Freinage régénératif

Freinage régénératif

Dans le freinage régénératif, l'énergie cinétique de la machine entraînée est captée et réinjectée dans le réseau d'alimentation électrique. Ce mécanisme de freinage intervient lorsque la charge ou la machine entraînée oblige le moteur à fonctionner à une vitesse supérieure à sa vitesse à vide, tout en maintenant une excitation constante.

Sommaire

• Applications du freinage régénératif

• Freinage régénératif dans les moteurs DC à excitation parallèle

• Freinage régénératif dans les moteurs DC en série

Sous les conditions de freinage régénératif, une transformation électrique significative se produit au sein du moteur. Plus précisément, la force électromotrice de contre-réaction Eb du moteur dépasse la tension d'alimentation V. Cette inversion de la relation de tension conduit à un changement de direction du courant de l'armature du moteur. Par conséquent, le moteur passe de son mode de fonctionnement normal pour fonctionner comme un générateur, convertissant l'énergie mécanique de la charge entraînée en énergie électrique et la réinjectant dans la source d'alimentation.

Il convient de noter que le freinage régénératif n'est pas limité aux scénarios de haute vitesse. Il peut également être mis en œuvre efficacement à des vitesses très basses, à condition que le moteur soit configuré comme un générateur à excitation séparée. À mesure que la vitesse du moteur diminue, son niveau d'excitation est augmenté de manière contrôlée. Cet ajustement assure que les deux équations clés régissant le comportement électrique du système soient satisfaites, permettant ainsi une récupération d'énergie efficace même dans des conditions de faible vitesse.

Poursuite du freinage régénératif

Au cours du processus d'augmentation de l'excitation du moteur, il ne atteint pas un état de saturation magnétique. Cette caractéristique permet un contrôle et un fonctionnement plus efficaces lors des scénarios de freinage régénératif.

Le freinage régénératif peut être mis en œuvre avec succès dans les moteurs à excitation parallèle et à excitation séparée. Cependant, dans le cas des moteurs composés, le freinage ne peut être réalisé que sous la condition d'une composition en série faible. Cette limitation souligne l'importance de la conception et de la configuration du moteur dans la détermination de la faisabilité et de l'efficacité du freinage régénératif.

Applications du freinage régénératif

Le freinage régénératif est particulièrement adapté aux applications où les entraînements doivent être fréquemment freinés et ralentis. Sa capacité à convertir l'énergie cinétique en énergie électrique le rend très efficace dans de tels environnements opérationnels dynamiques.

L'une de ses applications les plus précieuses se trouve dans le maintien d'une vitesse constante pour une charge descendante dotée d'une énergie potentielle élevée. En captant l'énergie générée pendant la descente, le freinage régénératif aide à contrôler la vitesse de la charge, assurant un fonctionnement sûr et stable tout en récupérant de l'énergie qui serait autrement perdue.

Cette méthode de freinage est largement utilisée dans diverses industries pour contrôler la vitesse des moteurs entraînant différents types de charges. Elle joue un rôle crucial dans les locomotives électriques, où elle aide à gérer la vitesse du train lors du ralentissement et de la descente, tout en réinjectant de l'énergie dans le réseau électrique. Dans les ascenseurs, les grues et les palans, le freinage régénératif permet un contrôle précis de la vitesse et des économies d'énergie, améliorant l'efficacité globale et les performances de ces systèmes.

Il est important de noter que le freinage régénératif n'est pas destiné à arrêter complètement le moteur. Au lieu de cela, sa fonction principale est de réguler la vitesse du moteur lorsqu'il fonctionne au-dessus de sa vitesse à vide, facilitant la conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique pour une réutilisation. La condition fondamentale pour la régénération est que la force électromotrice de contre-réaction (Eb) doit dépasser la tension d'alimentation. Cette condition provoque l'inversion du courant de l'armature, passant effectivement le mode de fonctionnement du moteur de moteur à générateur.

Freinage régénératif dans les moteurs DC à excitation parallèle

Dans des conditions de fonctionnement normales, le courant de l'armature d'un moteur DC à excitation parallèle est déterminé par l'équation suivante :

Dynamique du freinage régénératif

Lorsqu'une grue, un palan ou un élévateur abaisse une charge, la vitesse de rotation du moteur peut dépasser sa vitesse à vide. Dans ce scénario, la force électromotrice de contre-réaction (EMF) du moteur dépasse la tension d'alimentation. En conséquence, le courant de l'armature Ia change de direction, transformant effectivement le moteur en un générateur. Cette conversion permet de capter l'énergie cinétique de la charge descendant et de la réinjecter dans l'alimentation électrique, optimisant l'utilisation de l'énergie et fournissant un effet de freinage.

Freinage régénératif dans les moteurs DC en série

Les moteurs DC en série présentent des caractéristiques électriques uniques lors de leur fonctionnement. À mesure que la vitesse du moteur augmente, le courant de l'armature et le flux de champ diminuent. Contrairement à certains autres types de moteurs, la force électromotrice de contre-réaction Eb dans un moteur DC en série ne dépasse généralement pas la tension d'alimentation dans des conditions normales. Cependant, la régénération reste possible car le courant de champ ne peut pas dépasser le courant de l'armature.

Ce mécanisme de freinage est particulièrement crucial dans les applications où les moteurs DC en série sont principalement utilisés, tels que les systèmes de traction pour les trains et les palans d'ascenseurs. Par exemple, lorsque une locomotive électrique descend une pente, maintenir une vitesse constante est essentiel pour la sécurité et l'efficacité. De même, dans les entraînements de palan, le freinage régénératif intervient pour limiter la vitesse lorsqu'elle atteint des niveaux potentiellement dangereux, assurant un fonctionnement contrôlé.

Une approche largement adoptée pour mettre en œuvre le freinage régénératif dans les moteurs DC en série consiste à les reconfigurer pour qu'ils fonctionnent comme des moteurs à excitation parallèle. Étant donné que l'enroulement de champ d'un moteur DC en série a une résistance faible, une résistance en série est incorporée dans le circuit de champ. Cette résistance supplémentaire joue un rôle vital pour maintenir le courant dans des paramètres sûrs, permettant au moteur de fonctionner efficacement dans sa nouvelle configuration et facilitant la conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique pendant le processus de freinage.