Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Интересные факты, Автоэлектрика » Рекуперация электрической энергии и ее использование
Количество просмотров: 53763
Комментарии к статье: 4


Рекуперация электрической энергии и ее использование


Рекуперация электрической энергии и ее использованиеТрадиционным 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.

Рекуперативное торможение

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 рекуперации для одномоторного решения

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.

Схема рекуперации для многодвигательного привода

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 в автомобиле

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

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

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

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

Андрей Повный 

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Интересные факты, Автоэлектрика

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Рекуперация тепла с использованием термоэлектрических материалов: перспекти ...
  • Как комфортно экономить электричество
  • Супермаховики - новые аккумуляторы энергии
  • Промышленные частотные преобразователи
  • Устройство плавного пуска электродвигателя: назначение, устройство и принци ...
  • Регулирование напряжения в цепях постоянного тока
  • Частотный преобразователь для насоса или вентилятора - на какие функции сто ...
  • Сравнение двигателей постоянного и переменного тока
  • Устройство управления однофазным асинхронным двигателем
  • Гибрид с супермаховиком и супервариатором
  • Категория: Интересные факты, Автоэлектрика

    Аккумулирование энергии, Электрическая энергия, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Сергей Сергеевич |

    Электрическая энергия – это способность электрического поля совершать электрическую работу. Чем больше энергии имеет электрическое поле, тем большую электрическую работу оно может совершить. Все тела с электрическим зарядом (электрически заряженные тела) обладают электрической энергией.

      Комментарии:

    #2 написал: Сергей Иванов |

    Во время рекуперации приводной электродвигатель работает в генераторном режиме, а полученная энергия возвращается в сеть, возможно запасается в аккумуляторах или других накопителях энергии (маховик, суперконденсатор). Экономия энергии наиболее заметна при частых торможениях, остановках и последующих троганиях с места, на длинных подъемах, где необходимо поддерживать постоянную скорость, и в транспортных средствах с ограниченным запасом полезной энергии (аккумуляторные автомобили). Стационарное оборудование, использующее преимущества рекуперации, включает, в частности, лифты, подъемники и эскалаторы, приводимые в действие трехфазными асинхронными двигателями, которые автоматически переходят в режим генератора при превышении синхронных скоростей и не требуют дополнительных элементов управления для поддержания (более или менее) постоянных скоростей. Технически наиболее простым является рекуперативное торможение в трехфазной системе электроснабжения. Принцип тот же, что и для вышеупомянутых стационарных устройств. Транспортные средства приводятся в движение асинхронными тяговыми двигателями. Скорость поезда определяется частотой питающей сети, количеством полюсов в двигателе и тяговой передаче. Если скорость поезда увеличивается на спуске так, что частота вращения двигателя превышает синхронную скорость, крутящий момент двигателя в принципе становится отрицательным. Это рекуперативное торможение можно использовать только для управления скоростью, но не для остановки.

    Рекуперация в системе постоянного тока в принципе не очень сложна. Для коллекторных двигателей постоянного токанеобходимо возбудить двигатели, работающие в генераторном режиме, чтобы наведенное напряжение на коллекторе было выше напряжения питающей сети. В современных автомобилях импульсные преобразователи обеспечивают повышенное напряжение, а регулирование напряжения на коллекторе осуществляется тормозным резистором, питаемым через собственный полупроводниковый регулятор. Таким образом, транспортное средство тормозит с требуемой мощностью, а энергия, которую не получает блок питания, тратится в резисторе, ток которого регулируется таким образом, чтобы напряжение на коллекторе не превышало заданного предела. Подстанции не оборудованы для возврата энергии в общую распределительную сеть, поэтому вся энергия, вырабатываемая при рекуперации, должна потребляться в данной секции питания или теряться в резисторе. Однако к питающей секции можно подключить стабильное устройство для кратковременного хранения выработанной энергии - аккумулятор, суперконденсатор, маховик.

    Рекуперация в транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания и электропередачи, а также транспортных средствах, работающих на вторичных источниках энергии, стала возможной только благодаря бурному развитию накопителей электроэнергии на основе двухслойных конденсаторов - так называемых ультраконденсаторов и химических аккумуляторов энергии. Накопитель энергии должен иметь малый удельный вес и малый удельный объем на единицу запасенной энергии с высоким КПД. При этом должны соблюдаться требования к общему весу и пространству транспортного средства. Это означает, что он не должен значительно увеличивать вес и ограничивать удобство использования транспортного средства. Кроме того, он должен иметь большое количество циклов разряда и заряда, большую емкость, большую пропускную способность по току, способность поглощать энергию, подаваемую большой мощностью, при торможении транспортного средства (поезда) и затем снова отдавать ее при ускорении. Накопители энергии используются в легкомоторных агрегатах, где они могут экономить до 60% энергии, необходимой для запуска поездов. Общая экономия топлива на участке будет намного-намного меньше. Финансовую экономию можно увеличить, если есть возможность подзаряжать аккумулятор энергии на стоянках транспортных средств (поездов). Электроэнергия, поставляемая из сети, намного дешевле, чем электроэнергия, полученная на транспортном средстве из топлива. Использование накопителей энергии на транспортном средстве с подзарядкой на остановках является подходящим решением для линий, где нет возможности прокладки контактной сети. Примером может служить общественный транспорт (трамваи) в исторических центрах городов с короткими остановками.

      Комментарии:

    #3 написал: Михаил |

    Рекуперация электрической энергии - это процесс, при котором энергия, обычно рассеиваемая в виде тепла или других форм энергии в процессе работы различных устройств, извлекается и превращается в электрическую энергию, которая может быть повторно использована. Это позволяет уменьшить потребление энергии из источников с пониженной эффективностью и уменьшить нагрузку на окружающую среду.

    Одним из примеров рекуперации электрической энергии является регенеративное торможение в электрических и гибридных автомобилях. В процессе торможения кинетическая энергия автомобиля преобразуется в электрическую энергию, которая затем используется для зарядки аккумулятора. Это позволяет уменьшить расход топлива и выбросы вредных веществ.

    Еще одним примером является использование рекуперации энергии в лифтах. Обычно лифты используют электромоторы для перемещения кабины вверх и вниз, и при этом часть энергии тратится на преодоление силы тяжести. В системах с рекуперацией энергии электромоторы работают как генераторы во время торможения кабины, что позволяет извлечь энергию и использовать ее для питания других устройств или для возвращения в электросеть.

    Также рекуперация энергии может применяться в промышленности для снижения энергопотребления и увеличения эффективности производственных процессов. Например, тепловая энергия, выделяющаяся при обжиге керамики, может быть использована для нагрева воды или других материалов, что позволяет снизить расход энергии и уменьшить нагрузку на окружающую среду.

      Комментарии:

    #4 написал: Алексей |

    Рекуперация электроэнергии – это процесс, при котором энергия, полученная от торможения или движения вниз, используется для зарядки аккумуляторов или для питания других устройств. Этот процесс позволяет увеличить эффективность использования электроэнергии и снизить затраты на ее производство. Одним из примеров использования рекуперации электроэнергии является применение этой технологии в электромобилях. Во время торможения автомобиля его электродвигатель работает в режиме генератора, и вырабатываемая электроэнергия передается обратно в аккумуляторную батарею. Это позволяет увеличить запас хода электромобиля и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу. Также рекуперация электроэнергии может использоваться в системах общественного транспорта, таких как трамваи или троллейбусы. В этих случаях электроэнергия, вырабатываемая при торможении транспортного средства, передается обратно в сеть, что снижает нагрузку на энергосистему и повышает общую эффективность системы общественного транспорта.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.