Bremswiderstand oder Rückspeisung 1

Um Energie zu sparen wird in der elektrischen Antriebstechnik die Rückspeisung elektrischer Energie ins Netz beim Abbremsen angewendet. Doch das ist nicht immer sinnvoll – der klassische Bremswiderstand, der Energie in Wärme umwandelt, ist häufig die bessere Alternative. In der elektrischen Antriebstechnik werden heute häufig Servomotoren verwendet, die von Frequenzumrichtern angesteuert werden. Über einen Gleichrichter, einen Gleichstromzwischenkreis und einen anschließenden Wechselrichter kann die Drehzahl und das Drehmoment des Motors präzise geregelt werden.

Im so genannten Vierquadrantenbetrieb kann der Frequenzumrichter den Motor in beide Drehrichtungen sowohl beschleunigen als auch abbremsen. Beim Bremsen wird dabei Energie in den Zwischenkreis zurück gespeist. Da der Zwischenkreis nicht unbeschränkt Energie aufnehmen kann, wird diese – falls es der Umrichter zulässt – ins Netz rückgespeist.

Alternativ kommt ein Brems-chopper zum Einsatz, der bei Bedarf Energie in einem angeschlossenen Bremswiderstand in Wärme umwandelt. Energierückspeisung ins Netz scheint generell eine gute Idee zu sein. Statt die überschüssige Energie einfach im Bremswiderstand zu verheizen, lässt sie sich in anderen Verbrauchern sinnvoll einsetzen.

Dass die Rückspeisung aber nicht in allen Fällen die günstigste Alternative ist, lässt sich mit einem Blick auf die gesamte Wirtschaftlichkeit erkennen. Zunächst einmal ist ein rückspeisefähiger Vierquadranten-Umrichter in der Regel teurer als ein vergleichbarer Umrichter mit Bremschopper und -widerstand.

Zusätzlich sollte bedacht werden, dass die zusätzlichen gesteuerten Leistungshalbleiter im Regelbetrieb zu einer höheren Verlustleistung führen. Ein rückspeisefähiger Umrichter rechnet sich also nur dann, wenn regelmäßige Beschleunigungs- und Bremszyklen auftreten. In jedem Fall sollte man die wirtschaftliche Betrachtung aller Faktoren, wie Anschaffungs- und Betriebs-kosten, Verluste im Regelbetrieb und mögliche Energieeinsparung durch Rückspeisung, detailliert berücksichtigen.

Einige Anwendungen lassen sich ohne Bremswiderstände kaum oder nur schwer realisieren. Dazu gehören beispielsweise Anwendungen, in denen ein Not-Aus realisiert werden muss. So sind bestimmte Anlagenteile innerhalb vorgeschriebener Zeiten gefährdungsfrei still zu setzen, wenn ein Notfall eintritt beziehungsweise ein Not-Aus betätigt wird.

Eine Rückspeisung ist in solchen Anwendungen wirtschaftlich kaum sinnvoll, da nur im Notfall Energie ins Netz zurückgespeist würde. Ganz abgesehen von der Situation, dass im Notfall eventuell gar kein Netz für eine Rückspeisung zur Verfügung steht. Neben der wirtschaftlichen Betrachtung sind hier auch Aspekte der Sicherheit zu berücksichtigen.

Um entsprechende Sicherheitsvorschriften zu erfüllen, führt in solchen Anwendungen kaum ein Weg am Einsatz eines Not-Aus-Bremswiderstands vorbei.

Netzqualität sichern

Um die Netzqualität in elektrischen Versorgungsnetzen zu garantieren, müssen die Rückwirkungen von angeschlossenen Geräten auf ein gewisses Maß begrenzt werden. Für Netzrückwirkungen elektrischer Geräte durch Oberschwingungen gelten je nach Gesamtstromaufnahme die Normen DIN EN 61000-3-2 (für Ströme bis 16 Ampere) beziehungsweise DIN EN 61000-3-12 (für Ströme von 16 bis 75 Ampere).

Selbstverständlich gelten diese Normen auch für die Rückspeisung von Bremsenergie durch Frequenzumrichter. Um die Normen erfüllen zu können, sind in der Regel zusätzliche Filterelemente nötig, die wiederum in Ihren Grundelementen aus Kombinationen von Induktivitäten, Kondensatoren und Leistungswiderständen bestehen.

Als rein passive Elemente sind Widerstände servicefreundlich und müssen nicht gewartet werden. Da sie ohne Leistungselektronik und aktive Teile auskommen, ist ihre durchschnittliche Lebensdauer in der Regel deutlich länger als die der Anlage, in der sie eingesetzt werden. Außerdem sind Widerstände unempfindlich gegenüber Störungen und Schwankungen in der Netzqualität. Eine große Palette an Leistungswiderständen bietet Frizlen an.

Die Palette umfasst Widerstände im Leistungsbereich von zehn bis 300 Kilowatt. Als einziger Hersteller bietet das Unternehmen nach eigenen Angaben Leistungswiderstände an, die die Schutzart IP 67 erfüllen. Für die Abfuhr großer Wärmemengen sind auch wassergekühlte Modelle erhältlich. Alle wichtigen Baureihen haben eine UL-Zulassung und können damit auch in den amerikanischen und kanadischen Markt geliefert werden.

www.frizlen.com