I regolatori shunt possono svolge un ruolo chiave nei sistemi di frenatura dinamici, che sono comunemente usati per decelerare i veicoli elettrici.
Il regolatore shunt è un tipo di regolatore lineare, un sistema usato per mantenere una tensione costante in un circuito elettrico. In un regolatore lineare il livello di resistenza cambia per inserire l'ingresso, producendo una tensione di uscita che è costante. Il regolatore dissipa la differenza tra le tensioni di ingresso e d'uscita nella forma di calore di scarto.
I regolatori lineari sono posti a volte tra i carichi sorgente e regolati. Questi sono chiamati regolatori di serie. Al contrario i regolatori shunt sono posti in parallelo con il carico.
I regolatori shunt possono avere un design molto semplice ed alcuni sono costituiti da un singolo diodo di riferimento. Questi sono comunemente usati nei circuiti di tensione di riferimento e negli alimentatori DC.
Usando i regolatori shunt, i progettisti possono controllare le tensioni nei loro sistemi per prevenire l'arresto e un componente bruciato.
Capire lo shunt
Tra i fornitori dei regolatori shunt ci sono Microchip Technology Inc., Texas Instruments, Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor, NXP Semiconductorse altri ancora.
Oltre alla frenatura dinamica, esistono applicazioni multiple per i regolatori shunt, quali:
- Amplificatori di errore
- Circuiti con sorgenti indipendenti
- Limitatori di corrente di precisione
- Riferimenti di tensione di precisione
- Alimentatori a commutazione
- Supervisione e monitoraggio di tensione
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Freni sul rotore passo-passo
Per frenatura dinamica s'intende l'impiego di un motore elettrico di trazione di un veicolo come generatore per decelerare. Con questo sistema il motore elettrico gira all'indietro per rallentare il veicolo.
Ciò mette in evidenza una verità fondamentale che riguarda la generazione elettrica—quando i motori girano in avanti, generano del movimento; quando girano all'indietro, diventano dei generatori e producono elettricità. Pertanto, la frenatura dinamica trasforma l'energia utilizzata per rallentare un veicolo in elettricità.
Questo sistema porta diversi vantaggi, ivi compresa un‘usura minore sui componenti frenanti basati sull'attrito.
Elettricità in eccesso
Tuttavia, la frenatura dinamica pone un'importante questione. Che cosa si deve fare con l'elettricità prodotta dal motore o generatore?
Un approccio alla frenatura dinamica è conosciuto come reostatico. Per i sistemi frenanti reostatici usati nelle locomotive l'energia generata facendo girare il motore all'indietro viene dissipata sotto forma di calore da un resistore. I motori diesel per grandi treni usano array di resistori e grandi ventilatori di raffreddamento per prevenire il surriscaldamento.
Questo è un approccio relativamente poco caro alla frenatura dinamica, anche se spreca l'energia prodotta dal sistema.
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Talkin’ ‘bout Rigenerazione
Un altro approccio è quello di usare una frenata rigenerativa, che è un sistema usato in alcune automobili ibride, come la Toyota Prius. Nei sistemi rigenerativi l'elettricità viene rinviata nel sistema per ricaricare le batterie.
Questo è l'approccio più efficiente per la frenatura dinamica, garantendo che una maggiore quantità di elettricità prodotta venga usata per spingere il veicolo. Sul fronte dei ribassi, una frenata rigenerativa è il modo più dispendioso per fare una frenata rispetto all'approccio reostatico. Tuttavia, nonostante questo costo aggiuntivo, i veicoli ibridi usano una frenata rigenerativa come principale mezzo per la decelerazione.
Alcune auto, che utilizzano motori a combustione interna convenzionali, stanno impiegando sistemi rigenerativi per i componenti elettrici di potenza nell'auto. Per esempio, Mazda’il sistema i-ELOOP utilizza un sistema di freno rigenerativo per caricare i supercapacitori, che, a loro volta, forniscono elettricità per apparecchiature elettroniche.
Sentire puzza di bruciato
Per ogni approccio, l'elettricità generata dal motore o da generatore deve andare da qualche parte. Per i sistemi rigenerativi questa elettricità torna indietro alle batterie.
Nell'approccio reostatico, quando il motore gira indietro, la tensione sul bus DC per il controllo del motore inizierà ad aumentare. Ciò potrebbe provocare un arresto o che un componente si bruci tra i componenti collegati al motore’s bus. Per proteggere i circuiti, i progettisti devono ideare un modo per gestire questa tensione.
Una soluzione è quella di impiegare un regolatore shunt che è costituito da un resistore e un transistor in commutazione regolato dalla tensione. Un simile regolatore shunt dissipa la tensione sotto forma di calore.
Frenata accelerata
Con l'utilizzo di motori elettrici in una varietà di sistemi è probabile che si diffonderanno i sistemi di frenatura dinamica che impiegano i regolatori shunt.