Die Anbieter von Energierückkopplungsgeräten für Frequenzumrichter weisen darauf hin, dass sich mit der Erweiterung der Anwendungsgebiete von Frequenzumrichtern auch die Bremsmethoden von Frequenzumrichtern diversifiziert haben:
1. Energieverbrauchender Typ
Bei diesem Verfahren wird ein Bremswiderstand parallel zum Gleichstromkreis eines Frequenzumrichters geschaltet. Die Steuerung eines Leistungstransistors erfolgt durch Messung der Zwischenkreisspannung. Sobald die Zwischenkreisspannung auf etwa 700 V ansteigt, leitet der Leistungstransistor und gibt die zurückgewonnene Energie an den Widerstand ab, wo sie in Form von Wärme verbraucht wird. Dadurch wird ein weiterer Anstieg der Zwischenkreisspannung verhindert. Da die zurückgewonnene Energie nicht genutzt werden kann, zählt dieses Verfahren zu den Energieverbrauchern. Im Gegensatz zur Gleichstrombremsung wird die Energie bei diesem Verfahren außerhalb des Motors am Bremswiderstand verbraucht. Dadurch wird eine Überhitzung des Motors vermieden und ein häufigerer Betrieb ermöglicht.
2. Paralleler DC-Bus-Absorptionstyp
Geeignet für Mehrmotorenantriebe (z. B. Streckmaschinen), bei denen jeder Motor einen Frequenzumrichter benötigt, mehrere Frequenzumrichter einen netzseitigen Umrichter gemeinsam nutzen und alle Wechselrichter parallel an einen gemeinsamen Gleichstromzwischenkreis angeschlossen sind. In diesem System arbeiten häufig ein oder mehrere Motoren im Bremszustand. Der bremsende Motor wird von anderen Motoren mitgezogen, um Bremsenergie zu erzeugen, die dann vom laufenden Motor über einen parallelen Gleichstromzwischenkreis aufgenommen wird. Kann die Bremsenergie nicht vollständig aufgenommen werden, wird sie über einen gemeinsamen Bremswiderstand verbraucht. Die dabei erzeugte Bremsenergie wird teilweise genutzt, aber nicht ins Stromnetz zurückgespeist.
3. Energierückkopplungstyp
Der netzseitige Wechselrichter mit Energierückführung ist reversibel. Wird Rückspeisungsenergie erzeugt, speist der reversible Wechselrichter diese ins Netz zurück und ermöglicht so deren vollständige Nutzung. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine hohe Stabilität der Stromversorgung. Bei einem plötzlichen Stromausfall kann es zu einer Umkehrung und einem Umschalten kommen.
Die regenerative Bremsung kann in allen elektrischen Maschinen eingesetzt werden, wobei elektrische Maschinen heutzutage hauptsächlich rotierende Antriebe wie Elektromotoren sind. Daher findet die regenerative Bremsung häufig Anwendung in elektrischen Antriebssystemen, kurz: elektrischen Antriebssystemen.
Der Zweck der regenerativen Bremsung
Die durch die nutzlose, unnötige oder schädliche Trägheitsrotation elektrischer Maschinen erzeugte kinetische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt und ins Stromnetz zurückgespeist. Gleichzeitig wird ein Bremsmoment erzeugt, um die nutzlose Trägheitsrotation der Maschinen schnell zu stoppen. Elektrische Maschinen sind Geräte mit beweglichen Teilen, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln, allgemein bekannt als Drehbewegung, wie beispielsweise ein Elektromotor. Dieser Umwandlungsprozess wird üblicherweise durch Energieübertragung und -umwandlung mittels Änderungen der Energie des elektromagnetischen Feldes erreicht. Anschaulicher mechanisch betrachtet handelt es sich um eine Änderung der Magnetfeldstärke. Der Elektromotor wird eingeschaltet, erzeugt Strom und baut ein Magnetfeld auf. Der Wechselstrom erzeugt ein Wechselfeld, und wenn die Wicklungen in einem bestimmten Winkel im Raum angeordnet sind, entsteht ein kreisförmiges, rotierendes Magnetfeld. Die Bewegung ist relativ, d. h. das Magnetfeld wird vom Leiter innerhalb seiner räumlichen Ausdehnung geschnitten. Dadurch entsteht an beiden Enden des Leiters eine induzierte elektromotorische Kraft, die über den Leiter selbst und die angeschlossenen Bauteile einen Stromkreis bildet, Strom erzeugt und einen stromführenden Leiter bildet. Der stromdurchflossene Leiter erfährt im rotierenden Magnetfeld eine Kraft, die letztendlich das Drehmoment des Motors erzeugt. Beim Abschalten der Stromzufuhr rotiert der Motor aufgrund seiner Trägheit weiter. Durch Umschalten des Stromkreises wird dem Rotor eine relativ schwache Erregerspannung zugeführt, die ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld durchdringt die Statorwicklung durch die Rotation des Rotors, wodurch im Stator eine elektromotorische Kraft induziert wird. Diese elektromotorische Kraft wird über ein Leistungsgerät in das Stromnetz eingespeist – eine Energierückkopplung. Gleichzeitig erfährt der Rotor eine Verzögerung, die als Bremsung bezeichnet wird. Dieser Vorgang wird zusammenfassend als regenerative Bremsung bezeichnet.
Unter welchen Umständen ist ein Bremswiderstand erforderlich?
Das allgemeine Prinzip ist, dass, wenn der Gleichstromkreis aufgrund der regenerativen Bremsung zu Überspannungen neigt, ein Bremswiderstand installiert werden muss, um die überschüssige Ladung auf dem Filterkondensator abzubauen.
Bei konkreten Arbeiten müssen bei der Konfiguration von Bremswiderständen folgende Situationen berücksichtigt werden:
(1) Häufige Anfahr- und Bremsvorgänge;
(2) In Situationen, in denen ein schnelles Bremsen erforderlich ist;
(3) In Situationen, in denen eine potenzielle Energielast vorliegt (potenzielle Energielast, wobei „Position“ als Position und Höhe verstanden werden kann), wie z. B. bei Hebezeugen.