Sef lucr. dr. ing. Torok Francisc [604128]

UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” din SIBIU
FACULTATEA DE INGINERIE

REFERAT
ELECTRONICA DE PUTERE I I

FRÂNAREA REGENERATIVĂ

Coordonator :
Sef lucr. dr. ing. Torok Francisc
Studen ți:
Ionașcu Ionuț
Ștefănescu Andrei
EM-331/1

Sibiu, 2017

 Rezumat :
Frânarea regenerativă este un procedeu de frânare al unui vehicul prin conversia energiei sale
cinetice într-o altă formă, energie care poate fi reutilizată imediat sau stocată (în baterii sau
supercondensatori) . Procedeul diferă de metoda de frânare convențională care disipează
în mediu această energie sub formă de căldură prin frecare în frâne sau frânarea dinamică în care
energia e recuperată de motoarele electrice ca generatoare, dar este imediat disipată sub formă de
căldură în r ezistențe . În afară de mărirea eficienței energetice a vehiculului prin evitarea risipirii
acestei energii, frânarea regenerativă menajează sistemele de frânare convenționale.
 Considerații teoretice :
În mod obișnuit un sistem de frânare regenerativă este format dintr -o mașină electrică care
poate fi un motor electric care funcționează în regim reversibil sau un generator electric.
Acestea sunt antrenate de roți de rulare cuplate la ele, producând curen t electric.
La transportul feroviar, inclusiv la tramvaie, electricitatea produsă este reintrodusă
în sistemul de alimentare .
La vehiculele electrice propulsate de baterii, inclusiv la vehiculele electrice hibride, energia
recuperată este stocată în aceste baterii și în supercondensatori.
În afară de sistemele electrice, energia recuperată poate fi stocată și ca energie cinetică în
volanți. Vehiculele hibride care dispun de sisteme de acționare hidraulice sau pneumatice pot
stoca energia recuperată în sistemele de alimentare ale acestora.
 Aplicaț ii in stadiul actual :
– FIA (Formula 1) – folosirea KERS (sistem de recuperare a energiei cinetice)
din anul 2013 ;
– Automobile electrice/hibride – KERS ;
– Peugeot ș i Citroën planifică, de asemenea, o
propulsie de frânare de regenerare regenerabilă, denumită Hybrid Air.
– Trotinete/ Biciclete electrice – reîncarcarea bateriei prin pedalare;
– Motociclete – KERS;
– Piese auto (volantă );
– Feroviare ; etc.

 Conversii energetice:
Avand î n vedere aplicaț iile se disting două categorii de conversii energetice:
Conversia î n energie mecanica:
Sistemele mecanice de recuperare a energiei la frânare stochează energia recuperată sub
formă de energie cinetică a unor volanți.
Un sistem de recuperare a energiei cinetice (KERS ) e un sistem de automobile
pentru recuperarea energiei cinetice a unui vehicul in miscare in timpul franarii. Energia
recuperata e stocata intr -un rezervor (de exemplu o volanta sau baterii de tensiuni inalte) pentru
folosirea ulterioara la accelerare.
Deoarece nu există transformările energie cinetică –> energie electri că –> energie
chimică –> energie electrică –> energie cinetică, dacă refolosirea energiei stocate este
imediată , randamentul energetic al acestor sisteme este superior celor electrice. În timp,
datorită pierderilor în lagăre, turația volantului scade, ca u rmare scade și energia sa, deci
randamentul. Pentru a micșora aceste pierderi, volanții se rotesc în incinte vidate, iar lagărele
sunt cu suspensie magnetică. O asemenea construcție stochează energia până la cel mult o oră,
sistemul fiind foarte eficient d oar la frânări urmate imediat de accelerări, cum ar fi circulația
în oraș sau participarea la curse pe circuite asemănătoare celor de la Formula 1.

Conversia în energie electrică : motorul ca generator:
Frânarea regenerativă electrică este un proces în tre i etape, etapa de recuperare a energiei
cinetice prin generarea energiei electrice, etapa de stocare a ei în acumulatori
sau supercondensatori și etapa de utilizare a energiei prin transformare din nou în energie
cinetică. În toate etapele apar pierderi en ergetice, transformările făcându -se cu un anumit
randament.

La o mașină hibridă : motor, motor asincron/generator asincron, baterii, controller
electronic.
i. La accelerare, motorul -generator preia energie electric ă din baterii pentru a da o forță
extra vehiculului în miș care
ii. În timpul frânării, motorul intră în regim de generator și încarcă bateria.

La o mașină electrică :
În regim de motor : Tensiunea continuă din bateriile î n serie de 400 V este
stabilizat printr -un convertor c.c-c.c., apoi intră in invertorul trifazat care fac e din tensiune
contiună o tensiune trifazată simetrică cu un e fect sinusoidal care alimentează motorul
asincron.

În regim de generator: La frânare, motorul intră î n regim de generator asincron
din car e iese o tensiune alternativă trifazată, aceasta fiind redresată printr -un redresor trifazat
în tensiune continuă care încarcă bateria. Tensiunea care încarcă bateria trebuie să fie mai mare
decât tensiunea bateriei pentru a se încăr ca.

Exemplu: Controller -ul motorului a început automat încărcarea bateriei când frâna a fost
apasată . Multe mașini hibride și electrice folosesc această tehnică pentru a extinde durata de
viață a bateriei, î n special acelea care folosesc tracț iune AC, dar și DC î n ultima vreme.

Tesla Model S P85+ folosind pute rea la
frânarea regenerativă mai mare de 60 kW
și indicatorul de culoare verde se aprinde.

Șinele de tren – trenurile dau excesul de energie prin frânare generativă chiar în reț ea
adică ș inele de tren devin generatoare de electricitate pentru consumatori .

Limitări
Vehiculele care dispun de sisteme de frânare regenerativă trebuie echipate și
cu frâne clasice cu fricțiune deoarece:
 Sistemul de frânare tradițional este sistem de rezervă în caz de avarie a celui regenerativ.
 Capacitatea de frânare a frânelor regenerative scade odată cu viteza, pentru oprirea
completă a vehiculului fiind nevoie de alt sistem de frânare. De asemenea, ea este nulă în
timpul staționării.
 Frânarea regen erativă poate produce un exces de energie, de exemplu la coborârea
pantelor, exces care nu poate fi preluat de sistemele de stocare și trebuie disipată prin
sistemele de frân are clasice.

 La frânarea de urgență este nevoie ca toate roțile să fie frânate la limita de aderență cu
drumul. Energia cinetică a vehiculului trebuie disipată într -un timp mult mai scurt decât
cel uzual la accelerare, ceea ce nu se poate realiza decât cu puteri electrice foarte mari, de
câteva ori mai mari decât puterea de propulsie, d ucând la sisteme nepractice. Excesul de
energie trebuie disipat prin sisteme de frânare clasice.
 Uzual, autoturismele au doar o punte motoare, iar frânarea regenerativă electrică se poate
aplica doar pe punțile acționate de motoare electrice. Pe celelalte punți frânarea se face
prin metode clasice.

Coordonarea sistemelor de frânare a fost mult timp o problemă. La început accelerarea și
frânarea erau comandate de același sistem, care era comutat. Erorile de comutare au
determinat accidente prin accelerare c ând de fapt se dorea frânarea, cum a fost de exemplu
accidentul de tren din 1948 de la Wädenswil.

Avantaje:
Dezavantaje:
 Crește eficienț a energiei a unui
vehicul
 Performanța îmbunătățită
 Reduce emisiile
 Reduce uzura motorului
 Fără poluare
 Accesorii mici
 Menajează uzura frânelor mecanice
în timp  Uneori sunt mai grele decâ t celalalte
 Costurile componentelor, ingineria,
producerea lor
 Frânele mecanice sunt necesare
 Preocupările privind sigura nța in
stocarea energiei
 Cerințele de întreținere suplimentare
depind de complexitatea designului

Model nou TESLA : Bateria de 200 kWh, face posibi lă parcurgerea fără întrerupere distanța
de 1000 km de autostradă . Accelerează de la 0 la 100 de km/h în 1,9 secunde și are o viteză
maximă de circa 400 de km/h.
*Funcționarea î n 2 cadrane -convertoare pentru maș ini de cc:

Dacă sursa e o bate rie de a cumulatoare se poate realiza frâ narea cu recuperare, deci
funcționarea î n 2 cadrane:
Tiristorul principal T1 formează semnale dreptunghiu lare, iar TM, TG conduc la
funcționarea în regim de motor sau de frână .
Regim de motor : curentul prin indus se închide pe durata activă prin tiristo rul T1, b obina
de limitare L1, înfășurarea de excitație Ex, dioda Dm și tirisotrul Tm. În pauza curentul se
închide prin indus, tir istorul Tm, dioda D, bobina L, înfășurarea de excitaț ie Ex, dioda Dm ,
din nou prin indus .
Regim de frâ nare cu recuperare : sensul tem Ea se menține, dar se schimbă sensul curentului
Ia; deci Tg, Dg au legat uri inverse față de Tm, Dm.
Traseul de circulaț ie al curentului :
I) Perioada activ ă: prin rotor, Dg, T1, L, Ex, TG, rotor -unde se acumulează energie
electromagnetică ;

II) Pauza: rotor, DG, sursa, D, L, Ex, TG, rotor -încărcarea sur sei din energia
electromagnetică localizata in rotor.

 Concluzii :

Frânarea regenerativă este o metodă eficientă de a recupera energia , care î n mod normal s –
ar pierde , chiar dacă implic a niște costuri mai ridicate fa ță de frânarea convențională . Totodată,
autonomia automobilului crește, reîncărcarea bateriei făcâ ndu-se mai rar.
Această tehnologie este preluată și pusă în aplicare în diverse domenii, nu doar î n industria
e-auto, fiind folosită din ce î n ce mai des pe viitor.

 Bibliografie:

https://ro.wikipedia.org/wiki/Fr%C3%A2nare_regenerativ%C4%83#Conversia_.C3.AEn_en
ergie_mecanic.C4.83
https://en.wikipedia.org/wiki/Regenerative_brake#Conversion_to_electric_energy:_the _mot
or_as_a_generator
https://en.wikipedia.org/wiki/Kinetic_energy_recovery_system
https://www.slideshare.net/roskumar18/regenerative -braking -system -37394325
https://www.slideshare.net/divyanshu2k/regenerative -braking -system –
32602945?next_slideshow=1