Regenerativ bromsning (från latin recuperatio "returkvitto; retur") är en typ av elektrisk bromsning , där elektriciteten som genereras av dragmotorer som arbetar i generatorläge används för att ladda traktionsbatterier eller återförs till det elektriska nätverket.
Regenerativ bromsning används i stor utsträckning på elektriska lok , elektriska tåg , moderna spårvagnar och trådbussar , där elmotorer vid inbromsning börjar fungera som elektriska generatorer , och den genererade elektriciteten överförs via ett kontaktnät antingen till andra elektriska lok eller till det allmänna kraftsystem genom traktionsstationer .
En liknande princip används i elfordon , hybridfordon , där den el som genereras vid inbromsning används för att ladda batterierna . Vissa elcykelmotorstyrningar implementerar regenerativ bromsning.
Experiment utfördes också på organisationen av regenerativ bromsning av andra principer på bilar; svänghjul , pneumatiska ackumulatorer , hydrauliska ackumulatorer och andra enheter användes för att lagra energi . [ett]
Med utvecklingen av marknaden för hybrid- och elfordon används återvinningssystemet ofta för att öka räckvidden för en bil på en elektrisk laddning. De vanligaste bilarna i dessa klasser är Toyota Prius, Chevrolet Volt, Honda Insight, Tesla Model S,3,X,Y, Audi e-tron
Det finns vissa fall av att använda återvinningssystemet i en bil med en konventionell bensinmotor för att minska bränsleförbrukningen. Ett sådant system utvecklades på en Ferrari-bil för att säkerställa driften av bilens interna multimedia- och klimatsystem från ett separat batteri laddat med återvinningsbar energi.
Bromsenergiåtervinningssystemet för elfordon och elcyklar har kritiserats. Stoppsträckan för en bil är mycket liten jämfört med vägbanan och sträcker sig från några meter till flera tiotals meter (föraren bromsar vanligtvis relativt kraftigt vid själva trafikljuset eller destinationen, eller kör generellt ut till destinationen). På så kort tid hinner inte batterierna laddas nämnvärt med regenerativ ström, inte ens i stadscykeln med frekventa inbromsningar. Energibesparingar på grund av återhämtning är i bästa fall bråkdelar av en procent, och därför är det regenerativa bromssystemet i ett elfordon ineffektivt och motiverar inte komplexiteten i designen. Dessutom lindrar regenerativ bromsning inte behovet av ett konventionellt bromssystem, eftersom vid låga motorvarvtal i generatorläget är dess mot-EMF liten och otillräcklig för att stoppa bilen helt. Dessutom löser regenerativ bromsning inte problemet med parkeringsbromsen (med undantag av konstgjord dynamisk hållning av rotorn på plats, vilket förbrukar betydande energi). I moderna elfordon är det möjligt att justera "gas"-pedalen - när den släpps fortsätter elfordonet antingen att rulla ut genom tröghet eller växlar till regenerativt bromsläge.
Återhämtning är dock effektiv för elektriska transporter med sina frekventa accelerations- och retardationssektioner, där bromssträckan är lång och står i proportion till avståndet mellan stationerna (tunnelbana, el-tåg i förorter).
Under säsongen 2009 i Formel 1 använde vissa bilar Kinetic Energy Recovery System (KERS). Det förväntades att detta skulle stimulera utvecklingen inom området hybridbilar och ytterligare förbättringar av detta system.
Men i Formel 1, med sin kraftfulla motor, begränsas accelerationen vid låga hastigheter av däckets grepp, inte vridmomentet. Vid höga hastigheter är användningen av KERS inte så effektiv. Så, enligt resultaten från säsongen 2009, visade bilarna utrustade med detta system inte överlägsenhet över rivaler på de flesta banor. Detta beror kanske inte så mycket på systemets ineffektivitet som på svårigheten att använda det under de strikta viktgränserna för bilen som gällde 2009 i Formel 1. Efter att lagen kommit överens om att inte använda KERS 2010 för att minska kostnaderna, fortsatte användningen av återvinningssystemet under säsongen 2011.
Från och med 2012 är följande begränsningar införda på KERS-systemet [2] : den överförda effekten är inte mer än 60 kW (cirka 80 hk), lagringskapaciteten är inte mer än 400 kJ. Det betyder att 80 hk. inte mer än 6,67 s kan användas per varv vid en eller flera gånger. Således kan varvtiden minskas med 0,1-0,4 s.
Formel 1 tekniska föreskrifter som godkänts av FIA för 2014 ger en övergång till effektivare turbomotorer med ett integrerat återvinningssystem (ERS). Användningen av ett dubbelt återvinningssystem (kinetisk och termisk) under säsongerna 2014-2015 har blivit mycket mer relevant på grund av införandet av strikta regleringsbegränsningar för bränsleförbrukning - inte mer än 100 kg för hela loppet (tidigare år 150 kg ) och en momentan förbrukning på högst 100 kg per timme. Det var gång på gång möjligt att observera hur bilen under loppet, när återvinningssystemet misslyckades, snabbt började tappa mark.
Regenerativ bromsning används också i uthållighetsracing. Ett sådant system är utrustat med sportprototyper av LMP1-klassen av fabriksteamen Audi R18 och Toyota TS050 Hybrid , Porsche 919 Hybrid .
Regenerativ bromsning i järnvägstransporter (särskilt på elektriska lokomotiv och elektriska tåg utrustade med ett regenerativt bromssystem) är processen att omvandla den kinetiska energin hos ett tåg till elektrisk energi genom dragmotorer ( TED ) som arbetar i generatorläge . Den genererade elektriska energin överförs till kontaktnätet (i motsats till reostatisk bromsning , där den genererade elektriska energin släcks av bromsmotstånd , det vill säga den omvandlas till värme och avleds av kylsystemet). Regenerativ bromsning används för att bromsa tåget i de fall där tåget kör nerför en relativt svag sluttning, och användningen av en luftbroms är irrationell. Det vill säga att regenerativ bromsning används för att hålla en given hastighet när tåget rör sig nedför. Denna typ av bromsning ger påtagliga energibesparingar, eftersom den genererade elektriska energin överförs till kontaktnätet och kan användas av andra lok i denna del av kontaktnätet.
Regenerativ bromsning har följande problem som kräver särskild hänsyn vid utformning av en elektrisk lokomotivkrets för att lösa dem:
a) bromsmomentet är inte proportionellt mot hastigheten, utan mot skillnaden mellan hastigheten och "neutralhastigheten", vilket beror på inställningen av ellokets styrsystem och spänningen i kontaktnätet. Så, vid en hastighet under neutral, kommer TED:erna att dra, inte sakta ner. Sålunda, vid en hastighet nära neutralläget, ändrar även små (i procent) överspänningar i nätspänningen i hög grad den nämnda skillnaden, och med det vridmomentet, och leder till ryck. Korrekt utformning av ellokskretsen minskar denna faktor.
b) när armaturerna för de regenerativa TED:arna är parallellkopplade, kan kretsen visa sig vara instabil vid boxning och benägen att "stoppa" till läget när en TED arbetar i motorläget, drivs av den andra TED:en som fungerar som en generator, som dämpar bromsning. Lösning: slå på excitationslindningarna korsvis från en "främmande" TED (se diagram VL8 och VL10).
c) skyddsåtgärder mot kortslutning av kontaktnätet eller på själva elloket är nödvändiga. För detta används höghastighetskontaktorer , vars funktion orsakar en transient process i kretsen, som återmagnetiserar excitationslindningarna hos TED och därmed eliminerar den kvarvarande magnetiseringen av statorn (excitation av generering från vilken kan vara ganska tillräcklig för överhettning eller brand i händelse av kortslutning i nätet).
Tidigare var DC elektriska lok utrustade med regenerativ bromsning på grund av enkelheten i metoden för att byta TED till generatorläget (i Sovjetunionen dök kretsen upp på Surami-generationen av elektriska lok, till exempel VL22 och användes med mindre förändringar upp till VL11 inklusive, löste det alla tre problem som beskrivs ovan). I AC ellok finns ett problem som består i att omvandla den genererade elektriska strömmen till växelström och synkronisera den med dragströmmens frekvens, detta problem löses med hjälp av tyristoromvandlare [3] . AC-elektriska lok, skapade före användningen av tyristorväxelriktare ( VL60 , ChS4 och ChS4T, såväl som alla generationer av VL80 , utom VL80R) hade inte möjligheten till regenerativ bromsning.
Regenerativ bromsning används sällan i passagerartrafik, åtminstone på "klassiska" förtyristorelektriska lok som VL10 och VL11 på grund av förekomsten av märkbara ryck vid byte av lokbromshandtaget från etapp till etapp, såväl som under kontaktledningsspänningsöverspänningar. De flesta dåtidens passagerarlok hade inte alls denna förmåga.
Dessutom komprimerar regenerativ bromsning, som reostatisk bromsning, tåget och genererar kompressionschock från kopplingarna .
Icke desto mindre används regenerativ bromsning i stor utsträckning på DC multi-unit rullande materiel (MVPS) ( ER2R , ER2T och senare elektriska tåg). Till skillnad från tågdrift, i MVPS är tågets vikt vanligtvis konstant (det omformas nästan aldrig), och dragkraft -till-vikt-förhållandet är mycket högre . Detta förenklar avsevärt skapandet av en regenerativ bromskontrollmaskin. Den används också i godslok, till exempel på 2ES6 .
Regenerativ DC-bromsning kräver omutrustning av traktionsstationer. Åtminstone är energiförlust möjlig på stationära motstånd i händelse av en förändring av strömriktningen i transformatorstationens matare (samtidigt är det möjligt att använda återvinningsenergin för dragkraft av ett annat tåg på samma sektion, vilket är viktigt med en tung spårprofil). Som ett maximum är installation av växelriktare nödvändig.
Regenerativ bromsning på järnvägslok kan också användas för nödbromsning vid luftbromsfel. I synnerhet finns det information om den upprepade användningen av regenerativ bromsning av maskinister på den branta delen av Yeral-Simskaya (Chelyabinsk-regionen) [4] . Det bör noteras att regelbunden nödbromsning på lok utförs genom avluftning ( stoppventil i personbilar), och i frånvaro av luft i systemet blockeras bromsarna [5] .
I tunnelbanor , där tågen stannar ofta, är användningen av regenerativ bromsning mycket fördelaktig. Därför hade även de tidigaste tunnelbanebilarna regenerativ bromsutrustning (med undantag för tunnelbanebilar tillverkade i Sovjetunionen). Den största effekten uppnås genom att koordinera bromsmomenten för ett tåg som anländer till en station med en annans avgång från samma eller från en angränsande station. En sådan trafikordning är fastställd i tågplanen.
På moderna eltransporter i städer används nästan alltid styrsystem som ger återhämtning.
Spårvagnar av modellerna UKVZ 71-619A och mer, bilar PTMZ 71-134A och mer, Uraltransmash-bilar 71-405 och mer, samt MTTA och MTTA-2 har möjlighet till regenerativ bromsning. Den används som bas. Efter att vagnarna saktat ner till en hastighet av 1-2 km/h blir den elektrodynamiska (reostatiska) bromsen ineffektiv och parkeringsbromsen aktiveras.