Recuperação de energia elétrica e seu uso

A maneira tradicional de se livrar do excesso de energia liberada em conversores de frequência durante a frenagem dos motores assíncronos controlados por eles, este era dissipado na forma de calor nos resistores. Os resistores de frenagem eram usados ​​sempre que havia uma alta inércia da carga, por exemplo, em centrífugas, em veículos elétricos, em suportes de carga, etc.

Essa solução foi necessária para limitar a tensão máxima nos terminais dos conversores no modo de frenagem. Caso contrário, os conversores de frequência falhariam, porque seria impossível controlar os parâmetros de aceleração e frenagem.

Os resistores de frenagem não sobrecarregavam o equipamento economicamente, mas alguns inconvenientes invariavelmente envolviam. Os resistores são dimensionais, são muito quentes, precisam de proteção contra umidade e poeira. E tudo isso está relacionado apenas ao fato de que é necessário dissipar a energia desperdiçada, pela qual a empresa paga dinheiro, e o dinheiro não é pequeno, especialmente se estamos falando de produção em larga escala.

No verão, o aquecimento adicional do ar circundante é especialmente indesejável, porque o equipamento tecnológico já é aquecido por ar quente e também existem resistores aquecidos a 100 graus ou mais. Precisa de ventilação adicional - custos de novo.

Mas existe outro caminho. Por que dissipar energia em vão? Você pode devolvê-lo à rede e economizar energia. Então eles vêm para o resgate sistemas de recuperação de energia.

Obviamente, os conversores de frequência atuais reduzem bastante o consumo de eletricidade pelos equipamentos, devido à otimização do fornecimento de energia dos motores de vários equipamentos tecnológicos, e isso economiza recursos. Mas o uso da recuperação aumenta ainda mais a economia. A energia não pode ser dissipada pelos resistores durante a frenagem, mas pode ser devolvida à rede levando em consideração os parâmetros atuais da rede.

Hoje, os principais fabricantes de máquinas e equipamentos industriais já estão implementando esses sistemas em veículos elétricos: para trólebus, trens elétricos, escadas rolantes, bondes e, finalmente, para carros elétricos.

Como o sistema de recuperação funciona? Uma fonte de corrente alternada que fornece um motor ou outra instalação deve poder recuperar a energia. Para isso, em vez de um retificador convencional, é usado um conversor modulado na largura de pulso. Esse conversor é capaz de direcionar fluxos de energia de uma fonte para um consumidor e de um consumidor para uma fonte. Dessa forma, você pode trazer o fator de poder para a unidade.

Uma cascata IGBT típica do conversor de frequência que opera no modo de recuperação é inicialmente apresentada como um retificador de corrente senoidal, mas, ao frear, gera um sinal modulado na largura de pulso, no qual a direção da corrente, quando a tensão nos terminais está acima de um determinado nível, não é direcionada da rede, e para a rede do circuito do consumidor.

A diferença de tensão entre a rede de alimentação e o circuito de carga é aplicada ao indutor de recuperação. A indutância bloqueia harmônicos de alta frequência e é obtida uma corrente sinusoidal quase pura, não há necessidade de equipamentos de sincronização; basta aplicar três pulsos de teste do modulador PWM à rede para determinar a frequência e a fase da tensão no momento atual.

Um exemplo são os conversores de frequência com um sistema de recuperação da Control Techniques, usado principalmente nas fábricas Lamborghini e Nissan para alimentar bancos de testes dinâmicos, bem como em escadas rolantes e várias soluções metalúrgicas.

A essência é a mesma em todo lugar - um fluxo de energia bidirecional é criado para o consumidor da rede, da fonte e do consumidor para a rede. Ao projetar sistemas de recuperação, vários fatores são levados em consideração: faixa de tensão da rede elétrica, classificação do equipamento e fator de potência, potência máxima levando em consideração a sobrecarga, nível de perdas.

O diagrama mostrado na figura demonstra uma solução de mecanismo único, em que a unidade do motor e a unidade do recuperador estão cada uma em uma cópia, seus valores são iguais. Às vezes, porém, ocorrem sobrecargas do motor e, em seguida, é necessário um drive de recuperação mais poderoso para cobrir o limite de tensão mais baixo e as perdas do motor.

O mesmo princípio garante a operação de vários motores com vários acionamentos, enquanto coloca um poderoso acionamento de recuperação que pode passar a potência total para todos os motores do sistema, levando em consideração a possibilidade de frenagem simultânea de todos os motores.

Para limitar a corrente de partida em sistemas com vários motores, quando os barramentos CC são combinados, são utilizados módulos tiristores, conectados por contatores aos capacitores com carga CC do conversor. Após carregar os capacitores, o módulo tiristor é desligado. Obviamente, os sistemas de recuperação são configurados de maneira diferente e projetados individualmente.

Falando sobre recuperação, não podemos deixar de lembrar os sistemas de frenagem regenerativa usados ​​nos modernos motores de carros híbridos, onde a base é o caminho da recuperação elétrica da energia cinética.

Sempre que um carro se move, a energia cinética se manifesta. Porém, ao frear da maneira tradicional, o excesso de energia é simplesmente perdido na forma de calor, as pastilhas de freio se esfregam nos discos de freio, desperdiçando energia cinética em vão, aquecendo o material de fricção e o metal, perdendo calor no ar circundante. Esta é uma abordagem muito inútil.

O sistema de frenagem regenerativa não consome energia cinética simplesmente por atrito, a fim de frear. Em vez disso, é usado um motor elétrico incluído na transmissão, que começa a atuar como um gerador durante a frenagem, convertendo o torque no eixo em eletricidade que carrega a bateria, e o torque de frenagem do rotor que surge no modo gerador dá ao carro a frenagem desejada. A energia armazenada na bateria dessa maneira, após algum tempo, novamente serve para mover o carro, ou seja, é reutilizada.

A frenagem regenerativa permite maximizar o uso dos recursos disponíveis de cada carga da bateria, e o combustível é bastante economizado. Como durante a frenagem, 70% da energia cinética está no eixo dianteiro, o sistema de recuperação é montado no eixo dianteiro para economizar energia com mais eficiência.

A maior eficiência da frenagem regenerativa é alcançada em altas velocidades e em baixas velocidades, a eficiência do sistema diminui. Por esse motivo, juntamente com a frenagem regenerativa, de uma maneira ou de outra, um sistema de freio de fricção está presente. O trabalho conjunto dos dois sistemas é fornecido por um controlador eletrônico.

O controlador implementa várias funções: controla a velocidade de rotação das rodas, mantém o torque de frenagem correto, distribui a força de frenagem entre os freios de recuperação e de fricção e mantém um torque aceitável para uma carga ideal da bateria.

Obviamente, não há conexão mecânica direta entre o pedal do freio e as pastilhas de atrito nesses veículos. A unidade eletrônica garante a interação correta do ABS, o sistema de estabilidade da taxa de câmbio, o sistema de distribuição de força de freio e o reforço de freio de emergência.