Rejeneratif Frenleme Nasıl Çalışır?

Rejeneratif frenleme, hibrit veya tamamen elektrikli bir aracı süren elektrik motorunun, esas olarak frenleme veya kayma sırasında geri elektrik üretmsini sağlayan bir sistemdir. Normal bir araç yavaşladığında, kinetik enerjisi sürtünme frenlerinde ısı olarak dağılır. Rejeneratif frenler ile donatılmış bir araçta, bu enerji aracın genel verimliliğini artırarak bir batarya veya kondansatörde depolanabilir. Rejeneratif frenleme teknolojisinin detayları haberimizde.

A- A+

06.10.2018 tarihli yazı 24759 kez okunmuştur.

AC İndüksiyon Motoru / Jeneratör

Bir motorda, stator ve rotor olarak iki temel parça bulunur. Stator sabit olup civatalanmıştır. Rotor ise dönen parçadır. Newton'un üçüncü yasasına göre; her eylem, eşit ve zıt bir tepki üretir. Rotasyon, bu yasaya uygun olmalıdır. Rotordaki bir tork, stator üzerinde karşı bir torka sahip olmalıdır.

Çoğu alternatif akım (AC) asenkron motorlarının rotorları elektriksel bağlantıya sahip değildir. Rüzgar türbinleri bir istisnadır. Onların jeneratörleri, rotasyon hızlarını elektrik şebekesinin frekansına senkronize edebilirler. Bununla birlikte, çoğu indüksiyon motoru için, statorla olan bağlantılar, rotasyona izin veren, ancak güç sağlamayan yataklardır. Bu nedenle, rotorun dönmesi ve motorun tork sağlaması için, elektromanyetik indüksiyon ile rotorda bir kuvvet oluşturulmalıdır.

Evler, tek fazlı 50/60Hz alternatif akım ile beslenmektedir. Üç fazlı güçte, her fazın 120 dereceyle dengelendiği ayrı tellerle üç tek faz iletilir. Motorlarda, bu üç faz, her bir fazın ürettiği manyetik alanların statorun etrafında dönen bir manyetik akı dalgası yaratması için üst üste gelecek şekilde düzenlenir.

►İlginizi Çekebilir: Gölge Kutuplu Motorun Verimlilik Hesabı

AC İndüksiyon Motorlarında Rejeneratif Frenleme Nasıl Çalışır?

Bir AC endüksiyon motoru çalışırken, statordaki hareketli akı dalgası rotordan daha hızlı hareket eder. Sonuç olarak, elektrik enerjisi motorda kaybolur, böylece enerji bir güç kaynağından alınır.

Rejeneratif frenleme tam tersi şekilde çalışır. İleri momentumlu bir araç yavaşlamak istediğinde, akı dalgası rotordan daha yavaş dönmelidir. Bunu yapmak için, statorun besleme sıklığı azalır, böylece akı dalgası rotordan daha yavaş döner. Akı dalgası rotordan daha yavaş hareket ettiğinde, motor negatif kayma ile çalışır. Rejenerasyon sırasında rotor, akı dalgasından daha hızlı ilerlediğinden rotor ve stator üzerindeki göreceli kuvvetler tersine döner. Torklar tersine dönerse, kuvvetler de tersine döner. Motor üretmeye başlar. Devredeki elektromotor kuvvet (EMF), tüm devrenin etrafına entegre edilmiş elektronların itme kuvvetidir. Normal çalışmada, bu itici güç güç kaynağından gelir. Enerji motor tarafından kullanılır. Üretim sırasında, motor elektronlara bir itme verir ve devrenin EMF değerini arttırır. Bu ekstra enerji kaybedilmelidir ve bataryada kaybolur. Batarya enerji kazanır ve şarj edilir. Alternatif olarak, akü yoksa, devrenin diğer kısımlarında kaybolacaktır.

Bir AC endüksiyon motorunun yenilenmesi için bir güç kaynağı gereklidir, çünkü oluşturulacak kuvvet için rotorun iletkenleri üzerinde bir manyetik alan indüklenmelidir.

Elektrikli Araçlarda Rejeneratif Frenleme

Elektrikli bir araçtaki elektrik makinesi, frenleme sırasında jeneratör olarak hareket ederek kinetik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür ve bir aküde depolar. Depolanan bu enerji, daha sonra aracı hızlandırmak için kullanılabilir. Bu nedenle, kaybedilen enerji, rejeneratif frenleme ile kurtarılır ve yeniden kullanılır. Rejeneratif frenleme, tam elektrikli araçlarda ve elektrikli motorlardan yararlanan hibrid elektrikli araçlarda kullanılır. Toyota Prius (hibrid), Tesla Roadster (tamamen elektrikli) rejeneratif frenler kullanılan araçlardan bazılarıdır.

Tesla Model S, fren yaparken aküye yaklaşık 60 kW elektrik gönderebilir. Bu, motorlar teorik olarak daha fazla geri dönebileceğinden, muhtemelen pilin bozulmasını önlemek için elektronik bir limittir.

Temel fizik kuralına göre, bir aracın kinetik enerjisi hızın karesiyle orantılı olarak artar. Hızın iki katına çıkarılması kinetik enerjiyi dört kat artırır. Bu nedenle, Tesla'nın yapabileceği maksimum rejeneratif çalışma 60 kW ise, hız arttıkça aracın azami geciktirmesi azalacaktır.

Aşağıdaki grafik, Tesla'nın rejeneratif frenlerden gelen yavaşlama oranının hız ile nasıl değişebileceğini göstermektedir. Sayıların ne anlama geldiğine dair bir fikir vermek için, ortalama 1 g (9.81m/s²) yavaşlama, bir aracı 2,73 saniyede 60 mph'den yavaşlatır. Bu sayılar 60 kW'lık sabit bir işte teorik yavaşlamalardır. Gerçek durum farklıdır çünkü Tesla, diğer üreticiler gibi, akü hasarını önlemek için araçlarının yavaşlama oranını elektronik olarak sınırlar.

►İlginizi Çekebilir: Tesla Motors'un Şarj Teknolojisi - Supercharger

Zirve gecikmesi hız ile üssel olarak azalır. Araç hızlı hareket ettiğinde rejeneratif frenlerde maksimum yavaşlamanın en az olduğu görülür. Bu nedenle, bir aracın yüksek hızda fren yapması durumunda, sürtünme frenlerinde kayda değer miktarda enerjinin kaybedilmesi muhtemeldir. Sürüşlerinin çoğunu yavaş hareket ederek yapmış olsaydı, bu sorun ortadan kalkardı.

Rejeneratif frenlemenin sınırlamaları, aktarma organlarındaki yetersizliklerin bir sonucudur. Sürüşün en etkili yolu, motor ve frenlerin kullanımını en aza indirmektir. Audi yakın zamanda, araçlarına trafik ışıklarının ne zaman değişeceğini söyleyen bir gösterge tablosu bildirimi ekledi. Bu sistem, araç verimliliğini iyileştirmek için uyarlanabilir. Trafik ışıklarına yaklaşırken, frenlemeyi önlemek için aracın hızı ayarlanabilir. Değişen ışıklara doğru hızlanmanızı engelleyebilir. Alternatif olarak, aracı yavaşlatır, değişen ışıklara vardığınızda, momentumu korur ve enerji tüketimini azaltır.