Kako regenerativno kočenje djeluje u električnim vozilima

Kočenje je jedan od važnih aspekata vozila. Sustav mehaničkog kočenja koji koristimo u našim vozilima ima veliku manu trošenja kinetičke energije vozila kao topline. To smanjuje ukupnu učinkovitost vozila utječući na ekonomičnost potrošnje goriva. U gradskom voznom ciklusu češće pokrećemo i zaustavljamo vozilo u usporedbi s voznim ciklusom autoceste. Kako kočimo često u gradskom ciklusu vožnje, gubitak energije je veći. Inženjeri su smislili sustav regenerativnog kočenjaza povrat kinetičke energije koja se rasipa kao toplina tijekom kočenja tradicionalnom metodom kočenja. Držeći se zakona fizike, ne možemo povratiti svu izgubljenu kinetičku energiju, ali svejedno se značajna količina kinetičke energije može pretvoriti i pohraniti u bateriju ili superkondenzator. Oporabljena energija pomaže u poboljšanju potrošnje goriva u konvencionalnim vozilima i pomaže u širenju dometa u električnim vozilima. Treba napomenuti da proces regenerativnog kočenja ima gubitke tijekom povrata kinetičke energije. Prije nego što nastavite dalje, možete pogledati i drugi zanimljiv članak o EV-ima:

• Uvod inženjera o električnim vozilima
• Vrste motora koji se koriste u električnim vozilima

Koncept regenerativnog kočenja može biti provedena u konvencionalnim vozilima koriste Fly kotača. Zamašnjaci su diskovi s velikom inercijom koji se okreću vrlo velikom brzinom. Djeluju kao mehanički uređaj za pohranu energije uzimajući (pohranjujući) kinetičku energiju vozila tijekom kočenja. Energija obnovljena tijekom kočenja može se koristiti za pomoć vozilu tijekom pokretanja ili kretanja uzbrdo.

U električna vozila regenerativno kočenje možemo uključiti na mnogo učinkovitiji način elektroničkim putem. To će smanjiti potrebu za teškim zamašnjacima, što dodaje dodatnu težinu ukupnoj masi vozila. Električna vozila imaju svojstven problem anksioznosti dometa među korisnicima. Iako je prosječna brzina vozila u gradskom voznom ciklusu oko 25-40 km / h, česta ubrzavanja i kočenja uskoro prazne bateriju. Znamo da motori mogu djelovati kao generator pod određenim uvjetima. Korištenjem ove značajke možete spriječiti gubljenje kinetičke energije vozila. Kada aktiviramo kočnicu u električnim vozilima, upravljač motora (zasnovan na izlazu osjetnika papučice kočnice) smanjuje performanse ili zaustavlja motor. Tijekom ove operacije, regulator motora je dizajniran dapovratiti kinetičku energiju i pohraniti je u bateriju ili kondenzatorske kutije. Regenerativno kočenje pomaže u proširenju dometa električnog vozila za 8-25%. Osim što štedi energiju i povećava domet, ona također pomaže u učinkovitom upravljanju radom kočenja.

U sustavu mehaničkog kočenja, obrnuti zakretni moment djeluje na kotač kada pritisnemo papučicu kočnice. Slično tome, u načinu regenerativnog kočenja, brzina vozila smanjuje se pokretanjem negativnog momenta (suprotno kretanju) u motoru uz pomoć upravljača motora. Ponekad se ljudi zbune kad vizualiziraju koncept da motor djeluje kao generator kada se okreće u obrnutom smjeru u načinu regenerativnog kočenja. U ovom se članku može razumjeti kako povratiti kinetičku energiju metodom regenerativnog kočenja u električnim vozilima.

Kako motor djeluje kao generator

Prvo ćemo se usredotočiti na razumijevanje kako motor može djelovati kao generator. Svi smo koristili istosmjerni motor s trajnim magnetom u aplikacijama robotike poput sljednika crte. Kada se kotač robota spojenog na motor slobodno okreće (izvana ručno), ponekad se IC vozača motora ošteti. To se događa jer motor djeluje kao generator, a generirani stražnji EMF (reverzni napon veće veličine) primjenjuje se preko upravljačkog sklopa, što ga oštećuje. Kada okrećemo armaturu u tim motorima, ona smanjuje tok stalnih magneta. Kao rezultat toga, EMF se potiče da se suprotstavi promjeni fluksa. Stoga možemo izmjeriti napon na stezaljkama motora. To je zato što je stražnji EMF funkcija brzine rotora (o / min). Kada je broj okretaja veći i ako je generirani stražnji emf veći od opskrbnog napona, tada motor djeluje kao generator. Da vidimo sadakako ovaj princip djeluje u električnim vozilima kako bi se izbjegao gubitak energije uslijed kočenja.

Kad motor ubrza vozilo, kinetička energija povezana s njim povećava se kao kvadrat brzine. Tijekom klizanja vozilo se odmara kada kinetička energija postane nula. Kada pritisnemo kočnice u električnom vozilu, upravljač motora djeluje na takav način da motor zaustavi ili da smanji njegovu brzinu. To uključuje okretanje smjera momenta motora u smjeru okretanja. Tijekom ovog postupka, rotor motora spojen na pogonsku osovinu generira EMF u motoru (analogno glavnom pokretaču / turbini koji pokreće rotor generatora). Kada je generirani EMF veći od napona kondenzatorske banke, snaga teče od motora do obloge. Tako se obnovljena energija pohranjuje u bateriju ili u kondenzatorsku bateriju.

Kako regenerativno kočenje djeluje u električnom vozilu

Uzmimo u obzir da automobil ima trofazni asinhroni motor kao motor za pogon. Iz karakteristika motora znamo da kada trofazni indukcijski motor radi iznad svoje sinkrone brzine, klizanje postaje negativno i motor djeluje kao generator (alternator). U praktičnim okolnostima, brzina asinhronog motora uvijek je manja od sinkrone brzine. Sinkroni brzinaje brzina rotacijskog magnetskog polja statora nastalog uslijed interakcije trofazne opskrbe. U vrijeme pokretanja motora, EMF induciran u rotoru je maksimalan. Kako se motor počinje okretati, inducirani EMF opada u funkciji klizanja. Kada brzina rotora dosegne sinhronu brzinu, inducirani EMF je nula. U ovom trenutku, ako pokušamo zakrenuti rotor iznad ove brzine, inducirat će se EMF. U tom slučaju, motor vraća aktivnu snagu natrag u mrežu ili napajanje. Koristimo kočnice kako bismo smanjili brzinu vozila. U ovom slučaju ne možemo očekivati ​​da brzina rotora premaši sinhronu brzinu. Tu dolazi do uloge uloga upravljača motorom. Radi razumijevanja, možemo vizualizirati poput primjera navedenog u nastavku.

Pretpostavimo da se motor okreće pri 5900 okretaja u minuti, a opskrbna frekvencija iznosi 200 Hz kada pritisnemo kočnicu moramo smanjiti broj okretaja u minuti ili ga spustiti na nulu. Regulator djeluje u skladu s ulazom osjetnika papučice kočnice i provodi taj postupak. Tijekom ovog postupka regulator će postaviti frekvenciju napajanja manju od 200 Hz, poput 80 Hz. Stoga sinkrona brzina motora postaje 2400 o / min. Iz perspektive regulatora motora, brzina motora veća je od njegove sinkrone brzine. Kako smanjujemo brzinu tijekom rada kočenja, motor sada djeluje kao generator dok se broj okretaja ne smanji na 2400. Tijekom tog razdoblja možemo izvući snagu iz motora i pohraniti je u bateriju ili kondenzatorsku bateriju.Treba napomenuti da baterija nastavlja napajati trofazne indukcijske motore tijekom procesa regenerativnog kočenja. To je zato što indukcijski motori nemaju izvor magnetskog toka kad je dovod ISKLJUČEN. Stoga motor kada djeluje kao generator crpi reaktivnu snagu iz napajanja kako bi uspostavio protočnu vezu i vraća mu aktivnu snagu. Za različite motore je princip povrata kinetičke energije tijekom regenerativnog kočenja različit. Motori s trajnim magnetima mogu djelovati kao generator bez ikakvog napajanja, jer ima magnete u rotoru za stvaranje magnetskog toka. Slično tome, malo motora ima zaostali magnetizam u sebi što eliminira vanjsko pobuđivanje potrebno za stvaranje magnetskog toka.To je zato što indukcijski motori nemaju izvor magnetskog toka kad je dovod ISKLJUČEN. Stoga motor kada djeluje kao generator crpi reaktivnu snagu iz napajanja kako bi uspostavio protočnu vezu i vraća mu aktivnu snagu. Za različite motore je princip povrata kinetičke energije tijekom regenerativnog kočenja različit. Motori s trajnim magnetima mogu djelovati kao generator bez ikakvog napajanja, jer ima magnete u rotoru za stvaranje magnetskog toka. Slično tome, malo motora ima zaostali magnetizam u sebi što eliminira vanjsko pobuđivanje potrebno za stvaranje magnetskog toka.To je zato što indukcijski motori nemaju izvor magnetskog toka kad je dovod ISKLJUČEN. Stoga motor kada djeluje kao generator crpi reaktivnu snagu iz napajanja kako bi uspostavio protočnu vezu i vraća mu aktivnu snagu. Za različite motore je princip povrata kinetičke energije tijekom regenerativnog kočenja različit. Motori s trajnim magnetima mogu djelovati kao generator bez ikakvog napajanja, jer ima magnete u rotoru za stvaranje magnetskog toka. Slično tome, malo motora ima zaostali magnetizam u sebi što eliminira vanjsko pobuđivanje potrebno za stvaranje magnetskog toka.Načelo povrata kinetičke energije tijekom regenerativnog kočenja je različito. Motori s trajnim magnetima mogu djelovati kao generator bez ikakvog napajanja, jer ima magnete u rotoru za stvaranje magnetskog toka. Slično tome, malo motora ima zaostali magnetizam u sebi što eliminira vanjsko pobuđivanje potrebno za stvaranje magnetskog toka.Načelo povrata kinetičke energije tijekom regenerativnog kočenja je različito. Motori s trajnim magnetima mogu djelovati kao generator bez ikakvog napajanja, jer ima magnete u rotoru za stvaranje magnetskog toka. Slično tome, malo motora ima zaostali magnetizam u sebi što eliminira vanjsko pobuđivanje potrebno za stvaranje magnetskog toka.

U većini električnih vozila elektromotor je povezan samo s jednom pogonskom osovinom (uglavnom s pogonskom osovinom na stražnjim kotačima). U tom slučaju trebamo upotrijebiti mehanički sustav kočenja (hidrauličko kočenje) za prednje kotače. To znači da regulator tijekom održavanja kočenja mora održavati koordinaciju između mehaničkog i elektroničkog sustava kočenja.

Je li vrijedno regenerativnog kočenja uvesti u sva električna vozila?

U konceptu metode regenerativnog kočenja nema sumnje u potencijalu za povrat energije, ali i on ima određena ograničenja. Kao što je već rečeno, brzina kojom se baterije mogu puniti spora je u usporedbi s brzinom kojom se mogu isprazniti. To ograničava količinu obnovljene energije koju baterije mogu pohraniti tijekom naglog kočenja (brzo usporavanje). Nije preporučljivo koristiti regenerativno kočenje u potpuno napunjenim uvjetima. To je zato što prekomjerno punjenje može oštetiti baterije, ali elektronički krug sprječava njihovo prekomjerno punjenje. U tom slučaju, kondenzatorska banka može pohraniti energiju i pomoći u proširenju dometa. Ako ga nema, tada se mehaničke kočnice aktiviraju za zaustavljanje vozila.

Znamo da je kinetička energija dana s 0,5 * m * v ². Količina energije koju možemo dobiti ovisi o masi vozila, a također i o brzini kojom putuje. Ukupna masa veća je u teškim vozilima poput električnih automobila, električnih autobusa i kamiona. U gradskom pogonskom ciklusu, ova teška vozila dobivat će veliki zamah nakon ubrzanja unatoč krstarenju malom brzinom. Tako je tijekom kočenja dostupna kinetička energija veća u usporedbi s električnim skuterom koji vozi istom brzinom. Stoga je učinkovitost regenerativnog kočenja veća kod električnih automobila, autobusa i drugih teških vozila. Iako malo električnih skutera ima značajku regenerativnog kočenja, njegov utjecaj na sustav (količina preuzete energije ili prošireni domet) nije toliko učinkovit kao kod električnih automobila.

Potreba za kondenzatorskim bankama ili ultra kondenzatorima

Tijekom kočenja moramo trenutno zaustaviti ili smanjiti brzinu vozila. Stoga je kočenje u tom trenutku kratkotrajno. Baterije imaju ograničenje vremena punjenja, ne možemo istodobno istrošiti više energije jer će to razgraditi baterije. Osim toga, često punjenje i pražnjenje baterije također smanjuje životni vijek baterije. Da bismo ih izbjegli, u sustav dodajemo bateriju kondenzatora ili ultrakondenzatore. Ultra kondenzatori ili super kondenzatori mogu se prazniti i puniti tijekom mnogih ciklusa bez ikakvih pogoršanja performansi, što pomaže u povećanju vijeka trajanja baterije. Ultra kondenzator ima brzi odziv, što pomaže u učinkovitom hvatanju vrhova energije / prenapona tijekom postupka regenerativnog kočenja.Razlog odabira ultra kondenzatora je taj što može pohraniti 20 puta više energije od elektrolitičkih kondenzatora. Ovaj sustav sadrži pretvarač istosmjerne u istosmjernu struju. Tijekom ubrzavanja, pojačanje omogućuje kondenzatoru da se isprazni do granične vrijednosti. Tijekom usporavanja (tj. Kočenja) rad dolje omogućava kondenzatoru da se napuni. Ultra kondenzatori imaju dobar prijelazni odziv, što je korisno tijekom pokretanja vozila. Spremanjem obnovljene energije osim baterije, može pomoći u proširenju dometa vozila, a može podržati i naglo ubrzanje uz pomoć pojačanog kruga.kočenje) buck operacija omogućuje punjenje kondenzatora. Ultra kondenzatori imaju dobar prijelazni odziv, što je korisno tijekom pokretanja vozila. Spremanjem obnovljene energije osim baterije, može pomoći u proširenju dometa vozila, a može podržati i naglo ubrzanje uz pomoć pojačanog kruga.kočenje) buck rad omogućuje punjenje kondenzatora. Ultra kondenzatori imaju dobar prijelazni odziv, što je korisno tijekom pokretanja vozila. Spremanjem obnovljene energije osim baterije, može pomoći u proširenju dometa vozila, a može podržati i naglo ubrzanje uz pomoć pojačanog kruga.