Bremswiderstände

Wenn der Motor zum Generator wird

24.09.2007 | Redakteur: Gerd Kucera

Erst ab einer gewissen Antriebsleistung rechnet sich die Energierückspeisung und ist technisch sinnvoll. Generatorische Bremsenergie wird deshalb im Bremswiderstand in Wärme gewandelt.

Beim Abbremsen eines über Frequenzumrichter oder Servoregler angetriebenen Drehstrommotors wirkt die Schwungmasse von Motor und bewegter externer Masse über die Motorwicklung als Generator. Die dabei entstehende elektrische Energie wird bei Großantrieben generell in das Netz zurückgespeist. Aber bei Antrieben von wenigen 100 W bis in den 10-KW-Bereich ist das in vielen Fällen aus Kostengründen unwirtschaftlich, sodass die generatorische Energie in Wärme umgesetzt wird.

Die Aufgabe des Brems-Choppers

In solchen Applikationen lädt der Generator den Zwischenkreis bis zu seiner Maximalspannung von meist 750 V auf. Bei Überschreitung des voreingestellten Grenzwertes wird der Widerstand über den Bremstransistor direkt auf die Zwischenkreisspannung geschaltet. Wird der Transistor nur für eine vorgegebene Zeit geöffnet, wiederholt sich dieser Vorgang mehr oder weniger schnell bis zum Ende des Bremsvorgangs - man spricht von einem Brems-Chopper.

Während des zeitlich auf etwa 1 bis 3 s begrenzten Bremsvorganges entsteht eine relativ hohe Bremsleistung bis 3 kW. Diese Leistung ist in Wärme umzuwandeln und über den geräteeigenen Kühlkörper abzuführen. Bei externer Montage geschieht dies direkt über einen Kühlkörper. Die mittlere Belastung liegt wegen der zeitlichen Begrenzung aufeinanderfolgender Bremsvorgänge meist sehr viel niedriger als die Dauerbremsleistung.

Hohe Dauerleistung und Impulsbelastbarkeit sind wichtig

Der Bremsvorgang ist auf etwa 1 bis 3 s begrenzt. Dabei entsteht eine relativ hohe Bremsleistung bis 3 kW, die über den Bremswiderstand in Wärme umgewandelt wird.
Der Bremsvorgang ist auf etwa 1 bis 3 s begrenzt. Dabei entsteht eine relativ hohe Bremsleistung bis 3 kW, die über den Bremswiderstand in Wärme umgewandelt wird.

Das Konstruktionsprinzip der ISA-PLAN-Bremswiderstände trägt der Forderung nach hoher Dauerleistung und Impulsbelastbarkeit Rechnung. Diese Widerstandselemente sind aus relativ dicker, gewalzter MANGANIN-Folie geätzt und elektrisch isoliert mit einem hochwärmeleitenden Kleber auf einer massiven Kupfergrundplatte mit 2 mm Dicke aufgebracht. Die große Masse der Widerstandsstruktur garantiert die sehr hohe Energiebelastung (bis 100 Joule) im Kurzzeitbereich.

Die Montage des Bremswiderstands auf dem Kühlkörper erfolgt mittels zentraler Einlochbefestigung
Die Montage des Bremswiderstands auf dem Kühlkörper erfolgt mittels zentraler Einlochbefestigung

Die gute Wärmeleitfähigkeit des keramikgefüllten Klebers reduziert den inneren Wärmewiderstand auf 0,1 K/W und ermöglicht so zusammen mit der großen Cu-Masse des Trägers die für die Bauform extrem hohe Bremsleistung von bis zu 3 KW für mehrere Sekunden. Die Dauerleistung wird im wesentlichen durch den Wärmeübergang zum externen Kühlkörper bestimmt. Die im entsprechenden Datenblatt angegebenen Werte sind als Richtwerte anzusehen, bei sorgfältiger Montage und einem effektiven externen Kühlkörper können durchaus weit höhere Belastungen gefahren werden.

Merkmale und Spezifikationen der ISA-PLAN-Widerstände

Wesentliche Merkmale: kompakte Bauform, hohe Pulsbelastung, einfache Montage, sehr gute Wärmeleitfähigkeit, geeignet zum Einsatz im Frequenzumrichter, UL-gelistete Materialien, Schutzart IP 54.

Wichtige technische Spezifikationen sind: Widerstandswerte 1 bis 150 Ohm, Pulsbelastbarkeit bis 3 kW für 1 s, Belastbarkeit 100/200/300 W, Isolationsspannung 2500 VAC, Betriebsspannung 1000 VAC, Toleranz 10%, TK <50 ppm/K, Dauerstrom bis 160 A, Stabilität <1% nach 2000 h.

Die Ausführung mit Anschlusslitzen und Adernhülsen eignet sich besonders gut zur geräteinternen Montage auch an unzugänglichen Stellen. Die Montage auf dem Gehäuse oder Kühlkörper erfolgt über die zentrale Einlochbefestigung. Die Modellvariante mit Litzen ist auch als externer Widerstand beim Nachrüsten eines Frequenzumrichters einsetzbar (etwa die Te?on-Litze mit UL-Zulassung und einer Betriebsspannung von 1000 VAC).

Die Bauform mit Kontaktstiften ist kompatibel zum Leistungsmodulgehäuse Econopack. Sie bringt dann einen großen Montagevorteil, wenn (wie heute oft üblich) die Leitungshalbleiter als Hybrid in einem Modulgehäuse verarbeitet werden. In diesem Fall erfolgt eine parallele Montage von Leitungshybrid und Bremswiderstand mit der Steuerplatine in einem Arbeitsgang. Die Verbindung mit dem Kühlkörper übernimmt auch hier die zentrale Einlochbefestigung.

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