Възстановяване на електрическа енергия и нейното използване

Традиционният начин да се отървете от излишната енергия, освободена честотни преобразуватели по време на спиране на асинхронните двигатели, контролирани от тях, той се разсейва под формата на топлина върху резисторите. Спирачните резистори са били използвани, когато има висока инерция на товара, например в центрофуги, на електрически превозни средства, на товарни стойки и т.н.

Такова решение беше необходимо, за да се ограничи максималното напрежение на клемите на преобразувателите в режим на спиране. В противен случай честотните преобразуватели биха се провалили, защото би било невъзможно да се контролират параметрите на ускорение и спиране.

Спирачните резистори не натоварват оборудването икономически, но някои неудобства неизменно причиняват. Резисторите са с размер, те са много горещи, имат нужда от защита срещу влага и прах. И всичко това е свързано само с факта, че е необходимо да се разсейва разхитената енергия, за която предприятието плаща пари, а парите не са малки, особено ако говорим за мащабно производство.

През лятото допълнителното нагряване на околния въздух е особено нежелателно, тъй като технологичното оборудване вече се загрява от топъл въздух, а след това има и резистори, нагряти до 100 градуса и по-нагоре. Нуждаете се от допълнителна вентилация - отново разходи.

Но има и друг начин. Защо разсейвате енергията напразно? Можете да го върнете обратно в мрежата и така да спестите енергия. Тогава те идват на помощ системи за възстановяване на енергия.

Разбира се, днешните честотни инвертори значително намаляват консумацията на електроенергия от оборудване, благодарение на оптимизирането на захранването на двигатели на различни технологични съоръжения, а това спестява ресурси. Но използването на възстановяване допълнително увеличава спестяванията. Възможно е енергията да не се разсейва от резистори по време на спиране, но може да бъде върната в мрежата, като се вземат предвид текущите мрежови параметри.

Днес водещите производители на индустриални машини и оборудване вече прилагат такива системи на електрически превозни средства: за тролейбуси, електрически влакове, ескалатори, трамваи и накрая - за електрически автомобили.

Как работи системата за възстановяване? Източник на променлив ток, захранващ мотор или друга инсталация, трябва да може да приема енергия обратно. За това вместо конвенционален изправител се използва преобразувател с импулсна ширина, модулиран. Такъв преобразувател е в състояние да насочва потоците на енергия както от източник към потребител, така и от потребител към източник. Този начин ви позволява да приведете фактора на мощността до единство.

Типична IGBT каскада на честотния преобразувател, работещ в режим на възстановяване, първоначално се представя като синусоидален токоизправител, но при спиране той генерира модулиран сигнал с импулсна ширина, в който посоката на тока, когато напрежението в клемите е над определено ниво, не е насочено от мрежата, т.е. и към мрежата от потребителската верига.

Разликата в напрежението между захранващата мрежа и товарната верига се прилага към индуктора за възстановяване. Индуктивността блокира високочестотни хармоници и се получава почти чист синусоидален ток, няма нужда от синхронизиращо оборудване, достатъчно е да приложите три тестови импулса от PWM модулатора към мрежата, за да определите честотата и фазата на напрежението в текущия момент.

Пример са честотните преобразуватели със система за възстановяване от контролни техники, които се използват, по-специално, в заводи Lamborghini и Nissan за захранване на динамични изпитвателни стенда, както и на ескалатори и различни металургични решения.

Същността е една и съща навсякъде - се създава двупосочен енергиен поток както към потребителя от мрежата, от източника, така и от потребителя към мрежата. При проектирането на системи за възстановяване се вземат предвид редица фактори: обхват на напрежението на мрежата, степен на оборудване и коефициент на мощност, максимална мощност, като се вземе предвид претоварването, ниво на загубите.

Диаграмата, показана на фигурата, показва решение с един двигател, при което задвижването на двигателя и рекуператорът са едно в едно копие, стойностите им са равни. Но понякога се появяват претоварвания на двигателя и тогава е необходимо по-мощно задвижване за възстановяване, за да се покрие долната граница на напрежението и загубите на двигателя.

Същият принцип осигурява работата на няколко двигателя с няколко моторни задвижвания, като същевременно се поставя едно мощно устройство за възстановяване, което може да премине през общата мощност за всички двигатели на системата, като се вземе предвид възможността за едновременно спиране на всички двигатели.

За да се ограничи пусковият ток в системи с няколко двигателя, когато DC-шините се комбинират, се използват тиристорни модули, свързани чрез контактори към кондензатори с постоянен ток на преобразувателя. След зареждане на кондензаторите тиристорният модул се изключва. Очевидно системите за възстановяване са конфигурирани по различен начин и се проектират индивидуално.

Говорейки за възстановяване, не можем да не си припомним регенеративните спирачни системи, използвани в съвременните двигатели на хибридни автомобили, където основата е пътят на електрическото възстановяване на кинетичната енергия.

Всеки път, когато автомобил се движи, се проявява кинетична енергия. Но когато спирате по традиционния начин, излишната енергия просто се губи под формата на топлина, спирачните накладки се търкат срещу спирачните дискове, губете напразно кинетичната енергия, нагрявайки фрикционния материал и метала, в крайна сметка губите топлина за околния въздух. Това е много разточителен подход.

Регенеративната спирачна система не изразходва кинетична енергия просто чрез триене, за да спира. Вместо това се използва електрически мотор, включен в трансмисията, който започва да действа като генератор по време на спиране, превръща въртящия момент на вала в електричество, зареждащ акумулатора, а спирачният въртящ момент на ротора, възникващ в режима на генератора, дава на автомобила желаното спиране. Енергията, съхранявана в акумулатора по този начин, след известно време отново служи за движение на колата, тоест тя се използва повторно.

Регенеративното спиране ви позволява да увеличите максимално използването на наличния ресурс при всяко зареждане на батерията, а горивото значително спестява. Тъй като при спиране 70% от кинетичната енергия пада върху предната ос, системата за възстановяване се монтира и на предната ос, за да се спести енергия по-ефективно.

Най-голямата ефективност на регенеративното спиране се постига при високи скорости, а при ниски скорости, ефективността на системата намалява. Поради тази причина, заедно с регенеративното спиране, по един или друг начин, съществува система за триене на спирачките. Съвместната работа на двете системи се осигурява от електронен контролер.

Контролерът изпълнява редица функции: контролира скоростта на въртене на колелата, поддържа правилния спирачен момент, разпределя спирачната сила между спирачките за възстановяване и триене и поддържа въртящ момент, приемлив за оптимално зареждане на батерията.

Разбира се, няма директна механична връзка между педала на спирачката и триещите накладки в такива превозни средства. Електронният блок осигурява правилното взаимодействие на ABS, системата за стабилност на обменния курс, системата за разпределение на спирачната сила и усилвателя на аварийната спирачка.