Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Рекуперативное торможение локомотивов

Рекуперативное торможение локомотивов

6.3. Рекуперативное торможение локомотивов

Одним из существенных преимуществ электрической тяги является возможность применения рекуперативного торможения, когда электрическая энергия возвращается в контактную сеть и может потребляться другими электровозами, находящимися с ним на одном участке и работающим в режиме тяги. Если таких электровозов нет или необходимая энергия меньше рекуперируемой, то избыточная энергия гасится на тяговых подстанциях.

На электровозах переменного тока возможно применение как рекуперативного, так и реостатного электрического торможения. Использование рекуперативного торможения стало возможным после создания управляемых статических преобразователей.

В тиристорах можно задерживать на любое время начало прохождения прямого тока через вентиль, т. е. открытие тиристора при подаче прямого напряжения. Для этого имеется дополнительный управляющий электрод, на который, чтобы открыть вентиль, подают положительный потенциал. Но после того как тиристор открылся, он становится неуправляемым, т. е. управляющий электрод перестает влиять на прохождение тока и не может прекратить ток вентиля.

При рекуперации на электровозах переменного тока, так же как и на электровозах постоянного тока, тяговые двигатели работают в генераторном режиме, преобразуя кинетическую и потенциальную энергию поезда в электрическую постоянного тока. Чтобы передать эту энергию в контактную сеть, ее необходимо преобразовать в электрическую энергию переменного тока. Этот процесс называется инвертированием. Если выпрямительную установку электровоза переменного тока собрать из тиристоров, она может быть использована и как инвертор. Инвертирование, так же как и выпрямление, осуществляют по различным схемам.

Объясним принцип инвертирования на примере мостовой схемы. Для осуществления рекуперации тяговые двигатели переводят в генераторный режим при независимом возбуждении. Одновременно изменяют полярность щеток двигателей на противоположную, для того чтобы направление генерируемого тока соответствовало направлению прямой проводимости тиристоров. Сделать это нетрудно, установив соответствующее направление тока в обмотках возбуждения двигателей.

Напряжение от тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, подводится к инверторной установке, плечи которой соединены по схеме моста. В диагональ моста включена вторичная обмотка силового трансформатора.

Для того чтобы электрическую энергию передать в контактную сеть, необходимо прежде всего обеспечить прохождение тока двигателя, работающего в режиме генератора через вторичную обмотку. Ток в ней должен быть направлен встречно по отношению к напряжеию, индуктированному в этой обмотке. Предположим, что в первый полупериод напряжение в обмотке направлено слева направо, тогда генерируемый ток должен проходить справа налево. Для этого нужно открыть вентили VS2, VS4. В следующий полупериод нужно открыть вентили VS1, VS3 и т. д. Так как частота тока В контактной сети равна 50 Гц, то в течение 1 с нужно 100 раз менять направление тока в о вторичной обмотке трансформатора Т1. Кроме того, необходимо, чтобы напряжение, индуктируемое в первичной обмотке трансформатора, было бы несколько выше напряжения в контактной сети. Только при этом условии ток из первичной обмотки пойдет в контактную сеть.

Скорость локомотива при рекуперативном торможении регулируется изменением напряжения силовых преобразователей, работающих в инверторном режиме, и тока обмоток возбуждения тяговых электродвигателей. Для питания обмоток возбуждения применяют отдельные выпрямители низкого напряжения, которые, в свою очередь, питаются от одной из секций тягового трансформатора, либо от одной из секций основной вторичной обмотки. При рекуперации применяют те же средства регулирования напряжения, что и в тяговом режиме.

В режиме рекуперации для инвертирования тока якорей тяговых электродвигателей используются только управляемые мосты, тогда как один из полууправляемых мостов переключается на вывод пониженного напряжения секции силового трансформатора и используется в качестве возбудителя, питающего последовательно соединенные обмотки возбуждения тяговых электродвигателей. Таким образом, в режиме рекуперации предусмотрено однозонное регулирования напряжения. В области высоких скоростей движения используется регулирование тока обмоток возбуждения, а затем регулируется выпрямленное напряжение, причем торможение производится до полной остановки в режиме противовключения.

При автоматических системах регулирования преобразователями машинист с помощью рукояток контроллера задает режим работы (тяга или рекуперация), а также значения тока и скорости движения. Автоматическая система обеспечивает переход в заданный режим и реализацию заданных значений тока и скорости движения, которые машинист выбирает с учетом массы поезда, условий движения, характеристик электровоза и времени движения.

На электровозах ВЛ80С, ВЛ80Р и ВЛ85 используется выпрямительно-инверторный преобразователь ВИП-4000, предназначенный для выпрямления однофазного переменного напряжения частотой 50 Гц, плавного регулирования напряжения питания тяговых электродвигателей в режиме тяги и преобразования постоянного напряжения в однофазный переменный частотой 50 Гц в режиме рекуперации. На электровозе устанавливается шесть преобразователей по числу тяговых электродвигателей.

Силовая часть выпрямительно-инверторного преобразователя состоит из четырех параллельных ветвей тиристоров. Система автоматически обеспечивает предварительное подтормаживание, поддержание заданной тормозной силы в режиме остановочного торможения, а также заданной скорости движения. Она предусматривает четыре зоны регулирования выпрямленного напряжения.

Очередность открытия плеч выпрямительно-инверторного преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах работы определяется алгоритмом работы системы автоматического регулирования преобразователем. Блок управления випрямительно-инверторным преобразователем формирует и в соответствии с заданным алгоритмом распределяет по плечам всех шести преобразователей изменяемые по фазе управляющие импульсы.
В режиме рекуперативного торможения в зоне высоких скоростей движения тормозное усилие регулируется плавным изменением тока возбуждения, а в зоне средних и малых скоростей движения – плавным изменением ЭДС инвертора.

В зоне IV импульсы управления подаются на тиристоры плеч VS2, VS7 и VS1, VS8. Тормозное усилие и скорость движения в зоне IV регулируются плавным изменением тока обмоток возбуждения тяговых электродвигателей., который по мере снижения скорости движения для поддержания заданного тормозного усилия должен увеличиваться.

При достижении наибольшего тока обмоток возбуждения дальнейшее поддержание тормозного усилия осуществляется подачей управляющих импульсов на тиристоры плеч VS3, VS4. Для дальнейшего снижения скорости движения осуществляется переход в зону III (работают тиристоры плеч VS4, VS7 и VS3, VS8. После снятия управляющих импульсов с тиристоров VS1, VS2 и при открытии тиристоров плеч VS3, VS4 происходит перевод тока рекуперации на мост, подключенный к секциям II и III тягового трансформатора.

Дальнейшее регулирование ЭДС осуществляется подачей управляющих импульсов на тиристоры плеч VS5, VS6. При достижении на тиристорах плеч VS5, VS6 фазы управляющих импульсов для перехода в зону II на плечи VS1, VS2 и VS5, VS6 подаются управляющие импульсы.

При дальнейшем снижении скорости движения производится переход в I зону, когда управляющие импульсы подаются только на тиристоры VS5, VS6. При уменьшении фазы управляющих импульсов до рекуперативное торможение прекращается и начинается режим торможения противовключением.

Процесс инвертирования значительно сложнее выпрямления и возможность возникновения аварийных ситуаций больше; запаздывание отпирания тиристоров может привести к короткому замыканию в цепи. Поэтому важное значение имеет защита силовых цепей от коротких замыканий, которые при инвертировании возникают при всяком нарушении питания электровоза переменным напряжением.

Рекуперация энергии в сеть

На протяжении долгого времени, излишнюю энергию, накопленную в преобразователях частоты (ПЧ) при торможении ими асинхронных двигателей с высокоинерционной нагрузкой (ПТО, нагрузочные стенды, электротранспорт, намотчики, центрифуги и т.д.), рассеивали на специальных тормозных резисторах. Это было крайне необходимо для ограничения уровня напряжения на шинах постоянного тока преобразователей при работе в этих режимах. В противном случае, отказ от использования тормозных резисторов грозил бы выходом преобразователей частоты из строя или невозможностью задания необходимых временных рамп разгона и торможения управляемых механизмов.

Применение тормозных резисторов не сильно влияет на стоимость оборудования систем, однако, влечет за собой ряд определенных неудобств при их проектировании и эксплуатации, а именно: большие габариты тормозных резисторов, разогрев поверхности тормозных резисторов до температуры 100°С и выше, обязательная защита резисторов от попадания пыли и влаги и т.д. Но, самым неприятным в этом случае является то, что излишняя энергия преобразуется в ненужное тепло, за которое предприятие платит деньги. В теплое время года, когда температура в помещениях с технологическим оборудованием и так достаточно высокая, тормозные резисторы, подключенные к ПЧ, способствуют еще большему ее повышению. Это значит, что крайне необходима дополнительная вентиляция помещений или даже их кондиционирование, а это опять дополнительные затраты. Но, ведь можно не рассеивать излишнюю энергию на резисторы, а возвращать ее обратно в питающую сеть, обеспечивая экономию дорогостоящих энергоресурсов. Для этого используются системы рекуперации энергии.

Читать еще:  Шумно стал работать двигатель после замены масла

Фактически доказано, что современные преобразователи частоты позволяют значительно сократить энергопотребление оборудования и оптимизировать различные технологические процессы, что в свою очередь ведет к экономии сырья и других ресурсов, а так же способствует улучшения качества конечного продукта. Но, с заменой систем частотного регулирования с использованием тормозных резисторов на системы с использованием рекуперации энергии в сеть, появилась возможность дополнительной экономии. Теперь, энергию, возникающую при торможении двигателей можно возвращать в питающую сеть, осуществляя полную корректировку ее параметров в соответствии с параметрами сети. Ведущие производители промышленного оборудования и механизмов уже широко применяют такие системы, такие системы нашли применение в электротранспорте (электропоезда, трамваи, троллейбусы, эскалаторы).

Немного физики. Для того чтобы накопленную мощность можно было возвращать в источник переменного тока, в качестве входного выпрямителя привода рекуперации используются преобразователи с ШИМ источником напряжения. Теперь поток мощности переменного тока может течь в любую сторону, током можно управлять и получить почти единичный коэффициент мощности. В случае работы преобразователя частоты в режиме рекуперации, каскад IGBT транзисторов (используемый в моторном приводе в качестве выходного каскада) работает как синусоидальный выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянное напряжение для питания системы. При интенсивном торможении двигателя и, как следствие, превышении напряжения на звене постоянного тока преобразователя частоты выше определенного уровня, каскад IGBT транзисторов ПЧ генерирует ШИМ — сигнал в сторону сети. Разница напряжений между фазным напряжением ШИМ и сетевым напряжением питания прикладывается к индуктивностям (индуктору рекуперации). Это напряжение содержит много высокочастотных гармоник, которые блокируются индуктивностью и на выходе ПЧ получается синусоидальный ток с малой примесью высших гармоник. Для синхронизации привода рекуперации с сетью не требуется дополнительного оборудования. Определение частоты и угла вектора сетевого напряжения происходит за счет подачи ШИМ — модулятором трех специальных тестирующих импульсов в питающую сеть.

Одним из проверенных и эффективных решений по рекуперации энергии является применение частотных преобразователей Unidrive SP фирмы Control Techniques. Примеры их использования можно увидеть на стендах динамических испытаний автомобилей многих автомобильных заводов (Nissan, Ford, Lamborghini и др.), в металлургии, на эскалаторах, кранах, и т.д. Конфигурация такой системы может иметь несколько видов, но суть ее сводится к одному — организовать двунаправленный поток энергии в источник переменного электропитания и из него. При определении мощностей/ номиналов компонентов системы рекуперации нужно учитывать следующие факторы:

1. Изменение уровня сетевого напряжения

2. Номинальные ток двигателя, напряжение, коэффициент мощности

3. Максимальную мощность нагрузки и условия перегрузки

4. Потери в приводах и других компонентах

На рис.1 представлена общая схема система рекуперации при использовании одного моторного привода и одного привода рекуперации. Как правило, для такой системы моторный привод и привод рекуперации имеют одинаковые номиналы. Однако, при детальном расчете может выясниться, что характер нагрузки подразумевает работу моторного привода с перегрузкой, если при этом напряжение питания привода рекуперации находится на нижнем пределе, то он может не покрыть мощность выделяемую моторным приводом и потери в системе. Тогда необходимо использовать привод рекуперации большего номинала.

Рис.1 Система с одним приводом рекуперации и одним моторным приводом

На рис.2 представлена общая схема система рекуперации при использовании нескольких моторных приводов и одного привода рекуперации. В таких многоприводных конфигурациях привод рекуперации выбирается таким образом, чтобы выдать суммарную мощность всех моторных приводов, учитывая потери, включая собственные. В этом случае, конечно, нужно учитывать характер нагрузки для каждого моторного привода индивидуально, ведь возможен вариант одновременного торможения всех двигателей системы.

Рис.2 Система с одним приводом рекуперации и несколькими моторными приводами

При включении системы с несколькими приводами, объединенными по шине постоянного тока, необходимо ограничивать пусковой ток, поскольку электролитические конденсаторы в звене постоянного тока преобразователей частоты имеют малое сопротивление. Для этого применяется тиристорный выпрямительный модуль SPMC, который подключается контактором для заряда конденсаторов объединенной шины постоянного тока преобразвателей. После обеспечения плавного заряда шины до номинального напряжения, выпрямительный модуль SPMC отключается.

Как видно, система рекуперации предлагаемая Control Techniques может иметь различные конфигурации и может быть спроектирована индивидуально под конкретное применение.

Рекуперация или преобразование кинетической энергии торможения

(демонстрация системы рекуперации энергии в bmw)

Давайте же разберемся, как работает эта технология, насколько она продуктивна в различных средствах передвижения и разумно ли везде ее устанавливать.

Система рекуперации на «гибридах» и электромобилях

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

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

Важно! Естественно, при экстренном торможении рекуперативная система не может резко остановить автомобиль. Вследствие этого полностью отказываться от привычных конвекционных тормозов нельзя. Поэтому в зависимости от степени нажатия на педаль тормоза встроенный компьютер «принимает решение» и подключает в помощь к рекуперативному торможению стандартную тормозную систему автомобиля.

Достоинствами применения электрических систем рекуперации энергии являются:

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

Комбинированный режим

Комбинированные тормозные режимы применяются в электрических машинах, если необходимо быстро остановить и зафиксировать механизм. Для этого используют механический блок торможения в комбинации с электрическим торможением. Комбинация может быть различной. Это может быть и электрическая схема с противовключением, динамическим и рекуперативным режимами.

Вот мы и рассмотрели основные способы и схемы торможения электродвигателей. Если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Система рекуперации на автомобилях со «Старт-Стопом»

Любому автомобилисту известно, что при запуске двигателя происходит наибольший расход энергии аккумулятора. Транспортные средства, оборудованные системой «Старт-Стоп», отличаются тем, что после каждой остановки мотор автоматически глушится и потом при возобновлении движения заводится. То есть, батарея быстро теряет свою емкость и «требует» подзарядки. А времени, чтобы это сделать (с помощью штатного генератора) в условиях коротких пробегов и частых остановок на светофорах и в пробках, может просто не хватить. И вот тут электрическая система рекуперации смогла бы обеспечить дополнительный заряд аккумулятора. Существенным минусом ее применения на автомобилях «Старт-Стоп» является удорожание самого транспортного средства за счет установки специального генератора (подключаемого непосредственно к трансмиссии в момент торможения) и усложнение всей электронной «начинки».

Силовой спуск

Определение качества электроэнергии анализаторами

Недостатки устройств с рекуперацией, применяемых на транспорте, не позволяют использовать её как основной узел торможения. К основным минусам относятся:

  • отсутствие стояночного тормоза;
  • недопустимость полной остановки.

В связи с этим на всех устройствах и транспортных средствах применяют механические тормоза.

Эти же недостатки позволяют использовать рекуперацию для организации силового спуска. Её применяют при движении электротранспорта вниз на уклонах или для снижения скорости подачи груза вниз при опускании краном.


Силовой спуск при опускании грузов

SMART системы рекуперации

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

Читать еще:  Двигатель 405 евро 3 нет холостых оборотов

Аналитический метод расчета пусковых реостатов

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

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

Система рекуперации с накопительным конденсатором

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

Механическая рекуперация

Механический способ рекуперации кинетической энергии:

  • В момент торможения специальный маховик, установленный в заполненном вакуумом кожухе (для снижения потерь от трения), раскручивается до значительных оборотов (50000÷70000 об/мин).
  • При старте энергия от вращающегося маховика передается на колеса автомобиля в течение нескольких секунд и «помогает» двигателю «разогнать» авто до нужной скорости. Это приводит к тому, что в момент трогания с места автомобиль получает дополнительные 70÷80 лс мощности.

Для информации! Экспериментальный прототип Volvo S60 с карбоновым маховиком Ø=20 см и весом всего 6 кг) разгонялся до скорости в 100 км/час всего за 5,5 сек. При испытаниях в так называемом городском цикле (с большим количеством остановок) экономия топлива составила 25% (по сравнению с базовой комплектацией).

В настоящее время такой вид рекуперации энергии нашел свое практическое применение только в болидах Формулы-1, а также в эксклюзивных моделях от Porsche и Ferrari. Но инженеры-автомобилестроители считают, что в будущем такие системы могут быть установлены и на обычных городских легковых автомобилях.

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.

Рис. Направления электроэнергии в режимах тяги и рекуперации ЭПС.

Угловые сдвиги между током и напряжением ЭПС в режиме тяги составляют для диодных ЭПС φЭ = 370эл, для тиристорных ЭПС φЭ = 420эл. Коэффициент реактивной мощности для режима тяги tg φЭ = Q/P диодных ЭПС составляет tg 370 = 0,754, тиристорных ЭПС — tg 420 = 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 600 = 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; i1Р – 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.

Гидравлическая система рекуперации

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

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

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

Использование на городском общественном транспорте

На современном городском электротранспорте системы управления обеспечивающие рекуперацию используются почти всегда.

У трамвайных вагонов моделей УКВЗ 71-619А и далее, вагонов ПТМЗ 71-134А и далее, вагонов Уралтрансмаш 71-405 и далее, а также МТТА и МТТА-2 имеется возможность рекуперативного торможения. Оно используется как основное. После замедления вагонов до скорости 1-2 км/ч электродинамический (реостатный) тормоз становится неэффективным и подключается стояночный.

Рекуперативное торможение современных автомобилей

Смотрите принцип работы и устройство системы рекуперативного торможения. Наведен принцип работы, характеристики, устройство механизма и другие подробности системы. В конце статьи видео-обзор принцип работы рекуперативного торможения. Смотрите принцип работы и устройство системы рекуперативного торможения. Наведен принцип работы, характеристики, устройство механизма и другие подробности системы. В конце статьи видео-обзор принцип работы рекуперативного торможения.

Система рекуперативного торможения или как чаще называют рекуперативное торможение – с латыни обозначает обратное получение или возращение. Если не усугубляться, то это вид электрического торможение, который вырабатывает электроэнергию за счет двигателей генераторов в момент торможения или произвольного движения транспортного средства. Данные механизм не обязательно устанавливать на автомобили, его можно встретить на электрических скутерах или велосипедах.

Что такое рекуперативная система торможения

С небольшого предыдущего описания становится понятно, что система рекуперативного торможения относится к разряду электрической части и многим связана с кинетической энергией. Простыми словами, в момент торможения транспортного средства или движения, без нагрузки на двигатель происходит трата энергии, которая негде ранее не применялась. Как правило, такая кинетическая энергия перерабатывается в тепловую энергию и в дальнейшем рассеется.

Читать еще:  Где находиться датчик температуры двигателя форд фокус 2

Основой для системы рекуперативного торможения используется электродвигатель, который вмонтирован в трансмиссию транспортного средства. В момент торможения электродвигатель срабатывает в режиме генератора, тем самым начиная вырабатывать электроэнергию. Если объяснить по-простому, система рекуперативного торможения – специальным механизм, который может вырабатывать электроэнергию в момент торможения или передвижения транспорта «накатом». Далее полученная энергия накапливается в батареях или же заряжает аккумулятор и хранится до необходимого момента.

Чаще всего таким моментом может быть момент старта автомобиля на светофоре. В такой ситуации система автоматически включает электродвигателя, тем самым уменьшая нагрузку на основной двигатель внутреннего сгорания. В момент старта, электрические двигателя приводят в движение ось автомобиля. Так же это резервный источник автомобиля для езды на короткие дистанции и на малой скорости. По разным данным, запаса заряда такой батареи хватит на 30-50 км пути.

Как правило, рекуперативное торможение устанавливается на гибридные автомобили или современные электрокары. Таким образом, получается, что энергия, полученная в последствии рекуперативного торможения в электрокарах используется для заряда батареи, в неэлектрических (гибридных) такая энергия предназначена для уменьшения силы в момент старта транспорта.

Устройство рекуперативного торможения

Говорить об определенной смехе устройства рекуперативного торможения смысла нет, так как у каждого производителя она своя. Тем более не меньше зависит от марки и устройства самого автомобиля. Проще всего данный механизм реализован на гибридных автомобилях, поэтому возьмем их за пример устройства и в дальнейшем принципа работы.

В основной перечень деталей системы рекуперативного торможения, гибридного автомобиля входит:

двигатель внутреннего сгорания;

  • электронный блок управления.
  • В зависимости от модели и доработок инженеров, в перечень так же могут входить дополнительные механизмы, датчики замера скорости и прочее, что способствует стабильной и качественной работе системы.

    Электродвигатель, он же генератор работает двунаправлено. В одном случае механизм может генерировать электричество, перерабатывая кинетическую энергию, в другом случае – использовать накопленную энергию с батареи для режима ускорения. Само строение такого электродвигателя может существенно отличатся, аналогично, как и мощность. Передаточный механизм, устанавливаемый на разные узлы, так же играет немало важную роль. Именно за счет него передается усилие между разными составными механизмами системы рекуперативного торможения.

    Что касается двигателя внутреннего сгорания, то особых отличий у него нет. В частности это синхронизированная работа с электродвигателем, а так же особенности конструкции для каждого производителя. Аналогично особых отличий по аккумуляторной батарее не будет, с характеристик важна емкость, скорость зарядки и ток. Минимум разницы будет в инверторе, основная его задача преобразовать один вид электричества в другой (чаще всего переменный в постоянный или с 12V на 45V).

    Неотъемлемой деталью системы рекуперативного торможения считается сцепление, благодаря ему, блок управления может подключать или выключать электродвигатель генератор, а так же задавать направление работы механизма (вырабатывать электроэнергию или потреблять из аккумулятора).

    Последний и один из самых главных элементов – электронный блок управления. Именно он выполняет основную роль управления всеми элементами механизма, а так же решает когда и в каком направлении включать генератор рекуперативной системы. Помимо основных функций по управлению системой рекуперации тормозов, электронный блок управления ведет контроль:

      скорости вращения колес;

    поддержание работы электродвигателя;

    поддержка крутящего момента двигателя внутреннего сгорания;

  • распределение тормозного усилия.
  • Как видим, устройство такого механизма не сложное, каждый из элементов выполняет поставленную задачу и несет важность в цепочке системы. Таким образом, не только уменьшается нагрузка на основной двигатель, но и увеличивается экономия топлива.

    Как работает рекуперативное торможение

    Рассмотрев устройство системы рекуперативного торможения, а так же за что отвечает определенная деталь, можно рассмотреть принцип работы всего механизма. Как уже говорили, принцип работы механизма двунаправленный, то есть он может, как вырабатывать электричество, так и потреблять.Вся работа механизма рекуперативного торможения начинается из оси автомобиля, как правило, это задняя ось. Электродвигатель, он же генератор может быть включен в трансмиссию или подсоединен к трансмиссии за счет передаточных механизмов. В момент торможения или езды накатом, электродвигатель переходит в режим генератора, тем самым вырабатывая электричество и преобразуя кинетическую энергию автомобиля. Полученное электричество подается на инвертор, он же в свою очередь преобразует (в данном случае может понижать или повышать) электроэнергию и подает на аккумуляторную батарею для накопления.

    Не исключено, что в данной цепочке могут быть установлены различные контроллеры, дополнительные преобразователи и другие вспомогательные механизмы, которые способствуют работе рекуперативного торможения. Стоит помнить, что в момент работы генератора (выработки электроэнергии) двигатель внутреннего сгорания отключается от трансмиссии, в отдельных моделях автомобилей система вовсе его может заглушить автоматически, тем самым экономить топливо.

    Если рассматривать обратный процесс работы, подачу электричества на электродвигатель, то есть небольшие отличия. В таком случае, срабатывает сцепление, которое преобразует генератор в электродвигатель и тем самым подключает в помощь двигатель внутреннего сгорания. Поданное питание с аккумулятора проходит через инвертор и передается на электродвигатель, благодаря чему упрощается старт автомобиля с места. Такой же принцип работы механизма, когда автомобиль двигается на предельно небольшой скорости и только на электротяге.

    Какие бывают виды рекуперативного торможения

    Несмотря на то, что система рекуперативного торможения чаще всего устанавливается на гибридные автомобили, специалисты выделяют несколько других видов рекуперации кинетической энергии. Выше наведенный способ рекуперации кинетической энергии – это электрический способ, но так же есть пневматический, механический и гидравлический, которые дают аналогичные результаты.

    Из трех последних способов рекуперации, самым распространенным считается механический вариант. У разных авто производителей механизм числится под названием KERS (Kinetic Energy Recovery Systems). Основой для такой разновидности считается маховик, который вращаясь в момент торможения, перерабатывает энергию. В таком механизме маховик расположен на трансмиссии, и, как правило, может разгоняться до 60000 оборотов за минуту. Благодаря таким характеристикам обеспечивается передача мощности в дополнительные 80 л.с. (60 кВт). Зачастую такая накопленная электроэнергия используется для краткого разгона с места или же скоростного рывка в момент обгона.

    Примером использования можно считать болиды Formula 1, начиная с 2009 года. Если говорить об автомобилях серийного производства, то данный вариант только планируют внедрять. Как показывает статистика, быстрей всего данную технологию внедрят на автомобилях Volvo. Производитель уже тестирует данную технологию в городском цикле на опытных образцах. По словам производителя Volvo, использование любого их видов рекуперативного торможения помогает сэкономить порядка 20% топлива от основного расхода.

    Положительные и негативны стороны рекуперативной системы

    С положительных моментов такой системы можно выделить несколько деталей, в частности это увеличение запаса хода и уменьшение нагрузки на двигатель внутреннего сгорания в момент старта. Так же в современных автомобилях инженеры стали внедрять вспомогательные системы Start/Stop и адаптивный круиз-контроль с возможностью полной остановки и движения в пробках.

    Что касается негативных моментов рекуперативной системы торможения, то без них не обошлось. Если на малой скорости механизм эффективен и от него есть смысл, то на большой скорости рекуперативное торможение становится бесполезным, так как сила торможения мизерная, заряда аккумуляторной батареи практически нет. Так же с минусов небольшой запас заряда, а значит, проехать длинную дистанцию гибридный автомобиль не сможет.

    Еще один существенный минус системы рекуперативного торможения – стоимость. В среднем, разница цены автомобиля между наличием и отсутствием данного механизма может быть порядка $5000. Бывалые владельцы авто с подобным механизмом говорят о том, что частый старт и стоп двигателя приводит к неожиданным поломкам, к тому же обслуживание подобной системы так же стоит денег. Как результат, мнение владельцев автомобилей чаще разделяется на два мнения, кто-то положительно относится к такой систему, другие же негативно и стараются не использовать, несмотря на увеличение расхода топлива. На сегодня подобную технологию можно найти не на всех современных автомобилях, в большей части система установлена на Tesla, гидриды от Toyota, Honda и Porsche.

    Видео-обзор принцип работы рекуперативного торможения:


    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector