Hoe werkt regeneratief remmen?

Vrijwel elke elektromotor is ook als generator (dynamo) te gebruiken.
Als motor stuur je er elektriciteit in en hij gaat draaien. Als generator drijf je hem mechanisch aan en er komt elektriciteit uit.

We verwachten wel wat eigen inbreng: https://www.circuitsonline.net/forum/view/29138

Op 12 juli 2023 20:59:57 schreef Henry S.:
We verwachten wel wat eigen inbreng: https://www.circuitsonline.net/forum/view/29138

Tja als je de natuurkunde van een motor leert, kom je ongetwijfeld ook te weten dat de functie omkeerbaar is....
Als een motor al een black box is, is er nog een lange weg te gaan.

Sowieso zijn natuurkundige processen meestal omkeerbaar.
Zoek op twee- en vier kwadranten regelaars.

Op 12 juli 2023 20:55:29 schreef Student1:
er zit toch geen dynamo in deze motor gebouwd?

Jawel iedere motor is vanzelf een dynamo.

Op 13 juli 2023 10:14:29 schreef rew:
[...]Jawel iedere motor is vanzelf een dynamo.

Niet iedere motor......

Oh, dan wil ik leren welke ik nu niet kan bedenken....

(Flauw: als je de dynamo van een benzinemotor afsloopt.... Duh!).

Op 12 juli 2023 21:22:20 schreef GJ_:
Sowieso zijn natuurkundige processen meestal omkeerbaar.

Mijn biologieleraar ('t is de sectie schoolvragen tenslotte) gebruikte dat als definitie:
- Natuurkunde: omkeerbare processen
- Scheikunde: onomkeerbare processen

Er zijn wat details, vooral rond thermodynamica en entropie, maar voor niet-universitair niveau kun je wel uit de voeten met deze definitie

Op 13 juli 2023 11:17:24 schreef rew:
Oh, dan wil ik leren welke ik nu niet kan bedenken....

Elke verbrandingsmotor (flauw maar waar)

[Bericht gewijzigd door Toeternietoe op donderdag 13 juli 2023 11:50:43 (16%)

Op 13 juli 2023 11:41:10 schreef blurp:
[...]

Mijn biologieleraar ('t is de sectie schoolvragen tenslotte) gebruikte dat als definitie:
- Natuurkunde: omkeerbare processen
- Scheikunde: onomkeerbare processen

[....]

Niet waar, denk maar aan lakmoes.
Te lang geleden om nog andere omkeerbare reacties op te hoesten.
In ieder geval sommige redox reacties, zuur-base evenwichten en buffers
In de biochemie nog veel meer...

Ongeveer elke batterij is een chemisch proces. Bij een herlaadbare batterij is dat grotendeels omkeerbaar.

Als je de punt van een soldeerbout heet stookt (met een brandertje bijvoorbeeld), komt er wisselspanning op de stekkerpennen te staan: een omkeerbeer proces, dus niet chemisch.

--
Zonder dollen: dat een elektromotor ook een generator kan zijn, is wel duidelijk. Maar hoe je ervoor zorgt dat de opgewekte energie netjes en 'vanzelf' weer in de batterij terechtkomt¹, is het interessante gedeelte. Ik lees dus mee.

¹omkeerbaar proces

Op 13 juli 2023 13:12:06 schreef Frederick E. Terman:
Als je de punt van een soldeerbout heet stookt (met een brandertje bijvoorbeeld), komt er wisselspanning op de stekkerpennen te staan: een omkeerbeer proces, dus niet chemisch.

--
Zonder dollen: dat een elektromotor ook een generator kan zijn, is wel duidelijk. Maar hoe je ervoor zorgt dat de opgewekte energie netjes en 'vanzelf' weer in de batterij terechtkomt¹, is het interessante gedeelte. Ik lees dus mee.

¹omkeerbaar proces

Ik ook, maar als je de elementaire wetenschap niet beheerst, dan weet je te weinig.
Iedere motor kan omgekeerd werken en dus als dynamo werken. Evenwel hebben veel mensen al ontdekt dat als je een motor aandrijft, er niet altijd spanning opgewekt wordt.
Dat komt dan bijv. door een totaal gebrek aan magnetisme in het systeem. Een heel bekend voorbeeld daarvan is een aggregaat wat lang heeft stilgestaan. Als er geen remanent magnetisme is, dan zal de dynamo ook geen stroom leveren. Bij andere dynamo's zonder bijv permanente magneten zal er geen spanning uit komen als bijv de veldspoelen niet bekrachtigd worden
Het hoort allemaal bij de elementaire wetenschap en als je die beheerst kun je ook beredeneren hoe een motor als rem kan werken. Hoe je dat in de praktijk gebruikt bijv in een auto is weer een hoger niveau, waarin je dan te maken krijgt met vermogens elektronica.
Zoals ik al aan gaf heeft TS zonder basiskennis nog een lange weg te gaan.

Op 13 juli 2023 13:12:06 schreef Frederick E. Terman:
Als je de punt van een soldeerbout heet stookt (met een brandertje bijvoorbeeld), komt er wisselspanning op de stekkerpennen te staan: een omkeerbeer proces, dus niet chemisch.

--
Zonder dollen: dat een elektromotor ook een generator kan zijn, is wel duidelijk. Maar hoe je ervoor zorgt dat de opgewekte energie netjes en 'vanzelf' weer in de batterij terechtkomt¹, is het interessante gedeelte. Ik lees dus mee.

¹omkeerbaar proces

Ik vraag me af of je alle energie die vrij komt bij het remmen in een heel korte tijd in de accu's kunt dumpen. In welke orde van grootte liggen de stromen en komen die niet uit boven de maximale laadstroom van de accu's? Je zou extra belasting moeten gebruiken, bijv weerstanden, maar dan zet je net als bij gewone remmen de energie om in warmte en dat was nou net niet de bedoeling.

Je kunt best wel veel stroom in die moderne accu's jagen, mits je de temperatuur onder controle houdt (niet koud beginnen en niet te heet laten worden), en ergens tussen de 20-80% state-of-charge zit.

@rew: ik heb ook moeite om een motor te bedenken die niet andersom zou kunnen werken; het kan met BLDC, asynchroon, geborstelde DC, synchrone reluctantie, serie/shunt/sepex motoren, en als je je best doen vast ook nog wel met een electrostatische of piezo motor, maar daar wordt de elektronica best wel ingewikkeld van. Bij de meeste andere motoren (DC/BLDC/asynchroon) heb je geen extra elektronica nodig, alleen andere aansturing.

Op 13 juli 2023 14:16:54 schreef SparkyGSX:
Je kunt best wel veel stroom in die moderne accu's jagen, mits je de temperatuur onder controle houdt (niet koud beginnen en niet te heet laten worden), en ergens tussen de 20-80% state-of-charge zit.

Juist vandaag een bericht in het nieuws dat studenten van de TU Eindhoven een methode hebben bedacht om een autoaccu in 4 minuten te laden. Tijdens het laden worden de accucellen met water gekoeld.

Wat de vraag van TS betreft: bedenk eens waarom de stroom door een onbelaste motor nauwelijks toeneemt als je b.v. de spanning verdubbelt.

Allereerst even voor de goede orde: we hebben het over elektromotoren. In deze context is "motor" een afkorting voor "elektromotor".

Niet /helemaal/ waar. Als ik een DC motor alleen gecontroleerd 1 kant op wil laten draaien kan ik 1 kant van de motor aan de VBAT hangen, de andere kant aan de drain van een mosfet waarvan ik de gate PWM met m'n microcontroller. Daar moet dan nog een vrijloop diode naar VBAT bij en klaar is kees! Deze constructie heeft "extra hardware" nodig om regeneratief te kunnen remmen.

(stel even het ideale geval, ik PWM 50%, dan wordt de tegen-EMK gewoon VBAT/2. De drain van de mosfet wordt gewoon die VBAT/2 en die moet ik richting VBAT forceren om te remmen. Je kan alleen "gas bij" geven met die ene mosfet.

Maar met een complete H-brug of zelfs maar een halve H-brug kan je wel regenratief remmen.

Over chemie vs natuurkunde: dat omkeerbaar vs nietomkeerbaar is te kort door de bocht. Eigenlijk is vrijwel alles omkeerbaar. Zo reageert waterstof met zuurstof onder vorming van water, maar dat gaat ook gewoon de andere kant op, mits je de temperatuur opvoert tot zo'n 2000K (of C? maakt niet veel uit).

En stel ik neem een doos met een shot in het midden. De ene kant vaccuum de andere kant gewoon 1bar druk. En nu zet ik het ventiel open zodat de lucht zich verdeelt. Natuurkundig proces dat de temperatuur daalt en zo. Maar niet omkeerbaar. (Je kan tegenwerpen, maar ik kan de boel weer vacuum zuigen en alle lucht weer aan een kant doen! Mij best... Maar dan mag ik ook m'n water verwarmen tot het weer uit mekaar valt in H2 en O2!)

Maar het is een leuke stelling: Zelfs natuurkundigen/chemici zullen even moeten nadenken voor ze de tegenvoorbeelden kunnen oplepelen.

Over de omkeerbare (e-)motor: Je kan een hakenkruis van dunne draadjes heel soepel draaiend ophangen, dan een hoge spanning aanbieden en dat ding gaat draaien. Niet omkeerbaar! We hebben er 1 gevonden!

Over remmen wat de accu inmoet en de laadstroom....

De (eerste) prius had een accu van 1 of 2 kWh.

Als je auto van zeg 1 ton 30m/s rijdt, dan zit daar 1/2 m v² = 500 * 30 *30 = 0.45 MJ in.

1kWh = 3.6MJ. Dus ga je in 30 sec die energie uit je auto naar de accu transporteren, dan is dat 15C: De accu zou, als je het volhoudt, in 4 minuten (1h/15) vol zijn. Nog steeds 7.5C als die 2kWh zou zijn. Daar zaten dan ook NiCd accus in.

Bij hybride autos is dit een ding waar je serieus over moet nadenken. Bij volledig elektrische autos valt het enorm mee. Heb je zeg 30kWh (dat zijn de kleinste e-autos) dan heb je dus maar C/2 aan laadstroom (eigenlijk C aan het begin aflopend naar nul). Zo heel spannend is dat niet voor een lithium accu.

[Bericht gewijzigd door rew op donderdag 13 juli 2023 14:50:50 (17%)

Op 13 juli 2023 14:32:36 schreef KlaasZ:
[...]Juist vandaag een bericht in het nieuws dat studenten van de TU Eindhoven een methode hebben bedacht om een autoaccu in 4 minuten te laden. Tijdens het laden worden de accucellen met water gekoeld.

Wat de vraag van TS betreft: bedenk eens waarom de stroom door een onbelaste motor nauwelijks toeneemt als je b.v. de spanning verdubbelt.

Zoiets als tegen EMK en toerental

Op 13 juli 2023 13:32:12 schreef buzzy:
[...]Ik vraag me af of je alle energie die vrij komt bij het remmen in een heel korte tijd in de accu's kunt dumpen.

Stel dat je 100 km/h (27,8 m/s) rijdt in een auto van 1980 kg. Dat is een energie van 764 kWs (of kJ).
Met een remvertraging van 7,2 m/s² duurt het 3,85 s voordat je stilstaat. De gemiddelde vermogensdump over die tijd (bijna 4 seconden) is dus ca. 200 kW.
Mijn eigen auto laadt met max. 220 kW (en dat gedurende ettelijke minuten, tot hij 80% vol is), zodat de batterij dit blijkbaar wel kan hebben.

Maar toch zitten er (ook) gewone remmen in hoor. Je rijdt weleens sneller, en veel auto's kunnen ook krachtiger remmen dan dat minimum van 7,2.
Het terugwinnen is meer iets dat je constant tijdens het rijden doet, bij vertragen of bergaf rijden enzo.

Op 13 juli 2023 14:44:03 schreef rew:
Over de omkeerbare (e-)motor: Je kan een hakenkruis van dunne draadjes heel soepel draaiend ophangen, dan een hoge spanning aanbieden en dat ding gaat draaien. Niet omkeerbaar! We hebben er 1 gevonden!

Daar heb ik ook over zitten denken, en ik ben niet helemaal overtuigd dat hij niet omkeerbaar is; als je een electrostatische motor (met geladen vlakken die elkaar afstoten) aandrijft tegen die afstoting in, kun je de spanning ook verhogen. Misschien werkt dat hierbij ook wel, maar bij het model dat je voorstelt ga je de lucht ioniseren, en dat maakt het weer ingewikkeld.

Wat vind je van deze optie: een wasmotor is en cilinder gevuld met was (of kaarsvet of zo) dat sterk uitzet als je het (elektrisch) verwarmd, en weer krimpt als het afkoelt. Nu is het niet zo dat de was heet wordt als je aan de zuiger trekt, of juist koud als je hete was comprimeert.

@FET: Mechanische remmen zijn ook wel fijn als backup voor als je elektrische systeem niet werkt, en tenzij je voor elk wiel een aparte motor hebt kun je zonder die mechanische rem geen ABS of ESP maken, denk ik, want daarvoor heb je controle nodig over elk wiel apart.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op donderdag 13 juli 2023 18:35:09 (13%)

Over het algemeen is die 7m/s remvertraging vrij "extreem". Het terugwinnen van energie hoeft in dat geval lang niet compleet te zijn.

Als je auto 200kW kan laden, dan zou ik denken dat ze de rem-terugwinning op zeg 50kW maximeren. Ga je met je 2ton wagen van 150 naar nul in een paar seconden, dan kom je daar gewoon voor een groot deel boven, en zal ie wel aangeven dat helemaal niet zo veel energie teruggewonnen is de accu in. M'n broer had een auto die dat aangaf (maar een kleine accu, dus die zal bij lange na die 50kW niet eens gehaald hebben).

Over de wasmotor: als je ijs comprimeert wordt het weer vloeibaar. Schijnt nodig te zijn om te kunnen schaatsen. Dus dat warm->mechanische actie is niet inherent niet-omkeerbaar. Denk ook aan een airco: comprimeren, warmte komt vrij, dan expanderen en het neemt weer warmte op. Door de geproduceerde warmte buiten af te voeren en het opnemen van warmte binnen te doen wordt je huis koud. Maar de natuurkundige processen zijn grotendeels omkeerbaar. En dus compressie -> warmte maar ook warmte -> expansie.

[Bericht gewijzigd door rew op donderdag 13 juli 2023 19:19:36 (31%)

M'n broer had een auto die dat aangaf (maar een kleine accu, dus die zal bij lange na die 50kW niet eens gehaald hebben).

Ik snap even niet wat die kleine accu er mee te maken.
Als je met 50kW kan remmen en je doet dat 10 seconde dan heb je het over 500kWs of 0.13kWh. In een 12V startaccu kan die energie al makkelijk opgeslagen worden.

Wat ik denk je kan bv wel een motor hebben die 50kW piek vermogen kan leveren maar hoeveel vermogen kan hij dan als generator aan? Ik dacht zelf dat dat een stuk minder is.

Spleetpool motor?

Deze constructie heeft "extra hardware" nodig om regeneratief te kunnen remmen.

Dat je iets extra,s nodig hebt dat heeft toch niets met de motor zelf te maken. Uit een 3 fase motor kan je ook niet gelijk spanning halen daar moeten dacht ik minimaal een setje condensatoren omheen.

Iedere motor kan omgekeerd werken en dus als dynamo werken.

Zelfs een verbrandingsmotor kan omgekeerd werken maar dan niet om stroom op te wekken maar als compressor. IK ben zelf nog steeds bezig om via de omgekeerde verbrandingsmotor en benzine uit te krijgen, ik ben er bijna maar shell doet moeilijk .

Op 13 juli 2023 14:44:03 schreef rew:
Over chemie vs natuurkunde: dat omkeerbaar vs nietomkeerbaar is te kort door de bocht.

Klopt, het was een biologieleraar in de brugklas. Je kunt hooguit concluderen dat het onderwijs 40 jaar geleden ook ruk was

Eigenlijk is vrijwel alles omkeerbaar.

Eigenlijk is niets omkeerbaar. In alle voorbeelden in dit topic moet er iets bij (energie voor de motor/dynamo, extra zuur/base voor de lakmoesproef etc)
om het proces om te laten keren.

En de tweede hoofdwet (vd thermodynamica) voorspelt dat ook. En er is geen enkele onderdeel uit de natuurkunde waar scheikundigen het zo vaak over hebben als thermodynamica.

Voor degenen die niet gestudeerd (of een ander vak, zoals taal en letterkunde) hebben, wat die biologieleraar bedoelde was:

Natuurkunde gaat om dingen als krachten, beweging, opwarmen/afkoelen, energieomzetting. Allemaal processen die in principe de andere kant op kunnen
Scheikunde gaat om reacties tussen stoffen, waarbij die stoffen allemaal van aard veranderen. Als je hout verbrand kun je van de as geen hout meer maken. Ook het lakmoes-voorbeeld kun je niet helemaal omdraaien, want je krijg steeds meer afval-reagent.

Uiteraard is het niet 100%, ook niet op de middelbare school, want de reacties in een alkaline batterij zijn toch echt scheikunde, en die batterij kom je alleen in het natuurkunde practicum tegen. Waar de eindige levensduur van die batterij gemakshalve genegeerd word. Net als wrijving (en de hele tweede hoofdwet) in vrijwel alle middelbare school natuurkunde....

Op 13 juli 2023 18:33:11 schreef SparkyGSX:
Wat vind je van deze optie: een wasmotor is en cilinder gevuld met was (of kaarsvet of zo) dat sterk uitzet als je het (elektrisch) verwarmd, en weer krimpt als het afkoelt. Nu is het niet zo dat de was heet wordt als je aan de zuiger trekt, of juist koud als je hete was comprimeert.

Als er gas in die cylinder zit gebeurd dat wel (alleen andersom, warm worden bij compressie en koud bij uittrekken). Was is alleen niet comprimeerbaar, dus hoe hard je ook drukt, de zuiger verplaatst niet en dus is er geen arbeid (arbeid=kracht*verplaatsding), dus geen energie om de was op te warmen.

Aan de andere kant, onder druk wordt alles vloeibaar dus misschien werkt het wel

[Bericht gewijzigd door blurp op donderdag 13 juli 2023 19:41:49 (19%)

Eigenlijk is niets omkeerbaar. In alle voorbeelden in dit topic moet er iets bij (energie voor de motor/dynamo, extra zuur/base voor de lakmoesproef etc)
om het proces om te laten keren.

Een elektromotor die gaat ook niet vanzelf werken daar moet ook eerst energie bij. Als we dan aannemen dat er energie bronnen zijn dan is het gewoon omkeerbaar.