Recuperació d’energia elèctrica i el seu ús

La manera tradicional de desfer-se de l’excés d’energia alliberada a convertidors de freqüència durant la frenada dels motors asíncrons controlats per ells, es va dissipar en forma de calor a les resistències. Les resistències de frenada s’utilitzaven allà on hi hagués una alta inèrcia de la càrrega, per exemple, en centrífuges, en vehicles elèctrics, en bases de càrrega, etc.

Una solució així era necessària per limitar la tensió màxima als terminals dels convertidors en mode de frenada. En cas contrari, els convertidors de freqüència fallarien, ja que seria impossible controlar els paràmetres d’acceleració i frenada.

Les resistències de frenada no carregaven econòmicament l'equip, però sempre comportaven alguns inconvenients. Les resistències són dimensionals, fa molta calor, necessiten protecció contra la humitat i la pols. I tot això només està relacionat amb el fet que cal dissipar l’energia malgastada, per la qual l’empresa paga diners, i els diners no són petits, sobretot si es tracta de producció a gran escala.

A l’estiu, un escalfament addicional de l’aire circumdant és especialment indesitjable, perquè l’equip tecnològic ja s’escalfa amb aire càlid, i també hi ha resistències escalfades fins a 100 graus i superiors. Necessiteu ventilació addicional: de nou els costos.

Però hi ha una altra manera. Per què dissipar l'energia en va? Podeu tornar-la a la xarxa de manera que estalvieu energia. Després vénen al rescat sistemes de recuperació d’energia.

Per descomptat, els convertidors de freqüència actuals redueixen molt el consum d’electricitat per part dels equips, a causa de l’optimització del mètode d’alimentació d’energia de motors de diversos equips tecnològics, i això estalvia recursos. Però l’ús de la recuperació augmenta encara més l’estalvi. L’energia no es pot dissipar per resistències durant la frenada, però es pot retornar a la xarxa, tenint en compte els paràmetres de xarxa actuals.

Avui en dia, els principals fabricants de maquinària i equipament industrial ja estan implementant aquests sistemes en vehicles elèctrics: per a autobusos per a transports, trens elèctrics, escales mecàniques, tramvies i, finalment, per a cotxes elèctrics.

Com funciona el sistema de recuperació? Una font de corrent altern que subministra un motor o una altra instal·lació ha de poder recuperar energia. Per això, en lloc d’un rectificador convencional, s’utilitza un convertidor modulat d’amplada de pols. Aquest convertidor és capaç de dirigir els fluxos d’energia des de la font al consumidor, i des del consumidor fins a la font. D’aquesta manera us permet unir el factor de potència a la unitat.

Una cascada típica IGBT del convertidor de freqüència que funciona en el mode de recuperació es presenta inicialment com a rectificador de corrent sinusoïdal, però en frenar genera un senyal modulat d’amplada d’impuls, en què la direcció del corrent, quan la tensió als terminals està per sobre d’un determinat nivell, no es dirigeix ​​des de la xarxa, i a la xarxa des del circuit de consum.

La diferència de tensió entre la xarxa elèctrica i el circuit de càrrega s'aplica a l'inductor de recuperació. La inductància bloqueja els harmònics d’alta freqüència i s’obté un corrent sinusoïdal gairebé pur, no cal sincronitzar els equips, n’hi ha prou amb aplicar tres impulsos de prova des del modulador PWM a la xarxa per determinar la freqüència i la fase de la tensió en el moment actual.

Un exemple són els convertidors de freqüència amb un sistema de recuperació de les tècniques de control, que s’utilitzen, en particular, a les fàbriques de Lamborghini i Nissan per alimentar bancs d’assaig dinàmics, així com en escales mecàniques i diverses solucions metal·lúrgiques.

L’essència és la mateixa a tot arreu, es crea un flux d'energia bidireccional tant per al consumidor de la xarxa, des de la font, com del consumidor fins a la xarxa. A l’hora de dissenyar sistemes de recuperació es tenen en compte diversos factors: l’interval de la tensió de xarxa, la qualificació d’equips i el factor de potència, la potència màxima tenint en compte la sobrecàrrega, el nivell de pèrdues.

El diagrama que es mostra a la figura mostra una solució d’un sol motor, on l’accionament del motor i l’intercanviador de calor estan cadascun en una còpia, els seus valors són iguals. Però a vegades es produeixen sobrecàrregues de motors i, a continuació, es requereix una unitat de recuperació més potent per tal de cobrir el límit de tensió inferior i les pèrdues de motor.

El mateix principi garanteix el funcionament de diversos motors amb diversos accionaments del motor, alhora que posa una potent unitat de recuperació que pot passar per la potència total per a tots els motors del sistema, tenint en compte la possibilitat de frenada simultània de tots els motors.

Per limitar el corrent d’arrencada en sistemes amb diversos motors, quan es combinen busos de corrent continu, s’utilitzen mòduls tiristors, connectats per contactors a condensadors carregats de corrent continu del convertidor. Després de carregar els condensadors, el mòdul del tiristor està desactivat. Evidentment, els sistemes de recuperació es configuren de manera diferent i es dissenyen individualment.

Parlant de recuperació, no es pot evitar recordar els sistemes de frenada regenerativa utilitzats en motors moderns d’automòbils híbrids, on la base és el camí de recuperació elèctrica de l’energia cinètica.

Sempre que es mou un cotxe, l’energia cinètica es manifesta. Però en frenar-se de la manera tradicional, l’excés d’energia es perd simplement en forma de calor, les pastilles de fre es freguen contra els discos de fre, malgastant en va l’energia cinètica, escalfant material de fricció i metall, perdent finalment calor a l’aire que l’envolta. Aquest és un enfocament molt malgastador.

El sistema de frenada regenerativa no consumeix energia cinètica només per fricció per frenar. En lloc d'això, s'utilitza un motor elèctric inclòs en la transmissió, que comença a actuar com a generador durant la frenada, convertint el parell de l'eix en l'electricitat que carrega la bateria i el pare de frenada del rotor sorgit en el mode generador proporciona al cotxe la frenada desitjada. L’energia emmagatzemada a la bateria d’aquesta manera després d’un temps de nou serveix per moure el cotxe, és a dir, es reutilitza.

La frenada regenerativa permet maximitzar l’ús del recurs disponible de cada càrrega de la bateria i s’estalvia molt el combustible. Atès que en frenar, el 70% de l’energia cinètica es troba a l’eix davanter, el sistema de recuperació es munta a l’eix davanter per tal d’estalviar energia més eficient.

La màxima eficiència de la frenada regenerativa s’aconsegueix a velocitats elevades, i a velocitats baixes, l’eficiència del sistema disminueix. Per aquest motiu, juntament amb la frenada regenerativa, d’una manera o altra, hi ha un sistema de fre de fricció. El control conjunt dels dos sistemes el proporciona un controlador electrònic.

El controlador realitza diverses funcions: controla la velocitat de gir de les rodes, manté el parell de frenada correcte, distribueix la força de frenada entre els frens de recuperació i fricció i manté un parell que és acceptable per a una càrrega de bateria òptima.

Per descomptat, no hi ha cap connexió mecànica directa entre el pedal de fre i les pastilles de fregament en aquests cotxes. La unitat electrònica garanteix la correcta interacció de l’ABS, el sistema d’estabilitat del canvi, el sistema de distribució de la força de fre i l’alimentació del fre d’emergència.