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

Что такое рекуперативное торможение двигателем постоянного тока

Рекуперативное торможение экономит до 30% топлива

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;
  • механический.

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!

Рекуперативное торможение

Тормозные режимы ДПТ НВ

Лекция 9

Торможение– это принудительный переходный режим, предназначенный для частичной или полной остановки двигателя. При полной остановке угловая скорость двигателя изменяется от ω=ωНОМ до ω=0.

Различают механические и электрические способы торможения. Механические способы торможения основаны на использовании различных фрикционных устройств. Электрические способы связаны с созданием электромагнитного момента, направление которого противоположно направлению скорости вращения. В этом случае электромагнитный момент будет называться тормозным,то есть М=МТ.

Читать еще:  Как установить защиту двигателя на оку

Существуют три электрических способа торможения:

1) рекуперативное торможение;

2) торможение противовключением;

3) динамическое торможение.

Основным признаком рекуперативного торможения является соотношение ω >ω.

Для рассмотрения физических процессов, происходящих при рекуперативном торможении, проанализируем следующий пример.

Пример. Пусть ДПТ НВ, работающий в режиме подъема груза, приводит во вращение шкив (рисунок 2.13). При этом двигатель работает в двигательном режиме, создает вращающий электромагнитный момент М=кФI и при этом в обмотке якоря наводится ЭДС, равная Е=кФω.

Рисунок 2.13 – Привод грузоподъемного механизма

Рабочий механизм (шкив) с двумя грузами G1 и G2 создает статический момент сопротивления пропорциональный разности:

.

В статическом режиме, когда М=МС, двигатель вращается со скоростью ω=ωНОМ. Графически этот процесс можно представить в виде точки, находящейся на естественной механической характеристике, соответствующей ω=ωНОМ (рисунок 2.14).

Рисунок 2.14 – Механические характеристики ДПТ НВ при переходе в рекуперативный режим

Предположим, что груз G2 увеличивается. При этом статический момент сопротивления МС уменьшается, двигатель ускоряется и при некотором значении G2= G1 статический момент сопротивления становится равным нулю и при этом угловая скорость вращения ω=ω. При дальнейшем увеличении груза G2 статический момент сопротивления МС изменяет свое направление и становится направленным соответственно электромагнитному моменту М, в результате чего угловая скорость вращения ω>ω. При этом ЭДС Е=кФω становится по отношению к напряжению U=кФω:

.

Тогда ток в цепи якоря, равный

становится отрицательным и при этом электромагнитный момент, равный

также становится отрицательным, а по отношению к вращению является тормозным.

При этом рабочая точка механической характеристики переходит во второй квадрант координатной плоскости (рисунок 2.14, т.b).

Если после этого не менять соотношение G1 и G2 , то под действием отрицательного момента двигатель будет тормозиться, и рабочая точка вновь перейдет из т. b в т. a (рисунок 2.14). При этом уравнение механической характеристики будет иметь следующий вид

Уравнение (2.27) представляет собой уравнение механической характеристики при рекуперативном торможении.

Рассмотрим энергетические процессы при рекуперативном торможении. Для этого запишем уравнение равновесия цепи якоря ДПТ:

. (2.28)

Умножим обе части уравнения (2.28) на ток цепи якоря I и получим

,

где UI – электрическая мощность, потребляемая двигателем из сети;

EI – электромагнитная мощность, которую с учетом пренебрежения потерями в стали можно приравнять к механической, то есть EI=Mω;

RI 2 – мощность рассеяния (потери мощности в двигателе), которая физически выражается в нагреве двигателя.

Так как ток в цепи якоря отрицательный, то уравнение энергетического баланса при рекуперативном торможении имеет вид

(2.29)

Это значит, что кинетическая энергия, численно равная E(-I) и направленная от механизма к двигателю, преобразуется в электрическую энергию U(-I), направленную от двигателя к источнику питания.

Из соотношения (2.29) вытекает важное преимущество рекуперативного торможения – это его высокая энергетическая эффективность.

Недостатком является то, что этот способ обладает ограниченной областью применения и может быть использован только в грузоподъемных механизмах для обеспечения плавности процесса подъема и спуска груза.

Практическая реализация рекуперативного торможения с целью торможения до полной остановки может быть осуществлена посредством снижения напряжения, подводимого к якорю. При этом первоначальный скачок изменения напряжения должен быть достаточно большим, чтобы рабочая точка т. а переместилась во второй квадрант координатной плоскости т. b (рисунок 2.15).

Рисунок 2.15 – Реализация рекуперативного торможения посредством снижения напряжения, подводимого к якорю.

Для того чтобы снизить скорость до полной остановки, последовательно снижают напряжение. При этом скачки снижения напряжения должны быть такими, чтобы рабочая точка не выходила за пределы второго квадранта координатной плоскости.

Управление рекуперативным торможением до полной остановки двигателя представляет сложную задачу. Поэтому рекуперативное торможение чаще используют для частичного снижения скорости вращения.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Рекуперативное торможение

Описание электропоездов и электровозов, расписание поездов, фотографии

§ 94. Рекуперативное торможение

Электроподвижной состав постоянного тока с машинными преобразователями.

Для осуществления рекуперативного торможения используют схемы со стабилизирующими резисторами и с возбудителями встречного смешанного возбуждения.

Схема со стабилизирующими резисторами В схеме рис. 251, а стабилизирующий резистор /?ст сопротивлением гст является общим для цепей якоря и обмотки возбуждения тягового двигателя.

Уравнение напряжения для цепи тока возбуждения в установившемся режиме

= Свп,Фа = /„ (лст + г„ + г„) + /гст,

где £„, С„, га„, Ф„ и гяв — соответственно э. д с, постоянная, частота вращения, поток и сопротивление обмотки якоря возбудителя В, I, гае — соответственно ток и сопротивление двигателя М1.

Читать еще:  Что такое мотор контрактный двигатель

Из этого выражения следует, что

/ _ £в — 1г„ ^ Сяп„Фв — 1г„

В цепи тока якоря двигателя М1

Еа = vCaФл = ис + /(лдя + г„) + /„/•„,

откуда можно получить уравнение для скорости:

Ц с + А>дя + Г„) + /.Гст

Из уравнения для /в вытекает, что при увеличении тока якоря / ток возбуждения

Рис. 251 Схемы силовых цепей при рекуперации иа электровозах постоянного тока со стабилизирующими резисторами (а) и с возбудителями встречного смешанного возбуждения (б, в, г, д)

уменьшается и наоборот. Чем больше сопротивление гст, тем резче проявляется эта зависимость и тем круче падает характеристика 1>(/), обеспечивая малую чувствительность системы к колебаниям напряжения в контактной сети При увеличении скорости движения V ток якоря / возрастает из-за увеличения э д. с. £д, а следовательно, уменьшаются ток возбуждения /„ и магнитный поток Фд. Поэтому тормозная сила В « 0,367СДФД/ будет возрастать лишь до определенного максимума, наступающего при некоторой скорости о„. В зоне скоростей выше ик тормозная характеристика оказывается механически неустойчивой

С увеличением сопротивления г„ уменьшаются величины Вт„ и ч„ Область возмож-

ного использования рекуперации ограничена минимальной скоростью:

«шн. = (V, — 2£д)/(СдФдт>х) » 1/с/(СжФЖП1М). т. е. ограничена по току /вга,х

Вид характеристики v(l) и для схемы рис. 251, а (так как Фдтах = /втах) определяется внутренними нагрузочными характеристиками СДФД(/В), реакцией якоря и насыщением возбудителя [характеристикой С„Фв(ів)], изменением частоты вращения двигателя Д возбудителя в зависимости от его нагрузки.

При рекуперации суммарная э. д. с двигателей 2£д должна быть больше напряжения сети £/с; с уменьшением скорости 2£д уменьшается. Следовательно, для расширения зоны рекуперации и снижения рт1П необходимо с понижением скорости движения поддерживать 2£д > > £/с. Это осуществляют в первую очередь, увеличивая число последовательно соединенных якорей двигателей, т. е. применяя переход с параллельного на последовательно-параллельное, а с последовательно-параллельного на последовательное соединения якорей двигателей. Жесткость характеристик увеличивается при переходе с параллельного на последовательное соединение якорей тяговых двигателей.

При использовании стабилизирующих резисторов в рекуперативном режиме необходимо иметь специальный возбудитель, мощность которого значительно превосходит мощность, необходимую непосредственно для питания обмоток возбуждения; кроме того, ограничивается область применения рекуперативного торможения и уменьшается максимальная тормозная сила. При рекуперативном торможении, например по схеме рис. 251, а, на электровозе ВЛ22М мощность, потребляемая обмотками возбуждения при токе возбуждения /„ = 200 Л, составляет 23,2 кВт. В действительности из-за наличия стабилизирующих резисторов применяют возбудитель мощностью 57 кВт, а для его привода — двигатель мощностью 67 кВт. В стабилизирующих резисторах теряется также и некоторая часть энергии, вырабатываемой двигателями в генераторном режиме, что уменьшает отдачу энергии в сеть. Поэтому на современных электровозах постоянного тока с тяговыми двигателями последовательного возбуждения применяют схемы рекуперации с возбудителями встречного смешанного возбуждения.

Схема с возбудителями встречного смешанного возбуждения. В схеме рис. 251, б применен возбудитель В с двумя обмотками возбуждения: независимой НО и встречной ВО. Через обмотку ВО протекает ток якоря тягового двигателя /. Во время рекуперации м. д с. обмоткн ВО направлена навстречу м д. с. обмоткн НО. По

мере увеличения тока рекуперации / э. д. с. £в возбудителя, а следовательно, и ток возбуждения /„ уменьшаются. При уменьшении тока / э. д. с. £в и ток /в увеличиваются. Следовательно, обмотка ВО возбудителя сглаживает толчки тока и тормозной силы при изменениях напряжения в контактной сети.

Форма рекуперативных характеристик при возбудителе встречного смешанного возбуждения будет иной, чем в схеме с возбудителем независимого возбуждения и стабилизирующими резисторами. Тре-бумая крутизна характеристик рекуперативного торможения по схеме рис. 251, б достигается изменением соотношения м. д. с. обмоток возбуждения возбудителя при заданном токе /нв. Чем больше

Отношение /И’воАкв^’но. тем больше ВЛИЯет

ток в якоре на э. д. с. возбудителя £в и тем круче характеристики и(/). Однако одновременно уменьшается максимальное значение тормозного усилия Втах.

В схемах со стабилизирующими резисторами в каждой параллельной цепи токи возбуждения определяются только токами якорной цепи. Поэтому, возможно, н отклонения токов в цепи якорей будут частично компенсированы отклонениями токов возбуждения. При одном возбудителе встречного смешанного возбуждения на локомотивах с двумя и большим числом параллельных цепей тяговых двигателей не может быть обеспечено удовлетворительное распределение токов по этим цепям. Неравномерность токов в параллельных цепях можно ограничить, если для каждой цепи установить свой возбудитель, э: д. с. которого уменьшалась бы только при увеличении тока в цепи своих якорей. Однако иметь на электровозе большое число возбудителей (например, на электровозах ВЛ8, ВЛ10У и ВЛ10 по четыре) нежелательно. Поэтому на э. п. с. постоянного тока с числом параллельных цепей двигателей две и больше применяют один или два возбудителя встречного смешанного возбуждения, а для выравнивания токов в параллельных цепях — схемы с циклической стабилизацией, включая в каждую параллельную цепь якорей уравнительные резисторы Яу (рис. 251, и ( 2 трансформатора приложенные к тиристорам прямое и обратное напряжения выше расчетного напряжения питания, что учитывают прн выборе тиристоров.

Читать еще:  Lacetti из за чего детонация двигателя

Инвертор, выполненный по схеме рис. 252, а, устойчиво работает на партии электровозов ВЛ10 и на опытных электровозах ВЛ12. Однако поочередное протекание тока через полуобмотки коммутирующего реактора !

В чем сущность электрических способов торможения ДПТ?

Сущность электрических способов торможения состоит в том, что электрическая машина в этот период из двигательного режима переводится в один из тормоз- ных и, следовательно, создает электромагнитный момент, направлен- ный против направления вращения.

Какие существуют три способа торможения ДПТ?

В случае машин постоянного тока применяют три способа элек- трического торможения: динамическое, рекуперативное и торможение противовключением.

При каком способе торможения ДПТ машина работает в режиме автономного генератора?

При динамическом торможении машина работает в режиме автономного генератора.

При каком способе торможения ДПТ машина работает в режиме генератора, работающего параллельно с сетью?

при рекуперативном торможении – в режиме генератора, работающего параллельно с сетью.

При каком способе торможения ДПТ машина работает в режиме электрического тормоза?

При торможении противовключением в режиме электрического тормоза.

В чем суть динамического торможения?

В этом режиме цепь якоря двигателя замыкают на внешнее активное сопротивление Rдт. Обмотка параллельного (независимого) возбуждения на все время торможения остается включенной в сеть, и якорь по инерции будет продолжать вращаться в том же направлении. Поэтому ЭДС в обмотке якоря не изменяет свой знак. После отключения якоря от сети (U = 0) и замыкании его на активное сопротивление электромагнитный момент M изменяет свой знак, т.е. становится тормозным.

В чем недостаток динамического торможения?

при малых частотах вращения машина не развивает достаточного тормозного момента.

В чем суть рекуперативного торможения?

Рекуперативное торможение будет происходить в том случае, когда у двигателя, подключенного к сети с напряжением U , скорость n превысит скорость идеального холостого хода. При этом ЭДС обмотки якоря E станет больше напряжения U ток в якоре изменит свое направление. Машина перейдет в генераторный режим работы параллельно с сетью и будет создавать тормозной момент. В этом режиме кинетическая энергия привода преобразуется в электрическую энергию, отдаваемую генератором постоянного тока в сеть.

Где и для чего применяется рекуперативное торможение?

Этот способ торможения служит не для остановки привода, а для его подтормаживания, что характерно для работы подъемных устройств при спуске груза и для электрического транспорта при движении под уклон.

Почему у ДПТ последовательного возбуждения невозможно осуществить рекуперативное торможение?

Так как у них скорость идеального холостого хода равна бесконечности и, следовательно, ЭДС не может быть больше приложенного напряжения.

В чем суть торможения противовключением и чем оно отличается от реверса?

Это электрич. торможениепутём изменения направления момента, развиваемого электродвигателем, на противоположноенаправлению вращения за счёт смены полярности напряжения, подводимого к обмотке вращающегосяякоря, либо переключением двух фаз обмотки статора. В результате Т. п. двигатель быстро останавливается;в момент остановки двигатель должен быть отключён от сети во избежание вращения ротора в обратномнаправлении. Т. п. применяется в электроприводе грузоподъёмных и трансп. машин.

Что такое исполнительные ДПТ, где они применяются?

Исполнительные двигатели постоянного тока применяются в схемах автоматики и телемеханики. они позволяют получать теоретически любые – сколь угодно малые и большие скорости вращения; дают возможность просто, плав- но и экономично регулировать скорость вращения в широком диапазоне; устойчиво работают при любых скоростях вращения; имеют линейные механические и в большинстве случаев регулировочные характеристики; не имеют самохода; по габаритам и массе значительно (в 2.. 3 раза) меньше асинхронных исполнительных двигателей переменного тока; обладают значительным пусковым моментом и в ряде конструкций сравнительно небольшой постоянной времени.

Дата добавления: 2018-05-12 ; просмотров: 561 ; Мы поможем в написании вашей работы!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector