El frenado regenerativo es un modo de frenado utilizado por algunas locomotoras eléctricas , los ascensores y la mayoría de vehículos eléctricos o híbridos . Es un sistema de recuperación de energía cinética que convierte parte de ella en otra forma de energía, por ejemplo eléctrica , para ralentizar el vehículo, en lugar de disiparlo en forma de energía térmica .
El frenado regenerativo generalmente aprovecha la reversibilidad de un mecanismo para convertir, almacenar y luego reutilizar energía. Puede caber en:
El frenado regenerativo de las locomotoras eléctricas consiste, durante los periodos de frenado, en invertir el sentido del par a suministrar por la máquina eléctrica, ya sea invirtiendo el sentido de la corriente inductora (caso de una máquina de corriente continua o de una máquina sincrónica de bobina con bobinado rotor) o de la corriente del inducido sola (caso de una máquina de corriente continua), ya sea invirtiendo el sentido de alimentación de las fases del estator (invirtiendo el sentido de la corriente instantánea en los devanados del estator) en el caso de corriente alterna máquinas (máquina síncrona con rotor bobinado, máquina síncrona con imanes, máquina asíncrona ).
Esto se logra mediante convertidores de potencia electrónicos configurados para permitir, en las fases de frenado, la transferencia de la electricidad producida en la catenaria cuando sea posible, de lo contrario esta electricidad se disipa por el efecto Joule , en resistencias ; se trata entonces de un frenado reostático .
En los vehículos electrificados , el frenado regenerativo es bastante sencillo de configurar y generalizado . La estructura reversible del motor de tracción y el convertidor electrónico asociado permiten esta operación.
En la Fórmula 1 y en ciertos vehículos deportivos, el sistema de recuperación de energía cinética evita que el calor desperdiciado se disipe en los frenos de fricción y, por lo tanto, mejora la eficiencia del combustible.
En los coches híbridos eléctricos , el frenado regenerativo recarga la batería de tracción al reducir la velocidad. La energía recuperada se utiliza luego para la tracción, lo que permite ahorros sustanciales de combustible y también mejora significativamente el balance de contaminación.
En ciertos vehículos de motor de aire comprimido , el aire se puede comprimir durante el frenado para que sirva como reserva de potencia que se puede utilizar durante la aceleración.
En algunas bicicletas eléctricas, el frenado regenerativo se utiliza para recargar las baterías a bordo.
La eficiencia energética de los coches eléctricos en el enchufe es de alrededor del 50%, si tenemos en cuenta las pérdidas por aire acondicionado y calefacción, pero no las de producción de electricidad. A modo de comparación, con los automóviles de combustión interna, la eficiencia es de alrededor del 20% (consulte el diagrama al lado del DoE).
Según el DoE , la recuperación es en promedio del 17% (34% en la ciudad, 6% en la carretera) para un automóvil eléctrico. Cuanto mayor sea la frenada, mejor será la recuperación (este es el caso en ciudad, al contrario que en la autopista). Cuanto mayor sea la eficiencia entre el motor eléctrico y las ruedas, mejor será la recuperación.
En un número creciente de ascensores , los frenos son asistidos por sistemas de recuperación de energía, que entran en acción, produciendo electricidad, al subir a un automóvil vacío o al descender a plena carga. Otis anuncia ahorros de hasta un 75% con su sistema ReGen Drive, en comparación con los motores convencionales.
El frenado dinámico consiste en utilizar la motorización de un vehículo como generador para reducir su velocidad. La energía transformada puede entonces recuperarse, mediante almacenamiento o transmisión a otros vehículos, o disiparse en forma de calor ; en el caso de la energía eléctrica , se trata entonces de un frenado reostático . Algunos vehículos también están equipados para utilizar el calor en su sistema de calefacción .
Esta técnica es diferente a lo que se llama freno motor , donde es la estructura del motor que se utiliza como compresor de aire para frenar el vehículo al comprimir el aire en los cilindros sin inyectar combustible, lo que tiene el efecto de transformar la energía mecánica. en calor.
Este sistema se encuentra en vehículos eléctricos de batería ( coches eléctricos , coches híbridos , bicicletas eléctricas asistidas , etc. ), en vehículos ferroviarios, así como en varias máquinas y dispositivos (como carretillas elevadoras ). Permite limitar el desgaste de los frenos por fricción o incluso recuperar parte de la energía cinética .
No obstante, los frenos de fricción convencionales se utilizan además por varias razones:
Cuando la fuerza de frenado se distribuye entre la fricción y los frenos dinámicos, se denomina frenado combinado . En el campo de la automoción, el modelo EV-1 de General Motors fue el primer coche vendido con un sistema como este. Los ingenieros Abraham Farag y Loren Majerski fueron considerados los padres de este "freno de control eléctrico" ( freno por cable ).
El frenado eléctrico aprovecha la posibilidad de que un motor eléctrico sea reversible y pueda actuar fácilmente como generador . El motor se reconecta (abriendo y cerrando contactores, o mediante la electrónica de potencia) como generador durante el frenado y su salida se conecta a una carga eléctrica ( batería , resistencias u otro vehículo conectado a la misma red eléctrica , por el sistema de electrificación ) . Es esta carga en el motor la que proporciona el par resistivo que provoca el frenado.
Se utilizan en ferrocarriles (la electricidad generada se devuelve al sistema de electrificación o se disipa en resistencias). En automóviles y bicicletas, la energía se almacena en una batería o una fila de condensadores para su uso posterior.
Un antiguo ejemplo de este sistema es el freno de regeneración de energía , desarrollado en 1967 por Amitron . Se trataba de un concepto de coche urbano a batería en el que las baterías se recargaban mediante frenado regenerativo, aumentando así la autonomía del vehículo.
Cuando la compañía ferroviaria C2c comenzó a utilizar el frenado regenerativo con una flota de trenes tipo Bombardier Clase 357 , las encuestas de las dos primeras semanas de uso mostraron un ahorro de energía del 15%. Se afirma un ahorro del 17% para el tipo Virgin Trains de la Clase 390 . También se observó un menor desgaste en los componentes del freno de fricción.
La principal desventaja de los frenos regenerativos, en comparación con los frenos dinámicos, es la necesidad de hacer coincidir la corriente generada con bastante precisión con las características de la fuente de alimentación . Con una fuente de alimentación de CC , esto requiere que el voltaje se controle con precisión. Con alimentaciones de corriente alterna , fue solo con el desarrollo de la electrónica de potencia que esto fue posible, ya que también se debe respetar la frecuencia (esto se aplica principalmente a las locomotoras alimentadas con corriente alterna y cuyos motores son de corriente continua).
Un pequeño número de trenes de montaña han utilizado sistemas de energía trifásicos o motores de inducción trifásicos . Estos trenes tienen una velocidad casi constante porque el motor gira en función de la frecuencia de alimentación, tanto en tracción como en frenado .
Uso en deportes de motorLa FIA ha autorizado para la temporada 2009 de Fórmula 1 el uso de dos sistemas de recuperación de energía cinética (KERS), uno eléctrico y otro mecánico, de 60 kW cada uno.
El Automobile Club de l'Ouest (ACO), organizador de las 24 Horas de Le Mans y de las Le Mans Series , permitió la introducción de los LMP1 que, por tanto, pueden equiparse con un sistema de recuperación de energía cinética desde 2012.