Система рекуперативного гальмування енергію гальмування

Що таке рекуперативного гальмування

Зазвичай при розгляді характеристик автомобіля основна увага приділяється потужності його двигуна, динаміці і т.д. Однак не менш важливе значення, ніж кількість кінських сил, має і гальмівна система, адже без неї безпечний рух на автомобілі було б неможливо.

В автомобілях в ДВС використовується класична гальмівна система, в основу якої закладено фрикційний механізм - колодки, що труться про диск або барабан. Робота таких гальм зводиться до простого перетворення кінетичної енергії автомобіля в теплову за рахунок сил тертя між колодками і диском, і подальшого розсіювання тепла в атмосфері. При цьому енергія витрачається марно і втрачається безповоротно.

Проблему марною втрати енергії конструктори помітили давно, і на протязі багатьох десятків років вони шукають шляхи її вирішення. Найбільш успішне вирішення - рекуперативна система гальмування, яка спочатку була впроваджена в залізничному транспорті, а потім стала використовуватися і на автомобілях. Але на автомобілях не простих, а електричних або гібридних.

Рекуперація - це компенсація (або повернення) витрат енергії, а значить, рекуперативна система гальмування - це така система, яка повертає частину витраченої на гальмування транспортного засобу енергії. При цьому можливі два випадки:

- На електричному транспорті - при рекуперативному гальмуванні виробляється електроенергія, яка або запасається в акумуляторах, або поступає в контактну мережу;
- На неелектричному транспорті - при рекуперативному гальмуванні запасається кінетична енергія (зазвичай за допомогою масивного маховика), яка згодом витрачається на розгін.

Про кожному типі рекуперативних систем гальмування необхідно розповісти більш докладно.

Принцип роботи електричної системи рекуперативного гальмування

Робота електричної системи рекуперації зводиться до наступного. Тягові електродвигуни (ТЕД) при необхідності гальмування транспортного засобу (поїзда або автомобіля) відключаються від електроживлення і переходять у генераторний режим, тобто починають самі виробляти струм. У цьому режимі на валах електродвигунів виникає гальмівний момент, який і призводить до зниження швидкості транспортного засобу.

У чому причина виникнення гальмівного моменту? Вона криється в основах електродинаміки: при обертанні ротора в його обмотці і обмотці статора виникають струми протилежного напрямку - взаємодія цих струмів і призводить до гальмування ротора. При цьому на вироблення електроенергії витрачається запасена транспортним засобом кінетична енергія, і по її виснаження (перетворення в тепло і електроенергію) відбувається зниження швидкості поїзда або автомобіля.

Потрібно відзначити, що найбільшого поширення рекуперативного гальмування отримало на залізничному транспорті, особливо на вантажних локомотивах постійного струму, що обумовлено складністю рекуперації машин на змінному струмі. При цьому система рекуперації використовується не для повного гальмування складу, а для зниження швидкості перед основним гальмуванням і для підтримки оптимального швидкісного режиму при русі з ухилом. Так як маса поїздів велика (тисячі тонн), ефект від рекуперації значний і обертається економією в мільйони рублів в рік.

Рекуперативне гальмування в гібридних і електромобілях

Рекуперацію в гібридних і електричних автомобілях реалізувати складніше, чому провиною і невелика маса, і специфіка режиму руху. Зокрема, рекуперативна система гальмування вкрай неефективна при русі в щільному потоці з частими, але невеликими розгону і гальмування - електродвигуни в такому режимі не забезпечують достатнього гальмування, та й енергії вони виробляють вкрай мало. При тривалих розгонах і гальмуваннях, а також при русі з гірки рекуперация більш ефективна, проте рядовий власник електромобіля або «гібрида» нечасто виїжджає за місто або переїжджає з міста в місто.

Тому на автомобілях система рекуперативного гальмування є на основний, а додатковою - основне гальмування виробляється за допомогою звичайних фрикційних гальм. Крім того, сучасні гальма гібридних і електричних автомобілів - це складна комп'ютеризована система, яка розраховує оптимальні режими гальмування, перерозподіляє навантаження між фрикційним і рекуперативної системами гальмування, контролює роботу ABS і т.д.

На сьогоднішній день рекуперация використовується досить рідко, такою системою оснащені кілька серійних моделей автомобілів Toyota. Chevrolet, Nissan, а також знаменитого електромобіля Tesla. І, незважаючи на те, що деякі з цих машин випускаються більш десяти років, необхідність в рекуперативної системі гальмування все ще викликає суперечки.

Неелектричні способи рекуперативного гальмування

Рекуперація можлива не тільки на електричному транспорті, а й на звичайних автомобілях з двигунами внутрішнього згоряння. Як було сказано вище, один з найпростіших принципів механічної рекуперації зводиться до запасання кінетичної енергії автомобіля під обертається (з частотою десятки тисяч обертів на хвилину) масивному маховому колесі, з подальшим використанням цієї енергії для розгону транспортного засобу. Така система (вона називається Kinetic Energy Recovery Systems - KERS) досить складна в реалізації (хоча сама ця ідея далеко не нова - маховики для руху використовуються більш століття), а її застосування на звичайних машинах не дає практично ніяких переваг.