Рекуперативное торможение электровоза асинхронного двигателя

Гидравлическая система рекуперации

Автомобиль с гидравлической системой рекуперации энергии оборудован специальным мотором-помпой и двумя гидро аккумуляторами (низкого и высокого давления). Принцип работы:

При нажатии на педаль тормоза помпа подключается к трансмиссии автомобиля и перекачивает жидкость из гидро аккумулятора низкого давления в баллон, заполненный газообразным азотом (который является своего рода накопителем энергии). Газ при этом сжимается и давление в емкости повышается. Усилие, необходимое для работы помпы замедляет движение автомобиля и «помогает» его остановить.
До тех пор, пока водитель снова не нажмет на педаль газа, жидкость остается под давлением в аккумуляторе. После этого она поступает в мотор-помпу и передает (через трансмиссию) сохраненную энергию на колеса автомобиля.

Разработчики утверждают, что использование таких систем рекуперации позволяет «вернуть» в автомобиль до 80% энергии, обычно затрачиваемой «впустую» при торможении. Однако значительные размеры и вес дополнительного оборудования, которое необходимо установить на автомобиль для реализации такой системы рекуперативного торможения, ограничивают ее применение. Поэтому в настоящее время ее используют только на большегрузных транспортных средствах и общественном городском транспорте, работающим в режиме частых остановок и возобновления движения.

http://electrik.info/main/fakty/1172-rekuperaciya-elektricheskoy-energii.htmlhttp://mbhn.ru/rekuperaciya-ili-preobrazovanie-kineticheskoy-energii-tormojeniyahttp://pikabu.ru/story/sistema_rekuperativnogo_tormozheniya__chto_yeto_7051369http://sdelanounas.ru/blogs/11131/http://avto-moto-shtuchki.ru/avtotekhnika/317-rekuperatsiya-tormozheniya.html

Рекуперация: и дать, и взять

16 февраля 2011 годаЕще до появления легковых гибридов рекуперативное торможение широко применяли в многотонной колесной и рельсовой технике, работающей на электрической тяге.

Еще до появления легковых гибридов рекуперативное торможение широко применяли в многотонной колесной и рельсовой технике, работающей на электрической тяге.

Термин «рекуперация» произошел от латинского recuperatio (обратное получение) и означает возвращение некоего количества вещества или энергии для последующего использования в том же технологическом процессе.

Например, существует рекуперация тепла в системах вентиляции, когда удаляемый из помещения воздух подогревает поток, нагнетаемый внутрь. Или рекуперация драгоценных камней или металлов, которые извлекают из отработавших ресурс инструментов, восстанавливают и вновь пускают в производство. В транспортных же машинах, в том числе в автомобилях, часто встречается рекуперация электрической энергии.

Как оно работает

Самый простой пример конструкции, позволяющей возвращать энергию, — умный генератор. При интенсивном разгоне он отключается, чтобы разгрузить двигатель, — следовательно, уменьшается расход топлива и количество вредных выбросов. Потребители электричества в это время вытягивают энергию из аккумулятора.

Водитель убирает ногу с педали газа — генератор вновь подключается и пополняет заряд батареи, а автомобиль экономит до 3% горючего.

Направление потоков энергии при рекуперации. При разгоне электричество поступает из батареи в электродвигатель, где преобразуется в механическую энергию для вращения колес.

Еще больше пользы приносит рекуперация в гибридных и электрических моделях. Тут электромотор выполняет две функции — движущей силы и генератора.

Разгоняя автомобиль, он потребляет электричество, а при замедлении преобразует механическую энергию в электрическую. Стоит отпустить педаль акселератора, как электроны начинают двигаться в обратную сторону — и батарея заряжается.

При торможении колеса раскручивают электромотор, тот переходит в режим генератора и отдает электроэнергию обратно в батарею.При торможении колеса раскручивают электромотор, тот переходит в режим генератора и отдает электроэнергию обратно в батарею.

У таких машин тормозная система, как и силовая установка, — гибридная.

Важно

Бессменная гидравлика, приводящая в действие колесные механизмы, работает обычно при интенсивном замедлении, а при плавном (до 0,2–0,3g) используется так называемое рекуперативное торможение.

Электродвигатель переходит в режим генератора, обмотки статора отдают ток в аккумуляторную батарею, что создает тормозной момент, заставляющий автомобиль останавливаться. Чем сильнее водитель давит на тормоз, тем выше противодействующий момент — и тем интенсивнее автомобиль замедляется, а электромотор заряжает батареи.

Таким образом, рекуперация позволяет не только экономить топливо (примерно 5–10%), но и в полтора-два раза реже менять тормозные колодки.

Повышенная энергоотдача в батарею происходит и в случае, если селектор режимов движения переведен в положение B (Brake). При этом автомобиль лучше тормозит двигателем, поэтому на горной дороге быстрее пополнится запас электричества в аккумуляторах, а тормозные диски и колодки не перегреются.

Использование

Принцип рекуперации пытаются использовать в автомобилях Формулы 1: редкий случай, когда технологию опробовали на серийных машинах, а потом предложили королеве автоспорта. Правда, конструкции так называемого KERS (Kinetic Energy Recovery System — система возврата кинетической энергии) здесь более изощренные. Большинство команд используют электрическую рекуперацию. У «Вильямса» в коробку встроен сверхкомпактный маховик, который раскручивается при торможении, накапливая механическую энергию, чтобы потом отдать ее обратно на колеса:

Обкатав KERS на формулах, Ferrari примерила систему рекуперации на дорожный автомобиль.

На базе купе 599 GTB Fiorano появился первый в истории Ferrari гибрид 599 GTB HY-KERS. Шестилитровому бензиновому двигателю на разгоне помогает 74-киловаттный электромотор, вырабатывающий энергию при торможении и позволяющий проехать на электротяге до 5 км. Рекуперация: и дать, и взятьРекуперация: и дать, и взятьОшибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Система старт стоп с рекуперацией

Она реализована на машинах многих семейств – BMW, Audi и другие, успешно ее применяют в конструкции своих авто. Чаще всего ее назначение – экономия топлива, но зачастую при этом она работает совместно с режимом рекуперации энергии. Исследования показали, что до тридцати процентов времени, мотор работает на холостом ходу из-за остановок на светофорах, пробок и других помех движению. Вот в таких условиях применяется режим старт стоп.

Основой его является такой подход – при остановке (в пробке, на светофоре и т.д.) мотор глушится (стоп), а при необходимости начать движение запускается (старт). Все эти действия выполняет электроника, анализируя показания датчиков о режиме работы двигателя и выполняемых водителем действиях. В некоторых случаях этот процесс дополняется рекуперацией, торможение также способствует получению дополнительной зарядки АКБ.

Для того чтобы система, названная по используемому режиму старт стоп, работала успешно, необходимо наличие на машине усиленного стартера или стартер-генератора. В самом простом варианте система, принцип работы которой описан выше, позволяет экономить до восьми процентов топлива, а также снижает содержание вредных веществ в составе выхлопных газов. По оценкам специалистов, в ближайшем будущем не только машины BMW или Audi смогут работать в режиме старт стоп, но подобное станет чуть ли не обязательным для всех производителей.

Однако у ряда из них, система рекуперации энергии дополняет описанный подход. Да и не только рекуперация энергии торможения.

Как работает система рекуперации

Работу подобной системы можно рассмотреть на примере рекуперации воздуха при вентиляции помещения. При замене воздуха в помещении устройство выполняет передачу части тепла от удаляемого воздуха подаваемому потоку.

Важно! При этом действии смешивания потоков не происходит. Таким способом достигается наибольшая энергоэффективность помещения при невысоком КПД теплообмена

На повышение передачи тепла в этом случае влияют:

повышение температурной разницы;
отношение площади теплового соприкосновения к массе воздуха, текущего через теплообменник.

Снижение утечки тепла при вентиляции помещения – вот основная задача у системы рекуперации. Большая часть тепла не покидает помещение без толку, подогревает подаваемый извне воздух.

Рекуператор воздуха

Cистемы рекуперации в современных машинах – Колеса.ру

Десятки машин с системой Bosch и Eaton уже более десяти лет эксплуатируются в США, и их гибридный привод проявил себя как надежный и недорогой. Суть работы такой установки заключается в возможностях гидромотора, который при торможении закачивает рабочую жидкость в большой гидроаккумулятор – трубу со сжатым газом.

При разгоне машины газ вытесняет жидкость, жидкость крутит тот же гидромотор и помогает экономить топливо. В системе нет дорогих аккумуляторов, и ресурс ее очень велик. Мощность гидромоторов тоже велика, а стоимость, наоборот, крайне низкая.

Одна загвоздка: гидроаккумулятор имеет большие габариты и массу, и реально его энергии хватает на один-два цикла разгона и торможения, пробег без включения ДВС составляет всего пару километров для легковой машины и сотни метров для грузовика.

Обратите внимание

При использовании на автобусах или мусоровозах подобная система позволяет полностью отказаться от использования традиционных тормозных механизмов, гидромотор может замедлить машину вплоть до полной остановки.

В этом пневмогидравлический рекуператор даже превосходит электрические системы, те при малой скорости вращения колес уже не эффективны.

Дополнительным плюсом является возможность запасти энергию надолго, на часы и дни. В отличие от маховиков, которые уже через десятки минут теряют солидную часть запасенной мощности.

К сожалению, масштабные планы компании Peugeot были прохладно восприняты новыми акционерами из китайской Dongfeng, а также партнерами по разработке системы из Ford. Но судя по новостям, именно китайские грузовики Dongfeng могут оказаться следующими массовыми носителями этой технологии.

Электроторможение с рекуперацией

Главным конкурентом этих безусловно интересных, но обладающих множеством ограничений схем выступает уже классическая электрическая схема с электромотором, аккумуляторами или суперконденсаторами.

Обычное электрическое торможение и рекуперация хороши уже тем, что используются на железной дороге около 60 лет и отработаны до мелочей. Все конструктивные схемы с синхронными, асинхронными и коллекторными двигателями давно известны и рассчитаны. Энергия передается обратно в питающую сеть, запасается в аккумуляторы или суперконденсаторы и может быть использована через длительное время.

Основная беда электрических тормозов в том, что они плохо сочетаются с ДВС, и для эффективного использования электроэнергии пришлось совместить обычный двигатель внутреннего сгорания и всю атрибутику электромобиля – аккумуляторы и тяговый электродвигатель – в одном механизме. Получившиеся гибриды обычно так и называют просто «гибридами». И несмотря на сложность и высокую массу такой схемы, в данный момент она является единственной серийно использующейся в легковом автомобилестроении и уже весьма популярной.

В 1997 году вышла первая серийная Toyota Prius, которая остается на данный момент самой популярной гибридной машиной и законодателем мод в своем классе. В ее схеме приняли решение использовать электромоторы малой мощности и недорогую никель-металлгидридную аккумуляторную батарею также малой мощности, а для компенсации этих недостатков наделили машину очень сложной трансмиссией со множеством режимов работы ДВС, электродвигателя и генератора. Успех этой схемы сильно повлиял на развитие подобных технологий у других производителей. Сейчас число моделей машин с гибридным приводом перевалило за два десятка.

Торможение асинхронных двигателей

Что это такое рекуперация применительно к асинхронным машинам? В данном случае это лишь один из видов торможения. Два других это:

динамическое замедление;
торможение противовключением.

Каждый из них имеет свои особенности.

Рекуперативное торможение асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель (АД) превращается в генератор тогда, когда скольжение ротора в поле статора увеличивается. Это осуществимо тремя способами:

уменьшение частоты напряжения питания, при котором ротор начинает вращаться со скоростью, опережающей синхронную;
в машинах, имеющих две и более скорости вращения, при переключении обмоток или изменении количества включенных полюсов;
в двигателях с фазным ротором, путём изменения сопротивления, включенного в цепи обмоток ротора.

Величина скольжения во всех случаях превышает единицу, и машина переходит в режим генерации и возвращает энергию.

Схема пуска двигателя с фазным ротором

Противовключение

Такой способ редко применяется из-за недостатков, связанных с тем, что есть необходимость менять местами фазы между собой. Это вызывает изменение направления движения, но величина рабочего тока возрастает в десять раз. К тому же необходимо прекращать дальнейшую подачу напряжения, чтобы после торможения двигатель не вращался в противоположную сторону.

Динамическое торможение асинхронного двигателя

Такое снижение скорости вращения получают при подаче постоянного напряжения на статорную обмотку. Созданное в результате этого магнитное поле статора действует на обмотки ротора. В них появляется ЭДС, и начинает протекать ток. Сила тормозного момента, возникающего при выделившейся при этом мощности, напрямую зависит от скорости вращения электродвигателя. Двигатель превращается в генератор с закороченными выходными клеммами и отдаёт в сеть энергию.

Схема динамического торможения АД

Замена или дополнение механического тормоза на рекуперативное замедление движения позволяет вернуть энергию для её повторного использования. Рекуперация, как одно из направлений экономии сырья и энергии, позволяет повысить экономию и эффективность технологических процессов.

Система рекуперации на «гибридах» и электромобилях

На данных автомобилях устанавливают электрические системы возврата энергии. Как это работает? Сначала немного теории. Любой электродвигатель постоянного тока при подаче на него напряжения начинает вращаться и работать как мотор. Если же раскрутить его вал механическим способом, то на клеммах вырабатывается напряжение. То есть, электромотор может выполнять одновременно две функции: в первом случае двигателя, а во втором генератора. Этот принцип и лег в основу электрических систем рекуперации энергии, который с успехом реализуют на электро- и гибридных автомобилях. Ведь и те и другие изначально оборудованы электродвигателями, которые довольно просто перевести в режим генератора. Принцип работы таких систем достаточно прост:

При наборе скорости (то есть при нажатии на педаль газа) электродвигатель питается от аккумуляторной батареи и передает через трансмиссию вращательный момент на колеса автомобиля.
В момент торможения встроенная электроника переключает его в режим генератора.
Усилие, необходимое для его «раскручивания» замедляет вращение трансмиссии и способствует процессу остановки транспортного средства.
Вырабатываемое мотором/генератором напряжение через специальный контроллер подзаряжает аккумуляторную батарею. То есть, часть энергии удается возвратить для ее последующего использования.

Важно! Естественно, при экстренном торможении рекуперативная система не может резко остановить автомобиль. Вследствие этого полностью отказываться от привычных конвекционных тормозов нельзя

Поэтому в зависимости от степени нажатия на педаль тормоза встроенный компьютер «принимает решение» и подключает в помощь к рекуперативному торможению стандартную тормозную систему автомобиля.

Достоинствами применения электрических систем рекуперации энергии являются:

для электромобилей – увеличение автономности без очередной подзарядки аккумуляторных батарей;
для гибридных транспортных средств – снижение расхода топлива.

Основная информация о рекуперации энергии торможения

Во время передвижения автомобиля, а особенно по городу, практически постоянно водителю приходится разгоняться и тормозить. Во время разгона мощность двигателя затрачивается на увеличение скорости, а во время остановки кинетическая энергия транспортного средства попросту теряется. Именно для того, чтобы пользоваться данной мощностью и была разработана рекуперация торможения, при помощи которой проходит заряжение аккумуляторной батареи.

Самым элементарным способом это реализуется на гибридном транспортном средстве. Современные гибридные машины используют систему рекуперативной остановки. В основании данной системы лежит электронный метод рекуперации.

Замедляющий эффект производится при помощи электрического двигателя, который включается в трансмиссии машины. Во время произведения остановки транспортного средства электронный двигатель функционирует в генерирующем режиме, на валике двигателя образовывается момент торможения и электричество, сохраняемая в аккумуляторе. Сохраненная электричество применяется впоследствии для передвижения машины.

Использование данной системы гарантирует максимальную передачу от каждой зарядки аккумулятора и высокий уровень экономии топлива. Рекуперация энергии торможения является самой эффективной на передней оси машины, потому как до семидесяти процентов силы во время торможения приходится на именно на данную ось.

Благодаря отдельному электронному блоку руководства реализуются такие функции:

Контролирование скорости кручения колес автомобиля;
Поддержка тормозного момента электронного двигателя, который необходим для остановки машины;
Поддержка момента кручения, который необходим для заряжения аккумулятора
Перераспределение тормозного усилия на фракционную тормозную систему.

Механическая связь между колодками и педалькой торможения представленной тормозной системы отсутствует. Анализируя действия водителя и характер передвижения машины, электроника принимает решение об остановке.

Система рекуперации кинетической энергии

Существует не только электрический метод рекуперации энергии остановки, но и такие методы как:

Гидравлический;
Пневматический;
Механический.

Самым распространенным из вышеперечисленных способов считается механический, а также разработанная на его основании система рекуперативного торможения. В такой системе кинетическая энергия передвигающегося транспортного средства возвращается во время остановки и сохраняется для последующего применения при помощи маховика. Главное отличие рекуперации энергии от системы рекуперативной остановки заключается в том, что система не может создавать тормозной момент.

Маховичок включается в трансмиссию транспортного средства, вращение происходит в вакуумной емкости и во время остановки способно разгоняться до шестидесяти тысяч оборотов за минуту. Устройство системы дает возможность сохранять энергию до шестисот килоджоулей и передавать мощность до восьмидесяти лошадиных сил или шестидесяти киловатт. Сохраненный запас энергии применяется в кратковременном скоростном рывке во время передвижения или начале движения.

Применяется в машинах «Формула 1», начиная с две тысячи девятого года. Что касается серийного применения, то оно только в планах разработчиков.

Существует мнение, что первыми к серийному использованию придут разработчики от компании «Вольво». Разработчики компании «Вольво» заявляют о том, что при использовании процесса рекуперации топливные затраты уменьшаются на двадцать процентов, а также значительно сокращаются вредные выбросы.

Преобразователи частоты — Рекуперация электроэнергии

Современная преобразовательная техника позволяет получать экономию электроэнергии не только от оптимизации управления электродвигателями, но и имеет возможность давать дополнительную экономию за счет рекуперации электроэнергии.

Рекупера́ция(от лат. recuperatio «обратное получение»)возвращение части материалов или энергии для повторного использования в том же технологическом процессе.

Вместе с преобразователями частоты, могут быть применены модули рекуперации. Они применяются при управлении кинематическими системами, накапливающими при разгоне и торможении большое количество энергии.

Применение модулей рекуперации позволяет в процессе торможения вернуть в сеть механическую энергию с вала двигателя.

Модуль рекуперации подключается входом к звену постоянного тока, а выходом непосредственно, к питающей частотный преобразователь сети. Если к звену постоянного тока подключено несколько преобразователей, то достаточно одного модуля рекуперации.

Существуют преобразователи частоты, которые представляет собой инвертор со встроенной функцией возврата запасенной энергии от двигателя в сеть.

Идея возврата энергии в сеть, позволяет отказаться от громоздких тормозных резисторов и значительно увеличить скорость торможения двигателя.

При этом преобразователь частоты обеспечивает работу в режимах управления двигателем или рекуперации энергии без применения дополнительного оборудования, что в свою очередь обеспечивает:

1. Сохранение рабочего пространства – не требуется дополнительного оборудования (тормозной модуль, тормозные резисторы) для эффективного торможения двигателя

2. Сохранение энергии и расходов – рекуперируемая преобразователем частоты энергия возвращается обратно в питающую сеть

3. Нет выделения тепла, так как тормозные резисторы не применяются.

Преобразователи частоты с рекуперацией электроэнергии в сеть, чаще всего используют для решения задач, связанных с циклически чередующимися процессами ускорения и замедления.

Применение принципа рекуперации энергии на транспорте:

Технология рекуперативного торможения часто используется на гибридных машинах, использующих в качестве источников энергии как дизельное топливо или бензин, так и электричество, а также на электрических транспортных средствах. Применение системы рекуперативного торможения обеспечивает максимальную отдачу от каждого заряда аккумуляторной батареи машины. По подсчётам автопроизводителей, система рекуперации на гибридном авто экономит до 30% запасов топлива.

Рекуперативное торможение широко применяется на современном городском электрическом транспорте: современных трамваях и троллейбусах. Их вагоны оснащены системой рекуперативного торможения, которое используется как основное.

Использование рекуперативного торможения в метрополитенах, где поезда совершают частые остановки, экономически очень выгодно. Все метровагоны оснащены аппаратурой рекуперативного торможения. Максимальный эффект использования системы рекуперации в данном случае достигается при согласовании моментов торможения прибывающего на станцию поезда с отправлением другого от той же или со смежной станции. Такая схема движения поездов метрополитена учитывается при составлении расписания.

Самое большое свое применение система рекуперативного торможения нашла на железнодорожном транспорте: на электровозах и электропоездах. В частности, на грузовых поездах постоянного тока она используется не для полного торможения, а для плавного снижения скорости, перед тем как произойдет полная остановка состава. Кроме этого, рекуперация применяется при спуске состава под уклон для поддержания оптимальной скорости. Выработанная таким образом электрическая энергия передается через контактную сеть для использования другими локомотивами, либо через тяговые подстанции в общую энергосистему. Раньше этой системой оборудовались только локомотивы, работающие от сети постоянного тока, по причине того, что в аппаратах, работающих от сети переменного тока, сложно синхронизировать частоту отданной энергии с частотой сети. Сейчас это решается при помощи тиристорных преобразователей частоты. Т.к. железнодорожные составы имеют большую массу, использование рекуперативной системы торможения показывает высокую эффективность.

Примечание: Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

карта сайта

рекуперативное торможение электровоза асинхронного двигателя постоянного тока дпт нв ад недостатки электродвигателя характеризуется bmw эпу1м 2мсистема режим принцип схема устройство и работа рекуперативного торможения электровоза эп1 асинхронного двигателя вл 10 volkswagenрекуперативно реостатное торможениемеханическая характеристика рекуперативного торможения асинхронного двигателядопускается ли машинисту применять реостатное и рекуперативное торможение эпс на железнодорожном транспорте на эпс переменного тока на практике с возвратом энергии велосипедапостроение характеристик рекуперативного торможения электровоза постоянного токафольксваген система start stop с рекуперативным торможением

Коэффициент востребованности
298