Motion Control Bremswiderstände in Mehrachsanwendungen

Ein besonderer Einsatzfall von Bremswiderständen ist der Mehrachsanwendung. Die klassischen Applikationen der physisch getrennten Einzelantriebe, der Mehrachsapplikation über einen Umrichter oder über einen Gleichstrombus mit einer Energieeinspeisung stellen keine besonderen Anforderungen. In allen diesen drei Fällen ist genau ein Bremswiderstand jeweils einem Gleichstrom-Zwischenkreis mit einem Bremschopper zugeordnet. Die Auslegung kann sich auf den erwarteten Fall konzentrieren. In der Praxis aber ist ein vierter Fall von besonderer Bedeutung.

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Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Michael Koch GmbH

Die Verschaltung mehrerer Stand-alone-Umrichter über den Gleichstromzwischenkreis verlangt in der Praxis besondere Aufmerksamkeit. Aufgrund der Leistungserwartung, die bei der Entwicklung der Stand-alone-Umrichter zu Grunde gelegt worden sind, sind sie mit einem spannungsgeführten Bremstransistor ausgerüstet, dessen Stromfestigkeit eben der Leistungserwartung dieses Geräts im Einzelantrieb entspricht.

Ist ein zweiter Bremswiderstand wirklich die richtige Lösung?

„Sind nun mehrere Umrichter über einen Gleichstrom-Zwischenkreis verbunden, kann der maximale Strom eines Bremstransistors nicht ausreichen, um die Bremsenergie schnell genug abzuführen“, weiß Michael Koch, geschäftsführender Gesellschafter der Michael Koch GmbH, „die Lösung ist: man schaltet einen zweiten Bremswiderstand an einen der weiteren über den DC-Bus verbundenen Umrichter. Um einen möglichst schnellen Energieverlust zu realisieren, wird bei beiden Bremswiderständen der geringste für den Umrichter zugelassene Widerstandswert gewählt. Das kann sich als Fehler erweisen.“

Sind die Bremstransistoren der Umrichter nämlich nicht zwangssynchronisiert, etwa durch eine Zeitschaltung oder Energiezähler, kann die Einschalttoleranz der Bremschopper fatale Wirkung zeigen. Der erste Transistor schaltet, die Spannung sinkt, die Einschaltspannung für des zweiten Transistors wird nicht erreicht, die höchstmögliche Energie nach dem Ohmschen Gesetz wird auf den ersten Widerstand abgeführt. Für den zweiten Widerstand bleibt, wenn überhaupt, nur ein kleiner Anteil.

Fataler Irrtum: nicht fifty fifty, sondern 100 Prozent Überlast

Koch: „Dieser Effekt mag in der Praxis durch weitere Einflüsse schwächer ausfallen als beschrieben, dennoch ist die Energieverteilung in keinem Fall wie erwartet 50:50, sondern kann im Extrem 100:0 ausfallen. Ein Widerstand wird also um 100 Prozent überlastet, der andere überhaupt nicht genutzt.“

Die Lösung laut Koch ist einfach: Die angeschlossenen Bremswiderstände sind so zu betrachten, als seien sie parallel verschaltet. Der Widerstandswert des einzelnen Widerstands liegt deshalb höher, die Energieaufnahme wird geringer, die Spannung im Zwischenkreis steigt weiter, sodass auch der andere Transistor schaltet und der zweite Widerstand entlastet den ersten. Eine genaue Energieteilung wird dadurch zwar nicht gewährleistet, die völlig einseitige Belastung eines der Widerstände wird jedoch ausgeschlossen.

Seit nunmehr 10 Jahren ist das Unternehmen aus dem badischen Ubstadt-Weiher mit seinen sicheren Bremswiderständen für die elektrische Antriebstechnik im Markt etabliert. Es konzentriert sich dabei auf drahtbasierte Widerstände in Aluminiumgehäuse mit Schutzart IP65 und PTC-Bremswiderstände für kleinere und mittlere Umrichterleistungen.

Michael Koch GmbH, Tel. +49(0)7251 962610

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