Frage:
Können in einem DC-Verbund mehrere Bremschopper parallel betrieben werden und was ist dabei zu beachten?
Antwort:
Master-Slave-Betrieb für Bremschopper (synchronisiert):
Ein Parallelbetrieb mehrerer Bremschopper innerhalb eines DC-Verbundes ist ohne Weiteres möglich, wenn die Ansteuerung synchronisiert erfolgt.
Es ist dafür eine Synchronisierung über Steuersignale oder eine Kommunikationsverbindung erforderlich (Master-Slave-Betrieb).
Gerätereihen mit Synchronisierungs-Funktion (Sychronisierungs-Funktionen der Geräte-Reihen in der Regel nicht kombinierbar):
Servo-Inverter i700 (Bremschopper im Versorgungsmodul)
Umrichter 8400 (ab der FW-Version 12.00.00)
Bremschopper/-einheit 9351/9352
Bremschopper/-einheit 8451/8452
Gerätereihen ohne Synchronisierungs-Funktion:
- Servo-Inverter i950
- Servo Drive 9400 (Überlastungsschutz für Bremschopper und Bremswiderstand vorhanden. Die Bremsleistung wird bei drohender Überlastung begrenzt)
- Umrichter 8200 vector
Autonomer Betrieb (nicht synchronisiert):
Ist eine Synchronisation nicht möglich und die Bremschopper werden autonom gesteuert betrieben, also unabhängig voneinander, ist ein sicherer Betrieb nur unter bestimmten Bedingungen zu erreichen.
Beim Parallelbetrieb besteht die Problematik, dass sich aufgrund von Toleranzen der Hardware und anderer Einflüsse, die wirksamen Schaltschwellen der Bremschopper unterscheiden. Schon geringe Unterschiede können u. U. zu einer extrem ungleichen Auslastungsverteilung führen. Im ungünstigsten Fall kann es zur Überhitzung eines Bremswiderstandes und ggf. zu einer Brandgefahr kommen. Währenddessen kann ein anderer Bremswiderstand noch nahezu unbelastet und kalt geblieben sein.
Bedingungen unter denen ein Parallelbetrieb möglich ist:
- Parallelbetrieb nur aufgrund der hohen kurzzeitig erforderlichen Spitzen-Bremsleistung erforderlich.
- Die abgeforderte Dauer-Bremsleistung, über einen Betriebszyklus gemittelt, ist kleiner als die Dauerleistung des Bremschoppers (bzw. eines Bremswiderstandes) mit der niedrigsten Auslöseschwelle. Nur kurzzeitig wird eine sehr hohe Bremsleistung benötigt.
- Die abgeforderte Dauer-Bremsleistung, über einen Betriebszyklus gemittelt, ist größer als die Dauerleistung eines Bremschoppers (bzw. eines Bremswiderstandes), aber beim Bremsen wird die überwiegende Zeit mit hoher Bremsleistung (nahe der ausgelegten Spitzen-Bremsleistung) gebremst. In diesem Fall werden, aufgrund der schnellen Änderung der DC-Spannung, alle Bremschopper immer nahezu parallel und ohne nennenswerte Zeitverzüge ein- und ausgeschaltet.
Bedingungen die zu Überlastungen führen können:
- Die hohe abgeforderte Dauer-Bremsleistung über einen Zyklus ist der Grund für den Parallelbetrieb und nicht die Spitzen-Bremsleistung.
- Die abgeforderte Dauer-Bremsleistung, über einen Betriebszyklus gemittelt, ist größer als die Dauerleistung nur eines Bremschoppers (bzw. des Bremswiderstandes) und es wird mit relativ geringer Bremsleistung, jedoch dafür über längere Zeit, gebremst.
Ursächlicher Zusammenhang: Der Effekt der ungleichmäßigen Auslastung der Bremschopper ist umso stärker ausgeprägt, desto weiter die wirksamen Schaltschwellen der Bremschopper auseinander liegen. Einfluss haben auch die Zwischenkreis-Kapazität und vor allem die Höhe und der zeitliche Verlauf der abgeforderten Bremsleistung.
Die Problematik kommt zum Tragen, wenn der erste Bremschopper mit der niedrigsten Schaltschwelle eingeschaltet ist. Es sind dann zwei Fälle zu unterscheiden:
- Die aktuelle generatorische Leistung ist kleiner oder gleich der Spitzenleistung des gerade eingeschalteten Bremschoppers (P = U²/R): Die DC-Spannung steigt nicht weiter an, so dass der zweite Bremschopper mit der höheren Schaltschwelle gar nicht mehr zum Zuge kommt.
- Die aktuelle generatorische Leistung ist größer als die Spitzenleistung des eingeschalteten Bremschoppers: Die DC-Spannung steigt weiter an, aber langsamer als zuvor. Die Schaltschwelle des nächsten Bremschoppers wird folglich später erreicht und der Bremschopper erst verspätet eingeschaltet. Der 'Zeitverzug' ist am größten, wenn die aktuelle generatorische Leistung nur knapp größer als die Spitzenleistung des ersten Bremchoppers ist. Auch eine größere Zwischenkreis-Kapazität bewirkt ein langsameres Ansteigen der DC-Spannung und verstärkt so den Effekt.
In Bremsphasen wie im ersten Fall, wird also nur der eine Bremschopper thermisch belastet (vorbelastet). Folgt dann eine Phase mit hoher Bremsleistung, werden ab dann zwar beide Bremschopper zugleich belastet. Aufgrund der Vorbelastung würde der erste jedoch schneller sein Limit erreichen.
Suchbegriffe: Multi-Chopper-Betrieb, Multi-Bremschopper, BrakeChopper
