Система рекуперации энергии торможения. Рекуперативное торможение двигателя постоянного тока это

Система рекуперативного торможения, что это, рекуперация электроэнергии

Рекуперация электрической энергии и ее использование


Традиционным способом избавления от лишней энергии, выделяемой в преобразователях частоты во время торможения управляемых ими асинхронных двигателей, было рассеивание оной в форме тепла на резисторах. Тормозные резисторы применялись везде, где имела место высокая инерция нагрузки, например в центрифугах, на электротранспорте, на нагрузочных стендах и т. п.

Такое решение было необходимостью, чтобы ограничить максимальное напряжение на зажимах преобразователей в режиме торможения. Иначе бы частотные преобразователи выходили из строя, ведь было бы невозможно контролировать параметры разгона и торможения.

Тормозные резисторы не обременяли экономически оборудование, но некоторые неудобства за собой неизменно влекли. Резисторы габаритны, сильно разогреваются, нужна защита от влаги и пыли. И все это связано лишь с тем, что нужно рассеять впустую энергию, за которую предприятие платит деньги, и деньги не малые, если тем более речь о крупном производстве.

Летом особенно нежелателен дополнительный нагрев окружающего воздуха, ведь технологическое оборудование и так нагрето теплым воздухом, а тут еще и резисторы, прогретые до 100 градусов и выше. Нужна дополнительная вентиляция — снова расходы.

Но есть и другой путь. Зачем рассеивать энергию впустую? Можно вернуть ее в сеть обратно, и так сэкономить энергозатраты. Тут то и приходят на помощь системы рекуперации электроэнергии.

Безусловно, частотные преобразователи сегодняшнего дня сильно сокращают потребление электричества оборудованием, благодаря оптимизации способа питания двигателей различного технологического оборудования, и это экономит ресурсы. Но применение рекуперации еще более наращивает экономию. Энергия может не рассеиваться на резисторах при торможении, а возвращаться в сеть с учетом текущих параметров сети.

На сегодняшний день ведущие производители промышленных механизмов и оборудования уже внедряют такие системы на электротранспорте: для троллейбусов, электропоездов, эскалаторов, трамваев, наконец — для электрокаров.

Как же работает система рекуперации? Источник переменного тока, питающий двигатель или другую установку, должен суметь принять энергию назад. Для этого вместо обычного выпрямителя применяется преобразователь с широтно-импульсной модуляцией. Такой преобразователь в состоянии направлять потоки мощности как от источника к потребителю, так и от потребителя к источнику. Данный путь позволяет довести коэффициент мощности до единицы.

Типичный IGBT-каскад частотного преобразователя, работающий в режиме рекуперации, сначала представляется как выпрямитель синусоидального тока, однако при торможении он генерирует сигнал с широтно-импульсной модуляцией, при котором направление тока, при напряжении на зажимах выше определенного уровня, оказывается направленным не от сети, а к сети из цепи потребителя.

Разница напряжений питающей сети и цепи нагрузки прикладывается к рекуперационному индуктору. Индуктивность блокирует высокочастотные гармоники, и получается почти чистый синусоидальный ток, здесь не требуется синхронизирующего оборудования, достаточно подать три тестирующих импульса от ШИМ-модулятора в сеть, чтобы определить частоту и фазу напряжения в текущий момент.

Примером могут служить частотные преобразователи с системой рекуперации фирмы Control Techniques, которые служат в частности на заводах Lamborghini и Nissan для питания стендов динамических испытаний, а также на эскалаторах и в различных металлургических решениях.

Суть везде одна и та же — создается двунаправленный поток энергии как к потребителю из сети, от источника, так и из потребителя к сеть. При проектировании рекуперационных систем учитывают рад факторов: диапазон сетевого напряжения, номинал оборудования и коэффициент мощности, максимальная мощность с учетом перегрузки, уровень потерь.

Схема, приведенная на рисунке, демонстрирует одномоторное решение, где привод двигателя и привод рекуператора представлены каждый в одном экземпляре, их номиналы равны. Но порой случаются перегрузки двигателя, и тогда требуется более мощный привод рекуперации, дабы покрыть нижний предел по напряжению и потери в двигателе.

По такому же принципу обеспечивается работа нескольких двигателей с несколькими моторными приводами, при этом ставится один мощный привод рекуперации, способный пропустить через себя суммарную мощность для всех двигателей системы с учетом возможности одновременного торможения всех двигателей.

Для ограничения пускового тока в системах с несколькими двигателями, когда шины постоянного тока объединены, применяют тиристорные модули, подключаемые при помощи контакторов к заряжаемым постоянным током конденсаторам преобразователя. После заряда конденсаторов тиристорный модуль отключается. Очевидно, системы рекуперации конфигурируются по разному, и проектируются индивидуально.

Говоря о рекуперации, нельзя не вспомнить о системах рекуперативного торможения, применяемых в современных гибридных двигателях автомобилей, где основой служит путь электрической рекуперации кинетической энергии.

Всегда, когда автомобиль движется, проявляется кинетическая энергия. Но при торможении в традиционном виде, избыток энергии просто теряется в форме тепла, тормозные колодки трутся о тормозные диски, расходуя кинетическую энергию впустую, нагревая фрикционный материал и металл, отдавая тепло в конечном итоге окружающему воздуху. Это очень расточительный подход.

Система рекуперативного торможения не расходует кинетическую энергию просто на трение, чтобы затормозить. Вместо этого используется включенный в трансмиссию электродвигатель, который начинает при торможении работать как генератор, преобразовывая момент на валу в электроэнергию, заряжающую аккумуляторную батарею, а тормозящий момент ротора, возникающий в генераторном режиме, как раз и дает автомобилю желанное торможение. Запасенная в аккумуляторе таким образом энергия через некоторое время вновь служит для движения автомобиля, то есть используется повторно.

Рекуперативное торможение позволяет по максимуму использовать доступный ресурс каждого заряда аккумулятора, и топливо сильно экономится. Поскольку при торможении 70% кинетической энергии приходится на переднюю ось, то и систему рекуперации монтируют именно на передней оси, чтобы более эффективно сохранять энергию.

Наибольшая эффективность рекуперативного торможения достигается на высоких скоростях движения, а при низких скоростях эффективность системы падает. По этой причине наряду с рекуперационным торможением так или иначе фрикционная тормозная система присутствует. Совместная работа двух систем обеспечивается электронным контроллером.

Контроллер реализует ряд функций: контролирует скорость вращения колес, поддерживает правильный тормозящий момент, распределяет тормозное усилие между рекуперационным и фрикционным тормозом, поддерживает приемлемый для оптимального заряда батареи крутящий момент.

Разумеется, прямой механической связи между педалью тормоза и фрикционными колодками в таких автомобилях нет. Электронный блок обеспечивает правильное взаимодействие ABS, системы курсовой устойчивости, системы распределения тормозных усилий и усилителя экстренного торможения между собой.

Андрей Повный

SMART системы рекуперации

Как работает эта так называемая «умная» система? При разгоне транспортного средства, когда двигатель испытывает повышенные нагрузки, происходит отключение штатного генератора. Это позволяет мотору быстрее набрать обороты и израсходовать меньше топлива. При торможении генератор включается в работу и происходит рекуперация энергии. В процессе движения электроника «отслеживает» величину емкости батареи. При ее уменьшении (до 75% от номинальной) автоматически включает генератор, чтобы произвести подзарядку аккумулятора.

Рекуперативное торможение
Рекуперативное торможение
Рекуперативное торможение
Рекуперативное торможение
Рекуперация подпитывает поезда
Рекуперация подпитывает поезда
Тормозить и запасать: системы рекуперации в современных машинах
Тормозить и запасать: системы рекуперации в современных машинах
Рекуперация электрической энергии
Рекуперация электрической энергии
Все о системах рекуперации электроэнергии торможением: применение в транспорте
Все о системах рекуперации электроэнергии торможением: применение в транспорте
Рекуперация или преобразование кинетической энергии торможения
Рекуперация или преобразование кинетической энергии торможения
Рекуперация электроэнергии
Рекуперация электроэнергии
Что такое рекуперация торможения в электромобилях
Что такое рекуперация торможения в электромобилях
Рекуператор воздуха. виды и принцип работы.
Рекуператор воздуха. виды и принцип работы.

Аналитический метод расчета пусковых реостатов

При аналитическом методе расчет сопротивлений резисторов пускового реостата ведут по формулам:

1

В этих выражениях λ = I1/I2 представляет собой отношение начального пускового тока I1 к току переключений I2. При работе двигателя от регулируемого преобразователя напряжения необходимость в пусковом реостате отпадает, так как пуск двигателя можно начинать с любого пониженного значения напряжения на обмотке якоря в соответствии с допустимым значением начального пускового тока.

Электрические схемы электровозов

  • Предисловие
  • Устройства питания цепей управления и заряда аккумуляторных батарей
  • Принцип действия электронных блоков агрегатов панелей управления
  • Включение аккумуляторной батареи
  • Включение вспомогательного компрессора
  • Электрические цепи от кнопки “Сигнализация”
  • Включение автоматических выключателей В20 и ВЗО в цепях управления тяговыми электродвигателями
  • Управление токоприемниками
  • Переключения в схеме для вывода электровоза из депо под низким напряжением
  • Управление быстродействующим выключателем
  • Силовая цепь после включения быстродействующего выключателя
  • Управление мотор-компрессорами
  • Управление мотор-вентиляторами
  • Действие агрегата панели управления
  • Цепи управления электровозов ВЛ11 при СП соединении тяговых электродвигателей
  • Силовая цепь электровозов ВЛ11 при СП соединении тяговых электродвигателей
  • Цепи управления электровозов ВЛ11 при с соединении тяговых электродвигателей
  • Силовая цепь электровозов ВЛ11 при С соединении тяговых электродвигателей
  • Цепи управления электровозов ВЛ11М
  • Силовая цепь электровозов ВЛ11М
  • Назначение промежуточных реле РП27, РП28, РП26 и РП23
  • Назначение блокировок аппаратов, включенных в цепь катушек вентилей линейных контакторов К1, К18 и К19
  • Цепи на электровозах ВЛ11 по № 489
  • Цепи на электровозах ВЛ11М
  • Переход с СП на П соединение и цепи на П соединении электровозов ВЛ11
  • Переход с С на СП соединение и цепи на СП соединении трехсекционных электровозов ВЛ11М
  • Переход с СП на П соединение и цепи на П соединении электровозов ВЛ11М
  • Ослабление возбуждения на электровозах ВЛ11
  • Ослабление возбуждения на электровозах ВЛ11М
  • Неисправность быстродействующего выключателя
  • Отключение тяговых электродвигателей
  • Защита от токов короткого замыкания
  • Буферная защита тяговых электродвигателей от токов перегрузки
  • Защита от боксования
  • Сигнализация о пониженном напряжении на тяговых электродвигателях
  • Общие сведения о рекуперативном торможении
  • 1-Включение преобразователей и реле моторного тока РТ37
  • 1-Рекуперативное торможение на параллельном соединении тяговых электродвигателей
  • Рекуперативное торможение на последовательно-параллельном и последовательном соединениях тяговых электродвигателей
  • 1-Защита и ее сигнализация
  • Общие сведения о системе автоматического управления рекуперативным торможением и принцип ее работы ВЛ11М
  • Включение преобразователей и реле моторного тока РТ37
  • Рекуперативное торможение на параллельном соединении тяговых электродвигателей
  • Защита и ее сигнализация
  • Перечень аппаратов и электрических машин и их назначение
  • Основные изменения в схеме электровозов ВЛ11
  • Автоматические выключатели и предохранители цепей управления на электровозах ВЛ11
  • Уставки срабатывания аппаратов защиты и контроля на электровозах ВЛ11 и ВЛ11М
  • Назначение диодов на электровозах ВЛ11
  • Назначение диодов на электровозах ВЛ11М
  • Литература
  • Электрические схемы электровозов ВЛ11 и ВЛ11М

Читайте также:  При необходимости изменения тока или напряжения в небольших пределах реостат включают в цепь

Электродинамический тормоз электровозов ЧС2 Т и ЧС200

Рассмотрены устройство и работа основного электронного оборудования, применяемого в электродинамическом (реостатном) тормозе системы «Шкода». Применительно к электродинамическому тормозу электровозов ЧС2 Т и его модификации на скоростном электровозе ЧС200

Источник

Рекуперативное торможение

Toyota Prius 2004 — серийный (с 1997) автомобиль с системой рекуперативного торможения У этого термина существуют и другие значения, см. Тормоз.

Рекуперати́вное торможе́ние (от лат. recuperatio «обратное получение; возвращение») — вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть.

Рекуперативное торможение широко применяется на электровозах, электропоездах, современных трамваях и троллейбусах, где при торможении электродвигатели начинают работать как электрогенераторы, а вырабатываемая электроэнергия передаётся через контактную сеть либо другим электровозам, либо в общую энергосистему через тяговые подстанции.

Аналогичный принцип используется на электромобилях, гибридных автомобилях, где вырабатываемая при торможении электроэнергия используется для подзарядки аккумуляторов. Некоторые контроллеры двигателей электровелосипедов реализуют рекуперативное торможение.

Проводились также эксперименты по организации рекуперативного торможения других принципов на автомобилях; для хранения энергии использовались маховики, пневматические аккумуляторы (англ.), гидроаккумуляторы и другие устройства.

Тормозные режимы работы ДПТ НВ. Рекуперативное торможение и торможение противовключением

При торможение ЭП к валу эл/машины подводится механическая энергия, которая после перевода дв-ля в генераторный режим преобразуется в эл/энергию и в зависимости от условия работы и включения дв-ля либо отдаётся в сеть (рекупера-ое тормож-е), либо рассеивается внутри якорной цепи(тормож-е противов-ия).


Пусть на валу дв-ля имеется барабан, на который намотан канат с подвешенными на неё грузами 1 и 2 с весами G1 и G2. Допустим, что G1 G2 и прои-т подъём груза 1. Дв-ль преодолевая Мс, создаваемый разность (G1-G2)


1,3- двигат-ый режим

2,4-генерат-ый режим

Дв-ль работает с Мс, скоростью с в точке А. При увеличение G2 Mc уменьшается, с увеличивается. При равенстве грузов G1=G2 момент на валу равен 0, имеет режим идеального холостого хода и работает в точке В.

1.При увеличение G2 разность (G1-G2) становится отрицательной. Следов-о Мс меняет свой знак. Момент начинает действовать в направление вращения дв-ля. Скорость возврастает выше скорости х.х и работает в точке С. Поэтому противоЭДС дв-ля будет больше приложенного напряжения, ток в обмотке якоря изменит свой знак. Момент дви-ля меняет свой знак с + на – и начинает противодействовать движению привода, т.е становится тормозным.В точке С ( генераторный режим)-рекуперативное торможение, т.е скорость должна быть выше идеального х.х.

2 G1 G2,увеличиваем G1, Мс возврастает, а скорость уменьшается. При некотором значении G1 и введение в цепь якоря Rд. привод останавливается, удерживая груз неподвижно ( режим к.з в точке D). При дальнейшем увеличение G1, Мс становится больше полезного момента дв-ля и вместо подъёма G1, опускается. След-но двигатель поменял своё направление вращения ( точка Е). Значит момент развиваемый двигателем, будет припятствовать движению привода ( противовключение). В этом режиме направление вращения изменяется на противоположное, а значит направление потока возбуждения остаётся прежним.

Уравн-я мех-ой и элек/механ характер-к для режима противовключения: для 4 квадранта

Читайте также:  Как выбрать бензогенератор в зависимости от потребностей

Для 2 квадранта

18. Тормозные режимы работы ДПТ НВ. Динамическое торможение.

При отключение двигателя от сети, двиг-ль будет продолжать вращаться за счёт запасённой кинетической энергии и постепенно тормозить до 0 под действием нагрузки.Если при отключение от сети дв-ля замкнуть его обмотку на сопротивление, то двигатель будет работать генератором, преобразую механ. энергию в электр-ю, расходуя эту энергию в замкнутом контуре, не связанной с цепью питания.Вся энергия уходит на нагрев сопротивлений, момент дв-ля тормозной, имеет режим ДТ. ДТ необходимо отключить от сети и зашунтировать обмотку якоря Rд

Хар-ка при Rдт=0 параллельна естественной , т.к в этом случае способа регулирования скорости напряжением. U=0









Режимы торможения моторов постоянного тока

Динамическое торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется после отключения его от сети с замыканием обмотки ротора на тормозной реостат. Выделенная электрическая энергия рассеивается на реостате.

Схемы реостатного торможения двигателя постоянного тока
Схемы реостатного торможения двигателя постоянного тока

На вышеприведенном рисунке представлены схемы реостатного торможения двигателя постоянного тока.

Система рекуперации с накопительным конденсатором

Период торможения автомобиля длится достаточно короткое время. Поэтому из-за технологических особенностей устройства современных аккумуляторных батарей (а вернее химических процессов, происходящих при их подзарядке) сохранить большое количество энергии в них довольно трудно. Компания Mazda разработала систему рекуперации с использованием накопительного конденсатора. В процессе торможения специальный генератор с напряжением 12÷25 В за короткий отрезок времени заряжает емкость. Далее накопленная энергия через конвертор (DC/DC) преобразуется в привычные 12 В и поступает либо на различные потребители (кондиционер, CD-плейер и так далее), либо подзаряжает штатную аккумуляторную батарею. По утверждению производителя экономия топлива составляет не менее 10%.

Рекуперация электроэнергии на РЖД превысила лучший показатель советских железных дорог

По итогам 11 месяцев текущего года на железных дорогах объём возвращённой в контактную сеть электроэнергии при рекуперативном торможении составил почти 1,173 млрд кВт/ч. Этот показатель для компании является рекордным. Интересно сравнить это достижение с аналогичным периодом 1988 года, пикового в советские времена по грузоперевозкам. Тогда эта величина достигла 1,259 млрд кВт/ч.

Читайте также:  Определение коэффициента трансформации счетчика электроэнергии


Источник фото: helsinki.fi

Рекуперацией считается возврат в сеть части затраченной электроэнергии для повторного её использования. Так, в режиме торможения тяговыми двигателями электроподвижного состава (ЭПС) они переводятся в генераторный режим, и механическая энергия движения поезда превращается в электрическую энергию. В основном рекуперативное торможение необходимо для обеспечения безопасности движения поездов. Его роль особенно важна на линиях с горным профилем, а также для высокоскоростного подвижного состава.

Длительное торможение колодочными тормозами невозможно из-за снижения их эффективности при нагреве, поэтому пользоваться ими можно лишь прерывисто. В результате скорость поезда постоянно меняется, в его составе возникают продольно-динамические усилия, которые способны разорвать поезд или привести к выдавливанию вагонов, а в пассажирском движении ещё и снизить комфортность проезда. При высоких скоростях стабильность механических тормозов недостаточна для плавного замедления, поэтому их применяют только для дотормаживания поезда перед остановкой.

Кроме основной функции по обеспечению безопасности движения применение рекуперативного торможения позволяет использовать возвращённую энергию на тягу поездов другими локомотивами, а также для привода вспомогательных электрических машин, для освещения и отопления, повышая энергоэффективность перевозочного процесса.

При отсутствии других поездов на участке рекуперированная электроэнергия может быть возвращена во внешнюю питающую сеть. На линиях, электрифицированных на постоянном токе, – только при наличии выпрямительно-инверторных преобразователей. Рекуперацию электрической энергии нельзя считать её производством, поскольку не требуется расход энергоносителей.

Как рассказал «Гудку» заместитель начальника департамента технической политики ОАО «РЖД» Борис Иванов, в компании реализуется целевая программа повышения энергетической эффективности тягового электроснабжения, в рамках которой специалистами ведущих транспортных вузов выполняется крупномасштабная научно-исследовательская работа «Оценка энергоэффективности системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава и потенциала её повышения», где значительное внимание уделено выявлению «узких мест» применения рекуперативного торможения и повышению эффективности его использования. Перед компанией стоит целевая задача в 2013 году обеспечить величину рекуперированной энергии не менее 1,5 млрд кВт/ч.

Оценить эффективность применения рекуперативного торможения можно при помощи имитационного моделирования, которое позволяет определить величину нереализованной энергии рекуперации из-за превышения напряжения в тяговой сети допустимых значений и вынужденного перехода на реостатное или пневматическое торможение, а также доли реализованной энергии, которая складывается из потребляемой поездами в режиме тяги, и энергии, поступающей на шины тяговых подстанций. При этом снижается потребление электроэнергии из энергосистемы, измеряемой счётчиками тяговых подстанций.

В департаменте технической политики ОАО «РЖД» пояснили, что сегодня на сети дорог, электрифицированных на постоянном токе, актуальна задача замены физически и морально устаревших инверторов, установленных ещё в 80-е годы. В настоящее время специалистами разработан инвертор на новой элементной базе с применением более мощных тиристоров, рассчитанных на более высокий класс напряжения. Для повышения эффективности целесообразно выполнить его дальнейшее совершенствование в части обеспечения не только шести-, но и двенадцати- и двадцатичетырёхпульсового выпрямления. Предстоит серьёзная работа конструкторов и других учёных-специалистов по доведению до совершенства логико-программного управления инвертором и совершенствованию системы диагностики.

Необходимо отметить, что условия работы устройств энергоснабжения в режиме рекуперативного торможения в большей степени зависят от режима напряжения в контактной сети, чем в режиме тяги. Важнейшей задачей сегодняшнего дня является доведение до широкой реализации предложений учёных по системе управления напряжением в контактной сети в зависимости от поездной ситуации. Самым сложным вопросом в этом является обеспечение работы системы регулирования напряжения в условиях применения рекуперативного торможения и обеспечения устойчивого приёма инверторами энергии рекуперации.

Процессы распределения и использования энергии рекуперации на однопутных участках постоянного тока не вызывают сомнений, так как они изучены достаточно основательно. Экспериментальные исследования показывают, что баланс реализованной энергии рекуперации складывается из потреблённой энергии поездами в режиме тяги в данной и смежных межподстанционных зонах, возвращённой энергии через инверторы на шины переменного тока тяговых подстанций и потерь в тяговой сети от передачи энергии рекуперации, причём последние в процентном соотношении соизмеримы с потерями в режиме тяги.

При том состоянии измерительных средств на тяговых подстанциях, которое имеется на сегодняшний день, наиболее остро стоит вопрос потокораспределения энергии рекуперации и, естественно, эффективности её использования на двухпутных участках постоянного тока. Поэтому глубокие натурные исследования процессов рекуперативного торможения и эффективности использования энергии рекуперации сегодня целесообразно проводить на двухпутных участках при наличии сложного профиля пути и поездов повышенной массы.

В соответствии с поручением старшего вице-президента ОАО «РЖД» Валентина Гапановича на Свердловской железной дороге определён участок постоянного тока для использования в качестве опытного полигона по исследованию процессов рекуперативного торможения и эффективности использования энергии рекуперации в системе тягового электроснабжения.

По словам Бориса Иванова, организация постоянно действующего полигона для исследования процессов рекуперации является достаточно затратным мероприятием, требующим получения информации о значениях токов, напряжений, мощности и энергии за короткие промежутки времени с фидеров контактной сети и электроподвижного состава, а также наличия автоматизированной системы сбора и обработки этой информации.

Апробация на таком полигоне процессов рекуперации с применением современных методов и систем управления позволит обеспечить широкое внедрение на сети дорог отработанных технических решений и обеспечить реализацию планов ОАО «РЖД» по повышению объёма рекуперации и эффективности её использования.

Рекуперативное торможение двигателя постоянного тока

date image
2014-02-24
views image
3709

facebook icon
vkontakte icon
twitter icon
odnoklasniki icon

Известно, чтоэлектрические машины обратимы, т.е. одна и та же электрическая машина может работать как генератор, так и электродвигатель.

При рекуперативном торможении электродвигатель переходит в генераторный режим. При этом двигатель преобразует механическую энергии, полученную от движущихся частей привода, в электрическую, которую двигатель возвращает в судовую электрическую сеть.

Рекуперативное торможение наступает в следующих случаях:

1. при движении электровоза под уклон (что невозможно в судовых условиях);

2. при переходе двигателя с большей скорости на меньшую (происходит каждый раз автоматически);

3. при опускании тяжелых грузов.

В любом из этих случаев выполняется одно и то же условие рекуперативного торможения: противо ЭДС обмотки якоря двигателя Е = сωФдолжнаcтать больше напряжения питающей сети U.

В этом случае ток якоря двигателя изменяет знак на обратный

Однако использованиеэнергии, возвращаемой в судовую сеть практически невозможно вследствие кратковременности работы двигателя в генераторном режиме (с учетом ограниченной высоты трюма).

Более того, это торможение опасно тем, что при одновременном переходе большого числа грузовых лебедок в режим рекуперативного торможения возможен переход генераторов судовой электростанции в двигательный режимс последующим их отключением по обратному току (при помощи реле обратного тока). При этом судно обесточивается. Такие случаи имели место на судах типа «Ленинский комсомол».

Поэтому на судах этой серии параллельно обмоткам якорей двигателей лебедок стали включать реле максимального напряжения, которые при напряжении на якоре U = 225…235 В, т.е. при переходе лебедок в режим рекуперативного торможения, отключали питание судовой сети от данной лебедки.

В то же время на электротранспорте электроэнергия, возвращаемая в сеть при рекуперативном торможении, позволяет уменьшить общий расход электроэнергии на 15…20%

При этом электровозы, идущие под уклон и работающие в режиме рекуперативного торможения, питают электроэнергией электровозы, идущие на подъем.

Положительная роль рекуперативного торможения при спуске тяжелых грузов состоит в том, что тормозной электромагнитный момент двигателя стабилизирует скорость спуска груза, не позволяя ему разгоняться свыше определенной скорости.

Источник



Использование в автомобилестроении

Использование на легковых и грузовых автомобилях

С развитием рынка гибридных и электроавтомобилей система рекуперации зачастую используется для увеличения дальности пробега автомобиля на электрическом заряде. Наиболее распространенными автомобилями этих классов является Toyota Prius, Chevrolet Volt, Honda Insight, Tesla Model S,3,X,Y

Есть отдельные случаи применения системы рекуперации в автомобиле с привычным бензиновым двигателем для сокращения расхода топлива. Такая система разрабатывалась на а/м Ferrari для обеспечения функционирования внутренних мультимедийных и климатических систем автомобиля от отдельной батареи, заряжаемой рекуперируемой энергией.

Система рекуперации энергии при торможении для электромобилей и электровелосипедов подвергается критике. Тормозной путь автомобиля очень мал по сравнению с проезжаемым путём и составляет от нескольких метров до несколько десятков метров (водитель обычно относительно резко тормозит у самого светофора или места назначения, или вообще подъезжает к месту назначения накатом). За такое короткое время аккумуляторы не успевают сколь-нибудь значительно зарядиться рекуперативным током, даже в городском цикле при частых торможениях. Экономия энергии за счёт рекуперации в лучшем случае составляет доли процента, и поэтому система рекуперативного торможения электромобиля неэффективна и не оправдывает усложнения конструкции. К тому же рекуперативное торможение не освобождает от необходимости обычной колодочной тормозной системы, так как на малых оборотах двигателя в режиме генератора его противо-ЭДС мала и недостаточна для полной остановки автомобиля. Также рекуперативное торможение не решает проблему стояночного тормоза (за исключением искусственного динамического удержания ротора на месте, на что расходуется значительная энергия). В современных электромобилях имеется возможность настройки педали «газа» — при её отпускании электромобиль либо продолжает двигаться по инерции накатом, либо переходит в режим рекуперативного торможения.

Однако рекуперация эффективна для электротранспорта с его частыми участками разгона-торможения, где тормозной путь большой и соизмерим с расстоянием между станциями (метро, пригородные электропоезда).

Использование в автоспорте

В сезоне 2009 года в Формуле-1 на некоторых болидах использовалась система рекуперации кинетической энергии (KERS). Рассчитывалось, что это подстегнёт разработки в области гибридных автомобилей и дальнейшие совершенствования данной системы.

Впрочем, у Формулы-1 с её мощным двигателем разгон на малых скоростях ограничивается сцеплением шин, а не крутящим моментом. На высоких же скоростях использование KERS не столь эффективно. Так что по результатам сезона-2009 оснащённые данной системой болиды не демонстрировали превосходства над соперниками на большинстве трасс. Однако это может объясняться не столько неэффективностью системы, сколько трудностью её применения в условиях строгих ограничений на вес машины, действовавших в 2009 году в Формуле-1. После соглашения команд не использовать KERS в 2010 году для сокращения издержек, в сезоне 2011 года использование системы рекуперации было продолжено.

По состоянию на 2012 год на систему KERS налагаются следующие ограничения: передаваемая мощность не более 60 кВт (около 80 л.с.), ёмкость хранилища не более 400 кДж. Это означает, что 80 л.с. можно использовать не более 6.67 с на круг за один или несколько раз. Таким образом, время круга можно уменьшить на 0.1-0.4 с.

Техническим регламентом Формулы-1, утверждённым FIA на 2014 год, предусмотрен переход на более эффективные турбомоторы со встроенной системой рекуперации (ERS). Применение двойной системы рекуперации (кинетической и тепловой) в сезонах 2014—2015 годов стало гораздо более актуально из-за введения жёстких регламентных ограничений на расход топлива — не более 100 кг на всю гонку (в прошлые годы 150 кг) и мгновенный расход не более 100 кг в час. Неоднократно можно было наблюдать, как во время гонки при выходе из строя системы рекуперации машина начинала быстро терять позиции.

Рекуперативное торможение используется также в гонках на выносливость. Такой системой оснащены спортпрототипы класса LMP1 заводских команд Audi R18 и Toyota TS050 Hybrid, Porsche 919 Hybrid.

Использование на железных дорогах

Основная статья: Электрическое торможение

Рекуперативным торможением на железнодорожном транспорте (в частности, на электровозах и электропоездах, оборудованных системой рекуперативного торможения) называется процесс преобразования кинетической энергии движения поезда в электрическую энергию тяговыми электродвигателями (ТЭД), работающими в режиме генераторов. Выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть (в отличие от реостатного торможения, при котором выработанная электрическая энергия гасится на тормозных резисторах, то есть преобразовывается в тепло и рассеивается системой охлаждения). Рекуперативное торможение используется для подтормаживания состава в случаях, когда поезд идет по относительно некрутому уклону вниз, и использование воздушного тормоза нерационально. То есть, рекуперативное торможение используется для поддержания заданной скорости при движении поезда по спуску. Данный вид торможения дает ощутимую экономию энергии, так как выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть и может быть использована другими локомотивами на данном участке контактной сети.

Рекуперативное торможение имеет следующие проблемы, которые требуют особого учета при разработке схемы электровоза для их решения:

а) тормозной момент пропорционален не скорости, а разности между скоростью и «скоростью нейтрали», зависящей от настройки системы управления электровоза и напряжения контактной сети. Так, при скорости ниже нейтрали ТЭДы будут тянуть, а не тормозить. Таким образом, при скорости вблизи нейтрали даже небольшие (в процентах) скачки напряжения сети сильно меняют упомянутую разность, а с ней и момент, и приводят к рывкам. Правильное проектирование схемы электровоза снижает этот фактор.

б) при параллельном включении якорей рекуперирующих ТЭД схема может получиться неустойчивой при боксовании и склонной к «сваливанию» в режим, когда один ТЭД работает в моторном режиме, питаясь от второго ТЭДа, работающего как генератор, что подавляет торможение. Решение: включение обмоток возбуждения крест-накрест от «чужого» ТЭД (см. схемы ВЛ8 и ВЛ10).

в) необходимы меры защиты против короткого замыкания контактной сети или на самом электровозе. Для этого используются быстродействующие контакторы, срабатывание которых вызывает в схеме переходный процесс, перемагничивающий обмотки возбуждения ТЭД и ликвидирующий таким образом остаточную намагниченность статора (возбуждения генерации от которой может быть вполне достаточно для перегрева или пожара в случае КЗ в сети).

Ранее рекуперативным торможением оборудовались электровозы постоянного тока ввиду простоты метода переключения ТЭДов в режим генератора (в СССР схема появилась ещё на сурамском поколении электровозов, например, ВЛ22 и с незначительными изменениями применялась до ВЛ11 включительно, в ней решены все три описанные выше проблемы). В электровозах переменного тока существует проблема, которая заключается в преобразовании выработанного постоянного электрического тока в переменный и синхронизация его с частотой тягового тока, эта проблема решается с помощью тиристорных преобразователей. Электровозы переменного тока, созданные до использования тиристорных инверторов (ВЛ60, ЧС4 и ЧС4Т, а также все поколения ВЛ80, кроме ВЛ80Р) не имели возможности рекуперативного торможения.

Рекуперативное торможение редко используется в пассажирском движении, по крайней мере на «классических» до-тиристорных электровозах вроде ВЛ10 и ВЛ11 из-за возникновение ощутимых рывков при переключении тормозной рукоятки локомотива со ступени на ступень, а также при скачках напряжения контактной сети. Большинство пассажирских локомотивов той поры вовсе не имели этой возможности.

Кроме того, рекуперативное торможение, как и реостатное, сжимает состав и создает удар от сжатия сцепных устройств.

Тем не менее рекуперативное торможение широко применяется на моторвагонном подвижном составе (МВПС) постоянного тока (ЭР2Р, ЭР2Т и более поздние электропоезда). В отличие от поездной работы, в МВПС обычно постоянен вес поезда (его почти никогда не переформируют), а также намного выше тяговооружённость. Это сильно упрощает создание автомата управления рекуперативным торможением. Применяется и в грузовых локомотивах, к примеру на 2ЭС6.

Рекуперативное торможение на постоянном токе требует переоборудования тяговых подстанций. Как минимум возможно рассеяние энергии на стационарных резисторах в случае изменения направления тока в фидерах ПС (при этом сохраняется возможность использования энергии рекуперации для тяги другого поезда на этом же участке, что важно при тяжелом профиле пути). Как максимум — необходима установка инверторов.

Рекуперативное торможение на железнодорожных локомотивах может использоваться также для подтормаживания в экстренных аварийных случаях при отказе воздушного тормоза. В частности, имеются сведения о неоднократном применении машинистами рекуперативного торможения на крутом участке Ерал — Симская (Челябинская область). Следует отметить, что штатное экстренное торможение на локомотивах производится стравливанием воздуха (стоп-кран в пассажирских вагонах), а при полном отсутствии в системе воздуха тормоза блокируются.

Источники

  • https://kabel-house.ru/remont/sistema-rekuperatsii-energii-tormozheniya/
  • https://encom74.ru/vse-o-sistemah-rekuperacii-elektroenergii-tormozeniem-primenenie-v-transporte/
  • https://electrikam.com/pusk-i-tormoznye-rezhimy-dvigatelya-postoyannogo-toka-nezavisimogo-vozbuzhdeniya-dpt-nv/
  • https://vdn-plus.ru/rekuperativnoye-tormozheniye-dvigatelya-postoyannogo-toka-skhema/
  • https://bulze.ru/otoplenie-drugoe/rekuperativnoe-tormozhenie-dpt.html
  • https://fashionst.ru/rekuperativnoye-tormozheniye-elektrodvigateley-postoyannogo-toka/
  • https://stroi-s-ka.ru/spravka-info/rekuperativnoe-tormozhenie-nedostatki.html
  • https://EtkOnline.ru/fakty-i-sekrety/rekuperativnoe-tormozhenie-dvigatelya-postoyannogo-toka.html
  • https://oxotnadzor.ru/rekuperativnoye-tormozheniye-dvigatelya-postoyannogo-toka-eto/

[свернуть]

Related Posts