Регенеративное торможение: Что такое рекуперативное торможение | MBH News

Содержание

Что такое рекуперативное торможение | MBH News

С момента выхода в свет Toyota Prius стукнуло уже за 20 лет, и с тех пор концепция рекуперативного(регенеративного) торможения стала достаточно известной, как метод повышения дальности пробега в гибридных и электрических транспортных средствах. Но знаете ли вы, что применение не ограничивается EV автомобилями? В наши дни вы можете найти ее во всем, в том числе велосипедах, скейтбордах и самокатах.

(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.

Что такое рекуперативное торможение

Движущиеся объекты обладают кинетической энергией, а когда применяется тормоз для замедления, всей этой мощи необходимо куда-то идти.

Вернемся немного в прошлое, давние времена эры неандертальцев или просто машин с ДВС. В таких автомобилях тормоза основаны исключительно на трении, поэтому при замедлении вся энергия превращается в тепло, а значит уходит в никуда, просто теряется в окружающей среде.

Но мы все же эволюционировали и нашли пути получше. Регенеративное торможение использует мотор электромобиля в качестве генератора для преобразования основной доли кинетической энергии, теряемой при замедлении, назад в батарею. В следующий раз, когда машина ускоряется, она расходует часть энергии, ранее сохраненную от рекуперативного торможения.

(Регенеративная система bmw i3)

Важно понять, что регенеративное торможение не является магическим увеличителем диапазона пробега электромобилей. Оно не делает машины более эффективными как таковые, а просто делает их менее неэффективными. В принципе, самым лучшим вариантом езды будет разгон до постоянной скорости, а затем никогда не касаться педали тормоза. Поскольку чтобы замедлиться, а потом снова вернуться к прежней скорости, потребуются лишние затраты сил, то вы получите куда больший диапазон хода, в первую очередь просто не замедляясь.

Но, очевидно, что это не реалистично. Так как нам приходится снижать скорость многократно, рекуперация — это следующий лучший вариант, так как она делает этот процесс менее бесполезным.

Насколько хорошо рекуперативное торможение

Чтобы правильно оценить данную технологию, нам нужно посмотреть на два разных параметра: коэффициент полезного действия(КПД) и эффективность. Несмотря на кажущееся сходство, они совершенно разные. КПД говорит о том, с каким успехом захватывается «потерянная» мощность торможения. Все превратилось в тепло или удалось перевести кинетический потенциал в нужное русло? С другой стороны, эффективность относится к тому, как сильно влияет регенеративное торможение на длину пути. Значительно ли увеличится ваш диапазон, или вы даже не заметите большой разницы?

(визуализация работы системы рекуперация энергии торможения
в машинах VW — Volkswagen)

КПД

Никакая машина не способна достичь коэффициента полезного действия в 100% (без нарушения законов физики), так как любая передача энергии неизбежно повлечет за собой потерю в форме тепла, света, шума и т. д. КПД процесса зависит от многих факторов, таких как двигатель, батарея и контроллер, но часто значение оценивается в районе 60-70%. По словам Tesla, их технология обычно теряет 10-20% кинетического потенциала при попытке его захватить, а затем еще 10-20% при преобразовании отложенных запасов обратно в ускорение. Это довольно стандартные числа для основной массы электрических транспортных средств, включая машины, грузовики, велосипеды, самокаты и т. д.

Отметим, что эти 70% не говорят нам, что регенеративное торможение даст 70% -ный рост пути от одного заряда. Технология не приведет к увеличению диапазона от 100 км до 170 км. Это лишь означает, что 70% кинетической энергии, потерянной во время торможения, может быть снова возвращено.

Поэтому рассмотрение лишь КПД системы мало что значит. Что должно нас больше заинтересовать, так это эффективность рекуперативного торможения.

Эффективность

Здесь все куда интереснее. Эффективность рекуперативного торможения — это показатель того, насколько система способна увеличить запас хода транспортного средства.

Как вы, наверное, уже догадались, показатель значительно варьируется в зависимости от факторов, включая условия движения, местность и размер транспортного средства.

Немалое влияние оказывают условия вождения. Вы увидите значительно лучшую отдачу в городе, где приходится многократно сбрасывать скорость на светофорах или в пробках, чем на шоссе. Ландшафт также играет весомую роль. Подъем в гору не дает вам много шансов на остановку, а вот при спуске для безопасности часто нужно притормаживать, что позволит преобразовать больший объем кинетических запасов. На длинных склонах рекуперативная система может применяться почти без остановок, чтобы регулировать скорость, тем самым заряжая аккумулятор в течении продолжительного промежутка.

Размер транспортного средства может быть самым значительным фактором для данного показателя по той простой причине, что более тяжелые тела содержат в себе гораздо больший импульс и кинетическую энергию. Подобно тому, как большой маховик является более эффективным, четырехколесный автомобиль имеет куда больше кинетической энергии при движении, чем мотоцикл или самокат.

Эффективность системы регенерации в автомобилях

Данные для сравнения могут быть несколько сложными. Машины Tesla выдают мощность рекуперативного торможения в 60 кВт при жесткой остановке, но это не отвечает на более интересный вопрос. Мы хотим знать, сколько энергии мы регенерируем во время поездки, а не насколько сильны наши тормоза каждый раз, когда мы месим педаль.

К счастью, ряд водителей Tesla смогли посчитать возврат энергии, используя различные приложения для отслеживания данных. Владельцы Model S сообщили о возмещении около 32% от общего потребления энергии в момент подъема, а затем спуска на холмистой местности. Таким образом, при таком коэффициенте ход увеличивается со 100 до 132 км. Другой собственник рассказал о регенерации 28% энергии (форум на датском языке). Остальные же пишут, что во время обычных поездок возвращается в среднем 15-20% от общего потребления.

Другие автопроизводители также использую данную систему в своих машинах. Например Audi говорит, что технология рекуперативного торможения, установленная в Audi Q7 позволит сэкономить до 3% топлива. Но если брать только электромобили, то компания обещает увеличение длины пути на 30% в их будущей модели Audi e-Tron.

Эффективность рекуперативного торможения в велосипедах, самокатах, скейтбордах и других персональных EV

Для небольших электрических транспортных средств цифры не столь оптимистичны. На многих велосипедах с функцией рекуперативного торможения средним показателем является 4-5% регенерации, максимум 8% в холмистых районах. Другие персональные электромобили, включая самокаты и скейтборды, имеют схожие результаты.

Как мы писали выше, столь небольшие цифры во многом связаны с меньшим весом данных средств. У них просто нет большого импульса и, следовательно, они имеют меньшую кинетическую энергию для преобразования обратно аккумулятор.

А это вообще важно, насколько хорошо работают рекуперативные тормоза?

В индустрии электрических велосипедов регенеративное торможение иногда может использоваться скорее как маркетинговый инструмент, чем как целесообразное нововведение. Поскольку технология, как правило, возможна только в электрических байках с более крупными безредукторными двигателями, то производители таких велосипедов будут обязательно использовать столь эффективную разработку в своих моделях. В то же время компании, выпускающие байки со среднеразмерными приводами и другими редукторными моторами, которые не приспособлены к регенеративному торможению, относят технологию в разряд неэффективных и просто не ставят.

Истина заключается в том, что для небольших и персональных транспортных средств рекуперация не так эффективна, как в крупных электромобилях, однако эта функция все равно имеет множество преимуществ.

Одним из самых весомых плюсов разработки можно назвать применение в качестве еще одной замедляющей силы для небольших персональных EV. К примеру, электрический самокат Xiaomi M365 для переднего моторного колеса использует только остановку регенерацией, в то время как для заднего колеса применяется традиционный дисковый тормоз. Это означает, что самокат имеет два независимых элемента замедления хода с одним рычагом управления для их активации, что снижает стоимость, вес и сложность сборки.

Рекуперация также позволяет внести механизм остановки в скейтборды — подвиг, который ранее выполнялся через трение подошвы вашей обуви о тротуар. Данная функция является очень полезной для безопасности в связи с появлением популярных моделей, достигающих скоростей более 30 км/ч.

Еще одним преимуществом регенеративного торможения является продление срока службы обычным тормозным деталям, таким как кабели и тормозные колодки. Постоянное обслуживание и замена данных частей раздражает, а если учесть, что электрические велосипеды и самокаты путешествуют намного дальше и быстрее, чем их не электрические братья, то детали изнашиваются намного раньше.

В конце концов, регенеративное торможение никогда не будет столь полезным в небольших средствах передвижения, как в крупных, просто из-за законов физики. Поэтому отсутствие технологии на электрических велосипедах и других малых EV для личного пользования не есть что-то ужасное. Однако преимущества использования этой разработки, без учета простого перехвата мощностей, нельзя игнорировать. И эй, вы будете получать бесплатный 5%-ный рост диапазона каждый день!

Эта таинственная рекуперация / Хабр

Двигатель постоянного тока, стоящий в моноколесе, может работать как генератор, заряжая батареи на торможении. Однако возможность еще не означает, что рекуперация непременно есть. Из того, что у людей заряжались колеса при, например, спуске с горы, можно сделать вывод, что рекуперация в моноколесах все-таки используется, но ее точный вклад в торможение оставался неизвестным. Но недавно пользователи форума Электротранспорт.ру сделали полноценный ваттметр с логгером и посмотрели, что происходит с током и напряжением при езде. По результатам измерений рекуперация есть точно, но куда-то пропал еще один тип торможения.

Немного физики

Электродвигатели постоянного тока, которые стоят на моноколесах, имеют три варианта торможения.

Рекуперативное торможение. В этом случае двигатель превращается в генератор и переводит кинетическую энергию в электрический ток, который уходит в сеть (электровозы и метро) или в аккумуляторы (электрокары). Рекуперативное торможение возможно, когда скорость вращения превышает скорость идеального холостого хода.

Реостатное торможение. Здесь двигатель также работает, как генератор, но получаемая энергия уходит в нагрев тормозных резисторов. Довольно распространено на железной дороге.


Тормозные резисторы

Реверсивное торможение, оно же торможение противотоком или противовключением. В этом случае двигатель не превращается в генератор, но начинает тянуть в противоположную движению сторону. Например, если электромотор тянет вверх груз, и на этот груз запрыгивает хулиган, перевешивая возможности мотора, то груз начнет опускаться, а двигатель окажется в режиме реверсивного торможения. В таком режиме протекающий через обмотки ток гораздо выше, чем при нормальной работе, и это может создать определенные проблемы.

Специфика моноколеса

У многих моноколес нет передней и задней части, и контроллер не разгоняется и не тормозит, а все время решает задачу обратного маятника, пытаясь подъехать под ездока, который может пользоваться этим для эффектных трюков.


Например, здесь райдер очень резко тормозит и начинает разгоняться вправо.

Также, известно, что в конструкции моноколеса нет тормозных резисторов, и реостатное торможение в принципе невозможно. Теоретически, логично предположить, что в процессе торможения сначала на высокой скорости будет задействоваться рекуперативное торможение, которое на каком-то этапе перейдет в торможение противовключением, которое, если мы не прекратим давить на педаль в ту же сторону, перейдет уже в двигательный режим, и мы поедем в противоположную сторону. Но реальные измерения оказались очень любопытными.

Исследования на железе

Пользователь форума Drift3r собрал из Raspberry Pi и «nRF24L01+» ваттметр с логгером, который устанавливался в разрыв кабеля от аккумуляторных батарей.

В собранном виде на колесе другого пользователя Ripido

Ваттметр учитывал направление тока, там, где батареи заряжались, ток и мощность уходили в минус.


График в полном размере

Если посмотреть на красные линии, то получается, что в глубоком устоявшемся торможении не видны следы торможения противотоком — пока скорость падает, ток идет в батареи.

Интересно, что показатели встроенного логгера, если не учитывать ток по модулю, отличаются от данных ваттметра только на участках довольно резких маневров.


График в полном размере, Awhe, Vwhe — встроенный логгер колеса, Alog, Vlog — логи ваттметра

Гипотезы и возможные эксперименты

Как можно объяснить такие графики?
  1. Торможение противотоком пропало из-за усреднения или рассинхронизации данных, графики не отражают реального положения вещей.
  2. Очень низкое значение скорости идеального холостого хода позволяет тормозить почти до нуля, и переход на торможение противотоком мы не замечаем

Также, попробуем провести следующий мысленный эксперимент. Ситуация первая — мы катимся с горки со скоростью 20 км/ч. В этом случае, очевидно, работает рекуперация. Ситуация вторая — мы стоим на горке (моноколесо стоять не может, так что мы легко касаемся пальцами столба и за счет этого не заваливаемся набок). В этом случае мы, очевидно, работаем в тяговом режиме, потому что надо прикладывать усилие, чтобы не покатиться вниз. Ситуация третья — мы спускаемся со скоростью 1 миллиметр в секунду с крутой горки, придерживаясь за столб. В этом случае колесо, очевидно, работает в режиме противовключения, потому что итоговый баланс энергии отрицательный — она расходуется на то, чтобы не скатиться под горку быстрее, чем мы движемся. И где-то между ситуациями 1 и 3 у нас будет переходный момент, когда итоговый энергетический баланс будет околонулевым — скатываться быстрее будет выгодно энергетически, а движение медленнее будет требовать энергетических затрат.

Практическое применение

У всех этих рассуждений есть очень простые следствия:

Есть забавная история о том, как на трассе заряжали электромобиль Tesla — его взяли на буксир, и водитель Tesla давил на педаль тормоза, чтобы рекуперация заряжала батареи. С моноколесами то же самое — если у вас почти сел аккумулятор, пусть вас возьмет на буксир соратник на велосипеде, самокате, роликах или моноколесе (пожалуйста, берегите себя и не пробуйте цепляться за машины или общественный транспорт!).

У моноколес есть защита от перезаряда батарей. То есть, если вы оказались на вершине горы с полной батареей, попытка спуститься будет сопряжена с тревожными сигналами моноколеса о перезаряде аккумуляторов — обычно они начинают пищать и задирать педали (вместо горизонтального положения их передняя часть будет выше задней). Но это легко исправить — проехав метров сто вверх, желательно побыстрее, вы сможете спуститься на километр-два. Лайфхак повторять до окончания спуска.

Заключение

В публикации использованы фотографии пользователей Ripido и Drift3r, темы, где обсуждалась рекуперация тут и тут. Также использованы стоп-кадры из рекламного ролика с участием недавнего победителя конкурса моноколесных талантов Дамьена Гоме. Дамьен — профессиональный акробат, поэтому ролик, на мой взгляд, красив сам по себе и наглядно показывает возможности любого хорошего моноколеса.

Регенеративный тормоз • ru.knowledgr.com

Регенеративный тормоз — энергетический механизм восстановления, который замедляет транспортное средство или объект, преобразовывая его кинетическую энергию в другую форму, которая может или немедленно использоваться или сохранена, пока не необходимый. Это контрастирует с обычными тормозными системами, где избыточная кинетическая энергия преобразована, чтобы нагреться трением в тормозных накладках и поэтому потрачена впустую.

Общий

Наиболее распространенная форма регенеративного тормоза включает использование электродвигателя как электрический генератор. В электрических железных дорогах произведенное электричество возвращено в систему поставки. В батарее электрические и гибридные электромобили энергия сохранена химически в батарее, электрически в банке конденсаторов, или механически во вращающемся маховом колесе. Гидравлические гибридные автомобили используют гидравлические двигатели, чтобы сохранить энергию в форме сжатого воздуха.

Ограничения

Традиционное основанное на трении торможение должно использоваться вместе с механическим регенеративным торможением по следующим причинам:

  • Регенеративное тормозящее действие понижается на более низких скоростях; поэтому тормоз трения все еще требуется, чтобы принести транспортное средство к полной остановке. Физический захват ротора также требуется, чтобы препятствовать тому, чтобы транспортные средства катились по холмам.
  • Тормоз трения — необходимая резервная копия в случае отказа регенеративного тормоза.
У
  • большинства дорожных транспортных средств с регенеративным торможением только есть власть на некоторых колесах (как в автомобиле с двумя приводами колес), и регенеративная мощность торможения только относится к таким колесам, потому что они — единственные колеса, связанные с двигателем двигателя, поэтому чтобы обеспечить торможение, которым управляют, при трудных условиях (такой как во влажных дорогах), трение базировалось, торможение необходимо на других колесах.
  • Сумма электроэнергии, способной к разложению, ограничена или возможностью системы поставки поглотить эту энергию или на состоянии заряда батареи или конденсаторов. Эффективное регенеративное торможение может только произойти, если батарея или конденсаторы не полностью заряжены. Поэтому нормально также включить динамическое торможение, чтобы поглотить избыточную энергию.
  • Под чрезвычайной ситуацией, тормозящей его, желательно, чтобы тормозное усилие проявило быть максимумом, позволенным разногласиями между колесами и поверхностью без скольжения по всему диапазону скорости от максимальной скорости транспортного средства вниз к нолю. Максимальная сила, доступная для ускорения, как правило, намного меньше, чем это кроме случая чрезвычайных высокоэффективных транспортных средств. Поэтому, власть, требуемая быть рассеянной тормозной системой при условиях торможения чрезвычайной ситуации, может быть много раз максимальной мощностью, которая поставлена при ускорении. Тяговые двигатели, измеренные, чтобы обращаться с властью двигателя, могут не быть в состоянии справиться с дополнительным грузом, и батарея может не быть в состоянии принять, бросаются на достаточно высокий показатель. Торможение трения требуется, чтобы рассеивать избыточную энергию, чтобы позволить приемлемую чрезвычайную тормозную характеристику.

По этим причинам, как правило, есть потребность управлять регенеративным торможением и соответствовать трению и регенеративному торможению, чтобы произвести желаемое полное тормозящее действие. GM EV-1 была первым коммерческим автомобилем, который сделает это. Инженеры Абрахам Фараг и Лорен Мэджерсик были выпущены два патента для этой технологии тормоза по проводам.

Кроме того, ранние заявления обычно страдали от серьезной угрозы безопасности. Во многих ранних электромобилях с регенеративным торможением те же самые положения диспетчера использовались, чтобы применить власть и применить регенеративный тормоз с функциями, обмениваемыми отдельным выключателем. Это привело ко многим серьезным несчастным случаям, когда водители случайно ускорились, намереваясь тормозить, такие как крушение потерявшего управление поезда в Wädenswil, Швейцария в 1948, которая убила двадцать одного человека.

Преобразование в электроэнергию: двигатель как генератор

Транспортные средства, которые ведут электродвигатели, используют двигатель в качестве генератора, используя регенеративное торможение: это управляется как генератор во время торможения, и его продукция поставляется электрической нагрузке; передача энергии к грузу обеспечивает тормозящее действие.

Регенеративное торможение используется на гибридных газовых/электрических автомобилях, чтобы возместить часть энергии, потерянной во время остановки. Эта энергия сохраняется в аккумуляторной батарее и используется позже, чтобы привести двигатель в действие каждый раз, когда автомобиль находится в электрическом способе.

Ранними примерами этой системы были переднеприводные преобразования гужевых такси Луи Антуаном Кригером (1868–1951). У Кригера электрический landaulet был двигатель двигателя в каждом переднем колесе со вторым набором параллели windings (бифилярная катушка) для регенеративного торможения. В Англии система Рэуорта «регенеративного контроля» была введена операторами трамвая в начале 1900-х, так как это предложило им экономические и эксплуатационные преимущества, как объяснил А. Рэуорт Лидса в некоторых деталях. Эти включенные системы трамвая в Девонпорте (1903), Rawtenstall, Бирмингем, Кройдон хрустального дворца (1906), и многие другие. Замедляя скорость автомобилей или хранения его в руке на спускающихся градиентах, двигатели работали генераторами и тормозили транспортные средства. У автомобилей трамвая также были тормоза колеса и тормоза комнатной туфли следа, которые могли остановиться, трамвай должен электрические тормозные системы терпеть неудачу. В нескольких случаях автомобильные двигатели трамвая были раной шунта вместо серийной раны, и системы на линии Хрустального дворца использовали параллельных ряду диспетчеров. После серьезного несчастного случая в Rawtenstall эмбарго было помещено в эту форму тяги в 1911. Двадцать лет спустя регенеративная тормозная система была повторно введена.

Регенеративное торможение было в широком употреблении на железных дорогах в течение многих десятилетий. Железная дорога Баку-Тбилиси-Батуми (Железная дорога Транс-Кавказа или грузинская железная дорога) начала использовать регенеративное торможение в начале 1930-х. Это было особенно эффективно на крутом и опасном Проходе Surami. В Скандинавии Кируна к железной дороге Нарвика несет железную руду от шахт в Кируне на севере Швеции вниз к порту Нарвика в Норвегии по сей день. Вагоны полны тысяч тонн железной руды на пути вниз к Нарвику, и эти поезда производят большие суммы электричества их регенеративным торможением. От Риксгрэнсена на национальной границе к Порту Нарвика поезда используют только одну пятую власти, которую они восстанавливают. Восстановленная энергия достаточна, чтобы привести пустые поезда в действие назад до национальной границы. Любая избыточная энергия от железной дороги накачана в энергосистему, чтобы снабдить дома и компании в регионе, и железная дорога — чистый генератор электричества.

Энергетический Тормоз Регенерации был разработан в 1967 для AMC Amitron. Это было абсолютно работающим от аккумулятора городским концептуальным автомобилем, батареи которого перезаряжались регенеративным торможением, таким образом увеличивая диапазон автомобиля.

Много современных гибридных автомобилей и электромобилей используют эту технику, чтобы расширить диапазон аккумуляторной батареи. Регенеративное торможение в транспортных средствах стало особенностью, с появлением технологии поезда АК-Драйв, разработанной Миро Зориком. Примеры включают General Motors EV1, Toyota Prius, Honda Insight, Vectrix электрический скутер макси, Родстер Тесла, Модель S Тесла, Nissan Leaf, Маиндра Рева, Chevrolet Volt, Fiat 500e и Ford C Max.

Электрическая железнодорожная эксплуатация транспортного средства

В 1886 Sprague Electric Railway & Motor Company, основанная Франком Дж. Спрэгу, ввела два важных изобретения: постоянная скорость, незажигая двигатель с фиксированными щетками и регенеративное торможение, метод, тормозящий, который использует двигатель двигателя, чтобы возвратить власть к главной системе поставки.

Во время торможения связи тягового двигателя изменены, чтобы превратить их в электрические генераторы. Моторные области связаны через главный генератор тяги (MG), и моторные арматуры связаны через груз. MG теперь волнует моторные области. Катящийся локомотив или многократные колеса единицы поворачивают моторные арматуры и моторный акт как генераторы, или отправка произведенного тока через бортовые резисторы (динамическое торможение) или назад в поставку (регенеративное торможение). По сравнению с электро-пневматическими тормозами трения, тормозящими с тяговыми двигателями, может быть отрегулирован более быстрое улучшение выполнения защиты понижения колеса.

Для данного направления путешествия электрический ток через моторные арматуры во время торможения будет напротив этого во время езды на автомобиле. Поэтому, двигатель проявляет вращающий момент в направлении, которое противоположно от катящегося направления.

Усилие торможения пропорционально продукту магнитной силы области windings, умноженный на ту из арматуры windings.

Сбережения 17% требуются Девственные Поезда Pendolinos. Есть также меньше изнашивания компонентов торможения трения. Метро Дели спасло приблизительно 90 000 тонн углекислого газа от того, чтобы быть выпущенным в атмосферу, восстановив часы на 112 500 мегаватт электричества с помощью регенеративных тормозных систем между 2004 и 2007. Ожидается, что Метро Дели спасет более чем 100 000 тонн от того, чтобы быть испускаемым в год, как только его фаза II полна с помощью регенеративного торможения.

Другая форма регенеративного торможения используется на некоторых частях Лондонского метрополитена, который достигнут при наличии маленьких наклонов, ведущих вверх и вниз со станций. Поезд замедляет подъем, и затем снижает наклон, таким образом, кинетическая энергия преобразована в гравитационную потенциальную энергию в станции. Это обычно находится на глубоких частях тоннеля сети и не вообще над землей или на сокращении и разделах покрытия Столичных Линий и Окружных Линий.

Электричество, произведенное регенеративным торможением, может быть возвращено в электроснабжение тяги; или возмещенный против другого электрического требования к сети в тот момент, используемый для грузов власти головного узла или сохраненный в lineside системах хранения для более позднего использования.

Сравнение динамических и регенеративных тормозов

Динамические тормоза («rheostatic тормоза» в Великобритании), в отличие от регенеративных тормозов, рассеивают электроэнергию как высокую температуру, передавая ток через крупные банки переменных резисторов. Транспортные средства, которые используют динамические тормоза, включают грузоподъемники, дизельно-электрические локомотивы и трамваи. Эта высокая температура может использоваться, чтобы нагреть интерьер транспортного средства или рассеиваться внешне большими подобными радиатору капюшонами, чтобы разместиться банкам резистора.

Главный недостаток регенеративных тормозов при сравнении с динамическими тормозами — потребность близко согласовать произведенный ток с особенностями поставки и увеличенными затратами на обслуживание линий. С поставками DC это требует, чтобы напряжением близко управляли. Поставка мощности переменного тока и пионер конвертера частоты Миро Зорик и его первая электроника мощности переменного тока также позволили этому быть возможным с поставками AC. Частота поставки должна также быть подобрана (это, главным образом, относится к локомотивам, где поставка AC исправлена для электродвигателей постоянного тока).

В областях, где там существует постоянная потребность во власти, не связанной с перемещением транспортного средства, такого как высокая температура электропоезда или кондиционирование воздуха, это требование груза может быть использовано как слив для восстановленной энергии через современные системы тяги AC. Этот метод стал нравящимся североамериканским пассажирским железным дорогам, где грузы Власти Головного узла, как правило, находятся в области 500 кВт круглый год. Используя грузы HEP таким образом побудил недавние электрические проекты локомотива, такие как ВЕРШИНА 46 и ACS-64 устранять использование динамических сеток тормозного резистора и также избавляет от любой необходимости любую внешнюю инфраструктуру власти приспосабливать восстановление власти, позволяющее самоприведенные в действие транспортные средства использовать регенеративное торможение также.

Небольшое количество крутых железных дорог сорта использовало 3-фазовое электроснабжение и 3-фазовые асинхронные двигатели. Это приводит к близкой постоянной скорости для всех поездов, поскольку двигатели вращаются с частотой поставки и при езде на автомобиле и торможении.

Преобразование в механическую энергию

Кинетические энергетические системы восстановления

Кинетические энергетические системы восстановления (KERS) использовались в течение сезона Формулы Один автоспорта 2009 года и разрабатываются для дорожных транспортных средств. KERS был оставлен в течение сезона Формулы Один 2010 года, но повторно введен в течение сезона 2011 года. К 2013 все команды использовали KERS с Marussia, начинающим использование в течение сезона 2013 года. Одна из главных причин, что не все автомобили использовали KERS немедленно, — то, потому что это поднимает центр тяжести автомобиля и уменьшает сумму балласта, который доступен, чтобы уравновесить автомобиль так, чтобы это было более предсказуемо, поворачиваясь. Правила FIA также ограничивают эксплуатацию системы. Понятие передачи кинетической энергии транспортного средства, используя аккумулирование энергии махового колеса постулировалось физиком Ричардом Феинменом в 1950-х и иллюстрируется такими системами как Zytek, Flybrid, Торотрэк и Кстрэк, используемый в F1. Дифференциал базировался, системы также существуют, такие как Кембриджский Пассажир/Коммерческое транспортное средство Кинетическая энергетическая Система Восстановления (CPC-KERS).

Xtrac и Flybrid — оба лицензиаты технологий Торотрэка, которые используют маленькую и сложную вспомогательную коробку передач, включающую непрерывно переменную передачу (CVT). CPC-KERS подобен, поскольку это также является частью собрания автомобильной трансмиссии. Однако целый механизм включая маховое колесо сидит полностью в центре транспортного средства (бывший похожий на барабанный тормоз). В CPC-KERS дифференциал заменяет CVT и передает вращающий момент между маховым колесом, колесом двигателя и дорожным колесом.

Используйте в автоспорте
История

Первой из этих систем, которые будут показаны, был Flybrid. Эта система весит 24 кг и имеет энергетическую мощность 400 кДж после обеспечения внутренних потерь. Повышение максимальной мощности 60 кВт (81,6 пз, 80,4 л. с.) в течение 6,67 секунд доступно. Маховое колесо 240 мм диаметром весит 5,0 кг и вращается максимум в 64 500 об/мин. Максимальный вращающий момент составляет 18 нм (13.3 ftlbs). Система занимает объем 13 литров.

О

двух незначительных инцидентах сообщили во время тестирования систем KERS в. Первое произошло, когда команда Гонок Red Bull проверила их батарею KERS впервые в июле: это работало со сбоями и вызвало панику огня, которая привела к эвакуируемой фабрике команды. Второе было меньше чем неделю спустя, когда механику BMW Sauber дали удар током, когда он коснулся KERS-оборудованного автомобиля Кристиана Клина во время теста на трассе Хереса.

FIA

Формула Один заявила, что они поддерживают ответственные решения экологических проблем в мире, и FIA позволил использование KERS в инструкциях в течение сезона Формулы Один 2009 года. Команды начали проверять системы в 2008: энергия может или быть сохранена как механическая энергия (как в маховом колесе) или как электроэнергия (как в батарее или суперконденсаторе).

С введением KERS в сезон 2009 года только четыре команды использовали его в некоторый момент в сезон: Феррари, Renault, BMW и Макларен. В конечном счете, в течение сезона, Renault и BMW прекратили использовать систему. Vodafone Макларен Мерседес стал первой командой, которая выиграет F1 GP, используя KERS, оборудовал автомобиль, когда Льюис Гамильтон выиграл венгерского Гран-При 26 июля 2009. Их второй KERS оборудовал автомобиль, законченный пятый. В следующей гонке Льюис Гамильтон стал первым водителем, который возьмет выигрышное положение с автомобилем KERS, его помощником команды, Хейкки Ковалайненом, готовящимся второй. Это было также первой инстанцией всего переднего ряда KERS. 30 августа 2009 Кими Райкконен победил, бельгийский Гран-При с его KERS оборудовал Феррари. Это был первый раз, когда KERS способствовал непосредственно победе гонки с занявшим второе место Джанкарло Физикеллой, требующим «Фактически, я был более быстрым, чем Кими. Он только взял меня из-за KERS вначале».

Хотя KERS был все еще законен в F1 в сезон 2010 года, все команды согласились не использовать его. Новые правила в течение сезона F1 2011 года, который поднял минимальный предел веса автомобиля и водителя на от 20 кг до 640 кг, наряду с командами ФОТА, соглашающимися на использование устройств KERS еще раз, означали, что KERS возвратился в течение сезона 2011 года. Это все еще дополнительное, как это было в сезон 2009 года; в сезон 2011 года 3 команды выбрали не использовать его. В течение сезона 2012 года только Marussia и HRT мчались без KERS, и к 2013, с отказом в HRT, все 11 команд на сетке управляли KERS.

В течение сезона 2014 года хранения власти KERS (теперь названный MGU-K) единицы увеличились с 60 кВт до 120 кВт. Это должно было уравновесить движение спорта с 2,4-литровых двигателей V8 на 1,6-литровые двигатели V6. Предохранительные параметры настройки системы тормоза по проводам, которая теперь добавляет KERS, стали при экспертизе способствующим фактором в катастрофе Жюля Бьянки на японском Гран-При 2014 года.

Производители авточасти

Обслуживание Мотоспорта Bosch развивает KERS для использования в автомобильных гонках. Эти системы хранения электричества для гибрида и функций двигателя включают литий-ионный аккумулятор с масштабируемой способностью или маховым колесом, четырех-восьмикилограммовый электродвигатель (с уровнем максимальной мощности), а также диспетчер KERS для управления батареей и власти. Bosch также предлагает диапазон электрических гибридных систем для приложений коммерческого и легкого режима.

Автопроизводители

Автомобилестроители включая Хонду проверяли системы KERS. В 2008 1 000 км Сильверстоуна Peugeot Sport представил Peugeot 908 HY, гибридный электрический вариант дизеля 908, с KERS. Пежо запланировал провести кампанию автомобиль в 2009 Серийный сезон Ле-Мана, хотя это не было способно к зарабатыванию очков чемпионата. Пежо планирует также сжатый воздух регенеративная трансмиссия торможения под названием Гибридный Воздух.

Макларен Мерседес Vodafone начал проверять их KERS в сентябре 2008 в испытательной площадке Хереса в подготовке в течение сезона F1 2009 года, хотя в то время еще не было известно, будут ли они управлять электрической или механической системой. В ноябре 2008 было объявлено, что Freescale Semiconductor будет сотрудничать с Электронными системами Макларена, чтобы далее развить его KERS для автомобиля Формулы Один Макларена с 2010 вперед. Обе стороны полагали, что это сотрудничество улучшит систему Макларена KERS и поможет отнести системный фильтр к дорожной автомобильной технологии.

Тойота использовала суперконденсатор для регенерации на Выше гибридном гоночном автомобиле HV-R, который выиграл 24 Часа гонки Tokachi в июле 2007.

Мотоциклы

Мчащийся босс KTM Харальд Бартоль показал, что фабрика мчалась с секретной кинетической энергетической системой восстановления (KERS), приспособленной к мотоциклу Томми Коямы во время окончания сезона 2008 года 125cc Гран-При Valencian. Это противоречило правилам, таким образом, им запретили выполнение его впоследствии.

Велосипеды

Регенеративное торможение также возможно на неэлектрическом велосипеде. EPA, работающее со студентами из Мичиганского университета, развило гидравлический Regenerative Brake Launch Assist (RBLA).

Гонки

Automobile Club de l’Ouest, организатор позади ежегодного события 24 часов Ле-Мана и Ряда Ле-Мана в настоящее время «изучают определенные правила для LMP1, который будет оборудован кинетической энергетической системой восстановления». Пежо был первым изготовителем, который представит полностью функционирование автомобиль LMP1 в форме 908 HY в Автоспортивной гонке 1 000 км 2008 года в Сильверстоуне.

Термодинамика

Маховое колесо KERS

Энергия махового колеса может быть описана этим общим энергетическим уравнением, предположив, что маховое колесо — система:

:

Где:

:* энергия в маховое колесо.

:* энергия из махового колеса.

:* изменение в энергии махового колеса.

Предположение сделано этим во время торможения нет никакого изменения в потенциальной энергии, теплосодержании махового колеса, давления или объема махового колеса, поэтому только кинетическую энергию рассмотрят. Поскольку автомобиль тормозит, никакая энергия не рассеяна маховым колесом, и единственная энергия в маховое колесо — начальная кинетическая энергия автомобиля. Уравнение может быть упрощено до:

:

Где:

:* масса автомобиля.

:* начальная скорость автомобиля как раз перед торможением.

Маховое колесо собирает процент начальной кинетической энергии автомобиля, и этот процент может быть представлен. Маховое колесо хранит энергию как вращательную кинетическую энергию. Поскольку энергия сохранена как кинетическая энергия и не преобразована в другой тип энергии, этот процесс эффективен. Маховое колесо может только сохранить так много энергии, однако, и это ограничено ее максимальной суммой вращательной кинетической энергии. Это определено основанное на инерции махового колеса и его угловой скорости. Поскольку автомобиль простаивает, мало вращательной кинетической энергии теряется в течение долгого времени, таким образом, начальная сумма энергии в маховом колесе, как может предполагаться, равняется заключительной сумме энергии, распределенной маховым колесом. Сумма кинетической энергии, распределенной маховым колесом, поэтому:

:

Регенеративные тормоза

У

регенеративного торможения есть подобное энергетическое уравнение к уравнению для механического махового колеса. Регенеративное торможение — двухступенчатый процесс, включающий двигатель/генератор и батарею. Начальная кинетическая энергия преобразована в электроэнергию генератором и тогда преобразована в химическую энергию батареи. Этот процесс менее эффективен, чем маховое колесо. Эффективность генератора может быть представлена:

:

Где:

:* работа в генератор.

:* работа, произведенная генератором.

Единственная работа в генератор — начальная кинетическая энергия автомобиля, и единственная работа, произведенная генератором, является электроэнергией. Реконструкция этого уравнения, чтобы решить для власти, произведенной генератором, дает это уравнение:

:

Где:

:* количество времени автомобильные тормоза.

:* масса автомобиля.

:* начальная скорость автомобиля как раз перед торможением.

Эффективность батареи может быть описана как:

:

Где:

:*

:*

Работа из батареи представляет сумму энергии, произведенной регенеративными тормозами. Это может быть представлено:

:

См. также

  • Тормоз (железная дорога)
  • Электромагнитный тормоз
  • Динамическое торможение
  • Регенеративный (дизайн)
  • Регенеративный амортизатор
  • Гибридный синергетический привод

Что такое рекуперативная система торможения?

111 Мир в последние годы просто «заболел» возобновляемыми источниками энергии и вопросами экологии. Мы научились приводить в движение машину не только бензином, но и шоколадом и даже детскими подгузниками. Но ведь правда, почему мы должны производить отходы и загрязнять ими планету, если из мусорного пластика можно произвести пластиковые пакеты, а из отходной древесины — бумагу на кассовые чеки? Вот и автомобилестроители задумались: почему мы должны просто «убивать» энергию (кинетическую) качения автомобиля, когда мы можем её преобразовывать и аккуратно и бережливо складывать в аккумулятор?! Так и появилась рекуперативная система торможения автомобиля.

Рекуперативная тормозная система используется в автомобилях, чтобы окупить часть энергии, которая теряется, когда автомобиль тормозит. Эта технология используется, в основном на гибридных и электрических транспортных средствах, использующих как бензин или дизельное топливо, так и электричество в качестве источников энергии. Энергия, которая производится при торможении, сохраняется в аккумуляторной батарее и используется позднее для питания двигателя, экономя значительное количество исходной зарядки аккумулятора.

Как работает обычная тормозная система?

На обычных транспортных средствах в целях торможения используется сила трения для противодействия импульса движущегося автомобиля. Тормозные колодки трутся о диск или барабан, который подключен к оси, в результате чего кинетическая энергия (энергия движения) преобразуется в тепловую. Затем эта полученная тепловая энергия рассеивается в воздухе, теряя примерно 30 процентов генерируемой мощности автомобиля. Далее для того, чтобы снова набрать эту кинетическую энергию, двигатель вынужден сжигать топливо в целях восстановления прежней скорости (например, после проезда светофора).

Как работает система рекуперативного торможения?

Гибридные и электрические автомобили используют совершенно другой способ торможения, но обычно только на низких скоростях. Гибридные автомобили по-прежнему используют обычные тормозные колодки на высоких скоростях, но электродвигатель помогает такому автомобилю тормозить на низких скоростях. Во время того как водитель нажимает педаль тормоза, электродвигатель крутится в обратном направлении. Крутящий момент, созданный таким противодействием электродвигателя, противодействует импульсу движения автомобиля вперёд и в конечном итоге останавливает машину.

Так выглядит система рекуперативного торможения
Как генерируется электричество в рекуперативной системе?

Регенеративная тормозная система, однако, делает намного больше, чем просто останавливает машину. Дело в том, что электродвигатели и электрогенераторы — это по существу две стороны одной и той же технологии. Оба этих устройства используют магнитные поля и спиральные провода, но в разных конфигурациях. Системы рекуперативного торможения как раз и пользуются этой двойственностью. Всякий раз, когда электродвигатель автомобиля начинает крутиться в обратном направлении, он превращается в электрический генератор. В результате обратного вращения в аккумулятор, из которого изначально питался двигатель, теперь подаётся ток обратно — то есть электродвигатель теперь питает батарею, а не наоборот. А уже аккумулятор знает своё дело — он конвертирует электрическую энергию в химические вещества, чтобы использовать её позже.

Таким образом, мы видим, что такая технология рекуперативного торможения бережно сохраняет энергию, которая, как правило, терялась бы впустую во время обычного бесполезного торможения, и превращает её в полезную энергию. Но, тем не менее, рекуперативная система, конечно же, никогда не сможет стать вечным двигателем. Довольно много энергии всё ещё теряется в результате трения с поверхностью дороги, сопротивления воздуха, трения деталей автомобиля и множества других факторов. Но даже эти существенные факторы не главные в потере КПД рекуперации — главный источник потерь — это необходимость применения обычного торможения на высоких скоростях, так как рекуперативная система торможения без участия обычных колодок пока ещё не способна остановить машину с той же эффективностью.

Как работает рекуперативное торможение в электромобилях

Торможение — один из важных аспектов транспортного средства. У механической тормозной системы, которую мы используем в наших транспортных средствах, есть большой недостаток, заключающийся в том, что кинетическая энергия транспортного средства расходуется на тепло. Это снижает общую эффективность автомобиля, влияя на экономию топлива. В городском цикле езды мы склонны запускать и останавливать автомобиль чаще, чем в цикле движения по шоссе. Поскольку мы часто нажимаем на тормоз в городском цикле езды, потери энергии больше.Инженеры разработали рекуперативную тормозную систему для рекуперации кинетической энергии, рассеиваемой в виде тепла при торможении традиционным методом торможения. Следуя законам физики, мы не можем восстановить всю потерянную кинетическую энергию, но все же значительное количество кинетической энергии может быть преобразовано и сохранено в батарее или суперконденсаторе. Рекуперированная энергия помогает повысить экономию топлива в обычных транспортных средствах и помогает увеличить запас хода электромобилей. Следует отметить, что процесс рекуперативного торможения имеет потери при восстановлении кинетической энергии.Прежде чем идти дальше, вы также можете прочитать другую интересную статью о EV :

.

Концепция рекуперативного торможения может быть реализована в обычных транспортных средствах с использованием колес Fly. Маховики — это диски с высокой инерцией, которые вращаются с очень высокой скоростью. Они действуют как устройство накопления механической энергии, принимая (сохраняя) кинетическую энергию транспортного средства во время торможения. Энергия, рекуперированная во время процесса торможения, может использоваться для помощи автомобилю при трогании с места или движении в гору.

В электромобилях мы можем включить рекуперативное торможение гораздо более эффективным способом с помощью электроники. Это снизит потребность в тяжелых маховиках, которые увеличивают общий вес автомобиля. Электромобилям присуща проблема беспокойства пользователей о дальности полета. Хотя средняя скорость автомобиля в городском цикле езды составляет около 25-40 км / ч, частые ускорения и торможения быстро разряжают аккумулятор. Мы знаем, что двигатели могут работать как генератор при определенных условиях.Используя эту функцию, можно предотвратить потерю кинетической энергии транспортного средства. Когда мы применяем тормоз в электромобилях, контроллер двигателя (на основе выходного сигнала датчика педали тормоза) снижает производительность или останавливает двигатель. Во время этой операции контроллер мотора предназначен для рекуперации кинетической энергии и сохранения ее в батарее или батареях конденсаторов . Рекуперативное торможение помогает увеличить запас хода электромобиля на 8-25%. Помимо экономии энергии и увеличения дальности, это также помогает в эффективном контроле за торможением.

В механической тормозной системе обратный крутящий момент передается на колесо, когда мы нажимаем на педаль тормоза. Точно так же в режиме рекуперативного торможения скорость автомобиля снижается за счет создания отрицательного крутящего момента (противоположного движению) в двигателе с помощью контроллера двигателя. Иногда люди сбиваются с толку, когда представляют себе концепцию, что двигатель действует как генератор, когда он вращается в обратном направлении в режиме рекуперативного торможения. В этой статье можно понять, как восстановить кинетическую энергию с помощью метода рекуперативного торможения в электромобилях.

Как двигатель действует как генератор

Во-первых, мы сосредоточимся на понимании того, как двигатель может действовать как генератор . Все мы использовали двигатель постоянного тока с постоянным магнитом в робототехнике, например, в линейном повторителе. Когда колесо робота, подключенного к двигателю, вращается свободно (снаружи вручную), иногда ИС привода двигателя повреждается. Это происходит потому, что двигатель действует как генератор, и генерируемая обратная ЭДС (обратное напряжение большей величины) прикладывается к ИС драйвера, что приводит к его повреждению.Когда мы вращаем якорь в этих двигателях, он отсекает поток от постоянных магнитов. В результате этого ЭДС вынуждена противодействовать изменению потока. Таким образом, мы можем измерить напряжение на клеммах двигателя. Это потому, что обратная ЭДС является функцией скорости ротора (об / мин). Когда частота вращения больше, и если генерируемая противо-ЭДС больше напряжения питания, двигатель работает как генератор. Давайте теперь посмотрим , как этот принцип работает в электромобилях , чтобы избежать потерь энергии из-за торможения.

Когда двигатель ускоряет транспортное средство, связанная с ним кинетическая энергия увеличивается как квадрат скорости. Во время движения накатом автомобиль останавливается, когда кинетическая энергия становится равной нулю. Когда мы применяем тормоза в электромобиле, контроллер мотора работает таким образом, чтобы остановить мотор или снизить его скорость. Это включает в себя изменение направления крутящего момента двигателя на направление вращения. Во время этого процесса ротор двигателя, соединенный с ведущей осью, генерирует в двигателе ЭДС (аналогично первичному двигателю / турбине, приводящему в движение ротор генератора).Когда генерируемая ЭДС превышает напряжение конденсаторной батареи, мощность перетекает от двигателя к батарее. Таким образом, рекуперированная энергия сохраняется в батарее или конденсаторной батарее.

Как работает рекуперативное торможение в электромобиле

Предположим, у автомобиля есть трехфазный асинхронный двигатель переменного тока в качестве двигателя для движения. Из характеристик двигателя мы знаем, что, когда трехфазный асинхронный двигатель работает со скоростью выше своей синхронной, скольжение становится отрицательным, и двигатель действует как генератор (генератор переменного тока).На практике скорость асинхронного двигателя всегда меньше синхронной скорости. Синхронная скорость — это скорость вращающегося магнитного поля статора, возникающего из-за взаимодействия трехфазного источника питания. Во время пуска двигателя наведенная в роторе ЭДС максимальна. Когда двигатель начинает вращаться, индуцированная ЭДС уменьшается в зависимости от скольжения. Когда скорость ротора достигает синхронной скорости, индуцированная ЭДС равна нулю. В этот момент, если мы попытаемся повернуть ротор выше этой скорости, будет индуцирована ЭДС.В этом случае двигатель подает активную мощность обратно в сеть или источник питания. Мы применяем тормоза, чтобы снизить скорость автомобиля. В этом случае нельзя ожидать, что скорость ротора превысит синхронную скорость. Здесь роль контроллера мотора вступает в игру. Для понимания мы можем визуализировать, как в примере, приведенном ниже.

Предположим, что двигатель вращается со скоростью 5900 об / мин, а частота питающей сети составляет 200 Гц. Когда мы применяем тормоз, мы должны снизить частоту вращения или снизить ее до нуля.Контроллер действует в соответствии с сигналами датчика педали тормоза и выполняет эту операцию. Во время этого процесса контроллер будет устанавливать частоту питания ниже 200 Гц, например 80 Гц. Таким образом, синхронная скорость двигателя становится 2400 об / мин. С точки зрения контроллера мотора, скорость мотора больше, чем его синхронная скорость. Поскольку мы уменьшаем скорость во время торможения, двигатель теперь действует как генератор, пока частота вращения не упадет до 2400. В течение этого периода мы можем извлекать мощность из двигателя и сохранять ее в батарее или конденсаторной батарее.Следует отметить, что аккумулятор продолжает подавать питание на трехфазные асинхронные двигатели в процессе рекуперативного торможения. Это потому, что асинхронные двигатели не имеют источника магнитного потока, когда питание отключено. Поэтому двигатель, когда он действует как генератор, потребляет реактивную мощность от источника, чтобы установить потокосцепление, и возвращает ему активную мощность. Для разных двигателей принцип восстановления кинетической энергии при рекуперативном торможении различается. Двигатели с постоянными магнитами могут работать как генератор без какого-либо источника питания, потому что в роторе есть магниты, которые создают магнитный поток.Точно так же некоторые двигатели имеют остаточный магнетизм, который устраняет внешнее возбуждение, необходимое для создания магнитного потока.

В большинстве электромобилей электродвигатель подключается только к единственной ведущей оси (в основном к задней ведущей оси). В этом случае нам необходимо использовать механическую тормозную систему (гидравлическое торможение) для передних колес. Это означает, что контроллер должен поддерживать координацию между механической и электронной тормозной системой при включении тормозов.

Стоит ли внедрять рекуперативное торможение на всех электромобилях?

Нет сомнений в потенциале возврата энергии в концепции метода рекуперативного торможения, но также имеет некоторые ограничения . Как указывалось ранее, скорость, с которой батареи могут заряжаться, мала по сравнению со скоростью, с которой они могут разряжаться. Это ограничивает количество рекуперированной энергии, которую аккумуляторы могут сохранять при резком торможении (быстрое замедление). Не рекомендуется использовать рекуперативное торможение при полной зарядке. . Это потому, что перезарядка может повредить батареи, но электронная схема предотвращает их перезарядку. В этом случае конденсаторная батарея может накапливать энергию и помогать в расширении диапазона. Если его нет, то для остановки автомобиля применяются механические тормоза.

Мы знаем, что кинетическая энергия равна 0,5 * m * v 2 . Количество энергии, которое мы можем получить, зависит от массы транспортного средства, а также от скорости, с которой он движется.Общая масса больше у тяжелых транспортных средств, таких как электромобили, электрические автобусы и грузовики. В городском цикле движения эти тяжелые автомобили после ускорения набирали большую скорость, несмотря на крейсерскую скорость на низкой скорости. Таким образом, во время торможения доступная кинетическая энергия больше по сравнению с электросамокатом, движущимся с той же скоростью. Следовательно, эффективность рекуперативного торможения больше у электромобилей, автобусов и других тяжелых транспортных средств . Хотя некоторые электрические скутеры имеют функцию рекуперативного торможения, ее воздействие на систему (количество получаемой энергии или увеличенный запас хода) не так эффективно, как в электромобилях.

Потребность в конденсаторных батареях или сверхконденсаторах

Во время торможения нам нужно мгновенно остановить или снизить скорость автомобиля. Следовательно, операция торможения в этот момент длится непродолжительное время. У аккумуляторов есть ограничение на время зарядки, мы не можем сбрасывать больше энергии за раз, потому что это приведет к разложению аккумуляторов. Кроме того, частая зарядка и разрядка аккумулятора также сокращают срок его службы. Чтобы избежать этого, мы добавляем в систему конденсаторную батарею или ультраконденсаторы.Ультраконденсаторы или суперконденсаторы могут разряжаться и заряжаться в течение многих циклов без какого-либо снижения производительности, что помогает увеличить срок службы батареи. Конденсатор Ultra имеет быстрый отклик, что помогает эффективно улавливать пики / выбросы энергии во время рекуперативного торможения. Причина выбора сверхконденсатора заключается в том, что он может хранить в 20 раз больше энергии, чем электролитические конденсаторы. В этой системе находится преобразователь постоянного тока в постоянный. Во время разгона операция наддува позволяет конденсатору разряжаться до порогового значения.Во время замедления (т. Е. Торможения) понижающий режим позволяет конденсатору заряжаться. Ультраконденсаторы обладают хорошей переходной характеристикой, что полезно при запуске автомобиля. Сохраняя рекуперированную энергию отдельно от батареи, он может помочь в увеличении дальности действия транспортного средства, а также может поддерживать внезапное ускорение с помощью схемы наддува.

Что такое рекуперативное торможение — серия постоянного тока и параллельный двигатель

В Regenerative Braking мощность или энергия приводимого в действие механизма в кинетической форме возвращается обратно в сеть электропитания.Этот тип торможения возможен, когда ведомая нагрузка или механизмы вынуждают двигатель работать со скоростью выше скорости холостого хода при постоянном возбуждении.

Состав:

При этом условии обратная ЭДС E b двигателя больше, чем напряжение питания V, которое меняет направление тока якоря двигателя. Теперь машина начинает работать как генератор, и вырабатываемая энергия подается к источнику.

Регенеративное торможение также может выполняться на очень низких скоростях, если двигатель подключен как генератор с отдельным возбуждением.Возбуждение двигателя увеличивается по мере уменьшения скорости, так что удовлетворяются два приведенных ниже уравнения.

Двигатель не переходит в режим насыщения при увеличении возбуждения.

Рекуперативное торможение возможно для двигателей с независимым и независимым возбуждением. В составных двигателях торможение возможно только при компаундировании слабой серии.

Применение рекуперативного торможения

  • Рекуперативное торможение используется особенно там, где требуется частое торможение и замедление приводов.
  • Это наиболее полезно для удержания нисходящего груза с высокой потенциальной энергией с постоянной скоростью.
  • Рекуперативное торможение используется для управления скоростью двигателей, приводящих в движение нагрузки, например, в электровозах, лифтах, кранах и подъемниках.
  • Рекуперативное торможение не может использоваться для остановки двигателя. Он используется для управления скоростью выше скорости холостого хода двигателя.

Необходимым условием для регенерации является то, что обратная ЭДС E b должна быть больше, чем напряжение питания, чтобы ток якоря был реверсирован, и режим работы изменился с двигателя на генератор.

Рекуперативное торможение в параллельных двигателях постоянного тока

В нормальных рабочих условиях ток якоря определяется по приведенному ниже уравнению:

Когда груз опускается с помощью крана, подъемника или подъемника, скорость двигателя становится больше, чем скорость холостого хода, обратная ЭДС становится больше, чем напряжение питания. Следовательно, ток якоря Ia становится отрицательным. Теперь машины начинают работать как генератор.

Рекуперативное торможение в двигателях постоянного тока

В случае двигателя серии постоянного тока увеличение скорости сопровождается уменьшением тока якоря и магнитного потока.Обратная ЭДС Eb не может быть больше напряжения питания. В двигателях постоянного тока возможна регенерация, поскольку ток возбуждения не может быть больше, чем ток якоря.

Регенерация требуется там, где двигатель серии постоянного тока широко используется, например, в тяговых механизмах, лифтовых подъемниках и т. Д. Например — в электровозе, движущемся по уклону, может потребоваться постоянная скорость. В приводах подъемника скорость должна быть ограничена всякий раз, когда она становится опасно высокой.

Один из широко используемых методов рекуперативного торможения двигателя постоянного тока — подключение его как параллельного двигателя.Поскольку сопротивление обмотки возбуждения невелико, в цепь возбуждения включается последовательное сопротивление, чтобы ограничить ток в пределах безопасного значения.

Почему рекуперативное торможение бесполезно или необходимо


Почему рекуперативное торможение бесполезно или необходимо


Тема рекуперативного торможения является спорным один. Добавление рекуперативного торможения для замедления электромобиля — для подзарядки аккумулятора и увеличения запаса хода — тривиально для двигателей без редуктора.Это стоит всего на несколько долларов дороже, и те, кто производит, продает и продвигает такие двигатели, испытывают искушение делать экстравагантные заявления о преимуществах возможности регенерации. Они могут избегать явно ложных заявлений (в письменной форме), но каким-то образом им удается создать у потенциальных покупателей впечатление, что регенерация — это обязательное чудо.

Те, кто производит, продает и продвигает мотор-редукторы или электромоторы со средним приводом (через зубчатые передачи), склонны минимизировать регенерацию или даже очернить ее как явно бесполезный маркетинговый трюк, которого следует избегать.Предполагаемые преимущества рекуперативного торможения действительно ограничены. Ecospeed, производитель двигателей со средним приводом, отлично справился с указанием на ограничения регенерации. См .: Полезно ли рекуперативное торможение на электрическом велосипеде?

Для легкого опровержения рассмотрим: Самозарядный электровелосипед: факт или вымысел? Но прежде чем презрительно отвергнуть или с энтузиазмом принять регенерацию, читайте дальше.

На ровной земле вы можете подъехать к знаку «стоп» и нажать «Реген», чтобы замедлиться.Для полной остановки по-прежнему необходимы фрикционные тормоза, но можно избежать значительного износа тормозов. Следует предположить, что слишком быстрая зарядка аккумулятора не причинит вреда. Кратковременный всплеск может причинить вред, если не рассеивается в виде тепла. Но самый неэффективный способ управления электронным циклом — это перейти на 100% дроссель из состояния покоя, пока страх не заставит вас отступить, а затем резко включить максимальное рекуперативное торможение, чтобы остановиться, прежде чем повторить схему.

Возникает вопрос: как преодолеть электронный цикл? Допустим, вы средний сорт, который в долгосрочной перспективе может выдать не более 40 Вт.Тем не менее, люди могут вырабатывать большую мощность в течение короткого периода времени, например, когда требуется выйти с остановки, чтобы набрать скорость. Ступичные двигатели неэффективны на малых оборотах. Добавление усилителя поможет вам набрать скорость. Проблема в том, что вы не услышите гигантский жужжащий звук, когда батарея разряжается. Если хочешь жрать, води машину. На маломощных автомобилях аккумулятор — ваш друг. Не злоупотребляйте им только потому, что вам приятно уехать с места. Так что будь вежливым. Прежде чем обратиться за помощью к мотору, увеличьте скорость до умеренной.

Остановку лучше всего производить в самом конце движения накатом большую часть пути до остановки, используя только фрикционные тормоза. Сэкономленная энергия намного превысит то, что может быть произведено при жесткой остановке. Жесткое торможение предназначено для экстренной остановки, которая не должна происходить так часто. Так что на равнине или при подъеме в гору регенерация не нужна / не используется. Но если вы пойдете в гору, вам будет сложно избежать спуска. В какой-то момент спуск с горы — это просто бесплатная гравитационная помощь, и вам просто захочется сидеть и наслаждаться поездкой.Указанная «точка» может быть вычислена. Если принять за максимальную (разрешенную) скорость 20 миль в час (32 км), то любой спуск с уклоном менее 1,6% — это увлекательная поездка. Но есть и склоны ужаса, так что бойтесь, очень бойтесь.

Предполагается умеренный спуск. Предположим, вы — средний американец мужского пола (так что на тяжелой стороне) и у вас есть кое-что помимо аккумулятора / мотора (скажем, 300 фунтов, всего 136 км). Чем больше вес, тем труднее подниматься в гору и тем быстрее вы спускаетесь с горы. На вертикальном велосипеде со скоростью 25 миль в час (40 км) около 80% энергии используется для перемешивания воздуха.При движении под уклон сопротивление ветра определяет вашу конечную скорость. Предположим, что лежачее положение обеспечивает более высокую потенциальную скорость. Если предположить, что нет трения или рекуперативного торможения, какой будет ваша конечная скорость? Это тоже можно подсчитать. Разве математика не забава?

В реальном мире есть гораздо более крутые склоны, но без тормозов вы были остановлены на 4–5%. Тем не менее, не о чем беспокоиться, если предположить, что ваши дымящие тормоза не сломались. Но с рекуперативным торможением — совсем другая история.У подножия холма мотор может быть теплым, ваша батарея более заряженной, ваши фрикционные тормоза нетронутыми, и вы не будете исключены.

Итак, при спуске используйте регенерацию вместо сопротивления ветру (которое бесполезно растрачивает вашу драгоценную потенциальную энергию, накопленную при подъеме в гору). Вы можете разогнаться со скоростью более 20 миль в час на уклоне> 2%, но скорость действительно убивает вашу энергоэффективность, если ничто иное. Самый лучший способ спуститься с горы — продолжать крутить педали со всей должной умеренностью на умеренных склонах и использовать регенерацию, чтобы снизить скорость примерно до 15 миль в час.На крутых склонах не крутите педали, так как аккумуляторы можно заряжать только так быстро.

Если вы живете во Флориде и не видите холмов, забудьте о регенерации, так как вы можете получить только 1% восстановления энергии. Иметь это не повредит, но вряд ли принесет пользу. Но если вы не хотите, чтобы холмы мешали (или мешали работе), то регенеративное торможение — ваш друг. Считайте любую подзарядку (рис. От 12 до 18% восстановления энергии на спуске) как приятный плюс.

Примечание: Хорошо, будет больно немного регенерировать.Все безредукторные ступичные двигатели являются частью колеса. Если колесо движется исключительно благодаря человеческой силе, двигатель движется, и возникает некоторое сопротивление, известное как зубчатая передача. Это может быть незаметно, но если колесо опирается на землю и вращается вручную, оно замедлится до остановки быстрее, чем колесо без двигателя. Мотор-редукторы с обгонной муфтой. Двигатель внутри не движется вместе с колесом, поэтому нет зубчатого зацепления, а поскольку двигатель, когда он используется, вращается быстрее и, следовательно, более эффективно, мотор-редукторы с редуктором лучше подходят для восхождения на холмы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.