Рекуперация электрической энергии и ее использование


СОДЕРЖАНИЕ:

Тормозить и запасать: системы рекуперации в современных машинах

Доказывать необходимость рекуперативного торможения, то есть такого, при котором энергия машины снова аккумулируется, чтобы быть потом использованной для разгона, никому было не нужно. Эффективность схемы еще с 60-х годов проверена на железной дороге. Но там используются электровозы, и энергия сразу возвращается в сеть. Машинам такой способ не очень подходит ввиду отсутствия на большинстве из них электромоторов…

А поскольку машины ездят не по рельсам, то и места торможения и разгона тоже не очень-то поддаются прогнозированию. Поэтому способ, используемый на некоторых станциях метрополитена, – расположение точек остановки на возвышенностях, что позволяет разгоняться за счет запаса потенциальной энергии и замедляться за счет подъема, тоже не востребован. Разве что места остановок автобусов традиционно стараются располагать на горках.

Маховик в вакууме

Исторически первой системой рекуперации для машин с ДВС стала система с механическим накоплением энергии во вращающемся маховике. Подобные системы применялись в основном на строительной технике, где крупные вращающиеся части использовались как накопитель энергии, а передача мощности шла через гидравлические или электросистемы.

Но область применения такого рода технологий оставалась узкой – в первую очередь это были большие экскаваторы и краны, часто портовые. Сделать систему более компактной и установить на легковой автомобиль просто никому не приходило в голову, любой способ реализации упирался в низкую стоимость энергии и высокую цену устройства.

При цене нефти менее 4 долларов за баррель внедрять нечто подобное на транспорте никому не приходило в голову, и даже после первых нефтяных кризисов запас по модернизации ДВС с лихвой перекрывал потребности в экономии топлива. Компания Volvo даже испытывала систему на модели 260 в 1980 году, но мощность порядка 10 киловатт со стальным маховиком не оправдали ожиданий, и программа была свернута.

Скачок технологий в 80-е годы позволил создать более эффективные системы накопления энергии на маховике, устранив основную проблему – вероятность взрывного разрушения маховика. Решили проблему просто: сделали маховик из нитей, которые при разрушении просто его тормозили. А помещение его в вакуумный контейнер и использование газовых подшипников позволило запасать энергию на весьма приличный срок, до нескольких дней, хотя большинство таких систем рассчитаны на короткий цикл работы, от поступления энергии на маховик до ее расходования проходит несколько минут или даже секунд.

Так работает, например, гоночная система KERS в Формуле-1. Есть и практические примеры ее реализации на условно серийных машинах, например на Porsche и Ferrari. Но на практике, скорее всего, распространения такая система не получит. Наряду с такими достоинствами, как очень высокая емкость и большая мощность накопления, в числе недостатков останутся и гироскопический эффект, и довольно высокие потери как в приводе, так и в самой подвеске маховика. Как итог – область применения этой технологии так и осталась узкоспецифичной, и пока перспектив к изменению ситуации не видно, развитие чисто электрических методов накопления энергии пока идет лучше, а выдающаяся удельная мощность маховиков-накопителей пока не пригодилась.

Потенциальное преимущество в надежности системы тоже вряд ли будет востребовано, надежность и простота сейчас не в почете. Единственным действительно перспективным и массовым направлением для данной технологии остаются автобусы. Например, Optare Solo с маховичным накопителем FlyBus или развозные грузовики и мусоровозы, делающие остановки через каждые несколько сотен метров. Система FlyBus или FlyBrid в версии «для всех» сделана инжиниринговой компанией Rikardo в сотрудничестве с компанией Torotrak, разработчиком тороидальных вариаторов большой мощности.

И тут снова на горизонте появляется шведская компания. В версии, которую использовали на Volvo S60 в 2011 году, мощность системы составила 80 киловатт, масса – 60 килограммов, а обороты маховика – порядка 60 тысяч оборотов в минуту. Судя по этим показателям, вполне возможен рост мощности системы до «спортивных» величин, ведь обороты роторов могут быть даже выше 100 тысяч в минуту, но опять же, судя по отсутствию гибрида в модельной гамме компании, эксперименты с легковыми машинами сочли неудачными.

Жидкость и газ под давлением

Несколько перспективнее выглядит система пневмогидравлической рекуперации, наиболее известной у нас как Peugeot Hybrid Air. Она является хорошо отработанной схемой, хотя реально существующие с ней машины не так уж широко известны. Это в первую очередь… мусоровозы.

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. 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.

Гибриды на данный момент оказываются самым перспективным направлением развития автомобилей с точки зрения снижения расхода топлива, а прогресс в создании аккумуляторных батарей и развитие так называемых «подзаряжаемых гибридов», по сути являющихся промежуточным звеном между чистыми электромобилями и гибридами, делает их важным элементом в эволюции персонального автотранспорта.

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.

Рекуперативное торможение в электромобилях: как работает технология и насколько реально можно увеличить запас хода

11.02.2020, 11:21 1.6k Перегляди

Понять, что такое рекуперативное торможение в электромобилях совсем не сложно, для этого нужно лишь обратить внимание на основные характеристики этого вида транспорта.

В отличие от машин с ДВС, где важным фактором является динамика, большинство электромобилей выбирают по запасу хода.

И вот именно этот показатель и можно увеличить с помощью рекуперативной тормозной системы.

Рис. 1. Схема рекуперации энергии в электромобиле.

Что такое рекуперативная система?

Технологию рекуперативного торможения используют не только электрические машины, но и автомобили с бензиновым или дизельным мотором (гибриды).

Основанием для её разработки стали высокие цены на топливо и стремление снизить расходы.

Автопроизводители искали варианты решения проблемы, одним из которых стало получение энергии из процесса торможения.

Своё название система получила от термина recuperatio (лат. «возвращение» или «компенсация»).

Возвращая часть затраченной на торможение энергии, она расходует полученное электричество на разгон транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания.

Рекуперация на электромобиле имеет одно серьёзное отличие – выработанная электроэнергия не тратится сразу, а может аккумулироваться.

Это позволяет подзаряжать аккумулятор, а запас хода увеличивается, хотя и незначительно. В то же время для электрического транспорта, который непросто подзарядить в дороге, даже этот небольшой заряд может оказаться решающим.

Принцип работы

Работу системы рекуперации электрической энергии можно описать следующим образом:

  • При торможении электромобиля его силовой агрегат отключается от источника питания (аккумулятора) и переходит в генераторный режим, самостоятельно вырабатывая энергию.
  • В таком режиме в обмотках ротора и статора возникают противоположно направленные токи.
  • На валу электромотора возникает тормозной момент. Он обеспечивает торможение транспортного средства, снижая скорость.
  • Одновременно с этим запасённая машиной кинетическая энергия переходит в электроэнергию и тепло.
  • Электрическая энергия поступает в аккумулятор, увеличивая его заряд.
  • Чем чаще тормозит автомобиль, тем больше заряжается его аккумуляторная батарея.

Рис. 2. Колесо электромобиля с рекуперативной системой.

Система рекуперативного торможения получила распространение, в первую очередь, при поездках на транспорте, оборудованном электродвигателями постоянного тока.

Следует отметить, что она применяется не для полного торможения состава, масса которого слишком большая, чтобы компенсировать её таким способом, а лишь для небольшого снижения скорости.

Однако тормозной момент создаётся достаточно большой, и экономия в течение года только для одного состава достигает сотен тысяч гривен.

Проблемы небольших электромобилей

В отличие от тяжёлых и перемещающихся на высокой скорости электропоездов, получившие такую систему электромобили не получают таких же преимуществ:

  • В городе, особенно при движении в плотном потоке, электромобиль практически не может нормально разогнаться (даже при хороших динамических характеристиках, как у Tesla Model S).
  • Рекуперация мало эффективна, так как скорость в начале торможения небольшая (до 60 км/ч), а масса автомобиля не превышает 1-2 т.
  • Энергии вырабатывается мало, и запас хода увеличивается незначительно.
  • Стоимость установки оборудования, обеспечивающего рекуперацию достаточно большая, а из-за низкой эффективности работы рекуперации она почти не окупается.

Важно: Ситуация немного улучшается при движении с горки и торможениях на высокой скорости. Но так разогнаться электромобили могут только за городом. А большинство доступных по цене электрических моделей не обладает запасом хода для загородных поездок и динамикой для нормального разгона.

Эффективность рекуперативного торможения

Использующую рекуперацию тормозную систему нельзя назвать достаточно эффективной.

Хотя её КПД довольно большой – производители электромобилей и другого электрического транспорта (велосипедов, мопедов и грузовых авто) называют цифру в 60-70% возврата.

При этом первые 10-20% теряются сразу, при захвате кинетической энергии – ещё примерно такое же количество аккумулятор недополучает в процессе преобразования в электроэнергию.

С одной стороны, показатель достаточно большой – 70% кинетической энергии подзаряжают аккумулятор электромобиля.

Запас хода увеличивается, и транспортное средство может проехать дальше на одном заряде.

С другой стороны, кинетической энергии на торможение тратится немного, и цифры нельзя назвать впечатляющими.

Рис. 3. Индикация системы рекуперации модели Volkswagen e-Golf.

Владельцы автомобилей Tesla Model S говорят, что во время поездок по городу пользы от системы рекуперативного торможения практически нет.

Заметить её влияние получается только при поездке по холмистой местности, когда водителю приходится тормозить во время спуска.

Иногда запас хода транспортного средства увеличивается при этом на 15-20%.

Рис. 4. Тормоза премиального электромобиля Tesla Model S.

Перспективы использования рекуперации

Повысить эффективность рекуперативной системы позволяет её использование не только при торможении, но и во время обычной поездки.

Предполагается, что энергия будет возвращаться благодаря инновационной подвеске, которую уже разрабатывают компании Levant Power и ZF.

В будущем такими устройствами могут оснащаться все серийно выпускаемые авто.

Принцип действия системы в подвеске следующий:

  • Рекуперативное устройство будет состоять из небольшого электромотора, 4 электрогидравлических насосов и управляющего блока.
  • Приспособление будет устанавливаться возле амортизаторов каждого автомобильного колеса.
  • При движении входящего в конструкцию штока кинетическая энергия будет переходить в электрическую.
  • Полученная электроэнергия будет передаваться к аккумулятору электромобиля. Если устройство будет устанавливаться на машинах с ДВС, энергия поступит в их электрическую сеть.

Совместная работа рекуперативной системы торможения и устройств, аккумулирующих энергию от обычного движения, должна повысить эффективность примерно вдвое. Однако проект пока находится в разработке. До его завершения и, тем более, установки на серийные авто, может пройти несколько лет.

Выводы

Возможность возвращать хотя бы часть потраченной на торможение энергии и дальнейшее развитие технологий в этом направлении позволяет рассчитывать, что электромобили в будущем станут ещё эффективнее.

Запас хода даже бюджетного электрического транспорта увеличится до 150-200 км, и на таком авто можно будет ездить целый день без подзарядки.

В то же время эффективность рекуперации на компактных электрических авто, таких как Chevrolet Bolt, Hyundai Ioniq или Nissan Leaf, всё равно останется небольшой.

Намного заметнее увеличение запаса хода на грузовиках с электромоторами и на тяжёлых электромобилях типа Tesla Model X, вес которого даже без водителя достигает 2,4 т.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

рекуперация энергии

3.17 рекуперация энергии (energy recovery): Использование сжигаемых отходов в качестве источника для генерирования энергии путем прямого сжигания с/без использования других отходов, но с рекуперацией тепла.

3.1.26 рекуперация энергии (energy recovery): Процесс, при котором вся шина или ее часть утилизируется в топливо, чтобы возвратить энергозатраты на изготовление шин.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .

Смотреть что такое «рекуперация энергии» в других словарях:

РЕКУПЕРАЦИЯ ЭНЕРГИИ — превращение механ. энергии движущихся на спусках электропоездов в электр. энергию. Р. э. применяется на электрифицированных ж. д. с горным профилем в качестве тормозного средства. При Р. э. моторы электроподвижного состава работают как генераторы … Технический железнодорожный словарь

рекуперация энергии с помощью трёхфазных тяговых двигателей — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN three phase regeneration … Справочник технического переводчика

рекуперация — и, ж. recuperation f. спец. Возвращение материалов или энергии, израсходованных один раз при проведении процесса, для повторного использования в этом процессе. Рекуперация энергии двигателей. Рекуперация дымовых газов. БАС 1. Лекс. ТЭ:… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Рекуперация — 5. Рекуперация Понижение кинетической энергии отработавшего электронного потока за счет понижения потенциала коллектора относительно потенциала пространства взаимодействия Источник: ГОСТ 23769 79: Приборы электронные и устройства защитные СВЧ.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

РЕКУПЕРАЦИЯ — (от лат. recuperatio обратное получение), возвращение части материалов или энергии для повторного использования в том же технологическом процессе. Рекуперация является основой безотходного производства наиболее прогрессивного метода рационального … Экологический словарь

Рекуперация (значения) — Рекуперация Рекуперация тепла см. также Рекуператор, Пассивный дом Рекуперация кинетической энергии см. Рекуперативное торможение Рекуперация (обработка сырья) … Википедия

Рекуперация паров — Рекуперация (от лат. recuperatio обратное получение), возвращение части материалов или энергии для повторного использования в том же технологическом процессе. Так, ценные растворители извлекаются из отработавших смесей (рекуперация в обработке… … Википедия

РЕКУПЕРАЦИЯ — (от лат. recuperatio обратное получение) возвращение части материалов или энергии для повторного использования в том же технологическом процессе. Так, ценные растворители извлекаются из отработавших смесей, отходящие из какой либо… … Большой Энциклопедический словарь

рекуперация (в приборах и устройствах СВЧ) — рекуперация Понижение кинетической энергии отработавшего электронного потока за счет понижения потенциала коллектора относительно потенциала пространства взаимодействия. [ГОСТ 23769 79] Тематики приборы и устройства защитные СВЧ … Справочник технического переводчика

рекуперация — Извлечение и повторное использование ценных веществ и энергии в том же технологическом процессе … Словарь по географии

Рекуперация электрической энергии и ее использование

Современные системы рекуперации позволяют накапливать энергию, которая ранее просто терялась, в накопителе и использовать ее в дальнейшем. Энергия может собираться в процессе торможения транспортных средств, при опускании грузов кранами или движении лифтов, при компенсации пиков, возникающих при работе ветрогенераторов, солнечных батарей или в электрической сети. Собранная энергия может быть использована, соответственно, для разгона транспортных средств, поднятия грузов или пассажиров или для того, чтобы поддержать потребителей в случае пропадания электроснабжения. Как правило, все эти процессы имеют небольшую продолжительность (секунды, минуты) и характеризуются большой плотностью мощности.

Суперконденсаторы являются наилучшим решением в подобных случаях. Они наиболее эффективны в качестве устройства накопления и хранения энергии, особенно для применений, где процессы накопления и отдачи энергии скоротечны и связаны с большой плотностью мощности.

Одним из таких процессов является рекуперация энергии торможения, где кинетическая энергия преобразуется в электрическую, которая затем накапливается в батареях или суперконденсаторах с тем, чтобы в дальнейшем быть использованной для разгона транспортного средства, поднятия груза погрузчиком или краном, поднятия лифта или в любом другом применении, где требуется импульсная энергия.

В системах рекуперации энергии торможения электрический двигатель электрической или гибридной трансмиссии непосредственно участвует в процессе торможения. Когда водитель нажимает на педаль тормоза, в электродвигатель посылается сигнал для включения режима реверса, в результате чего создается сопротивление, замедляющее движение транспортного средства. Электромотор, работающий в режиме реверса, фактически является генератором или динамо-машиной, которая преобразует кинетическую энергию в электрическую. Дополнительным преимуществом системы рекуперации энергии торможения с электромотором является снижения износа тормозной системы транспортного средства, сокращение частоты и расходов на обслуживание.

В настоящее время во всех развитых странах существует тенденция к снижению использования традиционных видов топлива, стимулируется развитие технологий, направленных на снижение выбросов в атмосферу при одновременном повышении эффективности. Аккумуляторные батареи, включая никелевые и литиевые, эффективны далеко не во всех случаях, особенно если речь идет о накопителях энергии для электрических или гибридных транспортных средств или подъемных механизмов. Причинами этого являются низкая плотность мощности (power density), значительное снижение эффективности работы при низких температурах и небольшой срок службы:

Плотность мощности – это показатель, характеризующий способность системы накопления энергии заряжаться и разряжаться. Обычно требуются часы, чтобы перезарядить батареи мобильного телефона, компьютера или любого другого электронного устройства. Сколько же энергии сможет накопить подобная батарея в процессе торможения, который длится секунды? Немного! Кроме того, быстрый и глубокий разряд в процессе разгона в значительной степени сокращает срок службы батареи. Для того, чтобы в какой-то степени преодолеть вышеперечисленные ограничения, необходимо увеличивать емкость батареи, что приводит к серьезному увеличению ее массы, размеров и стоимости.

Ионисторы, имеющие высокую плотность мощности и способные разряжаться и заряжаться в секунды практически без ограничений по количеству циклов заряда/разряда являются практически идеальным накопителем энергии в системах рекуперации

  • Работа при низких температурах.

Аккумуляторные батареи способны работать в сравнительно узком температурном диапазоне. Во время эксплуатации батарей при низких и высоких температурах значительно снижаются возможности батарей, сокращается их срок службы, а также подобные режимы работы в течение длительного времени могут привести и к более серьезным последствиям.

Способность работы суперконденсаторов работать при температурах от -40°С до 65°С без ухудшения способности быстро накапливать и отдавать энергию является крайне важным при их применении в системах рекуперации энергии.

Аккумуляторная батарея обладает сравнительно небольшим сроком службы, который лимитирован допустимым количеством циклов заряда/разряда от нескольких сотен до нескольких тысяч. Для того, чтобы продлить срок службы батареи и снизить расходы на замену, инженеры вынуждены создавать электронные системы, ограничивающие токи заряда и глубину разряда батареи. Как следствие, чтобы обеспечить требуемые параметры по току, скорости и объему заряда/разряда в конкретных применениях, приходится увеличивать емкость батареи, что приводит к серьезному увеличению ее массы, размеров и стоимости.

Суперконденсаторы, с другой стороны, способны обеспечить до 1 млн. циклов заряда/разряда практически без ограничений по току и скорости заряда, току и глубине разряда, что делает их применение в системах рекуперации наиболее целесообразным.

Практически не имея ограничений по мощности, возможности работы при низких температурах и сроку службы, суперконденсаторы являются непревзойденными накопителями энергии. Кроме того, для ряда применений, например для электрических или гибридных транспортных средств, суперконденсаторы отлично дополняют аккумуляторные батареи, делая их более экологичными, эффективными и надежными. В системах рекуперации энергии суперконденсаторы практически мгновенно способны накапливать энергию торможения без существенных потерь. Также они способны мгновенно отдавать накопленную энергию электроприводу, тем самым снижая нагрузку на аккумуляторные батареи, их износ и продляя их срок службы. Ученые из исследовательской лаборатории Аргонна убедительно доказали, что совместное применение суперконденсаторов и аккумуляторных батарей в значительной степени повышает эффективность рекуперации энергии торможения и исключает необходимость увеличения емкости батарей, снижая массу и стоимость системы в целом.

Тема лекции 17 Электрическое торможение асинхронных двигателей

Принцип работы рекуператора

У
нас есть приточно-вытяжная вентиляция.
Приточный воздух зимой очищается
воздушными фильтрами и нагревается
калориферами. Он попадает в помещение,
согревает его и разбавляет вредные
газы, пыль и прочие выделения. Затем он
попадает в вытяжную вентиляцию и
выбрасывается на улицу… Отсюда
мысль… Почему бы нам не нагревать
холодный приточный воздух воздухом
выбрасываемым. Ведь мы по сути выбрасываем
деньги на ветер.
Итак,
у нас есть выбрасываемый воздух с
температурой 21 С и приточный, который
до калорифера имеет температуру -10 С.
Мы устанавливаем, к примеру, рекуператор
с пластинчатым теплообменником. Чтобы
понять принцип действия рекуператора
с пластинчатым теплообменником
представьте себе квадрат, в котором
вытяжной воздух проходит снизу-вверх,
а приточный слева-направо. Причем эти
потоки не смешиваются друг с другом за
счет использования специальных
теплопроводящих пластин, разделяющих
эти два потока.

В
итоге выбрасываемый воздух отдает
приточному до 70% тепла и на выходе из
рекуператора имеет температуру 2-6 С, а
приточный воздух, в свою очередь, имеет
температуру на выходе из рекуператора
12-16 С. Следовательно калорифер будет
нагревать воздух не -10 С, а +12 С и это
позволит нам значительно сэкономить
на электро- или тепловой энергии,
затрачиваемой на обогрев приточного
воздуха.

Рекуперативное торможение

Классическое рекуперативное торможение возможно только при независимом или смешанном возбуждении, так как при последовательном не обеспечивается электрическая устойчивость тормоза. При подключении якорей ТМ непосредственно к КС ( рис. 62.66, а) рекуперируемый ток / ( Ет м — С / к С) / 2Я, где в 2Л входят Лт м, RK c на участке до приемника энергии рекуперации и J.

Рекуперативное торможение асинхронного двигателя возможно, если угловая скорость его оказывается выше синхронной. Этот способ торможения может быть осуществлен при управлении, например, двух — или многоскоростными двигателями в случае переключения обмоток статора работающего двигателя с меньшего числа полюсов на большее.

Рекуперативное торможение двигателей параллельного возбуждения выполняется в подъемных механизмах при спуске груза и при регулировании скорости вращения изменением тока возбуждения. В промышленных приводах возможности его использования обычно ограниченны.

Когда рекуперативное торможение прекратится, селективную рукоятку переводят в положение, соответствующее режиму тяги.

Применение рекуперативного торможения на спаренных электровозах производится по тем же правилам, что и для одиночной тяги.

Выключение рекуперативного торможения производят перемещением тормозной рукоятки в сторону 1 — й позиции. Когда ток рекуперации будет близким нулю, переводят главную рукоятку в нулевую позицию, а затем окончательно переводят тормозную рукоятку в нулевую позицию и выключают возбудитель. Далее по условиям ведения поезда с целью его остановки или регулирования скорости могут быть применены или автотормоза поезда, или вспомогательный тормоз локомотива.

Применение рекуперативного торможения на двух электровозах в составе допускается только при исправной радиосвязи на них.

Использование рекуперативного торможения также позволяет уменьшить расход электрической энергии. Тяговые двигатели параллельного возбуждения переходят в режим рекуперативного торможения автоматически при повышении скорости. Электродвигатели последовательного возбуждения не могут работать в режиме рекуперации, поэтому их переводят на независимое возбуждение от специального преобразователя.

Для рекуперативного торможения асинхронный двигатель переводится из двигательного в генераторный режим. Для этого необходимо, чтобы скорость вращения ротора стала выше синхронной. В многоскоростном двигателе перевод в генераторный режим происходит при увеличении числа пар полюсов для уменьшения скорости вращения. За время работы машины в генераторном режиме, пока скорость ротора сравняется с синхронной, часть кинетической энергии движущихся масс преобразуется в электрическую и возвращается в сеть, что является достоинством этого метода торможения. Недостаток состоит в том, что его нельзя применить при скорости вращения ротора меньше синхронной.

Процесс рекуперативного торможения происходит без подмагничивания дросселя насыщения, поскольку по его обмоткам 1ОДН и ЗОДН ток не протекает. При таких условиях обеспечивается значительная величина замедления.

Направление электромагнитных моментов в режимах.| Механические характеристики двигателей независимого и параллельного возбуждения.

Особенностью рекуперативного торможения является то, что двигатель становится генератором, работающим на сеть.

Характеристики рекуперативного торможения показаны на фиг.

Режим рекуперативного торможения при работе машины как асинхронного генератора выше синхронной скорости применяется главным образом в короткозамкнутых двигателях с переключением полюсов.

Применение рекуперативного торможения па некоторых горных участках позволяет на 15 — 20.6 снизить расход электроэнергии на тягу поездов. Безопасность движения при использовании электрического торможения возрастает благодаря повышению гибкости управления движением поезда на спусках, так как появляется возможность не применять воздушное торможение или увеличивать время зарядки автотормозов после его применения.

Режим — рекуперативное торможение

Режим рекуперативного торможения при работе машины как асинхронного генератора выше синхронной скорости применяется главным образом в короткозамкнутых двигателях с переключением полюсов.

Режим рекуперативного торможения двигателя последовательного возбуждения не может быть получен путем уменьшения момента на валу, так как при переходе через нулевое значение момента ток, а следовательно, и поток становятся равными нулю и двигатель идет вразнос.

Каждый электрик должен знать:  Генератор Ван де Граафа

В режиме рекуперативного торможения возможно повышение напряжения на генераторе на 20 % сверх номинального. Исполнение генератора закрытое с принудительной вентиляцией.

В режиме рекуперативного торможения необходимо своевременно и регулярно приводить в действие песочницы электровоза для предупреждения юза колесных пар, особенно в кривых, на переездах, при неблагоприятных метеорологических условиях, а также при реализации больших тормозных усилий. Наибольшая опасность юза возникает на последовательном и последовательно-параллельном соединениях.

В режиме рекуперативного торможения двигателя в системе Г — Д так же, как и в двигательном режиме, происходит трехкратное преобразование энергии. Но если в двигательном режиме энергия, потребляемая из сети, последовательно проходит через двигатель МГ, генератор Г и двигатель М и передается рабочему органу, то в режиме рекуперации поток энергии имеет обратное направление.

В режимах динамического и рекуперативного торможения / и М отрицательны.

Переходят на режим рекуперативного торможения при напряжении в контактной сети не выше 3800 В. Если в процессе рекуперативного торможения напряжение в контактной сети повысилось до 3900 В, то следует уменьшить ток возбуждения и при необходимости применить автотормоза.

Система обеспечивает режим рекуперативного торможения электродвигателя . Выделяемая энергия рассеивается в звене постоянного напряжения на тормозном резисторе, который подключается через транзистор, входящий в конструкцию инвертора. Резистор имеет внешнее подключение к преобразователю частоты.

Механические характеристики асинхронного двигателя в режиме рекуперативного торможения.

Механические характеристики режима рекуперативного торможения располагаются во втором квадранте и являются продолжением характеристик двигательного режима. На рис. 8.7, а дан примерный вид механических характеристик режима рекуперативного торможения асинхронного двигателя при тормозном спуске груза.

Перед переходом на режим рекуперативного торможения должны быть включены преобразователи, питающие обмотки возбуждения тяговых двигателей. При исправных преобразователях кнопка Возбудители на щитке 83 — 1 включена. От провода К98 через замкнутые контакты кнопок Высокая скорость мотор-вентиляторов и Возбудители напряжение подается на провод К.

Схема включения ДПТ СВ для режима рекуперативного торможения.

При этом осуществляется режим рекуперативного торможения с независимым возбуждением при неполном потоке возбуждения двигателя. Можно показать, что при указанном переключении переходу в режим рекуперативного торможения соответствует резкое возрастание модуля жесткости механических характеристик. Это объясняется уменьшением сопротивления цепи якоря ( гв пос 0) и отсутствием зависимости потока от тока якоря.

Зависимости количества рекуперируемой электроэнергии от числа свечей на крюке Л / ( а и глубины скважины L ( 6.

В настоящее время режим рекуперативного торможения в тиристор-ном электроприводе постоянного тока буровой лебедки используется мало. Это объясняется тем, что такой тип электропривода внедрен в основном на морских буровых установках с автономной системой электроснабжения. Соизмеримость мощности электростанции с мощностью электропривода и отсутствие достаточного количества мощных потребителей со стороны переменного тока делает невозможным применение торможения такого типа. Исключение составляет лишь буровая установка БУ-2500ЭП, где используется электропривод с рекуперативным торможением. На морских буровых установках для выполнения операций по торможению при спуске бурильной или обсадной колонн используется режим динамического торможения. В этом случае двигатель лебедки отключается от силового преобразователя и работает как генератор постоянного тока, нагруженный на тормозное сопротивление — так называемые сборки динамического торможения. Регулирование скорости двигателя, а следовательно, и скорости спуска осуществляется за счет управления возбуждением двигателя.

1. Основные сведения

Электрическое
торможение применяют только в
электроприводах судовых грузоподъемных
механизмов, с целью «сброса» скорости
перед срабатыванием основного тормоза.
Тем самым облегчается работа основного
тормоза, а именно: уменьшаются износ
тормозных колодок и их нагрев.

Кроме
того, электрическое торможение ограничено
применяют в некоторых сиcтемах
судовой электроавтоматики, например,
авторулевых типа АТР, АИСТ и др.

Различают
5 видов электрического торможения
асинхронных двигателей:

торможение
противовключением при активном
статическом моменте;

торможение
противовключением при реактивном
статическом моменте.

Из
всех видов торможения на судах чаще
всего применяется рекуперативное (в
электроприводах грузоподъемных
механизмов)

Что такое рекуперация тепла

Рекуперация тепла или обратное получение тепла — это процесс теплообмена, при котором тепло забирается от вытягиваемого выбрасываемого воздуха и передается свежему нагнетаемому воздуху, который нагревается. Процесс проходит в рекуперационном теплообменнике таким образом, что выбрасываемый и свежий воздух абсолютно отделены друг от друга, чтобы не произошло их смешивание.

В охлаждаемых помещениях можно использовать рекуперационные теплообменники также обратным способом, то есть для рекуперации холода. При этом подводимому воздуху передается холод от отводимого воздуха.

Важной характеристикой рекуператоров является Коэффициент эффективности рекуперации. Коэффициент эффективности рекуперации тепла выражает отношение между максимально возможным полученным теплом и теплом, полученным в действительности

Теоретически эффективность может меняться в пределах от 30 до 90 %. Эта характеристика зависит от стоимости, производителя и типа рекуператора

Коэффициент эффективности рекуперации тепла выражает отношение между максимально возможным полученным теплом и теплом, полученным в действительности. Теоретически эффективность может меняться в пределах от 30 до 90 %. Эта характеристика зависит от стоимости, производителя и типа рекуператора.

Рекуперативное торможение что это и когда будет наших авто

Рекуперативное торможение — что это такое и как работает?

Друзья, вы наверняка замечали, что в последние годы тема всевозможных возобновляемых и экологически чистых источников энергии муссируется очень активно.

В связи с этим хотелось бы поговорить о системе, которая просто таки творит чудеса — система рекуперативного торможения.

Во первых хочется сказать, эта новомодная система добралась все-таки и до любимых нами легковушек. Теперь уже практический каждый автопроизводитель имеет в своём арсенале по парочке моделей с гибридной силовой установкой, а то и вообще электромобиль.

Рекуперативное торможение — источник энергии

В чём же суть данной технологии? Оказывается, что во время движения наши с Вами автомобили не только поглощают энергию, съедая топливо, но и выделяют её.

Происходит это, как правило, во время торможения, когда масса кинетической энергии улетучивается в виде тепла от тормозных механизмов в атмосферу. «Зачем же нам греть воздух, если можно использовать её в других целях», — как-то раз задумались инженеры.

Результатом их трудов и стала система рекуперативного торможения, то есть такая, которая возвращает часть выделяющейся энергии обратно, в организм автомобиля, где потом используется вновь, а это значит, что мы экономим.

Проще всего такой фокус можно реализовать на гибридных машинах и электромобилях. Почему? Ответ будет дальше.

Кстати, автомобильный транспорт не единственный, где можно встретить рекуперационные системы. Довольно активно и давно они используется на железной дороге у электровозов, а также на городском электротранспорте – трамваях и метро.

Как сохранить энергию торможения?

С сутью рекуперации мы, кажется, разобрались, теперь остаётся выяснить, как она реализована на практике. Есть несколько способов повернуть энергию, выделяющуюся при торможении, в нужное русло. Мне известны только два:

Электрический метод

Электрическое рекуперативное торможение, с технологической точки зрения можно назвать самым доступным, и именно он наиболее точно подходит под определение этой системе.

Система рекуперативного торможения

Электрический метод актуален для автомобилей с гибридными моторами (ДВС + электропривод) или для электромобилей.

Главную роль тут играют электродвигатели, которые благодаря своим свойствам, могут не только крутить колёса, но и крутиться сами под воздействием внешних сил, превращаясь в генераторы.

В момент рекуперативного торможения, электромотор переключается в генераторный режим и создаёт дополнительное останавливающее усилие на осях. В этом случае он уже не потребляет энергию аккумулятора, а наоборот, подзаряжает его, и так повторяется каждый раз, когда вы нажимаете на тормоз.

Таким образом, по подсчётам автопроизводителей, подобная система рекуперации на гибридном авто экономит до 30% запасов топлива.

Необходимо отметить, что в зависимости от скорости машины, электроника сама выбирает как ей лучше оттормаживаться – с помощью электродвигателя или традиционными методами.

Механический способ


Механическое рекуперативное торможение. По сути, это не система рекуперативного торможения, а система рекуперации кинетической энергии, так как она не способствует тому, чтобы автомобиль остановился, а просто накапливает часть энергии, выделяющейся во время снижения скорости.

В данном методе в качестве ключевого элемента используется маховик, который раскручивается во время торможения и затем отдаёт эту кинетическую энергию по мере дальнейшего движения авто.

Вращается маховик в вакуумной камере, а при торможении автомобиля раскручивается до 60000 об/мин. Конструкция такова, что она сохраняет энергию во вращательном маховике до 600 кДж, а при отдаче выдает мощность до 60 кВт, что составляет 80 л.с.

Такая система, получившая название KERS, несколько лет назад эксплуатировалась на гоночных машинах Формулы-1, где позволяла кратковременно добавить двигателю внутреннего сгорания ещё несколько десятков лошадиных сил.

В гражданской технике рекуперативное торможение пока является экзотикой и серийно не устанавливается.

Система KERS — рекуперация кинетической энергии (Kinetic Energy Recovery Systems)

Таким образом, наши дорогие читатели, мы видим, что игры с кинетической энергией, выделяющейся при торможении, могут давать вполне ощутимые результаты в виде экономии топливных ресурсов.

Но, справедливости ради, нужно заметить, что все эти системы довольно дорогое удовольствие, которое пока что очень осторожно становится массовым продуктом

На этом всё, спасибо за внимание и до новых встреч!

Рекуперация и дать, и взять журнал За рулем

16 февраля 2011 годаЕще до появления легковых гибридов рекуперативное торможение широко применяли в многотонной колесной и рельсовой технике, работающей на электрической тяге. Например, троллейбусы, трамваи, электропоезда передают вырабатываемое при торможении в контактную сеть электричество, которое потом можно повторно использовать.

Еще до появления легковых гибридов рекуперативное торможение широко применяли в многотонной колесной и рельсовой технике, работающей на электрической тяге. Например, троллейбусы, трамваи, электропоезда передают вырабатываемое при торможении в контактную сеть электричество, которое потом можно повторно использовать.

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.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.

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.

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

Меню раздела

Выработка электроэнергии и ее распределениеГрафики нагрузок электротехнических установокОсновные условия сооружения и эксплуатацииСистема тягового энергоснабжения железных дорогЭлектроснабжение метрополитеновСхемы главных электрических соединенийТранзитная подстанцияОпорная подстанцияРаспределительное устройство тягового напряженияСхемы силовых цепей тяговых подстанций метрополитенаСхема силовых цепей подземной подстанцииПонижающие трансформаторыСиловые трансформаторы для питания не тяговых нагрузокТипы преобразовательных агрегатовСхемы преобразования токаКремниевые выпрямителиПолупроводниковые вентилиАппаратура рекуперацииБыстродействующие выключатели постоянного токаТипы быстродействующих выключателейБыстродействующий выключатель ВАБ-28фБыстродействующие анодные выключателиРазъединители и приводы к нимКороткозамыкателиКоммутационная аппаратура низкого напряженияПакетные выключатели и переключателиВоздушные автоматические выключателиКонтакторыМагнитные пускателиКомплектные распределительные устройстваОткрытые распределительные устройстваЗакрытые распределительные устройстваВспомогательное оборудование тяговых подстанцийИзоляторыИзмерительные трансформаторыРазрядникиАккумуляторные батареиСпециальное оборудование постоянного токаСпециальное оборудование переменного токаОбщая компоновка территории тяговых подстанцийЗдания тяговых подстанцийОткрытая часть подстанцийКонструкции тяговых подстанций метрополитеновЦепи вторичной коммутации и собственных нуждЦепи собственных нужд постоянного и переменного токовУправление основными коммутационными аппаратамиЦепи сигнализации, блокировки и общие подстанционные цепиТипы и принципы выполнения защит оборудования тяговых подстанцийСистема переменного оперативного токаНазначение и классификация узлов автоматикиАвтоматика программного включения и отключенияАвтоматика повторного включения и включения резерваВводы 110 кВМонтаж электрооборудования тяговых подстанцийМонтаж тяговых подстанций и контактной сетиИндустриализация электромонтажных работТехническая документацияПриемка тяговой подстанции под монтажМонтаж электрооборудования ОРУСиловые трансформаторыКоммутационная аппаратураРазрядникиКомпенсирующие устройстваМонтаж электрооборудования ЗРУВыпрямители в зданииСвинцовые аккумуляторные батареиСглаживающие устройстваОбщие положения об испытанияхИспытание некоторых типов электрооборудованияОбщий порядок испытания и наладки РЗАПриемка тяговых подстанций в эксплуатациюОсновные элементы хозяйства электрификацииРевизионно-ремонтные средстваСтруктура подразделений эксплуатации устройств электрификацииОбязанности энергоучасткаУчастки энергоснабженияОбязанности ревизионно-ремонтного персоналаОперативная работаОперативные переключенияБланки переключенийПорядок ликвидации аварийКонтроль за оборудованием подстанцийРаспределительные устройстваСиловые и тяговые масляные трансформаторыБыстродействующие выключателиРаспределительные устройства напряжением до 1000ВЗарядные и подзарядные устройстваДвигатель-генераторыИзмерительные приборы, реле управления и защитыОсвещениеКабельные коммутацииЗаземляющие устройстваОрганизация капитального ремонта электрооборудованияЭкономика переработки энергии на тяговых подстанцияхОсновы техники безопасности и производственной санитарииТехника безопасности при монтаже тяговых подстанцийТехника безопасности при эксплуатации тяговых подстанций

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 на некоторых болидах использовалась система рекуперации кинетической энергии (KERS). Рассчитывалось, что это подстегнёт разработки в области 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 и , .

Параметры режима работы тяговой сети переменного тока при рекуперации электроэнергии

Инвертор, преобразующий электроэнергию рекуперации постоянного тока тяговых двигателей в переменный ток СТЭ, располагается на ЭПС и относится к категории ведомых сетью.

При рекуперации электроэнергии на переменном токе 25 кВ активная энергия рекуперации генерируется ЭПС в СТЭ, а реактивная энергия потребляется из сети внешнего электроснабжения так же как в режиме тяги. Это увеличивает реактивное электропотребление электровозами в межподстанционной зоне.

ТП

———— P ¦ Режим

ЭПС

Q ¦ рекуперации

Рис. Направления электроэнергии в режимах тяги и рекуперации ЭПС.

Угловые сдвиги между током и напряжением ЭПС в режиме тяги составляют для диодных ЭПС φЭ = 37 0 эл, для тиристорных ЭПС φЭ = 42 0 эл. Коэффициент реактивной мощности для режима тяги tg φЭ = Q/P диодных ЭПС составляет tg 37 0 = 0,754, тиристорных ЭПС — tg 42 0 = 0,9. Следовательно реактивное электропотребление ЭПС в режиме тяги QТ = (0,75÷ 0,9)P. Реактивное электропотребление в режиме тяги составляет (75÷ 90) % от активного.

Угловые сдвиги между током и напряжением ЭПС в режиме рекуперации составляют φЭ = 60 эл. гр. Коэффициент реактивной мощности для режима рекуперации tg φЭ = Q/P составляет tg 60 0 = 1,73. Следовательно, реактивное электропотребление ЭПС в режиме рекуперации QР = 1,73P. Реактивное электропотребление в режиме рекуперации составляет 170 % от активного.

При совместной работе в межподстанционной зоне ЭПС в режимах тяги и рекуперации значительно увеличивается реактивное электропотребление. Оптимальный режим в межподстанционной зоне соответствует равенству активного электропотребления ЭПС в режимах тяги Рт и активной генерации в режимах рекуперации Рр (Рт = Рр). При этом реактивная мощность на тягу Qт = 0,9Р, реактивная мощность на рекуперацию равна Qр = 1,73Рт и суммарное реактивное электропотребление Q = (0,9 + 1,73)Рт = 2,63Рт. Соотношение К = 2,63/0,9 = 2,92. Следовательно, реактивное электропотребление в межподстанционной зоне в оптимальном режиме рекуперации увеличивается в 3 раза. Так как соотношения активного электропотребления ЭПС в режимах тяги и генерации меняется, то следует считать, что реактивное электропотребление увеличивается в диапазоне 1, 7 ÷ 3 раза по сравнению с режимом тяги.

Рассмотрим линейные и векторные диаграммы тока и напряжения тяговой сети в режимах тяги и рекуперации при одностороннем питании контактной сети.

Режим тяги.

Рис. Линейная диаграмма тока и напряжения ЭПС в режиме тяги: E1, U1 – кривая ЭДС и напряжения трансформатора ЭПС; i1t – кривая тока, i1(1) – кривая тока первой гармоники.

Потеря напряжения в режиме тяги

∆ Uтс = Iт RТС cos φТ + Iт Хтс sin φТ = Iат RТС + IрХТС.

Напряжение у источника

U1 = Uэпс + ∆ Uтс.

Режим рекуперации.

Рис. Линейная диаграмма тока и напряжения ЭПС в режиме рекуперации: E1, U1 – кривая ЭДС и напряжения трансформатора ЭПС; i – кривая тока, i1(1) – кривая тока первой гармоники.

Рис. Векторная диаграмма тока и напряжения в режиме рекуперации: Iэ –полное значение тока; Iра, Iрр – активная и реактивная составляющие тока ЭПС; φр – угловой сдвиг между током и напряжением.

Потеря напряжения в режиме рекуперации

∆ Uтс = Iр RТС cos (180 — φ 1 р)+ Iр Хтс sin (180 — φ 1 р) =

— IраR + IррХ.

Напряжение у источника U1 = Uэпс + ∆ Uтс.

В режиме рекуперации U1 > Uэпси повышение напряжения на ЭПС выше предельно допустимого значения не возможно из-за значительного потребления реактивного тока и значительной величины потери напряжения от реактивного индуктивного тока в сопротивлении системы тягового электроснабжения. Проблема повышенного напряжения на ЭПС в режиме рекуперации при тяге переменного тока отсутствует. Низкого напряжение на ЭПС в режимах рекуперации также не должно быть из-за повышения напряжения за счёт активного тока в активном сопротивлении тяговой сети. Активная составляющая сопротивления тяговой сети двухпутного участка равна 0,1 Ом/км, реактивная составляющая – 0,3 Ом/км.

Значительное потребление реактивной мощности в режиме рекуперации увеличивает потери активной мощности в тяговой сети.

Потери активной мощности в тяговой сети

P 2 + Q 2

DP = * R = (P 2 /U 2 )*R*(1+tg 2 j).

U 2

Потери активной мощности в режиме тяги диодных ЭПС j = 37 0 эл.

(tg 37 0 = 0,754, cos 37 0 = 0,799) и при снижении напряжения до 0,95 Uн:

Потери мощности от передачи активной нагрузки (j = 0, tgj = 0, cosj = 1) при U = 1,05Uн

DP1 = (Р 2 * R) / (1, 05Uн) 2 = 0,907(Р 2 * R) / Uн 2 .

Потери активной мощностиот передачи нагрузки с tgj = 0,754 (j = 37 0 , соsj = 0,799) ипри снижении напряжения до 0,95 Uн

DP2 = [Р 2 (1+ tg 2 j) * R] / (0,95Uн) 2 = 1,74 (Р 2 * R) / Uн 2 .

Увеличение активных потерь составляет 1,74/ 0,907 = 1,92, то есть в 1,92 раза. Потери активной мощности от реактивной мощности в суммарных потерях составляют 47,9%.

Потери активной мощности в режиме тяги тиристорныхЭПСj = 42 0 эл (tg 42 0 = 0,9; соs42 0 = 0,743) и при снижении напряжения до 0,95 Uн

DP2 = [Р 2 (1+ tg 2 j) * R] / (0,95Uн) 2 = 2 (Р 2 * R) / Uн 2

Увеличение потерь составит 2 / 0,907 = 2,21, то есть 2,21 раза. Потери активной энергии от реактивной мощности в суммарных потерях составляют 54,6%.

Потери активной мощности в режиме рекуперации ЭПС (без тяги)j = 60 0 эл (tg 60 = 1,73; cos j = 0,5 )и при снижении напряжения до0,95 Uн

DP2 = [Р 2 (1+ tg 2 j) * R] / (0,95Uн) 2 = 3,993Р 2 R / (0,95 Uн) 2 =

= 4,42(Р 2 * R) / Uн 2 .

Увеличение потерь составит 4,42/0,907 = 4,88, то есть в 4,88 раза. Потери от реактивной мощности в суммарных потерях составляют 79,5%. Увеличение потерь по сравнению с режимом тяги 4,88 / 2,21 = 2,2 раза.

Потери активной мощности в режиме рекуперации ЭПС(Рт = Рр) Q = (0,9 + 1,73)Рт = 2,63Рти при снижении напряжения до0,95 Uн

P 2 + Q 2

DP2 = * R = [P 2 + (2,63Р) 2 ] / (0,95 Uн) 2 =

U 2

=7,92P 2 R/0,9025 Uн 2 = 8,776 (Р 2 * R) / Uн 2

Увеличение потерь составит 8,772/0,907 = 9,67, то есть в 9,67 раз. Потери от реактивной мощности в суммарных потерях составляют 89,7%. Увеличение потерь по сравнению с режимом тяги 9,67 / 2,21 = 4,4 раза. Так как соотношения активного электропотребления ЭПС в режимах тяги и рекуперации меняется, то увеличение потерь электроэнергии в тяговой сети в режиме рекуперации по сравнению с режимом тяги увеличивается 2 ÷ 4 раза.

Таблица. Потери активной мощности в сети при потреблении реактивной мощности в режимах тяги и рекуперации

Режим работы ЭПС j, гр. эл. tgj DPаа, % DPар, % Кратность увеличения потерь Напряжение Приме= чание
Приём и передача активной энергии 1,05Uн Активная мощность — постоянная величина
Режим тяги 0,9 45,4 54,6 0,95Uн
Режим рекуперации(без тяги) 1,73 20,5 79,5 2,2 0,95Uн
Режим рекуперации и тяги (Рр = Рт) 10,3 89,7 4,4 0,95Uн

DPаа –активные потери мощности при передачи активной мощности;

DPар –активные потери мощности при передачи реактивной мощности;

Выводы: Нагрузочные потери активной мощности при передаче реактивной мощности по СТЭ от полных потерь для tgj = 0,8 — 1,5составляют 50-75%.

Увеличение потерь активной мощности требует дополнительных затрат энергоносителей на электростанциях, а в период наибольших нагрузок увеличения установленной мощности на электростанциях. Увеличение потерь активной мощности ухудшает технико-экономические показатели работы системы электроснабжения

Генерация (рекуперация) электрической энергии обеспечивает:

— значительный эффект экономии электрической энергии;

— повышение безопасности движения поездов появлением дополнительного электрического торможения наряду с пневматическим;

— экономия тормозных колодок.

Рекуперация электрической энергии – основное направление энергосбережения на электрифицированных железных дорогах переменного тока 25 кВ.

Рекуперативное торможение приводит и к отрицательным эффектам:

— увеличение износа рельсов из-за сосредоточения тормозных усилий на локомотиве;

— повышенное реактивное электропотребление увеличивает активные потери мощности в системе тягового электроснабжения, может потребовать оплаты за потребление реактивной электроэнергии выше экономического значения;

— появление при рекуперации повышенного уровня высших гармоник;

— дополнительные затраты на фильтрокомпенсирующие устройства.

Последнее изменение этой страницы: 2020-12-14; Нарушение авторского права страницы

Рекуперация электрической энергии и ее использование

Часто, условия той или иной приводной задачи диктуют необходимость работы электропривода в так называемом четвертом квадранте механической характеристики, т.е. в условиях, когда вращающий момент на валу электродвигателя направлен в сторону, противоположную направлению вращения вала.

В этом случае электродвигатель уже не приводит в движение механизм, а создает тормозящий механизм момент и превращается в генератор электроэнергии.

Стоит отметить, что при работе электродвигателя непосредственно от сети электроэнергия, вырабатываемая электродвигателем передается непосредственно в питающую сеть и рекуперация электроэнергии осуществляется естественным образом.

В случае, если электродвигатель питается от преобразователя частоты с явным звеном постоянного тока (какими являются большинство из присутствующих на рынке приводов), картина существенно меняется, т.к. на входная силовая цепь такого преобразователя частоты представляет из себя трехфазный управляемый диодно-тирристорный выпрямитель и не пропускает электрический ток в направлении от электродвигателя к питающей сети.

В результате электроэнергия вырабатываемая электродвигателем в процессе динамического торможения накапливается в конденсаторах звена постоянного тока и приводит к повышению напряжения на звене постоянного тока и аварийному отклонению преобразователя частоты.

При небольшой длительности торможения двигателем или небольших значениях тормозного момента вырабатываемую в таких режимах электроэнергию «сжигают» на тормозных резисторах, отапливая атмосферу.

Если необходимые в задаче величины тормозных моментов или длительность торможения достаточно велики, габариты подходящих тормозных резисторов и их стоимость существенно увеличиваются и не всегда изготовление походящего тормозного резистора становится возможным.

Задачами с длительными режимами торможения и большими тормозными моментами являются: приводы сахарных центрифуг периодического действия, приводы штанговых глубинных насосов (ШГН), лифты и краны и т.п.

Во всех этих случаях экономически эффективным решением может оказаться возврат генерируемой электродвигателем электроэнергии в сеть, хотя данное решение и имеет существенно большую стоимость.

В настоящей статье излагаются основы функционирования преобразователей частоты с синхронным выпрямителем, или так называемых приводов с выпрямителем AFE (Active Front End) на примере преобразователя частоты POWERDRVE MDR производства компании Leroy-Somer.

Каждый электрик должен знать:  Индикаторная отвертка показывает фазу на обоих проводах выключателя

Устройство рекуперативного преобразователя частоты с синхронным выпрямителем

Силовые элементы входного преобразователя обычного «нереверсивного» электронного регулятора скорости состоят из неуправляемого диодного моста или управляемого диодно-тирристорного выпрямителя, исключающих возврат электроэнергии в питающую сеть.
Силовые элементы входного преобразователя Рекуперативного POWERDRIVE состоят из шести специальных IGBT модулей включенных встречно. Эта сборка, управляемая специальным контроллером рекуперации, образует синхронный выпрямитель, который не только преобразует переменное питающее напряжение в управляемое постоянное напряжение, но и позволяет обратное движение энергии в питающую сеть.
Этот реверсируемый регулятор имеет на своих трех вводах 3-х фазную систему напряжений, формируемую широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), которая в согласуется с питающей сетью через «выпрямительный» дроссель.
Фильтр радиочастотных помех и сиунс-фильтр, установленные последовательно, устраняют остаточные компоненты тока во входном преобразователе.

Передача электроэнергии

Векторная диаграмма ниже иллюстрирует взаимосвязь между напряжением питающей сети и напряжением, генерируемым реверсируемым регулятором скорости и показывает направление потока энергии.

Воздействие на амплитуду и фазу системы напряжений генерируемых Рекуперативным POWERDRIVE фиксирует направление потока энергии. Угол между двумя векторами напряжений составляет примерно 5° при полной нагрузке и при этих условиях регулятор имеет коэффициент мощности близкий к 1.

Такая реверсируемая система обладает следующими основными преимуществами:
— Возможен возврат энергии в питающую сеть;
— Очень низкий коэффициент нелинейных искажений синусоидальной формы входного тока;
— Коэффициент мощности регулятора при возврате энергии в сеть очень близок к 1;
— Выходное напряжение регулятора на электродвигателе может быть больше чем напряжение сети, таким образом, снижая потребляемый электродвигателем ток;

— При торможении перенапряжения, воздействующие на изоляцию электродвигателя снижаются на 25%, что увеличивает срок службы электродвигателя по отношению к электроприводу, укомплектованному тормозным резистором.

К недостаткам схемы с синхронным выпрямителем следует отметить относительную громоздкость рекуперативного преобразователя частоты, построенного по технологии AFE.

Другие схемы рекуперации электроэнергии в сеть

Другим способом возврата электроэнергии в сеть является запатентованная компанией Leroy-Somer технология «С-Light 4 Quadrant» прямого включения IGBT-транзисторов в питающую сеть. При этом исключаются входные фильтры и необходимость в громоздкой цепи предзаряда шины постоянного тока.

Это приводит к существенному снижению габаритов рекуперативного преобразователя частоты. Кроме того, стабилизрованное напряжение в звене постоянного тока дает возможность существенно снизить габариты конденсаторов в звене постоянного тока и изменить их тип с электролитических на твердотельные пленочные.

В результате, рекуперативный преобразователь частоты, спроектированный и изготовленный по технологии «С-Light 4 Quadrant» имеет почти в два раза меньшие габариты по сравнению со стандартным преобразователем частоты с 6-и пульсным выпрямителем.

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 .

Комментирование записей временно отключено.

Как устроен и работает электровоз, тяговый подвижной состав

e-mail: office@matrixplus.ru
tender@matrixplus.ru
icq: 613603564
skype: matrixplus2012
телефон +79173107414
+79173107418

г. С аратов

Статистика

В случае рекуперативного торможения электрическая энергия, возвращаемая в контактную сеть рекуперирующим электровозом, потребляется электровозами, находящимися с ним на одном участке и работающими в тяговом режиме. Если таких электровозов нет или необходимая им энергия меньше рекуперируемой, то так называемая избыточная энергия рекуперации через устанавливаемые на тяговой подстанции специальные устройства — инверторы, преобразующие постоянный ток в переменный трехфазный, направляется в энергосистему. На электрифицированных участках с очень интенсивным движением, где, как правило, почти вся рекуперируемая энергия потребляется электровозами или электропоездами, работающими в режиме тяги, иногда вместо инверторов на подстанциях устанавливают поглощающие резисторы. Они автоматически включаются при наличии избыточной энергии рекуперации.

Применение рекуперации дает большой эффект. На отдельных участках с крутыми спусками может быть сэкономлено до 20% электрической энергии, затрачиваемой на тягу поездов. Преимущества рекуперативного торможения этим не ограничиваются. Когда поезд следует по крутому спуску, для того чтобы его скорость не превысила допустимую, обычно локомотив и состав периодически подтормаживают пневматическими тормозами. В результате скорость движения поезда уменьшается, а затем вновь возрастает, т. е. средняя скорость его на спуске ниже допустимой. Кроме того, все время притормаживать поезд нельзя, так как истощается пневматическая тормозная система, снижается коэффициент трения колодок вследствие их нагревания.

При рекуперативном торможении можно обеспечить на спуске постоянную скорость, близкую к допустимой, зависящей от состояния пути, конструкции электровозов, вагонов, контактной сети. Кроме того, к контактной сети при рекуперации подключается дополнительный источник энергии, напряжение в ней повышается, и другие электровозы на этом участке, следующие по подъему или площадке, могут развивать более высокую скорость.

Благодаря электрическому торможению также значительно уменьшается износ тормозных колодок и колес подвижного состава, в результате чего намного снижаются расход металла и затраты на ремонт колесных пар.

Системы рекуперативного торможения должны обеспечивать постоянный ток рекуперации в тяговых двигателях и тормозной момент в условиях непрерывного изменения напряжения в контактной сети. Напряжение в контактной сети колеблется хотя бы потому, что от нее в разные периоды питается различное количество электровозов и электропоездов, да и потребляемая ими мощность меняется в очень широких пределах. При этом возможны резкие изменения тока рекуперации. Этот ток определяется разностью суммарной э. д. с. последовательно соединенных двигателей и напряжения в контактной сети, деленного на сопротивление их обмоток. Общее сопротивление обмоток двигателей, даже соединенных последовательно, как отмечалось выше, мало. Поэтому даже относительно небольшие резкие изменения разности суммарной э. д. с. и напряжения сети вызывают большие броски тока.

Предположим, что в контактной сети по какой-либо причине напряжение увеличилось. Тогда ток в якоре тягового двигателя, работающего в режиме генератора, может изменить направление, и двигатель автоматически перейдет в тяговый режим. Вместо того чтобы тормозить поезд, двигатель будет разгонять его. При понижении напряжения, наоборот, ток рекуперации резко увеличится, тормозной момент возрастет и в поезде возникнут сильные толчки вследствие набегания хвостовых вагонов.

Следовательно, при допустимых нормами колебаниях напряжения в контактной сети в системе рекуперативного торможения должен автоматически поддерживаться примерно один и тот же ток рекуперации, а значит, и тормозной момент, установленный в зависимости от условий движения поезда.

Напомним, что для перехода двигателя из тягового режима в генераторный необходимо, чтобы э. д. с. в обмотке якоря стала больше приложенного напряжения, т. е. напряжения в контактной сети. Но двигатель с последовательным возбуждением не может перейти в режим генератора, потому что магнитный поток возбуждения в нем резко снижается при уменьшении нагрузки, а э. д. с. в обмотке якоря не может стать выше напряжения в сети.

Рис. 47. Схема цепей рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двигателей со стабилизирующим резистором R ст (а) и с противовозбуждением возбудителя (б)

Для того чтобы осуществить рекуперативное торможение, необходимо обмотки возбуждения отключить от обмоток якорей и питать их от постороннего источника энергии, например от специального генератора возбудителя В (рис. 47, а). Якорь возбудителя приводится во вращение двигателем Д. В этом случае можно установить в обмотках возбуждения такой ток, при котором э. д. с. в обмотках якорей тяговых двигателей станет больше напряжения в контактной сети. Если скорость движения поезда уменьшится, то может снизиться э. с. двигателей, работающих в режиме генераторов. Однако достаточно увеличить ток возбуждения I в, чтобы поддержать необходимую э. д. е., а значит, ток и тормозной момент, создаваемый двигателями. Для этого регулируют ток I вв в независимой обмотке возбуждения возбудителя В, изменяя сопротивление реостата R.

Схемы, построенные по такому принципу, можно использовать для рекуперативного торможения нескольких параллельно включенных двигателей. При этом в каждой цепи двигателя имеется стабилизирующий резистор R т, а обмотки возбуждения подключены к общему возбудителю В. Стабилизирующие резисторы обеспечивают электрическую устойчивость системы в режиме рекуперативного торможения, но они же создают и присущий схеме недостаток: значительные потери энергии в этих резисторах и необходимость повышенной мощности возбудителя для их компенсации.

Предложено несколько схем, свободных от этого недостатка. Так, на восьмиосных электровозах для осуществления рекуперативного торможения используют противовозбуждение возбудителя (рис. 47, б). В этом случае обмотки возбуждения ОВ тяговых двигателей подключают к якорю возбудителя В. Возбудитель имеет две обмотки: независимую ОНВ, напряжение в которую подается от постороннего источника энергии, и обмотку противовозбуждения ОПВ, включенную последовательно в цепь тока рекуперации. Магнитные потоки обеих обмоток, создаваемые соответственно токами I о». и I р, направлены встречно. При увеличении тока рекуперации в случае уменьшения напряжения в контактной сети ток обмотки противовозбуждения снижает результирующий магнитный поток возбуждения возбудителя. Соответственно уменьшаются возбуждение генератора (тягового двигателя) и его э. д. с. Когда напряжение в контактной сети повышается, ток рекуперации уменьшается и все процессы в схеме проходят в обратном порядке. При рекуперативном торможении с использованием противовозбуждения обмотки возбуждения двигателей включают так же, как и при реостатном торможении, по циклической схеме. Это позволяет выравнивать токи в параллельных цепях якорей двигателей в случае повышения э. д. с. в одной из них.

В зависимости от скорости движения поезда рекуперативное торможение ослабления возбуждения — замкнуты и какие разомкнуты на каждой позиции рукоятки контроллера. Пользуясь этой таблицей, можно узнать, в какой последовательности включаются и выключаются индивидуальные контакторы реостата и контакторы группового переключателя при переходе с одного соединения тяговых двигателей на другое.

Как же выглядит силовая схема электровоза? На рис. 48, а для примера показана несколько упрощенная схема электровоза ВЛ10 для 1-й позиции главной рукоятки контроллера машиниста. Элементы электрического оборудования, входящие в силовую схему, показаны условными графическими изображениями. Силовая схема имеет четыре горизонтальные строки. В верхних двух строках приведены элементы оборудования, относящиеся к 1-й секции кузова, в двух нижнихко 2-й секции. Силовые цепи секций I и II подключены друг к другу межкузовными соединениями (рис. 48, б).

Прежде чем рассмотреть прохождение тока в силовой цепи, отметим следующее: цифровые или буквенные обозначения элементов здесь не такие, как в заводской схеме; элементы электрооборудования, рядом с буквенным обозначением которых стоит цифра 1, размещены в 1-й секции электровоза (кузова), а элементы с цифрой 2 — во 2-й секции; на схеме для упрощения приведены не все обозначения, а только использованные при описании. Некоторые цепи, не упоминаемые при описании, не показаны.

В силовую цепь электровоза ВЛЮ (см. рис. 48, а) входят дифференциальное реле РДф, реле перегрузки РП, реле боксования (на схеме не показано), которые защищают силовую цепь в ненормальных режимах; дроссель Др и конденсатор С необходимы для защиты от радиопомех. Сведения об их устройстве и действии приведены на с. 137.

Электрический ток из контактной сети проходит через один из поднятых токоприемников, например 77, крышевой разъединитель РК1, дроссель Др, обмотку дифференциального реле РДф, быстродействующий выключатель БВ, линейный контактор 1-1 (в действительности их два для облегчения разрыва цепи), первую группу секций пускового реостата R1-R2, контакторный элемент 2-1 группового переключателя ПкГ. Затем ток проходит через вторую группу секций пускового реостата R3-R4, шунт амперметра А, обмотку реле перегрузки РП 1 в цепи тяговых двигателей I и II, нож отключателя ОД1-П, контакты PI-II реверсора, обмотки якорей двигателей, контакты реверсора PI-II, контакты тормозного переключателя Т, обмотку возбуждения OBI двигателя I, контакты тормозного переключателя Т, обмотку возбуждения OBII двигателя II, контакты тормозного переключателя Т, нож отключателя двигателя ОД1-П.

Далее ток через замкнутый контакторный элемент 3-1 группового переключателя проходит в цепь двигателей III и IV, в которую включены реле перегрузки РП2, отключатели и другие аналогичные элементы, упомянутые при описании прохождения тока в верхней строке схемы. Цепь двигателей III и IV отличается от цепи двигателей I и II лишь наличием реле давления РД1.

Во 2-ю секцию ток проходит через замкнутый контакторный элемент группового переключателя 4-0 (буква О означает, что контакторный элемент относится к групповому переключателю, общему для обеих секций кузова) и межкузовное соединение. Прохождение тока в силовой цепи 2-й секции аналогично прохождению его в 1-й. Силовая цепь замыкается на рельсы (землю), с которыми находятся в постоянном контакте колесные пары, через вторую обмотку дифференциального реле РДф и токовые обмотки двух счетчиков электрической энергии Сч. На 1-й позиции рукоятки контроллера в цепь тяговых двигателей полностью введен пусковой реостат. Цепь, по которой проходит ток на 1-й позиции рукоятки контроллера, показана на схеме жирными линиями.

Отметим особенность силовых схем электровозов ВЛ10 и ВЛ11. На 1-й позиции рукоятки контроллера (см. эис. 48) замкнуты контакты контактоhов 5-1, 6-1, 5-2, 6-2, 7-1, 8-1, 7-2, 8-2, е. включена первая ступень ослабления возбуждения тяговых двигателей (75%). Это противоречит утверждению, что ослабление возбуждения применяют только на ходовых позициях (см. с. 66), и вызвано следующим. В процессе эксплуатации первой партии электровозов ВЛ10 недопустимо нагревалась часть секций пускового реостата. Поэтому на локомотивах следующих выпусков была увеличена мощность секций, т. е. увеличено число параллельно включенных элементов. Однако возникли трудности с их размещением и пришлось уменьшить сопротивление пускового реостата на 1-й позиции. В результате ток тяговых двигателей на 1-й позиции возрос сверх допустимого по условиям плавного трогания. При этом тяговые двигатели развивали бы больший вращающий момент и большее тяговое усилие. Чтобы сохранить первоначальное значение тягового усилия при увеличившемся токе, пришлось уменьшить магнитный поток (применить ослабление возбуждения), а значит, и вращающий момент двигателей, так как при пуске э. д. с. в якорях двигателей равна нулю и уменьшение потока возбуждения не вызывает изменения тока двигателей.
На 2-й позиции прекращают ослабление возбуждения и сила тяги возрастает. На 3-й позиции включается контактор 9-2 и тем самым выводится ступень пускового реостата R7-R8. При дальнейшем перемещении главной рукоятки контроллера происходит ступенчатое уменьшение сопротивления пускового реостата; полностью оно выводится на 16-й (ходовой) позиции.

Переходя с одной реостатной позиции на другую, машинист, ориентируясь на показания амперметров А, следит за тем, чтобы ток двигателей не превышал допустимого по условиям сцепления. Чтобы предотвратить повышенный нагрев секций пускового реостата, рассчитанных на кратковременное включение, рукоятку контроллера задерживают на реостатных позициях не более чем на 30 с. После того как рукоятка контроллера будет установлена на ходовую позицию, машинист для увеличения скорости применяет четыре ступени ослабления возбуждения. Чтобы еще больше увеличить скорость движения, он осуществляет переход на последова-тельно-параллельное соединение двигателей, но предварительно переводит двигатели в режим полного возбуждения. Для этого сначала машинист устанавливает рукоятку контроллера на 17-ю позицию, при этом в силовой цепи происходят переключения в соответствии с рис. 38. Затем, переводя рукоятку контроллера, он вновь ступенями уменьшает сопротивление пускового реостата; при этом увеличивается напряжение, подводимое к двигателям. На 27-й позиции полностью выводится реостат; эта позиция является ходовой. Затем машинист может использовать вновь четыре ступени ослабления возбуждения, и скорость движения поезда еще более возрастет. Предварительно переведя двигатели в режим полного возбуждения, машинист устанавливает рукоятку контроллера на 28-ю позицию, т. е. осуществляет переход на параллельное соединение двигателей. На 38-й позиции пусковой реостат выведен — эта позиция также ходовая.

При ведении поезда чаще всего используют параллельное соединение двигателей и применяют при этом ослабление возбуждения. Если ток достигнет слишком большого значения, например, на крутом подъеме, переходят на более низкую ступень ослабления возбуждения или на полное возбуждение. В том случае, когда необходимо значительно понизить скорость, машинист переводит рукоятку контроллера с 38-й на 27-ю или 16-ю ходовую позицию.

В процессе работы может произойти повреждение одного из тяговых двигателей. Чтобы в этом случае поезд мог дойти до станции, предусмотрена возможность работы электровоза с двумя отключенными двигателями. Отключают их ножами отключателей двигателей, например при повреждении двигателя 1 ножами ОД1, ОДП отключают двигатели I, II, и электровоз работает по аварийной схеме.

Для учета расхода электроэнергии установлены два счетчика. Счетчик Сч1 учитывает расход электроэнергии на тягу поезда и собственные нужды. В режиме рекуперации диск этого счетчика вращается в направлении, противоположном направлению его вращения в режиме тяги. Счетчик Сч2 предназначен только для учета рекуперируемой энергии.

Заканчивая рассказ об электровозах постоянного тока с тяговыми двигателями последовательного возбуждения, отметим, что для осуществления их пуска и регулирования частоты вращения требуется большое число индивидуальных и групповых контакторов. Например, только для получения различных соединений секций пускового реостата на электровозе ВЛ10 установлен 21 индивидуальный электропневматический контактор.

Средства для мойки

форсунок в ультразвуковых ваннах и на стендах

Дезинфицирующие средства

широкого применения

для дезинфекции на объектах железнодорожного транспорта, пищевой промышленности, ЛПУ, ветеринарного надзора

Моющие средства

для железнодорожного транспорта, сертифицированные ВНИИЖТ- «Фаворит К» и «Фаворит Щ», внутренняя и наружная замывка вагонов.

Система рекуперации энергии торможения

Вентиляция с рекуперацией тепла

Вентиляцию с рекуперацией тепла по России реализует компания «ИНТЕХ» (Москва). Чтобы получить КП на вентиляцию с рекуперацией, позвоните по телефону: +7(495) 118-27-34. Отправить заявку

Рекуперация (от лат. recuperatio — обратное получение, возвращение), возвращение части материала или энергии, расходуемых при проведении того или иного технологического процесса, для повторного использования в том же процессе.

Плюсом рекуперации является экономия энергии, и как следствие, экономия средств на эксплуатацию системы вентиляции. Иногда, когда имеется ограничение в возможном объеме потребляемой энергии и установить мощную обогревательную систему невозможно использование рекуператора является хорошим решением задачи.

Наши преимущества: 10 10 лет стабильной и успешной работы 500 Выполнено более 500 000 м2 ₽ Почему у нас лучшая цена? 24 Минимальные сроки 100 100% контроль качества 5 5 лет гарантии на выполненные работы 1500 1500 м2 площадь собственных складских помещений


Минусом является необходимые дополнительные первоначальные вложения на установку рекуператора.

Что такое рекуперация тепла?

Рекуперация тепла или обратное получение тепла — это процесс теплообмена, при котором тепло забирается от удаляемого воздуха и передается свежему нагнетаемому воздуху. Рекуперация применяется с использованием приточно-вытяжных установок и центральных кондиционеров с наличием в них рекуперационного теплообменника. Процесс проходит в рекуперационном теплообменнике таким образом, что выбрасываемый и свежий воздух абсолютно отделены друг от друга, чтобы не произошло их смешивание.

В охлаждаемых помещениях можно использовать рекуперационные теплообменники также обратным способом, то есть для рекуперации холода. При этом подводимому воздуху передается холод от отводимого воздуха.

Важной характеристикой рекуператоров является Коэффициент эффективности рекуперации.

Коэффициент эффективности рекуперации тепла выражает отношение между максимально возможным полученным теплом и теплом, полученным в действительности. Теоретически эффективность может меняться в пределах от 30 до 90 %. Эта характеристика зависит от стоимости, производителя и типа рекуператора.

Устройство и принцип действия приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла

Чтобы обеспечить постоянный воздухообмен в помещении, очистку поступающего воздуха от пыли и нагрев температуры в частном доме или квартире необходимо установить принудительную вентиляцию. Приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла подает очищенный воздух. Экономия тепловой энергии при номинальной мощности составляет около 6 кВт. Рекуператор это устройство, которое возвращает тепло в дом. Относится к категории энергозависимых конструкций, требует подключения к источнику электрической энергии.

При проектировании учитывается:

  1. Количество помещений в доме;
  2. Ожидаемое количество людей;
  3. Назначение помещения.

Расчет сети воздуховодов по дому производится, исходя из потерь давления, которое присутствует в системе вентиляции. В здании с установленной принудительной системой приточно-вытяжной вентиляции воздушный поток поступает с улицы. При прохождении через конденсационный агрегат, воздух очищается от пыли, нагревается до необходимой температуры и поступает в помещение. Достоинство системы в том, что в дом подается очищенный и подогретый воздух в необходимом объеме.

Процесс работает круглосуточно:

  • Воздух с улицы поступает по вентиляционному каналу через шумоглушитель в вентиляционный агрегат;
  • В агрегате воздух очищается от пыли, нагревается и подается через шумоглушитель по вентиляционному каналу в помещение;
  • Отработанный воздух из санузлов и подсобных помещений возвращается обратно в вентиляционную установку и передает свое тепло входящему воздуху, который поступает с улицы;
  • Проходя через вентиляционную установку, уже охлажденный и отработанный воздух выходит на крышу улицы.

С помощью встроенного пульта управления можно настраивать:

  • Температуру входящего воздуха;
  • Скорость работы вентилятора, необходимого при воздухообмене;
  • Интервал замены фильтра регулируется по неделям.

Если необходимо, чтобы ночью или в определенные дни недели воздухообмен был меньше, делаются соответствующие настройки. Например,

  • Температура поступающего воздуха в приточную установку -9◦C;
  • Температура воздуха, которая подается в помещение +15◦C;
  • Температура выходящего из установки отработанного воздуха -3◦C.

При таком режиме калорифер (нагреватель) внутри приточного столба выключен — электроэнергия не тратится впустую для нагрева воздуха. Таким образом, обеспечивается экономия тепловой энергии.

Конструктивные особенности

Рекуперация в вентиляции является довольно новой технологией. Её действие основано на возможности использовать удаляемое тепло для обогрева помещения. Происходит это благодаря отдельным каналам, поэтому воздушные потоки между собой не смешиваются. Конструкция рекуперативных узлов может быть разной, некоторые типы позволяют избежать образования конденсата во время процесса теплоотдачи. От этого также зависит и уровень производительности системы в целом.

Вентиляция с рекуперацией тепла может выдавать во время работы высокий КПД (коэффициент полезного действия), который зависит от типа рекуперативного узла, скорости движения воздушных потоков через теплообменник и от того, насколько велика разница между температурой снаружи и внутри помещения. Значение КПД в некоторых случаях, когда вентиляционная система спроектирована с учётом всех факторов и обладает высокой производительностью, может достигать 96%. Но даже с учётом наличия погрешностей в работе системы минимальный предел КПД составляет 30%.

Целью рекуперативного узла является максимально эффективное использование ресурсов вентиляции для дальнейшего обеспечения достаточного воздухообмена в помещении, а также экономия электроэнергии. С учётом того, что приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией функционирует большую часть суток, а также, принимая во внимание, что обеспечение достаточной кратности воздухообмена требует немалой мощности оборудования, то применение системы вентиляции со встроенным узлом рекуперации поможет сэкономить до 30% электроэнергии.

Недостатком подобной техники можно назвать довольно малую эффективность при установке на больших площадях. При этом расход электричества будет высок, а производительность системы, направленная на теплообмен между воздушными потоками, может оказаться заметно ниже ожидаемого предела. Это объясняется тем, что на малых площадях намного быстрее происходит воздухообмен, чем на крупных объектах.

Типы рекуператоров

1. Пластинчатые рекуператоры

Удаляемый и приточный воздух проходят с обеих сторон целого ряда пластин. В пластинчатых рекуператорах на пластинах может образовываться некоторое количество конденсата, потому они оборудованы отводами для конденсата. Конденсатосборники имеют водяной затвор, не позволяющий вентилятору захватывать и подавать воду в канал. Из-за выпадения конденсата существует серьезный риск образования льда в холодное время года. Пластинчатые рекуператоры характеризуется высокой эффективностью (50-80%), являются самыми распространенными и относительно дешевыми, широко используются на малых предприятиях, и в небольших зданиях, коттеджах, магазинах.

2. Роторные рекуператоры

Тепло передается вращающимся между удаляемым и приточным каналами ротором. Это открытая система, и потому здесь велик риск того, что грязь и запахи могут перемещаться из удаляемого воздуха в приточный, однако, некоторые производители утверждают, что в их рекуператорах исключено смешивание. Уровень рекуперации тепла может регулироваться скоростью вращения ротора. Обладают самой высокой эффективностью (75-90%), и соответственно ценой. Преимущественно используются на крупных промышленных предприятиях, цехах, в больших зданиях.

3. Рекуператоры с промежуточным теплоносителем

Вода или водно-гликолиевый раствор, циркулирует между двух теплообменников, один из которых расположен в вытяжном канале, а другой в приточном. Теплоноситель нагревается удаляемым воздухом, а затем передает тепло приточному воздуху. Теплоноситель циркулирует в замкнутой системе и отсутствует риск передачи загрязнений из удаляемого воздуха в приточный. Передача тепла может регулироваться изменением скорости циркуляции теплоносителя. Эти рекуператоры имеют низкую эффективность (45-60%).
Обладая низкой эффективностью, используются в случае, если удаляемый воздух сильно загрязнен или токсичен, когда смешивание недопустимо.

4. Камерные рекуператоры

Камера разделяется на две части заслонкой. Удаляемый воздух нагревает одну часть камеры, затем заслонка изменяет направление воздушного потока таким образом, что приточный воздух нагревается от нагретых стенок камеры. Загрязнение и запахи могут передаваться из удаляемого воздуха в приточный. Характеризуется высокой эффективностью (70-80%).

5. Тепловые трубы

Данный рекуператор состоит из закрытой системы трубок, заполненных фреоном, который испаряется при нагревании удаляемым воздухом. Когда приточный воздух проходит вдоль трубок, пар конденсируется и вновь превращается в жидкость. Имеет низкую эффективность (50-70%).

Технические характеристики, на которые следует обратить внимание при выборе

  • Металлические устройства эффективны в эксплуатации до -10ºС. При пониженных температурах работоспособность заметно снижается. Вследствие чего применяется электрические преднагревательные элементы;
  • При выборе следует изучить толщину корпуса, материал мостиков холода. Толщина 3 см подлежит дополнительной изоляции, когда температура на улице станет ниже -5ºС. Вдвойне придется использовать изоляционный материал, если каркас сделан из алюминия;
  • Следует обращать особое внимание на показатели свободного напора вентиляторов. Может случиться так, что на 500 м3 напор может полностью отсутствовать. Об этом потребители узнают, как правило, когда рекуператор выходит из строя;
  • Большой плюс, когда к автоматической системе можно подключить дополнительные функции. Благодаря усовершенствованной автоматике, снижаются издержки в эксплуатации и повышается работа всего прибора;
  • Основной показатель для принятия решения, на каком рекуператоре остановить свой выбор – это вентиляционный напор и мощность. Предварительно делается расчет, сколько воздуха должно поступать в дом за один час.

Какие преимущества имеет система вентиляции с рекуперацией

Как мы уже не раз отмечали, главное преимущество такой системы — это возможность управлять взаимодействием притока и отвода воздуха. За счёт этого мы значительного снижаем теплопотери вентиляции, хотя продолжаем насыщать помещение свежим воздухом.

Теперь поговорим подробнее о каждом из преимуществ систем вентиляции с рекуперацией.

Эффективность. Естественное удаление воздуха — это не всегда удобное решение, ведь мы становимся зависимыми от обстоятельств, условий окружающей среды, разницы в температурах. В связи с этим намного проще пользоваться системой вентиляции с рекуперацией, способной принудительно гонять воздух. Простой пример принудительной вентиляции — это кухонная вытяжка. Более сложные устройства способны, ко всему прочему, избавляться ещё и от лишней влаги. Но это простое вытяжное оборудование. В нашем же случае есть идёт о приточно-вытяжных системах, способных организовать движение воздушных потоков сразу в оба направления, смешивать их и образовывать нужные температуры для комфортного пребывания человека в помещении, то есть осуществлять рекуперацию воздуха.

Выгодность. Следует отметить, что системы с рекуперацией способны окупить свою стоимость за счёт экономии на отоплении и электроэнергии. Расходы ощутимо снижаются, иногда в 5 раз, то есть вы уже платите на 80% меньше, чем обычно. Поинтересуйтесь у знакомых, во сколько им обходится отопление загородного дома, если у вас такого нет. Цифры окажутся внушительными. Представьте, сколько средств способна сэкономить вентиляция с рекуперацией. В случае износа недорогих элементов можно их заменить без негативных последствий. В тёплое время года вы сможете экономить на климатическом оборудовании, попутно снижая выбросы в атмосферу вредных веществ. Да, даже с точки зрения экологии вы наносите природе уже значительно меньше ущерба, ведь, ко всему прочему, снижаете нагрузку на сеть. И пусть вам не кажется, что один человек это слишком мало. Во-первых, это довольно серьёзные объёмы энергии. Во-вторых, людей, которые переходят на вентиляцию с рекуперацией, с годами всё больше.

Практичность. Системы вентиляции с рекуперацией, как правило, малогабаритны, а значит, удобны при монтаже. Расположить такое оборудование можно в санузле, и в шкафу, и встроить в потолок. Моделей сегодня огромное множество, на все вкусы. Так что вам не придётся беспокоиться на счёт интерьера.

Как выбрать вентиляционные установки с рекуперацией тепла

О чём следует помнить, выбирая вентиляцию с рекуперацией? Купить надо такое оборудование, чтобы не пожалеть, так что спросите продавца о следующих нюансах:

Первым делом задайте продавцу следующие вопросы:

Вопрос 1. Кто является производителем данной вентиляции с рекуперацией воздуха? Как давно эта фирма работает, какую имеет репутацию, что ещё производит?

Вопрос 2. Насколько данная вентиляция с рекуперацией воздуха производительна?

Тут вам потребуется специалист, способный произвести подробный расчёт, исходя из особенностей вашего помещения. Понятно, что купить приточно-вытяжную вентиляцию с рекуперацией тепла для квартиры и трёхэтажного дома — не одно и то же.

Вопрос 3. Каким станет сопротивление системы потокам воздуха после монтажа данного оборудования?

Тут вам снова потребуется консультация специалистов. Важно не просто ограничиться какими-то общими характеристиками, указанными в таблице из Интернета, а произвести подробный расчёт, например, учитывающий количество изгибов в воздуховоде и многие другие нюансы. Соотношение расхода воздуха и сопротивления системы — один из самых главных факторов выбора.

Вопрос 4. Как дорого будет обслуживать вентиляцию с данным рекуператором? Каков его класс энергопотребления? Какова экономия при использовании этого устройства?

Вопрос 5. Каковы Коэффициенты Полезного Действия данного рекуператора для вентиляции? Заметьте — мы говорим «коэффициенты», а не «коэффициент». Почему? Неужели он не один. На самом деле нет. Есть заявленный — это некоторое усреднённое значение. А есть реальный КПД, который является объективным показателем. От чего же он зависит. Факторов множество. Тут и влажность и воздуха, и то, как организована система, и температуры внутри и снаружи.

Вот некоторые рекомендации по расчёту КПД рекуператора:

  • При наличии бумажного теплообменника Коэффициент полезного действия будет равняться от 60 до 70 процентов. Что это для нас означает? Хорошо это или плохо? Это значит то, что вентиляция с рекуперацией воздуха устойчива к замерзаниям, хотя и не на сто процентов.
  • При наличии алюминиевого теплообменника КПД составит не более 63%, в то время как КПД рекуператора воздуха составит от 42 до 45% процентов. Таким образом, вам придётся использовать значительное количество электроэнергии, чтобы избавляться от обмерзания.
  • Роторный рекуператор воздуха иметь отличные показатели КПД, но при условии, что управление им осуществляется автоматически, исходя из показаний специальных датчиков. Тем не менее, эти рекуператоры могут обмерзать так же, как и алюминиевые, от чего КПД снижается.

Что ещё следует учесть, выбирая рекуператор для вентиляции?

Первое. Вы вряд ли найдёте приточно-вытяжной рекуператор воздуха, способный эффективно справляться с работой при температурах ниже минус десяти градусов по шкале Цельсия. Не верьте обещаниям на этикетках и заверениям продавцов. Самый лучший вариант — это металлический рекуператор для вентиляции, способный справляться со своей задачей при тех самых -10 ºС. При более низких температурах рекуператор просто перестаёт эффективно работать. И если реклама вам обещает, что данное устройство способно функционировать при -50 ºС, то, вполне возможно, так оно и есть, но с одной оговоркой — это скорее видимость деятельности, чем реальная рекуперация. КПД будет в любом случае снижать, рекуператор воздуха обмёрзнет, так что не верьте обещаниям о 100% эффективности и КПД до 99% — это всё лишь рекламный трюк и обман, не имеющий ничего общего с реальностью.

Второе. Смотрите на толщину корпуса и материал. Дело в том, что тонкие корпусы очень быстро промерзают. Например, 3 сантиметра — это ничтожное препятствие холоду. Тут скорее одно название от корпуса, чем какая-либо эффективность. То же самое и с материалом. Тот же алюминий — покрытие бесполезное, если только на него сверху не нанесён дополнительный слой изоляции, а лучше — даже не один. В противном случае вы получаете просто эффективный проводник для холода, который очень быстро заморозит оборудование, и вентиляция с рекуперацией перестанет работать, либо начнёт демонстрировать очень низкий КПД.

Третье. Обращайте внимание на такой показатель, как свободный напор вентиляторов. Дело в том, что характеристика «500 м³» ничего не значит, когда рядом указано «0 Па». Вас могут обмануть большие показатели, которые фактически невероятны при тех условиях эксплуатации, которые характерны для обычного жилого дома в России. Иначе говоря, вам пишут о том, как вентиляция с рекуперацией способна работать в каких-то идеальных обстоятельствах, которые вы ей физически никогда не сможете обеспечить. Таким образом, речь о гипотетической способности, а не реальных возможностях системы.

Четвёртое. Переключение режимов и опций — вещь полезная, ведь она позволяет добиться значительной экономии энергетических ресурсов. Конечно, вы можете сами следить за температурами и оперативно настраивать под них оборудование, но чувствительные датчики и автоматика сделают это намного лучше.

Пятое. Главный параметр при выборе оборудования для вентиляции с рекуперацией — это объём воздуха, который поступает в помещение за один час. Оптимальное количество — не менее 60 кубических метров на человека. Если вас в квартире двое — уже не менее 120 и т.д. Убедитесь, что оборудование, которое вы думаете приобрести, действительно способно обеспечить такой приток воздуха. Если нет, то не тратьте ни деньги, ни время на его приобретение и подыщите что-то, подходящее для ваших условий. Кроме самой производительности, стоит обратить внимание на напор, который имеют вентиляторы.

Советы, как выполнить монтаж приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией

Теперь поговорим о том, как выполнить монтаж приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией. Начнём с того, как выбрать наиболее подходящее место для установки.

  • Если у вас имеется частный дом, то лучше всего подобрать для монтажа нежилые помещения. Это подвал, чердак, подсобка. А котельная — вообще самый идеальный вариант для приточно-вытяжной вентиляции.
  • Обратите внимание на то, чтобы установка вентиляции с рекуперацией не противоречила требованиям, указанным в технической документации.
  • Лучше всего, чтобы разводки системы вентиляции с рекуперацией воздуха приходились на помещения, где есть отопление.
  • Вентиляция с рекуперацией воздуха, вполне вероятно, будет проходить по тем помещениям, где отопления нет. Эти отрезки необходимо основательно утеплять.
  • Необходимо утеплять уличные воздуховоды вентиляции с рекуперацией воздуха, как и те, что находятся в наружных стенах.
  • Желательно расположить оборудование вентиляции с рекуперацией воздуха таким образом, чтобы оно оказалось максимально удалено от жилых помещений, чтобы не мешал шум работы, который никогда не исключён.

Собственно, эти советы по монтажу вентиляции с рекуперацией воздуха не могут быть применены во всех без исключения случаях. Вполне возможно, что у вас имеются другие условия и места, где можно оборудовать подобную систему. Многое зависит от планировки здания и габаритов оборудования.

Забор воздуха для вентиляции с рекуперацией лучше оборудовать с той стороны, где ветер бывает реже. Это позволит избежать пыли и мусора, либо, как минимум, снизить их количество. При этом важно убедиться, что поблизости нет дымоходов, труб и любых других мест, откуда может выходить нежелательный воздух.

Установка. Крайне не рекомендуется производить монтаж вентиляции с рекуперацией воздуха самостоятельно. Это рискованное предприятие, которое может привести к неприятным последствиям. Если вы читаете данную статью, то вряд ли являетесь специалистом в области установки вентиляции с рекуперацией, так что мы рекомендуем обратиться за помощью к профессионалам.

Получите коммерческое предложение на email: Нужна консультация? Звоните: 8(495) 118-27-34

Отзывы о компании ООО «ИНТЕХ»:

Информация, размещенная на сайте, носит ознакомительный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой.

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.

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

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.

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 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 торможение на локомотивах производится стравливанием воздуха (стоп-кран в пассажирских вагонах), а при полном отсутствии в системе воздуха тормоза блокируются.

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.

Что такое рекуперация

Название этого процесса происходит от латинского слова «recuperatio», которое переводится как «обратное получение». Это возврат части израсходованной энергии или материалов для повторного использования.

Этот процесс широко используется в электротранспорте, особенно работающем на аккумуляторах. При движении под уклон и во время торможения системы рекуперации возвращает кинетическую энергию движения обратно в аккумулятор, подзаряжая их. Это позволяет проехать без подзарядки большее расстояние.

Один из видов торможения – это рекуперативное. При этом скорость вращения электродвигателя больше, чем заданная параметрами сети: напряжением на якоре и обмотке возбуждения в двигателях постоянного тока или частотой питающего напряжения в синхронных или асинхронных двигателях. При этом электродвигатель переходит в режим генератора, а выработанную энергию отдаёт обратно в сеть.

Основным достоинством рекуператора является экономия электроэнергии. Это особенно заметно при движении по городу с постоянно изменяющейся скоростью, пригородном электротранспорте и метрополитене с большим количеством остановок и торможением перед ними.

Кроме достоинств, рекуперация имеет недостатки:

  • невозможность полной остановки транспорта;
  • медленная остановка при малых скоростях;
  • отсутствие тормозного усилия на стоянке.

Для компенсации этих недостатков на транспортных средствах устанавливается дополнительная система механических тормозов.

Применение рекуперации в транспорте

Этот метод торможения используется много лет. В зависимости от вида транспорта, его применение имеет свои особенности.

В электромобилях и электровелосипедах

При движении по дороге, а тем более, по бездорожью электропривод почти всё время работает в тяговом режиме, а перед остановкой или перекрёстком – «накатом». Остановка производится, используя механические тормоза из-за того, что рекуперация при малых скоростях неэффективна.

Кроме того, КПД аккумуляторов в цикле «заряд-разряд» далёк от 100%. Поэтому, хотя такие системы и устанавливаются на электромобили, большую экономию заряда они не обеспечивают.

Схема рекуперации в автомобиле

На железной дороге

Рекуперация в электровозах осуществляется тяговыми электродвигателями. При этом они включаются в режиме генератора, преобразующего кинетическую энергию поезда в электроэнергию. Эта энергия отдаётся обратно в сеть, в отличие от реостатного торможения, вызывающего нагрев реостатов.

Рекуперация используется также при длительном спуске по склону для поддержания постоянной скорости. Этот метод позволяет экономить электроэнергию, которая отдается обратно в сеть и используется другими поездами.

Раньше этой системой оборудовались только локомотивы, работающие от сети постоянного тока. В аппаратах, работающих от сети переменного тока, есть сложность с синхронизацией частоты отданной энергии с частотой сети. Сейчас эта проблема решается при помощи тиристорных преобразователей.

Режим рекуперации поезда

В метро

В метрополитене во время движения поездов происходит постоянный разгон и торможение вагонов. Поэтому рекуперация энергии даёт большой экономический эффект. Он достигает максимума, если это происходит одновременно в разных поездах на одной станции. Это учитывается при составлении расписания.

В городском общественном транспорте

В городском электротранспорте эта система устанавливается практически во всех моделях. Она используется в качестве основной до скорости 1-2 км/ч, после чего становится неэффективной, и вместо неё включается стояночный тормоз.

В Формуле-1

Начиная с 2009 года, в некоторых машинах устанавливается система рекуперации. В этом году такие устройства ещё не давали ощутимого превосходства.

В 2010 году такие системы не использовались. Их установка с ограничением на мощность и объём рекуперированной энергии возобновилась в 2011 году.

Торможение асинхронных двигателей

Снижение скорости асинхронных электродвигателей осуществляется тремя способами:

  • рекуперация;
  • противовключение;
  • динамическое.

Рекуперативное торможение асинхронного двигателя

Рекуперация асинхронных двигателей возможна в трёх случаях:

  • Изменение частоты питающего напряжения. Возможно при питании электродвигателя от преобразователя частоты. Для перехода в режим торможения частота уменьшается так, чтобы скорость вращения ротора оказалась больше синхронной;
  • Переключением обмоток и изменением числа полюсов. Возможно только в двух,- и многоскоростных электродвигателях, в которых несколько скоростей предусмотрены конструктивно;
  • Силовой спуск. Применяется в грузоподъёмных механизмах. В этих аппаратах устанавливаются электродвигатели с фазным ротором, регулировка скорости в которых осуществляется изменением величины сопротивления, подключаемого к обмоткам ротора.

В любом случае при торможении ротор начинает обгонять поле статора, скольжение становится больше 1, и электромашина начинает работать как генератор, отдавая энергию в сеть.

Схема электродвигателя с фазным ротором

Противовключение

Режим противовключения осуществляется переключением двух фаз, питающих электромашину, между собой и включением вращения аппарата в обратную сторону.

Возможен вариант включения при противовключении добавочных сопротивлений в цепь статора или обмоток фазного ротора. Это уменьшает ток и тормозной момент.

Важно! На практике этот способ применяется редко из-за превышения токов в 8-10 раз выше номинальных (за исключением двигателей с фазным ротором). Кроме того, аппарат необходимо вовремя отключить, иначе он начнёт вращаться в обратную сторону.

Динамическое торможение асинхронного двигателя

Этот метод осуществляется подачей в обмотку статора постоянного напряжения. Для обеспечения безаварийной работы электромашины ток торможения не должен превышать 4-5 токов холостого хода. Это достигается включением в цепь статора дополнительного сопротивления или использованием понижающего трансформатора.

Постоянный ток, протекающий в обмотках статора, создаёт магнитное поле. При пересечении его в обмотках ротора наводится ЭДС, и протекает ток. Выделившаяся мощность создаёт тормозной момент, сила которого тем больше, чем выше скорость вращения электромашины.

Фактически асинхронный электродвигатель в режиме динамического торможения превращается в генератор постоянного тока, выходные клеммы которого закорочены (в машине с короткозамкнутым ротором) или включенные на добавочное сопротивление (электромашина с фазным ротором).

Схема динамического торможения асинхронного электродвигателя

Рекуперация в электрических машинах – это вид торможения, позволяющий сэкономить электроэнергию и избежать износа механических тормозов.

Добавить комментарий