Know-how

R/Ohm ist unverzichtbar

Passive Bauelemente wie Ohm´sche Wirkwiderstände und Blindwiderstände (Induktivitäten, Kapazitäten) sind in allen Leistungssektoren unverzichtbar. Bestimmen derartige Bauelemente im Schwachstrombereich in diskreter oder monolithisch integrierter Bauweise primär die Funktion einer Schaltung, beeinflussen sie als periphere Leistungskomponente die Energie-/Kosten einer Anlage (bevorzugt mit elektrischen Antrieben).

Stahlgitterwiderstand FKEY ≤ 19,5 kW, in IP00 – IP 60 (Fa. Fritzlen, www.fritzlen.com)

Schwachstromwiderstände
In diesem Gebiet ist „Ohm“ als

  • Belastungs-/Nutzwiderstand,
  • Anpassungswiderstand,
  • Verlustwiderstand,
  • innerer Widerstand (einer Spannungsquelle),
  • Spannungsteiler (Schaltwiderstand),
  • Messwiderstand,
  • Blind- und Wellenwiderstand,
  • Leitungswiderstand

gewärtig.

Starkstrom-/Leistungswiderstände – Übersicht
Ihren Einsatz bestimmen Funktion sowie große Spannweiten von Spannungsfestigkeit und Leistung. Dazu zählen:

  • Laden und Entladen von Kondensatoren, Induktivitäten, Batterien (Einsatz sowohl drehstrom- als auch gleichstromseitig, ggf. mit Symmetrierfunktion),
  • Verbinden mit Erde (Erdungswiderstand),
  • Prüfen von Anlagen (Einsatzbreite als Prüfwiderstand ist wegen der unbegrenzten Zahl von Anwendungen besonders groß),
  • Dämpfen von Schwingungsvorgängen (Dämpfungswiderstand),
  • Heizen (flexibel montierbarer Widerstand etwa zum Beheizen von Elektroanlagen),
  • Anwendung als Anlass-, Brems- oder Lastwiderstand,
  • Einsatz als Filter-, Schutzwiderstand (Kombination mit induktivem Anteil zum Ersatz kleiner Netzdrosseln),
  • Dämpfen von Lastspitzen während des Entregens des Generatormagnetfeldes.
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PTC-Widerstand kleiner Leistung ≥ 35 W für kleine Frequenzumrichter (Fa. Koch, www.bremsenergie.de)

Viele Aufgaben übernimmt inzwischen wesentlich kostengünstiger, energieeffizienter und zuverlässiger die Leistungs-/Elektronik (Beispiele: Ersatz Anlasswiderstand durch Softstarter, Test-/Lastwiderstände http://www.megger.de ). Oft aber können die funktionellen Bedürfnisse weiterhin mit zugeschnittenen Widerstandsgeräten wirtschaftlich und robust erfüllt werden.

Anforderungen
Die Bedingungen sind anwendungsbezogen sehr unterschiedlich. Kompakt und vibrationsfest aufgebaut müssen Leistungswiderstände einfach zu bemessen und zu montieren sein. Infolge ihrer vorgeschriebenen Betriebsart (meist S2 Kurzzeitbetrieb, S3 Aussetzbetrieb) unterliegen sie oft impulsförmiger Strombelastung (ED ≥ 1 %). Sehr hohe Temperaturen an der Materialoberfläche bedingen eine effektive, schnelle Wärmeabfuhr. Bei Spannungen über 1000 V DC müssen starke Energiepulse schnell aufgenommen werden. Die geforderte Schutzart (z. B. IP67) ist zu gewährleisten. Bestimmte Funktionen verlangen Mobilität (z. B. Entladewiderstände). Leistungswiderstände sind von niedrigen Wattzahlen bis zu Grenzwerten ≥ 0,5 MW verfügbar (http://www.frizlen.de, http://www.bremswiderstand.de).

Ausführungen
Um die Anforderungen zu erfüllen, stehen unterschiedlichste Konstruktionen und Widerstandstechnologien bereit z. B. als

  • Stahlgitter-, Gusseisenwiderstand (hohe Leistung, mäanderförmig gestanzt, gegossen),
  • gekapselte Flachbauform,
  • Widerstandsdraht auf Keramikträger gewickelt, offen oder Lochblechgehäuse (Standardtechnologie für kleine, mittlere Leistungen),
  • PTC-Keramik für kleine Leistungen (selbstschützend, einbaufähig).
Entladewiderstand FDLZ für mobilen Einsatz (Fa. Fritzlen, www.fritzlen.com).

Applikationsbeispiele
Vermindern Motoren ihre Drehzahl, arbeitet die umrichtergespeiste Maschine kurzzeitig als Generator im II. oder IV. Quadranten der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie. In diesem Zustand liefert der Antrieb Bremsenergie. Sofern sie nicht in das Netz zurückgespeist, in der Maschine selbst umgesetzt wird (Nutzbremsung), wird sie in einem pulsgesteuerten Bremswiderstand (Bremsschopper), der parallel zum Kondensator des Zwischenkreises geschaltet ist, als Wärme vernichtet. Dieses Bauelement charakterisiert hohe Impulsfestigkeit bei geringer Einschaltdauer ED (≥ 1 %) sowie Fähigkeit zur Kurzzeitüberlastung. Kompakte, leistungsfähige, montage- und kühlungsfreundliche Ballastwiderstände können sowohl in den Umrichter eingebaut als auch extern in einem Gehäuse höchster Schutzart bei hoher Spannungsfestigkeit (>< 1200 V DC) betrieben werden. Bei rückspeisefähigen Systemen dienen sie oft als Reservebremseinrichtung.

Speziell Windenergieanlagen benötigen die vielfältigsten Bauformen in den unterschiedlichsten Funktionsgruppen. Bei Hochstromanlagen fällt die Wahl meist auf ihre schienenförmige, stabile Ausführung. Obwohl Leitungswiderstände meist unerwünscht sind, müssen sie korrekt berechnet und in die Anlagenfunktion einbezogen werden.

Dr.-Ing. habil. Joachim Krause


Resistance = elektrischer Widerstand Dieser quantitative Begriff wird gleichfalls für andere Fachgebiete z. B. als thermischer oder magnetischer Widerstand verwendet.


Betriebsart  Verhalten (eines Antriebs), Belastung (eines Leistungswiderstandes)  Grundlegende Nennbetriebsarten S1...S10 definiert DIN EN60034-1/VDE 0530 Teil 1. Sie sind durch typische Zeitverläufe von Strom, Drehmoment und Drehzahl gekennzeichnet (z. B. Dauerbetrieb S1, Kurzzeitbetrieb S2, Aussetzbetrieb S3) und erleichtern die optimierte Bemessung von Geräten, Motoren u. ä., da die von der Betriebsart beeinflusste Erwärmung berücksichtigt wird. Der tatsächliche Belastungsverlauf muss eine gute Übereinstimmung mit der Nennbetriebsart zeigen.


PTC Positive Temperatur Coefficient. Bei Ohm`schen Widerständen mit PTC (Kaltleiter) wächst der Widerstandswert bei steigender Temperatur um mehrere Zehnerpotenzen. Komponente zum Temperaturschutz.


Bremschopper Der Antrieb bestimmter Geschwindigkeit besitzt kinetische Energie. Infolge Bremsens fließt Energie als generatorischer Strom in den Zwischenkreis. Ab einer Spannungsschwelle wird der Chopper zugeschaltet. Die Überschuss wird dann über den Bremswiderstand in den thermischen Zustand gewandelt (Bild 2).

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