- Kako motor deluje kot generator
- Kako deluje regenerativno zaviranje v električnih vozilih
- Ali je vredno uporabiti regenerativno zaviranje v vseh električnih vozilih?
- Potreba po kondenzatorskih bankah ali ultra kondenzatorjih
Zaviranje je eden pomembnih vidikov vozila. Mehanski zavorni sistem, ki ga uporabljamo v svojih vozilih, ima veliko pomanjkljivost pri zapravljanju kinetične energije vozila kot toplote. To zmanjša splošno učinkovitost vozila, saj vpliva na ekonomičnost porabe goriva. V mestnem voznem ciklu običajno zaženemo in ustavimo vozilo v primerjavi z voznim ciklom po avtocesti. Ker v mestnem voznem ciklu pogosto zaviramo, je izguba energije večja. Inženirji so pripravili regenerativni zavorni sistemza povrnitev kinetične energije, ki se med tradicionalnim zaviranjem odvaja kot toplota med zaviranjem. V skladu z zakoni fizike ne moremo obnoviti vse izgubljene kinetične energije, vendar je še vedno mogoče znatno količino kinetične energije pretvoriti in shraniti v baterijo ali superkondenzator. Predelana energija pomaga pri izboljšanju porabe goriva pri običajnih vozilih in pri razširitvi dosega pri električnih vozilih. Opozoriti je treba, da ima proces regenerativnega zaviranja izgube pri pridobivanju kinetične energije. Pred nadaljevanjem si lahko ogledate tudi druge zanimive članke o EV-jih:
- Uvod inženirja o električnih vozilih
- Vrste motorjev, ki se uporabljajo v električnih vozilih
Koncept regenerativnega zaviranja se lahko izvajajo v običajnih vozil, ki uporabljajo Fly kolesa. Vztrajniki so diski z visoko vztrajnostjo, ki se vrtijo z zelo visoko hitrostjo. Delujejo kot mehanska naprava za shranjevanje energije, tako da med zaviranjem prevzamejo (shranijo) kinetično energijo vozila. Energija, zajeta med zaviranjem, se lahko uporabi za pomoč vozilu med zagonom ali gibanjem v klanec.
Pri električnih vozilih lahko regenerativno zaviranje na veliko učinkovitejši način vključimo elektronsko. To bo zmanjšalo potrebo po težkih vztrajnikih, kar doda dodatno težo k skupni teži vozila. Električna vozila imajo neločljivo težavo zaradi zaskrbljenosti zaradi dosega. Čeprav je povprečna hitrost vozila v mestnem voznem ciklu približno 25–40 km / h, pogosta pospeševanja in zaviranja kmalu izpraznijo baterijo. Vemo, da lahko motorji delujejo kot generator pod določenimi pogoji. Z uporabo te funkcije lahko preprečimo, da bi se kinetična energija vozila izgubila. Ko zaviramo v električnih vozilih, krmilnik motorja (temelji na izhodu senzorja zavornega pedala) zmanjša zmogljivost ali ustavi motor. Med tem postopkom je krmilnik motorja zasnovan tako, daobnovite kinetično energijo in jo shranite v baterijo ali kondenzatorske banke. Regenerativno zaviranje pomaga razširiti doseg električnega vozila za 8-25%. Poleg varčevanja z energijo in povečanja dosega pomaga tudi pri učinkovitem nadzoru zaviranja.
V mehanskem zavornem sistemu deluje na kolo povratni navor, ko pritisnemo na zavorni pedal. Podobno se v načinu regenerativnega zaviranja zmanjša hitrost vozila z sprožitvijo negativnega navora (v nasprotju z gibanjem) v motorju s pomočjo krmilnika motorja. Včasih se ljudje zmedejo, ko si zamislijo koncept, da motor deluje kot generator, ko se v načinu regenerativnega zaviranja vrti v obratni smeri. V tem članku lahko razumemo, kako obnoviti kinetično energijo z metodo regenerativnega zaviranja v električnih vozilih.
Kako motor deluje kot generator
Najprej se bomo osredotočili na razumevanje, kako lahko motor deluje kot generator. Vsi smo uporabljali trajni magnetni enosmerni motor v robotiziranih aplikacijah, kot je linijski sledilnik. Ko se kolo robota, priključenega na motor, prosto vrti (zunanje ročno), se včasih IC gonilnika motorja poškoduje. To se zgodi, ker motor deluje kot generator, zadnji EMF, ki nastane (povratna napetost večje velikosti), pa se uporablja preko IC gonilnika, ki ga poškoduje. Ko vrtimo armaturo v teh motorjih, ta prereže tok iz trajnih magnetov. Kot rezultat tega se EMF spodbudi k spremembi pretoka. Zato lahko merimo napetost na sponkah motorja. To je zato, ker je zadnji EMF odvisen od hitrosti rotorja (vrt / min). Ko je število vrtljajev več in če je zadnja emf večja od napajalne napetosti, potem motor deluje kot generator. Poglejmo zdajkako to načelo deluje v električnih vozilih, da se prepreči izguba energije zaradi zaviranja.
Ko motor pospeši vozilo, se kinetična energija, povezana z njim, poveča kot kvadrat hitrosti. Med premikanjem se vozilo ustavi, ko kinetična energija postane nič. Ko v električnem vozilu pritisnemo zavore, krmilnik motorja deluje tako, da motor ustavi ali zmanjša njegovo hitrost. To vključuje obračanje smeri vrtilnega momenta motorja v smer vrtenja. Med tem postopkom rotor motorja, priključen na pogonsko os, v elektromotorju ustvari EMF (analogno glavnemu pogonu / turbini, ki poganja rotor generatorja). Ko je ustvarjeni EMF večji od napetosti kondenzatorskega sklopa, moč teče od motorja do banke. Tako se obnovljena energija shrani v baterijo ali kondenzatorsko baterijo.
Kako deluje regenerativno zaviranje v električnih vozilih
Upoštevajmo, da ima avtomobil trifazni asinhronski indukcijski motor kot motor za pogon. Iz značilnosti motorja vemo, da ko trifazni asinhronski motor teče nad sinhrono hitrostjo, zdrs postane negativen in motor deluje kot generator (alternator). V praktičnih okoliščinah je hitrost asinhronskega motorja vedno manjša od sinhrone hitrosti. Sinhrono hitrostje hitrost vrtečega se magnetnega polja statorja, ki nastane zaradi interakcije trifazne oskrbe. V času zagona motorja je v rotorju induciran EMR največji. Ko se motor začne vrteti, se inducirani EMF zmanjšuje v odvisnosti od zdrsa. Ko hitrost rotorja doseže sinhrono hitrost, je inducirani EMF enak nič. V tem trenutku, če poskušamo rotor zasukati nad to hitrostjo, se bo povzročil EMF. V tem primeru motor napaja aktivno električno energijo nazaj v omrežje ali napajanje. Zaviramo, da zmanjšamo hitrost vozila. V tem primeru ne moremo pričakovati, da bo hitrost rotorja presegla sinhrono hitrost. Tu nastopi vloga krmilnika motorja. Za namen razumevanja si lahko predstavljamo, kot je primer spodaj.
Predpostavimo, da se motor vrti pri 5900 vrt / min in je napajalna frekvenca 200 Hz, ko pritisnemo zavoro, moramo zmanjšati število vrtljajev ali ga znižati na nič. Krmilnik deluje v skladu z vhodom senzorja zavornega pedala in izvaja to operacijo. Med tem postopkom bo krmilnik nastavil napajalno frekvenco pod 200 Hz, na primer 80 Hz. Zato sinhronska hitrost motorja postane 2400 vrt / min. Z vidika krmilnika motorja je hitrost motorja večja od njegove sinhrone hitrosti. Ker med zaviranjem zmanjšujemo hitrost, motor zdaj deluje kot generator, dokler se število vrtljajev ne zmanjša na 2400. V tem obdobju lahko izvlečemo moč iz motorja in jo shranimo v baterijo ali kondenzatorsko banko.Opozoriti je treba, da akumulator med regenerativnim zaviranjem še naprej napaja trifazne indukcijske motorje. To je zato, ker indukcijski motorji nimajo vira magnetnega pretoka, ko je napajanje izklopljeno. Zato motor, ko deluje kot generator, črpa reaktivno moč iz napajalne enote, da vzpostavi pretočno povezavo, in ji dovaja aktivno moč nazaj. Pri različnih motorjih je načelo vračanja kinetične energije med regenerativnim zaviranjem drugačno. Motorji s trajnimi magneti lahko delujejo kot generator brez kakršnega koli napajanja, ker ima v rotorju magnete za ustvarjanje magnetnega toka. Podobno malo motorjev ima v sebi preostali magnetizem, ki odpravlja zunanje vzbujanje, potrebno za ustvarjanje magnetnega toka.To je zato, ker indukcijski motorji nimajo vira magnetnega pretoka, ko je napajanje izklopljeno. Zato motor, ko deluje kot generator, črpa reaktivno moč iz napajalne enote, da vzpostavi pretočno povezavo, in ji dovaja aktivno moč nazaj. Pri različnih motorjih je načelo vračanja kinetične energije med regenerativnim zaviranjem drugačno. Motorji s trajnimi magneti lahko delujejo kot generator brez kakršnega koli napajanja, ker ima v rotorju magnete za ustvarjanje magnetnega toka. Podobno malo motorjev ima v sebi preostali magnetizem, ki odpravlja zunanje vzbujanje, potrebno za ustvarjanje magnetnega toka.To je zato, ker indukcijski motorji nimajo vira magnetnega pretoka, ko je napajanje izklopljeno. Zato motor, ko deluje kot generator, črpa reaktivno moč iz napajalne enote, da vzpostavi pretočno povezavo, in ji dovaja aktivno moč nazaj. Pri različnih motorjih je načelo vračanja kinetične energije med regenerativnim zaviranjem drugačno. Motorji s trajnimi magneti lahko delujejo kot generator brez kakršnega koli napajanja, ker ima v rotorju magnete za ustvarjanje magnetnega toka. Podobno malo motorjev ima v sebi preostali magnetizem, ki odpravlja zunanje vzbujanje, potrebno za ustvarjanje magnetnega toka.Načelo vračanja kinetične energije med regenerativnim zaviranjem je drugačno. Motorji s trajnimi magneti lahko delujejo kot generator brez kakršnega koli napajanja, ker ima v rotorju magnete za ustvarjanje magnetnega toka. Podobno malo motorjev ima v sebi preostali magnetizem, ki odpravlja zunanje vzbujanje, potrebno za ustvarjanje magnetnega toka.Načelo vračanja kinetične energije med regenerativnim zaviranjem je drugačno. Motorji s trajnimi magneti lahko delujejo kot generator brez kakršnega koli napajanja, ker ima v rotorju magnete za ustvarjanje magnetnega toka. Podobno malo motorjev ima v sebi preostali magnetizem, ki odpravlja zunanje vzbujanje, potrebno za ustvarjanje magnetnega toka.
V večini električnih vozil je elektromotor povezan samo z eno pogonsko osjo (večinoma z zadnjo pogonsko osjo). V tem primeru moramo za prednja kolesa uporabiti mehanski zavorni sistem (hidravlično zaviranje). To pomeni, da mora krmilnik med zaviranjem vzdrževati koordinacijo med mehanskim in elektronskim zavornim sistemom.
Ali je vredno uporabiti regenerativno zaviranje v vseh električnih vozilih?
V konceptu metode regenerativnega zaviranja ni dvoma o potencialu za zajemanje energije, ima pa tudi nekatere omejitve. Kot smo že omenili, je hitrost polnjenja baterij počasna v primerjavi s hitrostjo polnjenja. To omejuje količino obnovljene energije, ki jo lahko akumulatorji shranijo med nenadnim zaviranjem (hitro pojemanje). V popolnoma napolnjenih pogojih ni priporočljivo uporabljati regenerativnega zaviranja. To je zato, ker lahko prekomerno polnjenje poškoduje baterije, vendar elektronsko vezje preprečuje, da bi jih preveč napolnili. V tem primeru lahko kondenzatorska banka shrani energijo in pomaga pri razširitvi obsega. Če ga ni, se za zaustavitev vozila uporabijo mehanske zavore.
Vemo, da je kinetična energija podana z 0,5 * m * v 2. Količina energije, ki jo lahko pridobimo, je odvisna od mase vozila in tudi od hitrosti vožnje. Skupna masa je večja pri težkih vozilih, kot so električni avtomobili, električni avtobusi in tovornjaki. V mestnem voznem ciklu bi ta težka vozila po pospeševanju dobila velik zagon kljub križarjenju z nizko hitrostjo. Tako je med zaviranjem kinetična energija večja v primerjavi z električnim skuterjem, ki vozi z enako hitrostjo. Zato je učinkovitost regenerativnega zaviranja večja pri električnih avtomobilih, avtobusih in drugih težkih vozilih. Čeprav ima malo električnih skuterjev značilnost regenerativnega zaviranja, vpliv le-tega na sistem (količina pridobljene energije ali razširjen doseg) ni tako učinkovit kot pri električnih avtomobilih.
Potreba po kondenzatorskih bankah ali ultra kondenzatorjih
Med zaviranjem moramo v trenutku ustaviti ali zmanjšati hitrost vozila. Zato je zaviranje v tistem trenutku kratek čas. Baterije imajo omejitev glede časa polnjenja, zato ne moremo naenkrat izliti več energije, ker bo to poslabšalo baterije. Poleg tega pogosto polnjenje in praznjenje baterije prav tako zmanjša življenjsko dobo baterije. Da bi se temu izognili, v sistem dodamo kondenzatorski sklop ali ultrakondenzatorje. Ultra kondenzatorji ali super kondenzatorji se lahko praznijo in polnijo več ciklov brez poslabšanja zmogljivosti, kar pomaga pri podaljšanju življenjske dobe baterije. Ultra kondenzator ima hiter odziv, kar pomaga pri učinkovitem zajemanju vrhov energije / prenapetosti med regenerativnim zaviranjem.Razlog za izbiro ultra kondenzatorja je, da lahko shrani 20-krat več energije kot elektrolitski kondenzatorji. V tem sistemu je pretvornik DC v DC. Med pospeševanjem postopek povečevanja omogoča kondenzatorju, da se izprazni do mejne vrednosti. Med upočasnjevanjem (tj. Zaviranjem) omogoča delovanje kondenzatorja polnjenje. Ultra kondenzatorji imajo dober prehodni odziv, kar je koristno med zagonom vozila. Če rekuperirano energijo shrani ločeno od akumulatorja, lahko pomaga razširiti doseg vozila in lahko podpira tudi nenadne pospeške s pomočjo ojačevalnega vezja.zaviranje) delovanje buck omogoča polnjenje kondenzatorja. Ultra kondenzatorji imajo dober prehodni odziv, kar je koristno med zagonom vozila. Če shranjeno energijo shrani ločeno od akumulatorja, lahko pripomore k razširitvi dosega vozila in podpira tudi nenadne pospeške s pomočjo ojačevalnega vezja.zaviranje) delovanje buck omogoča polnjenje kondenzatorja. Ultra kondenzatorji imajo dober prehodni odziv, kar je koristno med zagonom vozila. Če rekuperirano energijo shrani ločeno od akumulatorja, lahko pomaga razširiti doseg vozila in lahko podpira tudi nenadne pospeške s pomočjo ojačevalnega vezja.