Rekuperacja
Jak działa
Podczas hamowania sterownik napędu przełącza silnik w tryb generatorowy. Wirujący wirnik indukuje siłę przeciwelektromotoryczną (back-EMF); dwukierunkowy, cztero-kwadrantowy falownik (mostek z tranzystorami MOSFET/IGBT) steruje przepływem prądu tak, by moment maszyny był przeciwny do kierunku ruchu — powstaje moment hamujący. Odebrana energia jest przez ten sam falownik kierowana z powrotem do szyny DC i dalej do magazynu (baterii, superkondensatora) lub sieci trakcyjnej. Wielkość momentu hamującego i strumień odzyskiwanej mocy reguluje sterownik (np. przez PWM i regulację prądu, często w ramach sterowania polowo-zorientowanego). Gdy prędkość spada, napięcie generatora maleje i skuteczność rekuperacji spada; gdy magazyn jest pełny lub szyna DC przekracza bezpieczne napięcie, nadmiar energii musi być rozproszony w rezystorze hamującym (chopper) lub przejęty przez hamulec cierny.
Rozwiązany problem
Klasyczne hamowanie cierne bezpowrotnie zamienia energię kinetyczną na ciepło, marnując ją i zużywając okładziny. Hamowanie odzyskowe rozwiązuje ten problem, odzyskując część tej energii i zwracając ją do systemu zasilania, co podnosi efektywność energetyczną i zmniejsza zużycie hamulców.
Komponenty
Maszyna napędowa (zwykle BLDC lub PMSM) odwraca swoją funkcję: zamiast pobierać prąd, generuje go dzięki sile przeciwelektromotorycznej, wytwarzając moment hamujący.
Mostek tranzystorowy (MOSFET/IGBT) umożliwiający przepływ prądu zarówno do silnika (napęd), jak i z silnika do szyny DC (rekuperacja), z regulacją momentu przez PWM.
Bateria, bank superkondensatorów lub koło zamachowe; w kolejach rolę magazynu pełni sieć trakcyjna odbierająca energię zwrotną.
Logika sterująca dobiera moment rekuperacyjny zależnie od prędkości, stanu naładowania i napięcia szyny DC, a gdy rekuperacja jest niemożliwa, przekazuje hamowanie do rezystora hamującego lub hamulca ciernego.
Implementacja
Gdy bateria jest w pełni naładowana lub zbyt zimna, nie może przyjąć prądu zwrotnego; bez zarządzania energią rośnie napięcie szyny DC.
Przy małej prędkości back-EMF jest niskie, więc rekuperacja nie wytwarza wystarczającego momentu i nie zatrzyma pojazdu do końca.
Nagła, silna rekuperacja może podnieść napięcie szyny DC powyżej wartości dopuszczalnej, grożąc uszkodzeniem tranzystorów i kondensatorów.
Hiperparametry (konfigurowalne osie)
Górna granica momentu hamującego uzyskiwanego z rekuperacji; wyższa wartość to więcej odzyskanej energii, ale większe obciążenie magazynu i stopnia mocy.
Stan naładowania lub napięcie szyny DC, powyżej którego rekuperacja jest ograniczana, aby nie przeładować magazynu ani nie przekroczyć bezpiecznego napięcia.
Podział żądania hamowania pomiędzy rekuperację a hamulec cierny, zależny od prędkości i warunków, zapewniający przewidywalne opóźnienie.