Рекуперация электрической энергии и ее использование

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.

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.

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 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.

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.

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.