Rekuperační brzdění (z latinského recuperatio „zpětný příjem; návrat“) je druh elektrického brzdění , při kterém se elektřina generovaná trakčními motory pracujícími v generátorovém režimu využívá k dobíjení trakčních baterií nebo se vrací do elektrické sítě.
Regenerativní brzdění je široce používáno na elektrických lokomotivách , elektrických vlacích , moderních tramvajích a trolejbusech , kde při brzdění začnou elektromotory pracovat jako elektrické generátory a vytvořená elektřina je přenášena přes kontaktní síť buď do jiných elektrických lokomotiv, nebo do obecné napájecí soustava prostřednictvím trakčních měníren .
Podobný princip se používá u elektromobilů , hybridních vozidel , kde se elektřina generovaná při brzdění využívá k dobíjení baterií . Některé ovladače motoru elektrokol implementují regenerativní brzdění.
Byly také provedeny experimenty s organizací rekuperačního brzdění dalších principů na automobilech; k ukládání energie se používaly setrvačníky , pneumatické akumulátory , hydraulické akumulátory a další zařízení . [jeden]
S rozvojem trhu s hybridními a elektrickými vozidly se systém rekuperace často používá ke zvýšení dojezdu automobilu na elektrický náboj. Nejběžnější vozy v těchto třídách jsou Toyota Prius, Chevrolet Volt, Honda Insight, Tesla Model S,3,X,Y, Audi e-tron
Existují některé případy použití rekuperačního systému v automobilu s konvenčním benzínovým motorem ke snížení spotřeby paliva. Takový systém byl vyvinut na voze Ferrari, aby zajistil chod interních multimediálních a klimatizačních systémů vozu ze samostatné baterie nabíjené obnovitelnou energií.
Systém rekuperace brzdné energie pro elektrická vozidla a elektrická kola byl kritizován. Brzdná dráha automobilu je ve srovnání s vozovkou velmi malá a pohybuje se od několika metrů do několika desítek metrů (řidič obvykle poměrně prudce zabrzdí na samotném semaforu nebo cíli, nebo obecně do cíle dojíždí). Za tak krátkou dobu se baterie nestihnou výrazněji nabít regenerativním proudem ani v městském cyklu s častým brzděním. Úspory energie díky rekuperaci jsou v nejlepším případě zlomky procent, a proto je systém rekuperačního brzdění elektromobilu neefektivní a neospravedlňuje složitost konstrukce. Rekuperační brzdění navíc nezbavuje potřeby konvenčního čelisťového brzdového systému, protože při nízkých otáčkách motoru v režimu generátoru je jeho proti-EMF malé a nedostatečné k úplnému zastavení vozu. Rekuperační brzdění také neřeší problém parkovací brzdy (s výjimkou umělého dynamického držení rotoru na místě, které spotřebovává značnou energii). U moderních elektromobilů je možné nastavit „plynový“ pedál – po jeho uvolnění elektromobil buď pokračuje v jízdě setrvačností, nebo se přepne do režimu rekuperačního brzdění.
Rekuperace je však účinná pro elektrickou dopravu se svými častými zrychlovacími a zpomalovacími úseky, kde je brzdná dráha dlouhá a úměrná vzdálenosti mezi stanicemi (metro, příměstské elektrické vlaky).
V sezóně 2009 ve Formuli 1 některé vozy používaly systém KERS (Kinetic Energy Recovery System). Očekávalo se, že to podnítí vývoj v oblasti hybridních vozů a další vylepšení tohoto systému.
Ve Formuli 1 s výkonným motorem je však zrychlení v nízkých rychlostech omezeno přilnavostí pneumatik, nikoli točivým momentem. Při vysokých rychlostech není použití KERS tak efektivní. Podle výsledků sezóny 2009 tedy vozy vybavené tímto systémem neprokázaly na většině tratí převahu nad soupeři. To však nemusí být způsobeno ani tak neefektivitou systému, jako spíše obtížností jeho použití pod přísnými hmotnostními limity vozu, které platily v roce 2009 ve formuli 1. Poté, co se týmy v roce 2010 dohodly, že nebudou používat KERS, aby se snížily náklady, pokračovalo používání systému obnovy i v sezóně 2011.
Od roku 2012 platí pro systém KERS následující omezení [2] : přenášený výkon není větší než 60 kW (asi 80 k), skladovací kapacita není větší než 400 kJ. To znamená, že 80 hp. nelze použít více než 6,67 s na kolo v jednom nebo více časech. Čas na kolo tak může být zkrácen o 0,1-0,4 s.
Technické předpisy Formule 1 schválené FIA pro rok 2014 počítají s přechodem na účinnější turbomotory s integrovaným systémem rekuperace (ERS). Použití duálního rekuperačního systému (kinetického a termického) v sezónách 2014-2015 se stalo mnohem aktuálnější díky zavedení přísných regulačních omezení spotřeby paliva – ne více než 100 kg na celý závod (v předchozích letech 150 kg ) a okamžitá spotřeba nepřesahující 100 kg za hodinu. Opakovaně bylo možné pozorovat, jak v průběhu závodu, kdy selhal záchranný systém, vůz začal rychle ztrácet půdu pod nohama.
Regenerativní brzdění se využívá i ve vytrvalostních závodech. Takovým systémem jsou vybaveny sportovní prototypy třídy LMP1 továrních týmů Audi R18 a Toyota TS050 Hybrid , Porsche 919 Hybrid .
Rekuperační brzdění v železniční dopravě (zejména na elektrických lokomotivách a elektrických vlacích vybavených rekuperačním brzdovým systémem) je proces přeměny kinetické energie vlaku na elektrickou energii pomocí trakčních motorů ( TED ) pracujících v generátorovém režimu . Vzniklá elektrická energie se přenáší do kontaktní sítě (na rozdíl od reostatického brzdění , při kterém je generovaná elektrická energie zhášena brzdnými odpory , to znamená, že je přeměněna na teplo a odváděna chladicím systémem). Rekuperační brzdění se používá ke zpomalení vlaku v případech, kdy vlak jede z relativně mírného svahu a použití vzduchové brzdy je iracionální. To znamená, že regenerativní brzdění se používá k udržení dané rychlosti, když se vlak pohybuje z kopce. Tento typ brzdění poskytuje hmatatelnou úsporu energie, protože vytvořená elektrická energie je přenášena do kontaktní sítě a může být využívána jinými lokomotivami v této části kontaktní sítě.
Rekuperační brzdění má následující problémy, které vyžadují zvláštní pozornost při navrhování elektrického obvodu lokomotivy k jejich řešení:
a) brzdný moment není úměrný rychlosti, ale rozdílu mezi rychlostí a „neutrální rychlostí“, která závisí na nastavení řídicího systému elektrické lokomotivy a napětí kontaktní sítě. Takže při rychlosti nižší než neutrální budou TEDy táhnout, nikoli zpomalit. Při rychlosti blízko neutrálu tedy i malé (v procentech) přepětí v síťovém napětí značně mění zmíněný rozdíl a s ním i točivý moment a vedou k trhání. Správný návrh elektrického obvodu lokomotivy tento faktor snižuje.
b) když jsou kotvy regenerativních TED zapojeny paralelně, obvod se může ukázat jako nestabilní při boxování a náchylný k „zaseknutí“ do režimu, když jeden TED pracuje v motorovém režimu, napájený druhým TED fungujícím jako generátor, který brzdění potlačuje. Řešení: zapínání budicích vinutí křížem z "cizího" TED (viz schémata VL8 a VL10).
c) jsou nutná ochranná opatření proti zkratu kontaktní sítě nebo na vlastní elektrické lokomotivě. K tomu se používají vysokorychlostní stykače , jejichž činnost způsobí v obvodu přechodový děj, který přemagnetizuje budicí vinutí TED a tím eliminuje zbytkovou magnetizaci statoru (buzení generování může zcela postačovat např. přehřátí nebo požáru v případě zkratu v síti).
Dříve byly stejnosměrné elektrické lokomotivy vybaveny rekuperačním brzděním z důvodu jednoduchosti způsobu přepínání TED do režimu generátoru (v SSSR se obvod objevil na elektrických lokomotivách generace Surami, např. VL22 a byl používán s drobnými změnami do VL11 včetně vyřešil všechny tři výše popsané problémy). U střídavých elektrických lokomotiv je problém, který spočívá v přeměně vzniklého stejnosměrného elektrického proudu na střídavý a jeho synchronizaci s frekvencí trakčního proudu, tento problém je řešen pomocí tyristorových měničů [3] . Střídavé elektrické lokomotivy, vzniklé před použitím tyristorových měničů ( VL60 , ChS4 a ChS4T, stejně jako všechny generace VL80 , kromě VL80R) neměly možnost rekuperačního brzdění.
Rekuperační brzdění se v osobní dopravě používá jen zřídka, alespoň u „klasických“ předtyristorových elektrických lokomotiv jako VL10 a VL11 kvůli výskytu znatelných trhnutí při přepínání rukojeti lokomotivy ze stupně na stupeň, jakož i při trolejových rázech. Většina tehdejších osobních lokomotiv tuto schopnost vůbec neměla.
Rekuperační brzdění, stejně jako reostatické brzdění, navíc stlačuje vlak a generuje kompresní ráz ze spřáhla .
Nicméně rekuperační brzdění je široce používáno na DC vícejednotkových kolejových vozidlech (MVPS) ( ER2R , ER2T a později elektrických vlacích). Na rozdíl od vlakového provozu je v MVPS hmotnost vlaku obvykle konstantní (téměř se nikdy nepřeformuje) a poměr tahu k hmotnosti je mnohem vyšší . To značně zjednodušuje vytvoření řídicího stroje rekuperačního brzdění. Používá se také v nákladních lokomotivách, např. na 2ES6 .
Regenerativní stejnosměrné brzdění vyžaduje nové vybavení trakčních měníren. Minimálně je možný odvod energie na stacionárních rezistorech při změně směru proudu v přívodech měnírny (zároveň zůstává možnost využití rekuperační energie pro trakci dalšího vlaku na el. stejný úsek, který je důležitý při těžkém profilu trati). Maximálně je nutná instalace střídačů.
Rekuperační brzdění na železničních lokomotivách lze využít i pro nouzové brzdění při poruše vzduchové brzdy. Zejména jsou zde informace o opakovaném použití regenerativního brzdění strojníky na strmém úseku Jeral-Simskaja (Čeljabinská oblast) [4] . Je třeba poznamenat, že pravidelné nouzové brzdění na lokomotivách se provádí odvzdušněním ( u osobních vozů uzavírací ventil ) a při nepřítomnosti vzduchu v systému jsou brzdy zablokovány [5] .
V metru , kde vlaky často zastavují, je použití rekuperačního brzdění velmi výhodné. Proto i nejstarší vozy metra měly rekuperační brzdové zařízení (s výjimkou vozů metra vyráběných v SSSR). Největšího efektu se dosáhne koordinací brzdných momentů vlaku přijíždějícího do stanice s odjezdem dalšího ze stejné nebo ze sousední stanice. Takové dopravní schéma je stanoveno v jízdním řádu vlaků.
V moderní městské elektrické dopravě se téměř vždy používají řídicí systémy, které zajišťují rekuperaci.
Možnost rekuperačního brzdění mají tramvajové vozy modelů UKVZ 71-619A a další, vozy PTMZ 71-134A a další, vozy Uraltransmash 71-405 a další, dále MTTA a MTTA-2. Používá se jako základ. Po zpomalení vagónů na rychlost 1-2 km/h je elektrodynamická (reostatická) brzda neúčinná a je aktivována parkovací brzda.