Frenata rigenerativa: come funziona?

[Gengis26]

 

Salve ragazzi.

 

Ho un enorme dubbio sui veicoli elettrici.

Come funziona la frenata rigenerativa? Il veicolo è in grado di recuperare l'energia che andrebbe persa...

Ma come?

 

In un alternatore io converto il moto in energia meccanica?

 

Ma nelle auto ibride? Come riesco a convertire l'energia? Invertendo il campo magnetico? Invertendo il moto?

 

Non ho molte competenze in materia, quindi parto praticamente da zero! Dunque perdonatemi la banalita.

 

Grazie mille in anticipo!

 

☏ POCOPHONE F1 ☏

 

 

 

Modificato 11 Giugno 2019 da Wilhem275

[J-Gian]

22 ore fa, Gengis26 scrive:

Ho un enorme dubbio sui veicoli elettrici.

Come funziona la frenata rigenerativa? Il veicolo è in grado di recuperare l'energia che andrebbe persa...

Ma come?

 

I motori elettrici non sono tutti uguali, ma sostanzialmente sono assimilabili a delle "macchine reversibili", ovvero sono in grado di convertire energia elettrica in meccanica e viceversa.

 

 

L'alternatore che citi, è in fondo un esempio di motore elettrico che - trascinato dal motore termico - produce energia elettrica per gli impianti dell'auto.

 

Ma può fare anche il contrario. Tant'è che su alcune auto relativamente recenti e dotate di sistemi stop&start, è in grado di riavviare il motore termico, tra l'altro in maniera molto silenziosa e senza sovraccaricare il classico motorino di avviamento.

 

E di più: sulle auto (le mild-hybrid) collabora anche all'avanzamento dell'auto, sgravando leggermente il termico in alcune fasi di funzionamento.

 

 

Tornando alle elettriche od alle ibride: sono auto che hanno uno o più motori elettrici, motori che normalmente vengono alimentati dall'elettronica di potenza per realizzare la propulsione, ma che nelle fasi di rilascio, o frenate blande, funzionando di fatto come alternatori.

 

Scendiamo ora un po' più nel dettaglio, sempre restando nel contesto automobili ed evitando di annoiare, quindi senza richiamare la teoria elettromeccanica che ci sta dietro.

 

Possiamo dire che la parte rotante del motore (rotore), quando costretta a muoversi dalla catena ruote-trasmissione, non fa altro che far ruotare un campo magnetico (ultimamente generato grazie a dei magneti permanenti), il quale - essendo in movimento - interagisce con gli avvolgimenti incastonati nella parte fissa del motore (statore), inducendo in questi ultimi delle tensioni e quindi, potenzialmente, delle correnti da utilizzare per ricaricare le batterie.

 

 

Dal motore esce solitamente una tensione trifase, costituita da 3 onde di tensione e corrente alternata, il cui valore si può ritenere approssimativamente proporzionale all'intensità del campo magnetico ed al regime di rotazione del moto/generatore stesso. Va da sé che anche la frequenza sarà variabile. 

 

Dal punto di vista elettrico tutto ciò è incompatibile con la batteria del veicolo, che sappiamo essere un dispositivo in grado di erogare/assorbire energia mediante corrente continua.

 

La chiave d'interfacciamento tra moto/generatore ed accumulatori, è l'elettronica di potenza, spesso chiamata in via semplificativa (e non del tutto appropriata) "inverter." Si tratta di una serie di circuiti (raddrizzatori e convertitori statici) in grado di convertire la tensione trifase alternata, in tensione continua. Il tutto adeguando anche l'ampiezza della tensione, che come possiamo facilmente intuire sarà variabile, essendo il moto/generatore trascinato a velocità che cambiano in continuazione. 

 

 

Ovviamente, l'elettronica di potenza in oggetto, è in grado di fare anche il contrario, ovvero il suo ruolo principale (qui sì, si comporta da inverter): generare e modulare la tensione continua fornita della batteria, in una tensione trifase, di ampiezza e frequenza adatta a pilotare il motore elettrico. Il tutto interpretando i comandi del guidatore (o del cruise control  ).

 

 

[Gengis26]

Ti ringrazio innanzitutto per la risposta..sono d'accordo su ogni punto..ma la mia domanda, forse espressa male è riferita alla frenata!
Come fa il motore elettrico a comportarsi da freno?

Oltre a generare tensione da immagazzinare ad alta tensione nelle batterie, il motore elettrico dovrebbe contribuire a frenare davvero il veicolo.

Recentemente ho guidato ad esempio una kona elettrica, e agendo sui pulsanti al volante era possibile praticamente fermarsi rilasciando solo l'acceleratore. Come è possibile ciò dal punto di vista pratico? Creando un campo Magnetico che si oppone al moto?

☏ POCOPHONE F1 ☏

[Wilhem275]

Il concetto è quello. Detto in maniera terra terra: come due calamite si possono attrarre, se girate all'altro modo si respingono. Stessa forza, verso opposto.

 

Poi, nella pratica dei motori elettrici, per far funzionare il gioco bisogna avere qualcosa che assorba la corrente generata, altrimenti il campo magnetico non si genera. Se il circuito non va a chiudere da qualche parte, il motore elettrico lo puoi trascinare quanto vuoi e girerà a vuoto.

 

Nelle auto è relativamente facile avere disponibilità di batteria ma non è scontato che questa possa assorbire abbastanza in fretta. A quel punto i freni tradizionali dovranno fare il resto.

Nei treni, visto che sopra una certa velocità si va solo di freno elettrico (quello meccanico si brucia e basta), e visto che non è detto si possa rimandare tutta la corrente in linea, si usa un reostato per dissipare la corrente generata dai motori (in sostanza una grossa resistenza che converte corrente in calore).

 

Modificato 11 Giugno 2019 da Wilhem275

[J-Gian]

19 ore fa, Gengis26 scrive:

Recentemente ho guidato ad esempio una kona elettrica, e agendo sui pulsanti al volante era possibile praticamente fermarsi rilasciando solo l'acceleratore. Come è possibile ciò dal punto di vista pratico? Creando un campo Magnetico che si oppone al moto?

 

Sostanzialmente, più crei assorbimento elettrico con qualcosa collegato al generatore, più si andrà a creare all'interno del motore un campo magnetico che contrasta la rotazione di quello principale. In questo modo, diventa via via più difficile far ruotare il generatore.

 

Ora, se mi legge un elettrotecnico mi uccide per il tipo di descrizione fatta  Ma la sostanza è quella...

 

Ad esempio, se su un'auto in moto al minimo accendi rapidamente fari e sbrinatore, noterai il motore che scende di giri almeno per un attimo, almeno finché la regolazione del minimo non torna a regolarlo dando più carburante. Questo perché il maggior assorbimento di corrente, causa un aumento dello sforzo necessario per far ruotare l'alternatore.

Se scolleghi lo sbrinatore, il carico si alleggerirà nuovamente, ed il motore termico risalirà per un attimo di giri, finché la regolazione del minimo non capirà che basta meno carburante.

 

La stessa cosa avviene nelle auto elettriche/ibride: in base a quanto freni, o a seconda di come setti i controlli che variano l'intervento della frenata rigenerativa in rilascio, l'elettronica di potenza deciderà quanta corrente si può inviare alla batteria, o ad un eventuale altro motore elettrico (come succede nelle Toyota, ad esempio), inducendo così una variazione della coppia frenante sul moto/generatore.

 

Quando metti in N (folle) un'auto elettrica, non fai altro che "scollegare" i poli del motore/generatore, impedendo alla corrente di circolare. In questo modo, non essendoci assorbimento elettrico alcuno, restano da vincere solamente le inerzie e gli attriti.

 

[Gengis26]

Ma generalmente i motori delle elettriche sono sincroni oppure asincroni?

[J-Gian]

9 minuti fa, Gengis26 scrive:

Ma generalmente i motori delle elettriche sono sincroni oppure asincroni?

 

Sincroni  

 

E sempre più spesso sono sincroni a magneti permanenti.

[infallibile_GF]

On 11/6/2019 at 22:34, Gengis26 scrive:

Ti ringrazio innanzitutto per la risposta..sono d'accordo su ogni punto..ma la mia domanda, forse espressa male è riferita alla frenata!
Come fa il motore elettrico a comportarsi da freno?

Oltre a generare tensione da immagazzinare ad alta tensione nelle batterie, il motore elettrico dovrebbe contribuire a frenare davvero il veicolo.

Recentemente ho guidato ad esempio una kona elettrica, e agendo sui pulsanti al volante era possibile praticamente fermarsi rilasciando solo l'acceleratore. Come è possibile ciò dal punto di vista pratico? Creando un campo Magnetico che si oppone al moto?

☏ POCOPHONE F1 ☏
 

il motore elettrico si comporta da freno perchè al suo interno ci sono dei campi magnetici, della calamite, che producono una "resistenza" meccanica quando si cerca di far girare il motore. Hai presente con la dinamo della bicicletta che quando l'attivi per accendere il fanale ti accorgi immediatamente di fare più fatica a pedalare e questo perchè dentro la dinamo ci sta una calamita che frena il movimento della ruota e assorbe energia meccanica della pedalata per produrre elettricità. allo Stesso modo funzionano le ibride, cioè quando il motore elettrico funziona come generatore assorbe energia dalla ruote e contemporaneamente le frena.

[J-Gian]

On 15/6/2019 at 15:12, infallibile_GF scrive:

il motore elettrico si comporta da freno perchè al suo interno ci sono dei campi magnetici, della calamite, che producono una "resistenza" meccanica quando si cerca di far girare il motore. 

 

Non è una resistenza meccanica che origina la frenata rigenerativa però   

 

E Gengis26 chiedeva soprattutto (e qui avevo capito male anch'io), come variare l'effetto della frenata rigenerativa.

 

Possiamo rispondere che sia frutto di un'interazione magnetica tra statore e rotore, che diventa tanto maggiore quanto è maggiore l'assorbimento di corrente da parte di qualche utilizzatore elettrico connesso (nel caso delle elettriche/ibride, la batteria+circuito di ricarica, che varia l'assorbimento).

 

Infatti, come dicevo sopra, se isoli un motore/generatore elettrico (corrente zero/fili staccati) azzeri ogni assorbimento esterno. Puoi quindi realizzare la folle/neutral.

 

Il rotore diventa una sorta di volano e devi vincere solamente gli attriti interni, quelli della trasmissione, più eventuali "coppie di puntamento" che si generano nell'accoppiamento magnetico, o da eventuali correnti parassite, qualora dovesse raggiungere certe velocità di trascinamento.