelle l'entreprise paie de l'argent, et l'argent n'est pas petit, surtout si nous parlons de production à grande échelle.

En été, un chauffage supplémentaire de l'air ambiant est particulièrement indésirable, car l'équipement technologique est déjà chauffé à l'air chaud, et il existe également des résistances chauffées à 100 degrés et plus. Besoin d'une ventilation supplémentaire - coûte encore une fois.

Mais il y a une autre façon. Pourquoi dissiper de l'énergie en vain? Vous pouvez le renvoyer au réseau et ainsi économiser de l'énergie. Puis ils viennent à la rescousse systèmes de récupération d'énergie.

Bien entendu, les convertisseurs de fréquence actuels réduisent considérablement la consommation d'électricité par les équipements, du fait de l'optimisation de la méthode d'alimentation des moteurs des différents équipements technologiques, ce qui économise des ressources. Mais l'utilisation de la récupération augmente encore les économies. L'énergie ne peut pas être dissipée par les résistances lors du freinage, mais peut être restituée au réseau, en tenant compte des paramètres actuels du réseau.

Aujourd'hui, les principaux fabricants de machines et d'équipements industriels mettent déjà en œuvre de tels systèmes sur les véhicules électriques: pour les trolleybus, les trains électriques, les escaliers mécaniques, les tramways et enfin - pour les voitures électriques.

Comment fonctionne le système de récupération? Une source de courant alternatif alimentant un moteur ou une autre installation doit pouvoir reprendre l'énergie. Pour cela, au lieu d'un redresseur conventionnel, un convertisseur modulé en largeur d'impulsion est utilisé. Un tel convertisseur est capable de diriger les flux de puissance à la fois de la source vers le consommateur et du consommateur vers la source. De cette façon, vous pouvez amener le facteur de puissance à l'unité.

Une cascade IGBT typique du convertisseur de fréquence fonctionnant en mode de récupération est initialement présentée comme un redresseur de courant sinusoïdal, mais lors du freinage, il génère un signal modulé en largeur d'impulsion, dans lequel la direction du courant, lorsque la tension aux bornes est supérieure à un certain niveau, n'est pas dirigée depuis le réseau, et au réseau à partir du circuit consommateur.

La différence de tension entre le secteur et le circuit de charge est appliquée à l'inductance de récupération. L'inductance bloque les harmoniques haute fréquence, et un courant sinusoïdal presque pur est obtenu, il n'y a pas besoin de synchroniser l'équipement, il suffit d'appliquer trois impulsions de test du modulateur PWM au réseau pour déterminer la fréquence et la phase de la tension au moment actuel.

Les convertisseurs de fréquence avec un système de récupération de Control Techniques, par exemple, sont utilisés notamment dans les usines de Lamborghini et Nissan pour alimenter des bancs d'essais dynamiques, ainsi que sur des escaliers mécaniques et diverses solutions métallurgiques.

L'essence est la même partout - un flux d'énergie bidirectionnel est créé à la fois vers le consommateur depuis le réseau, depuis la source, et depuis le consommateur vers le réseau. Lors de la conception des systèmes de récupération, un certain nombre de facteurs sont pris en compte: plage de tension du secteur, puissance nominale et facteur de puissance, puissance maximale prenant en compte la surcharge, le niveau de perte.

Le diagramme montré sur la figure illustre une solution monomoteur, où l'entraînement du moteur et l'entraînement du récupérateur sont chacun en un seul exemplaire, leurs valeurs sont égales. Mais parfois, des surcharges de moteur se produisent, puis un entraînement de récupération plus puissant est nécessaire afin de couvrir la limite de tension inférieure et les pertes de moteur.

Le même principe assure le fonctionnement de plusieurs moteurs avec plusieurs entraînements de moteur, tout en mettant un puissant entraînement de récupération qui peut passer par la puissance totale de tous les moteurs du système, en tenant compte de la possibilité de freinage simultané de tous les moteurs.

Pour limiter le courant de démarrage dans les systèmes à plusieurs moteurs, lorsque les bus DC sont combinés, des modules à thyristors sont utilisés, connectés par des contacteurs aux condensateurs DC du convertisseur. Après avoir chargé les condensateurs, le module thyristor est désactivé. De toute évidence, les systèmes de récupération sont configurés différemment et sont conçus individuellement.

En parlant de récupération, on ne peut s'empêcher de rappeler les systèmes de freinage régénératifs utilisés dans les moteurs de voitures hybrides modernes, où la base est le chemin de la récupération électrique de l'énergie cinétique.

Chaque fois qu'une voiture se déplace, l'énergie cinétique se manifeste. Mais lors d'un freinage traditionnel, l'énergie excédentaire est simplement perdue sous forme de chaleur, les plaquettes de frein frottent contre les disques de frein, gaspillant de l'énergie cinétique en vain, chauffant le matériau de friction et le métal, perdant finalement de la chaleur dans l'air ambiant. Il s'agit d'une approche très inutile.

Le système de freinage régénératif ne consomme pas d'énergie cinétique par simple frottement pour freiner. Au lieu de cela, un moteur électrique inclus dans la transmission est utilisé, qui commence à agir comme générateur pendant le freinage, convertissant le couple sur l'arbre en charge électrique de la batterie, et le couple de freinage du rotor résultant du mode générateur donne à la voiture le freinage souhaité. L'énergie ainsi stockée dans la batterie après un certain temps sert à déplacer la voiture, c'est-à-dire qu'elle est réutilisée.

Le freinage régénératif vous permet de maximiser l'utilisation des ressources disponibles de chaque charge de batterie, et le carburant est considérablement économisé. Puisque lors du freinage, 70% de l'énergie cinétique tombe sur l'essieu avant, le système de récupération est également monté sur l'essieu avant afin d'économiser l'énergie plus efficacement.

La plus grande efficacité du freinage par récupération est obtenue à haute vitesse et à basse vitesse, l'efficacité du système diminue. Pour cette raison, avec le freinage régénératif, d'une manière ou d'une autre, un système de freinage à friction est présent. Le travail conjoint des deux systèmes est assuré par un contrôleur électronique.

Le contrôleur met en œuvre un certain nombre de fonctions: il contrôle la vitesse de rotation des roues, maintient le couple de freinage correct, répartit la force de freinage entre les freins de récupération et à friction et maintient un couple acceptable pour une charge optimale de la batterie.

Bien sûr, il n'y a pas de connexion mécanique directe entre la pédale de frein et les plaquettes de friction dans de telles voitures. L'unité électronique assure l'interaction correcte de l'ABS, du système de stabilité du taux de change, du système de répartition de la force de freinage et du servofrein d'urgence.