•Rejeneratif frenlemenin temel mekanizması
Rejeneratif frenleme, hareket eden bir aracı veya nesneyi kinetik enerjisini hemen kullanılabilecek veya potansiyel enerjisini anında kullanılabilecek veya ihtiyaç duyulana kadar depolanabilecek hale dönüştürerek yavaşlatan bir enerji geri kazanım mekanizmasıdır. Genellikle rejeneratif frenler, aksi takdirde frenlemede ısı olarak kayolacak olan enerjiyi yeniden geri almak için elektrik motorunu ters yönde çalıştırarak çekiş motorunu etkili şekilde jeneratöre dönüştürür. Gücün sistem üzerinden bu şekilde geriye doğru beslenmesi, yavaşlamadan toplanan enerjinin batarya, kondansatör grupları gibi bir enerji depolama çözümünü yeniden beslemesine olanak tanır. Bu güç depolandıktan sonra ileri itişe yardımcı olmak için kullanılabilir.
Bu yöntem aşırı kinetik enerjinin frenlerde sürtünme nedeniyle istenmeyen ve boşa harcanan ısıya dönüştürüldüğü geleneksel fren sistemleriyle tezat oluşturur. Benzer şekilde, reostatik frenlerde enerji, elektrik motorlarının jeneratör olarak kullanılmasıyla kazanılır ancak dirençlerde ısı olarak hemen dağıtılır. Rejenerasyon, aracın genel verimliliğini artırmanın yanı sıra, fren sisteminin ömrünü de önemli ölçüde uzatabilir.
Pratik sınırlar ve güvenlik gereksinimleri
Rejeneratif frenleme, bir aracı güvenli bir şekilde durma noktasına getirmenin veya gerektiğinde yavaşlatmanın tek yolu olarak tek başına yeterli değildir. Dolayısıyla, sürtünmeli frenleme gibi başka bir fren sistemiyle birlikte kullanılmalıdır. Rejeneratif frenlemenin etkisi düşük hızlarda azalır ve mevcut teknolojiyle aracı hızlı şekilde tam durduramaz. Ancak, Chevrolet Bolt gibi bazı arabalar sürücü aracın rejeneratif frenleme mesafesini bildiğinde aracı düz eminlerde tam durdurabilir. Buna tek pedalla sürüş denir.
Mevcurrent rejeneratif frenler sabit bir aracı hareketsiz yapmaz. Fiziksel kilitleme araçların yokuş aşağı gitmesini önlemek için gereklidir. Rejeneratif frenlemeli birçok karayolu taşıtının tüm tekerleklerinde tahrik motorları olmaz (İki tekerlekten çekişli arabada olduğu gibi); rejeneratif frenleme normalde yalnızca motorlu tekerleklere uygulanabilir. Güvenlik açısından tüm tekerlekleri frenleyebilme özelliği gereklidir.
Jeneratör olarak motorun kullanılması
Elektrik motorları ters yönde kullanıldığında jeneratör görevi yapar ve mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Elektrik motorlarıyla tahrik edilen araçlar, rejeneratif frenlemeyi kullanırken, mekanik enerjiyi tekerleklerden bir elektrik yüküne aktararak frenleme yaparken bunları jeneratör olarak kullanır. Rejeneratif frenin en çok görülen biçiminde elektrik jeneratörü olarak çalışan bir elektrik motoru kullanılır. Elektrikli demiryollarında üretilen elektrik cer güç kaynağına geri verilir.
Batarya elektrikli ve hibrit elektrikli araçlarda, enerji kimyasal olarak batarya’da, elektriksel olarak kondansatör kümesinde veya mekanik olarak dönen volanda deplanır. Hidrolik hibrit araçlar, enerjiyi basınçlı havada depolamak için hidrolik motorlar kullanır. Hidrojen yakıt hücresi ile çalışan bir araçta, motor tarafından üretilen elektrik enerjisi, akülü ve hibrit elektrikli araçlara benzer şekilde kimyasal olarak bir aküde deplanır.
Tarihsel gelişim
1886’da Frank J. Sprague tarafından kurulan Sprague Elektrikli Demiryolu ve Motor Şirketi, sabit fırçalı, sabit hızlı, kıvılcım çıkarmayan motor ve rejeneratif frenleme olarak iki önemli buluşu tanıttı. Karayolu taşıtlarında bu sistemin ilk örnekleri, 1890’larda Paris’te Louis Antoine Krieger tarafından atlı taksilerin önden çekişli dönüşümleriydi.
İlk uygulamalar genellikle ciddi güvenlik tehlikesiyle karşı karşıyaydı: rejeneratif frenlemeli ilk elektrikli araçların çoğunda, güç vermek ve rejeneratif freni çalıştırmak için aynı kumanda konumları kullanılıyordu ve işlevler ayrı elle çalışan anahtarla değiştiriliyordu. Bu durum 1948’de İsviçre’nin Wädenswil’de kentinde yirmi bir kişinin ölümüne neden olan kontrolden çıkan tren kazası gibi, sürücülerin fren yapmak isterken kazara hızlandığı ciddi kazalara yol açtı.
Elektronikteki gelişmeler, 1967’deki AMC Amitron deneysel elektrikli otomobilinden başlayarak bu sürecin tamamen otomatikleştirilmesine olanak sağladı. Gulton Industries tarafından tasarlanan motor kumanda cihazı, fren pedalına basıldığında otomatik olarak aküyü şarj etmeye başladı.
Dinamik ve rejeneratif frenlerin karşılaştırılması
Elektrikli çekiş sistemlerinde dinamik frenler (İngiliz İngilizcesinde “rheostatic brakes” olarak tanımlananlar), rejeneratif frenlerin aksine akımı büyük direnç gruplarından geçirerek elektrik enerjisini kullanmak yerine ısıya çevirerek dağıtır. Bu ısı aracın içini ısıtmak için kullanılabilir veya direnç gruplarını barındırmak için büyük radyatör benzeri kaportalar tarafından dışarıya dağıtılabilir. Forklift’ler, Dizel-elektrik lokomotif’ler ve tramvay’lar, dinamik fren kullanan araçlar arasındadır.
Rejeneratif frenlerin dinamik frenlerle karşılaştırıldığında ana dezavantajı, üretilen akımı besleme özellikleriyle yakından eşleştirme ihtiyacı ve hatların artan bakım maliyetidir. DC kaynaklarda bu, voltajın yakından kontrol edilmesini gerektirir. AC güç kaynağı ve frekans dönüştürücünün öncüsü Miro Zorič ve ilk AC güç elektroniği de bunun AC kaynaklarla mümkün olmasını sağladı.
2004 ile 2007 arasında Delhi metrosu, rejeneratif fren sistemleri kullanarak 112.500 megawatt saat elektriği yeniden üreterek atmosfere salınan karbondioksit (CO2) miktarını yaklaşık 90.000 ton azalttı. Delhi metrosu’nun rejeneratif frenleme kullanılarak II. Aşama tamamlandığında emisyonlarını yılda 100.000 tonun üzerinde CO2 azaltması bekleniyordu.
Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.
