Bremswiderstand – wie berechnet man die richtigen Werte

Angeregt durch eine Anfrage in einem Nachbarforum hatte ich eine Antwort verfasst, die viel länger wurde, als ursprünglich von mir geplant. Da das Thema von allgemeinem Interesse sein könnte, stelle ich es auch hier in meinen Blog.

Die Frage eines Lesers:
Gibt es in deinem Link auch einen Widerstand für den 2,2 KW FU (Hyanyang) der original bei der Chinaspindel dabei ist ?Ich blick da nicht durch!

Also für den Hyunyang weiß ich jetzt die genauen Daten nicht. Daher ergänze ich die Threadanfrage mit ein paar grundsätzlichen Infos, denn der gewünschte oder notwendige Bremswiderstand lässt sich auch errechnen. Allerdings ist das nicht pauschal zu sagen. Es hängt halt schon sehr von den gewünschten Effekten und den vorhandenen Massen ab. Eine Maschine mit hoher kinetischer Energie wird eine andere Bremse brauchen, als zB. eine ähnliche Maschine mit gleich starkem Motor, aber weniger bewegter Masse – es braucht ja lediglich ein größeres, schwereres Backenfutter montiert sein, schon ist die kinetische Energie anders. Falls diese (wie meistens) nicht bekannt ist, wird angenähert:

Dazu nimmt man dann die Antriebsleistung des Motors oder auch die Nennleistung des Frequenzumrichters. Auch muss man berücksichtigen, wie lange die Bremsdauer denn dauert und wie häufig man abbremsen möchte. Normalerweise stehen “Vorschläge”, welcher Bremswiderstand sinnvoll ist, im Handbuch des FU. Man muss auch berücksichtigen, dass die Bauart des Bremswiderstandes die notwendigen Werte ebenso beeinflusst, denn von der Bauart hängen Faktoren wie z.B. die Belastbarkeit, die Spannungsfestigkeit, die maximale Bremsdauer, etc., nicht zuletzt aber auch der Kaufpreis des gewünschten Bremswiderstandes ab.

Für unsere kleinen Drehmaschinen-“Spatzen” der 130kg-Klasse wird sinnvollerweise ein Gußwiderstand verwendet werden können (siehe mein Foto oben). Die können viel Energie speichern und sind bei kurzzeitigem Betrieb mit kurzem Aussetzen verwendbar. Auch die Einschaltdauer ist da sehr angenehm, weil sehr kurz. Bei großen Maschinen, Aufzügen, Förderantrieben, etc., mit hoher kinetischer Energie sind solche Gußwiderstände ganz sicher fehl am Platz. Man kann daraus ableiten: Der Einsatzzweck bestimmt nicht nur die Werte wie Ohm und Watt, sondern auch die Bauart.

Man muss sich, das, was sich beim Drehen z.B. eines Motors, abspielt, so vorstellen, dass der Anker des Motors, solange er belastet ist, der Frequenz der Speisespannung hinterhereilt. Solange ist die Welt also noch in Ordnung. Wenn aber nun der Motor plötzlich durch Einflüsse von Außen getrieben wird, ändert sich dieser Zustand und die Läuferfrequenz wird übersynchron. Vergleichbar ist das mit dem Bergab-Fahren oder z.B. auch mit einer Last, die die bewegte Einheit nach unten zieht (z.B. bei einem Lift). Der Motor erzeugt dabei also wie ein Generator Energie, die wir ja loswerden, also “bremsen” wollen. Bei teuren Systemen ist es möglich, diese Energie ins Netz zurückzuführen. Mitunter ist das sinnvoll (meist dann, wenn die zu erwartende Energieersparnis, z.B. in einem Unternehmen, hoch ist), denn die dazu notwendigen Investitionen muss man auch bezahlen, ganz abgesehen von den Bedingungen der örtlichen Energieunternehmungen. Also wird es für unsere Kleinmaschinen eher günstig sein, diese überschüssige Energie zu “verbraten”, also z.B. in Wärme umzuwandeln. Der FU kann das zu einem kleine Teil auch, aber nur sehr bedingt, bzw. geht dann allzu rasch auf Überlast, wenn man da die Parameter zu extrem einstellt. Es gibt auch FUs, wo der Bremswiderstand schon eingebaut ist. Den ganze Ablauf eines FU haben ich ansatzweise gerade mit Word skizziert, weil das einfach und rasch geht.  Ich hoffe, man kann das halbwegs erkennen:

Man sieht, dass in einem FU die Netzspannung zunächst in einem “Zwischenkreis” gleichgerichtet wird, und dann über Wechselrichter weiter an den Motor geht. Wozu ein Zwischenkreis gut ist, steht hier: Zwischenkreise. Die “beim Bergabfahren” entstehende überschüssige Energie muss aus dem Zwischenkreis irgendwie rausgenommen werden, wenn wir nicht lange Nachlaufzeiten unseres Motors in Kauf nehmen wollen. Die elektronische Regelung, wann also der von uns angeschlossene Bremswiderstand zugeschaltet wird, übernimmt ein sogenannter “Chopper”. Wie genau dieser funktioniert, soll hier nicht Gegenstand sein. Jedenfalls “regelt” er unser Problem und übernimmt das Zu- und Abschalten des Bremswiderstandes ganz nach unseren Wünschen (die wir über Parameter im FU programmieren können, z.B. gewünschte Bremsdauer). Natürlich geht das nur im Rahmen der noch zu ermittelnden Werte unseres gewünschten Bremswiderstandes, der die überschüssige Energie in Wärme verwandeln soll. Es gibt auch eine Formel, wie man die Ohm des Bremswiderstandes berechnen kann:

Zur Formel muss man aber noch ergänzen: Der kleinstzulässige Ohmwert muss oberhalb des vom FU-Handbuch genehmigten Wertes liegen – der obere Ohm-Wert: Siehe meine Ausführungen im Posting vorhin, was Wolfgang dazu meinte. Für die, die nicht rechnen wollen, gibt es auch eine Annäherungstabelle. Allerdings sind dort nur einige mögliche Zwischenkreisspannungen angeführt.

Zwei kleine Beispiele zur obigen Formel:

1.
Mein vorhandener FU mit 400V Netzspannung hat laut FU-Handbuch (und auch von mir direkt gemessen) eine Zwischenkreisspannung von 460 Volt (Gleichstrom). Für die Bremsleistung nehme ich die Leistung des Motors meiner Bernardo-Drehmaschine (750W). Nach obiger Formel sollte unser Bremswiderstand also ca. 210 Ohm haben. Trotzdem habe ich nur einen Bremswiderstand von 100 Ohm und bin zufrieden und es passt so wegen der von mir oben erwähnten anderen Einflüsse. Siehe auch den von mir grün markierten Teil in der nachfolgenden Tabelle.

2.
@Rhöni: Ich habe jetzt leider die Zwischenkreisspannung des HyunHang China-FU nicht im Kopf, aber den 230V-FU mit einer 2.2kW-Chinafrässpindel kann man auch ausrechnen: Ich gehe beispielsweise davopn aus, dass der China-FU eine Zwischenkreisspannung von 370V hat (siehe auch den von mir rot markierten Teil in der nachfolgenden Tabelle). Es ist also zu rechnen: 370 x 370 : 2200 x 0,75 = 47 Ohm. Bitte beachte aber, dass ich a) nicht weiß, was Dein FU wirklich für Werte hat und b) die Tabelle kein Allheiligtum ist.

Hier noch die Tabelle für Rechenfaule:

Bremswiderstände kann man immer wieder günstig auf Ebay um etwa € 10,00 – € 30,00 ergattern. Eine andere gute Quelle ist Ebay Hongkong, dort kostet ein Bremswiderstand wie meiner (mit 100 Ohm und 150Watt) inkl. Versandkosten etwa € 11,70. Falls dieser Link einmal nicht mehr versuchen sollte, sucht einfach auf ebay.COM nach “Braking Resistor” oder auch nach “Aluminum Housed Braking Resistor”.

Ich hoffe, dass ich das als Laie für Laien halbwegs vernünftig rüberbringen konnte.
Auch erwähne ich ausdrücklich, dass alle Spielereien mit Strom, insbesondere Starkstrom, lebensgefährlich sind. Also alles auf eigene Verantwortung bitte!

Liebe Grüße, Heini