Hamulce regeneracyjne
Regeneracyjne hamowanie
W regeneracyjnym hamowaniu energia kinetyczna napędzanej maszynerii jest wykorzystywana i zwracana do sieci zasilającej. Ten mechanizm hamowania wchodzi w grę, gdy obciążenie lub maszyna zmusza silnik do pracy z prędkością przekraczającą jego prędkość bez obciążenia przy stałym pobudzeniu.
Spis treści
Zastosowania regeneracyjnego hamowania
Regeneracyjne hamowanie w silnikach szeregowych DC
Regeneracyjne hamowanie w silnikach szeregowych DC
W warunkach regeneracyjnego hamowania następuje istotna transformacja elektryczna wewnątrz silnika. Szczególnie, siła elektromotoryczna zwrotna Eb silnika przekracza napięcie zasilające V. Ta zmiana relacji napięć prowadzi do zmiany kierunku prądu armatury silnika. W konsekwencji, silnik przechodzi z normalnego trybu pracy do funkcjonowania jako generator, przekształcając energię mechaniczną z napędzanego obciążenia w energię elektryczną i zwracając ją do źródła zasilania.
Warto zauważyć, że regeneracyjne hamowanie nie ogranicza się do scenariuszy o wysokich prędkościach. Może być również efektywnie zastosowane przy bardzo niskich prędkościach, pod warunkiem, że silnik jest skonfigurowany jako oddzielnie pobudzany generator. Gdy prędkość silnika maleje, jego poziom pobudzenia jest zwiększany w kontrolowany sposób. Ta regulacja zapewnia, że dwie kluczowe równania rządzące zachowaniem elektrycznym systemu są spełnione, umożliwiając efektywne odzyskiwanie energii nawet w warunkach niskiej prędkości.
Kontynuacja regeneracyjnego hamowania
Podczas zwiększenia pobudzenia silnika, nie dochodzi do stanu nasycenia magnetycznego. Ta charakterystyka pozwala na bardziej efektywne sterowanie i działanie w scenariuszach regeneracyjnego hamowania.
Regeneracyjne hamowanie może być pomyślnie zaimplementowane w silnikach szeregowych i oddzielnie pobudzanych. Jednakże, w przypadku silników złożonych, hamowanie może być osiągnięte tylko pod warunkiem słabego zespolenia szeregowego. To ograniczenie podkreśla ważność projektu i konfiguracji silnika w określeniu możliwości i efektywności regeneracyjnego hamowania.
Zastosowania regeneracyjnego hamowania
Regeneracyjne hamowanie jest szczególnie dobrze przystosowane do zastosowań, gdzie napędy muszą być często hamowane i spowalniane. Jego zdolność do przekształcania energii kinetycznej z powrotem w energię elektryczną czyni go bardzo efektywnym w takich dynamicznych warunkach pracy.
Jedno z najbardziej wartościowych zastosowań polega na utrzymaniu stałej prędkości dla opadającego obciążenia o dużej potencjalnej energii. Poprzez wykorzystanie energii generowanej podczas opadania, regeneracyjne hamowanie pomaga kontrolować prędkość obciążenia, zapewniając bezpieczne i stabilne działanie, jednocześnie odzyskując energię, która inaczej byłaby tracona.
Ta metoda hamowania jest szeroko stosowana w różnych branżach do kontroli prędkości silników napędzających różne typy obciążeń. Odgrywa kluczową rolę w elektrycznych lokomotywach, gdzie pomaga zarządzać prędkością pociągu podczas spowalniania i jazdy pod górę, jednocześnie zwracając energię do sieci zasilającej. W windach, dźwigach i windach towarowych, regeneracyjne hamowanie umożliwia precyzyjną kontrolę prędkości i oszczędzanie energii, zwiększając ogólną efektywność i wydajność tych systemów.
Ważne jest, aby zauważyć, że regeneracyjne hamowanie nie ma na celu zatrzymania silnika całkowicie. Zamiast tego, jego główna funkcja polega na regulacji prędkości silnika, gdy pracuje on z prędkością przekraczającą jego prędkość bez obciążenia, ułatwiając przekształcanie energii mechanicznej w energię elektryczną do ponownego użytku. Podstawowym wymaganiem dla regeneracji jest, aby siła elektromotoryczna zwrotna (Eb) przekroczyła napięcie zasilające. Ta sytuacja powoduje odwrócenie kierunku prądu armatury, efektywnie zmieniając tryb działania silnika z napędowego na generujący.
Regeneracyjne hamowanie w silnikach szeregowych DC
W normalnych warunkach pracy, prąd armatury silnika szeregowego DC jest określany przez następujące równanie:
Dynamika regeneracyjnego hamowania
Gdy dźwig, winda lub winda towarowa opuszcza obciążenie, prędkość obrotowa silnika może przekroczyć jego prędkość bez obciążenia. W tym scenariuszu, siła elektromotoryczna zwrotna (EMF) silnika przekracza napięcie zasilające. W rezultacie, prąd armatury Ia zmienia kierunek, efektywnie zamieniając silnik w generator. Ta konwersja pozwala wykorzystać energię kinetyczną z opadającego obciążenia i zwrócić ją do zasilania elektrycznego, optymalizując zużycie energii i zapewniając efekt hamowania.
Regeneracyjne hamowanie w silnikach szeregowych DC
Silniki szeregowe DC wykazują unikalne cechy elektryczne podczas działania. Gdy prędkość obrotowa silnika wzrasta, zarówno prąd armatury, jak i strumień pola magnetycznego maleją. W przeciwieństwie do niektórych innych typów silników, siła elektromotoryczna zwrotna Eb w silniku szeregowym DC zazwyczaj nie może przekroczyć napięcia zasilającego w normalnych warunkach. Niemniej jednak, regeneracja pozostaje możliwa, ponieważ prąd pola magnetycznego nie może przekroczyć prądu armatury.
Ten mechanizm hamowania jest szczególnie kluczowy w zastosowaniach, gdzie dominują silniki szeregowe DC, takich jak systemy napędowe pociągów i windy towarowe. Na przykład, gdy elektryczna lokomotywa schodzi ze stoku, utrzymanie stałej prędkości jest niezbędne dla bezpieczeństwa i efektywności. Podobnie, w napędach wind, regeneracyjne hamowanie wchodzi w grę, aby ograniczyć prędkość, gdy osiąga potencjalnie niebezpieczne poziomy, zapewniając kontrolowaną pracę.
Jednym z szeroko stosowanych podejść do implementacji regeneracyjnego hamowania w silnikach szeregowych DC jest ich rekonfiguracja do działania jako silniki szeregowe. Biorąc pod uwagę, że cewka pola magnetycznego silnika szeregowego DC ma niską oporność, dodatkowa oporność szeregowa jest wprowadzona do obwodu pola. Ta dodatkowa oporność odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu prądu w bezpiecznych parametrach, umożliwiając silnikowi efektywne działanie w nowej konfiguracji i ułatwiając przekształcanie energii mechanicznej w energię elektryczną podczas procesu hamowania.
