Dimensionierungshilfe

Beschreibung

Zur Dimensionierung werden die Anteile berechnet, die zur Aufnahme von Bremsenergie beitragen.

Ein externer Bremswiderstand ist erforderlich, wenn die aufzunehmende kinetische Energie die Summe der möglichen internen Energieaufnahme übersteigt.

Interne Energieaufnahme

Intern wird Bremsenergie über folgende Mechanismen aufgenommen:

• DC-Bus Kondensator E_var

• Interner Bremswiderstand E_I

• Elektrische Verluste des Antriebs E_el

• Mechanische Verluste des Antriebs E_mech

Werte für die Energieaufnahme E_var finden Sie im Abschnitt Kondensator und Bremswiderstand.

Interner Bremswiderstand

Maßgebend für die Energieaufnahme des internen Bremswiderstands sind zwei Kenngrößen.

• Die Dauerleistung P_PR gibt an, wieviel Energie auf Dauer abgeführt werden kann, ohne den Bremswiderstand zu überlasten.

• Die maximale Energie E_CR begrenzt die kurzfristig abführbare, höhere Leistung.

Wenn die Dauerleistung für eine bestimmte Zeit überschritten wurde, muss der Bremswiderstand für eine entsprechend lange Zeit unbelastet bleiben.

Die Kenngrößen P_PR und E_CR des internen Bremswiderstands finden Sie im Abschnitt Kondensator und Bremswiderstand.

Elektrische Verluste E_el

Die elektrischen Verluste E_el des Antriebssystems können aus der Spitzenleistung des Antriebsverstärkers abgeschätzt werden. Bei einem typischen Wirkungsgrad von 90% beträgt die maximale Verlustleistung etwa 10% der Spitzenleistung. Wenn bei der Verzögerung ein niedrigerer Strom fließt, reduziert sich die Verlustleistung entsprechend.

Mechanische Verluste E_mech

Die mechanischen Verluste resultieren aus der Reibung, die beim Betrieb der Anlage auftritt. Die mechanischen Verluste sind vernachlässigbar, wenn die Anlage ohne antreibende Kraft eine viel längere Zeit zum Stillstand benötigt als die Zeit, in der die Anlage abgebremst werden soll. Die mechanischen Verluste können aus dem Lastmoment und der Geschwindigkeit berechnet werden, aus der der Motor zum Stillstand kommen soll.

Beispiel

Abbremsen eines rotatorischen Motors mit folgenden Daten:

• Anfangsdrehzahl: n = 4000 1/min

• Rotorträgheit: J_R = 4 kgcm²

• Lastträgheit: J_L = 6 kgcm²

• Antrieb: E_var = 23 Ws, E_CR = 80 Ws, P_PR = 10 W

Die aufzunehmende Energie ergibt sich über:

zu E_B = 88 Ws. Die elektrischen und mechanischen Verluste werden vernachlässigt.

In den DC-Bus Kondensatoren werden in diesem Beispiel E_var = 23 Ws aufgenommen (Wert ist abhängig vom Antriebstyp).

Der interne Bremswiderstand muss die restlichen 65 Ws aufnehmen. Er kann als Impuls E_CR = 80 Ws aufnehmen. Wenn die Last einmal abgebremst wird, reicht der interne Bremswiderstand aus.

Wenn der Bremsvorgang zyklisch wiederholt wird, muss die Dauerleistung berücksichtigt werden. Ist die Zykluszeit größer als das Verhältnis aus der aufzunehmenden Energie E_B und der Dauerleistung P_PR, genügt der interne Bremswiderstand. Wird häufiger gebremst, reicht der interne Bremswiderstand nicht mehr aus.

In diesem Beispiel ist das Verhältnis von E_B/P_PR 8,8 s. Wenn die Zykluszeit kürzer ist, wird ein externer Bremswiderstand benötigt.

Dimensionierung externer Bremswiderstand

Diese beiden Kennlinien werden auch bei der Dimensionierung des Motors verwendet. Die zu berücksichtigenden Kennliniensegmente sind durch D_i (D₁ bis D₃) gekennzeichnet.

Für die Berechnung der Energie bei konstanter Verzögerung muss das Gesamtträgheitsmoment J_t bekannt sein.

J_t = J_m + J_c

J_m: Motorträgheit (mit Haltebremse)

J_c: Lastträgheit

Die Energie für jedes Verzögerungssegment berechnet sich wie folgt:

Daraus ergibt sich für die Segmente (D₁) … (D₃):

Einheiten: E_i in Ws (Wattsekunden), J_t in kgm², ω in rad und n_i in 1/min.

Die Energieaufnahme E_var der Antriebe (ohne Berücksichtigung eines Bremswiderstands) entnehmen Sie den technischen Daten.

In der weiteren Berechnung berücksichtigen Sie nur die Segmente D_i, deren Energie E_i die Energieaufnahme der Antriebe überschreitet. Diese zusätzlichen Energien E_Di sind über den Bremswiderstand abzuleiten.

Die Berechnung von E_Di erfolgt mit der Formel:

E_Di = E_i - E_var (in Ws)

Die Dauerleistung P_c wird für jeden Maschinenzyklus berechnet:

Einheiten: P_c in W, E_Di in Ws und Zykluszeit T in s

Die Auswahl erfolgt in zwei Schritten:

• Wenn folgende Bedingungen erfüllt sind, ist der interne Bremswiderstand ausreichend:

  • Die maximale Energie bei einem Bremsvorgang muss kleiner sein als die Spitzenenergie, die der Bremswiderstand aufnehmen kann: (E_Di)<(E_Cr).

  • Die Dauerleistung des internen Bremswiderstands darf nicht überschritten werden: (P_C)<(P_Pr).

• Wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, dann muss ein externer Bremswiderstand eingesetzt werden, der die Bedingungen erfüllt.

Bestelldaten für die externen Bremswiderstände finden Sie unter Zubehör und Ersatzteile.