Frenata rigenerativa

Frenatura Rigenerativa

Nella frenatura rigenerativa, l'energia cinetica della macchina azionata viene catturata e restituita alla rete di alimentazione. Questo meccanismo di frenatura entra in gioco quando il carico o la macchina azionata costringono il motore a funzionare ad una velocità superiore alla sua velocità a vuoto mantenendo costante l'eccitazione.

Contenuti

• Applicazioni della Frenatura Rigenerativa

• Frenatura Rigenerativa nei Motori CC a Scambio

• Frenatura Rigenerativa nei Motori CC in Serie

Sotto le condizioni di frenatura rigenerativa, si verifica una significativa trasformazione elettrica all'interno del motore. In particolare, la forza elettromotrice indotta Eb del motore supera la tensione di alimentazione V. Questa inversione nella relazione di tensione porta a un cambiamento nella direzione della corrente dell'armatura del motore. Di conseguenza, il motore passa dalla sua modalità operativa normale a funzionare come generatore, convertendo l'energia meccanica dal carico azionato in energia elettrica e rifornendola alla sorgente di alimentazione.

È importante notare che la frenatura rigenerativa non è limitata solo a scenari ad alta velocità. Può essere implementata efficacemente anche a velocità molto basse, purché il motore sia configurato come generatore eccitato separatamente. Man mano che la velocità del motore diminuisce, il suo livello di eccitazione viene aumentato in modo controllato. Questo aggiustamento assicura che le due equazioni fondamentali che governano il comportamento elettrico del sistema siano soddisfatte, consentendo un recupero efficiente dell'energia anche in condizioni di bassa velocità.

Frenatura Rigenerativa Continua

Nel processo di aumento dell'eccitazione del motore, non si raggiunge uno stato di saturazione magnetica. Questa caratteristica permette un controllo e un funzionamento più efficaci durante gli scenari di frenatura rigenerativa.

La frenatura rigenerativa può essere implementata con successo in motori a scambio ed eccitati separatamente. Tuttavia, nel caso dei motori composti, la frenatura può essere ottenuta solo sotto la condizione di compounding in serie debole. Questa limitazione evidenzia l'importanza della progettazione e della configurazione del motore nella determinazione della fattibilità ed efficacia della frenatura rigenerativa.

Applicazioni della Frenatura Rigenerativa

La frenatura rigenerativa è particolarmente adatta per applicazioni in cui i motori devono essere frenati e rallentati frequentemente. La sua capacità di convertire l'energia cinetica in energia elettrica la rende estremamente efficiente in tali ambienti operativi dinamici.

Una delle sue applicazioni più preziose risiede nel mantenimento di una velocità costante per un carico discendente con alta energia potenziale. Catturando l'energia generata durante la discesa, la frenatura rigenerativa aiuta a controllare la velocità del carico, garantendo un'operazione sicura e stabile mentre recupera energia che altrimenti sarebbe sprecata.

Questo metodo di frenatura è ampiamente utilizzato in vari settori per controllare la velocità dei motori che azionano diversi tipi di carichi. Svolge un ruolo cruciale nelle locomotive elettriche, dove aiuta a gestire la velocità del treno durante la decelerazione e la discesa, alimentando contemporaneamente energia alla rete elettrica. Negli ascensori, gru e argani, la frenatura rigenerativa consente un controllo preciso della velocità e risparmio energetico, migliorando l'efficienza e le prestazioni complessive di questi sistemi.

È importante notare che la frenatura rigenerativa non è destinata a fermare completamente il motore. Al contrario, la sua funzione principale è regolare la velocità del motore quando questo opera ad una velocità superiore alla sua velocità a vuoto, facilitando la conversione dell'energia meccanica in energia elettrica per il riutilizzo. Il requisito fondamentale per la rigenerazione è che la forza elettromotrice indotta (Eb) deve superare la tensione di alimentazione. Questa condizione causa l'inversione della corrente dell'armatura, effettivamente spostando la modalità di funzionamento del motore da motore a generatore.

Frenatura Rigenerativa nei Motori CC a Scambio

In condizioni operative normali, la corrente dell'armatura di un motore CC a scambio è determinata dall'equazione seguente:

Dinamica della Frenatura Rigenerativa

Quando una gru, un argano o un montacarichi abbassa un carico, la velocità rotazionale del motore può superare la sua velocità a vuoto. In questo scenario, la forza elettromotrice indotta (EMF) del motore supera la tensione di alimentazione. Di conseguenza, la corrente dell'armatura Ia cambia direzione, trasformando il motore in un generatore. Questa conversione consente di catturare l'energia cinetica del carico discendente e di restituirla all'alimentazione elettrica, ottimizzando l'utilizzo dell'energia e fornendo un effetto di frenatura.

Frenatura Rigenerativa nei Motori CC in Serie

I motori CC in serie presentano caratteristiche elettriche uniche durante il funzionamento. Man mano che la velocità del motore aumenta, sia la corrente dell'armatura che il flusso di campo diminuiscono. A differenza di altri tipi di motori, la forza elettromotrice indotta Eb in un motore CC in serie solitamente non supera la tensione di alimentazione in condizioni normali. Tuttavia, la rigenerazione rimane fattibile perché la corrente di campo non può superare la corrente dell'armatura.

Questo meccanismo di frenatura è particolarmente cruciale nelle applicazioni in cui i motori CC in serie sono ampiamente impiegati, come nei sistemi di trazione per treni e negli argani degli ascensori. Ad esempio, quando una locomotiva elettrica scende una pendenza, mantenere una velocità costante è essenziale per la sicurezza ed efficienza. Analogamente, nei motori di argano, la frenatura rigenerativa interviene per limitare la velocità quando raggiunge livelli potenzialmente pericolosi, assicurando un'operazione controllata.

Un approccio ampiamente adottato per implementare la frenatura rigenerativa nei motori CC in serie prevede di ricongfigurarli per farli funzionare come motori a scambio. Poiché l'avvolgimento di campo di un motore CC in serie ha una resistenza bassa, viene incorporata una resistenza in serie nel circuito di campo. Questa resistenza aggiuntiva svolge un ruolo vitale nel mantenere la corrente entro parametri sicuri, consentendo al motore di funzionare efficacemente nella sua nuova configurazione e facilitando la conversione dell'energia meccanica in energia elettrica durante il processo di frenatura.