再生ブレーキ

再生ブレーキ

再生ブレーキでは、駆動機械の運動エネルギーが取り込まれて電力供給系統にフィードバックされます。このブレーキ機構は、駆動負荷または機械がモーターを無負荷速度を超えて動作させながら励磁を一定に保つ場合に機能します。

目次

• 再生ブレーキの応用

• DCシャントモーターでの再生ブレーキ

• DC直列モーターでの再生ブレーキ

再生ブレーキ条件のもとでは、モーター内で重要な電気的変化が起こります。具体的には、モーターの逆起電力Ebが供給電圧Vを上回ります。この電圧関係の逆転により、モーターのアーマチャトリー電流の方向が変わります。その結果、モーターは通常の動作モードから発電機として機能するモードに移行し、駆動負荷からの機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電源に供給します。

注目に値するのは、再生ブレーキは高速状況に限らず、非常に低速でも効果的に実装できる点です。ただし、モーターが分離励磁発電機として構成されていることが必要です。モーターの速度が低下すると、その励磁レベルが制御された方法で増加します。この調整により、システムの電気的挙動を規定する2つの重要な式が満たされ、低速条件下でも効率的なエネルギーリカバリが可能になります。

再生ブレーキの続き

モーターの励磁を増加させる過程で、磁気飽和状態にはなりません。この特性により、再生ブレーキシナリオにおけるより効果的な制御と動作が可能になります。

再生ブレーキは、シャントおよび分離励磁モーターで成功裏に実装できます。しかし、複合モーターの場合、弱い直列複合条件のみでブレーキングが可能です。この制限は、再生ブレーキの実現可能性と効果性を決定する上で、モーターデザインと構成の重要性を強調しています。

再生ブレーキの応用

再生ブレーキは、ドライブが頻繁にブレーキングや減速が必要な応用において特に適しています。運動エネルギーを電気エネルギーに変換する能力により、このようなダイナミックな動作環境で非常に効率的です。

最も価値のある応用の一つは、高い潜在エネルギーを持つ降下負荷の定速維持です。降下時に生成されるエネルギーを活用することで、再生ブレーキは負荷の速度を制御し、安全かつ安定した動作を確保しながら、無駄になるはずのエネルギーを回収します。

このブレーキング方法は、さまざまな産業でモーターによる異なる種類の負荷の速度制御に広く使用されています。電車では、減速や下り坂走行時の速度管理に役立ち、同時にエネルギーを電力網に戻します。エレベーター、クレーン、ホイストでは、再生ブレーキは精密な速度制御とエネルギー節約を可能にし、これらのシステム全体の効率と性能を向上させます。

再生ブレーキは、モーターを完全に停止させるためのものではありません。代わりに、その主な機能は、無負荷速度を超えて動作しているときにモーターの速度を制御し、機械エネルギーを電気エネルギーに変換して再利用することです。再生の基本的な要件は、逆起電力（Eb）が供給電圧を超えることです。この条件により、アーマチャトリー電流が逆転し、モーターの動作モードがモータリングから発電に切り替わります。

DCシャントモーターでの再生ブレーキ

通常の動作条件下では、DCシャントモーターのアーマチャトリー電流は以下の式で決定されます：

再生ブレーキのダイナミクス

クレーン、ホイスト、またはリフトが負荷を降下させるとき、モーターの回転速度は無負荷速度を超えることがあります。この場合、モーターの逆起電力（EMF）が供給電圧を上回ります。その結果、アーマチャトリー電流Iaの方向が逆転し、モーターは発電機に変化します。この変換により、降下負荷からの運動エネルギーが取り込まれ、電力供給にフィードバックされ、エネルギー使用を最適化し、ブレーキ効果を提供します。

DC直列モーターでの再生ブレーキ

DC直列モーターは、動作中に独特の電気的特性を示します。モーターの速度が増加すると、アーマチャトリー電流とフィールドフラックスが減少します。他のいくつかのモータータイプとは異なり、DC直列モーターの逆起電力Ebは通常の状況では供給電圧を超えることはありません。ただし、フィールド電流がアーマチャトリー電流を超えないため、再生は依然として可能です。

このブレーキングメカニズムは、電車のトラクションシステムやエレベーターホイストなど、DC直列モーターが主に使用される応用において特に重要です。例えば、電車が勾配を下るとき、安全と効率のために一定の速度を維持することが不可欠です。同様に、ホイストドライブでは、速度が危険なレベルに達したときに再生ブレーキが介入し、制御された動作を確保します。

DC直列モーターでの再生ブレーキの実装に広く採用されているアプローチの一つは、それらをシャントモーターとして動作させるように再構成することです。DC直列モーターのフィールド巻線は抵抗が低いため、フィールド回路に直列抵抗が組み込まれます。この追加の抵抗は、電流を安全な範囲内に保つ重要な役割を果たし、モーターが新しい構成で効果的に動作し、ブレーキングプロセス中の機械エネルギーを電気エネルギーに変換するのを助けます。