regenerativer Bremsvorgang

Regenerativer Bremsvorgang

Beim regenerativen Bremsvorgang wird die kinetische Energie der angetriebenen Maschinerie genutzt und in das Stromversorgungsnetz zurückgeführt. Dieses Bremsmechanismus tritt in Kraft, wenn die angetriebene Last oder Maschinerie den Motor dazu zwingt, bei konstanter Erregung eine Geschwindigkeit zu erreichen, die seine Leerlaufgeschwindigkeit übersteigt.

Inhaltsverzeichnis

• Anwendungen des regenerativen Bremsvorgangs

• Regenerativer Bremsvorgang bei Gleichstrom-Mischmotoren

• Regenerativer Bremsvorgang bei Gleichstrom-Reihenschlussmotoren

Unter den Bedingungen des regenerativen Bremsvorgangs findet eine signifikante elektrische Transformation im Motor statt. Insbesondere überschreitet die Gegeninduktion Eb des Motors die Netzspannung V. Diese Umkehrung des Spannungsverhältnisses führt zu einer Änderung der Richtung des Armaturstroms. Folglich wechselt der Motor von seinem normalen Betriebsmodus in den Generatorbetrieb, wobei die mechanische Energie der angetriebenen Last in elektrische Energie umgewandelt und an die Stromquelle zurückgegeben wird.

Es ist wichtig zu beachten, dass der regenerative Bremsvorgang nicht auf Hochgeschwindigkeits-Szenarien beschränkt ist. Er kann auch bei sehr geringen Geschwindigkeiten effektiv eingesetzt werden, vorausgesetzt, der Motor ist als separat erregter Generator konfiguriert. Während die Motordrehzahl abnimmt, wird die Erregungsstärke in einem kontrollierten Maße erhöht. Diese Anpassung stellt sicher, dass die beiden entscheidenden Gleichungen, die das elektrische Verhalten des Systems bestimmen, erfüllt sind, was eine effiziente Energierückgewinnung sogar bei niedrigen Geschwindigkeiten ermöglicht.

Fortsetzung des regenerativen Bremsvorgangs

Während der Erhöhung der Erregung des Motors erreicht dieser keinen Zustand der magnetischen Sättigung. Diese Eigenschaft ermöglicht eine effektivere Steuerung und Betriebsführung während des regenerativen Bremsvorgangs.

Der regenerative Bremsvorgang kann erfolgreich bei Misch- und separat erregten Motoren implementiert werden. Bei gemischten Motoren kann jedoch nur unter der Bedingung einer schwachen Reihenschaltung gebremst werden. Diese Einschränkung unterstreicht die Bedeutung der Motorkonstruktion und -konfiguration für die Durchführbarkeit und Effektivität des regenerativen Bremsvorgangs.

Anwendungen des regenerativen Bremsvorgangs

Der regenerative Bremsvorgang eignet sich besonders gut für Anwendungen, bei denen Antriebe häufig gebremst und verlangsamt werden müssen. Seine Fähigkeit, kinetische Energie wieder in elektrische Energie umzuwandeln, macht ihn in solchen dynamischen Betriebsumgebungen äußerst effizient.

Eines seiner wertvollsten Einsatzgebiete liegt in der Wahrung einer konstanten Geschwindigkeit für absteigende Lasten mit hoher potentieller Energie. Indem die während des Abstiegs erzeugte Energie genutzt wird, hilft der regenerative Bremsvorgang, die Geschwindigkeit der Last zu kontrollieren, wodurch sicheres und stabiles Arbeiten gewährleistet wird, während gleichzeitig Energie, die sonst verloren ginge, zurückgewonnen wird.

Diese Bremstechnik wird in verschiedenen Industrien zur Steuerung der Drehzahl von Motoren, die verschiedene Arten von Lasten antreiben, weit verbreitet eingesetzt. Sie spielt eine entscheidende Rolle in Elektrolokomotiven, wo sie hilft, die Zuggeschwindigkeit während der Verlangsamung und beim Abfahren bergab zu steuern, während gleichzeitig Energie ins Stromnetz zurückgegeben wird. In Aufzügen, Kränen und Hubwerken ermöglicht der regenerative Bremsvorgang präzise Geschwindigkeitskontrolle und Energieeinsparungen, wodurch die Gesamteffizienz und Leistung dieser Systeme verbessert wird.

Es ist wichtig zu beachten, dass der regenerative Bremsvorgang nicht zum vollständigen Stillstand des Motors gedacht ist. Vielmehr besteht seine Hauptfunktion darin, die Drehzahl des Motors zu regulieren, wenn dieser über seine Leerlaufgeschwindigkeit hinaus arbeitet, wodurch die Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie für die Wiederverwendung ermöglicht wird. Die grundlegende Voraussetzung für die Regeneration ist, dass die Gegeninduktion (Eb) die Netzspannung übersteigen muss. Diese Bedingung führt dazu, dass der Armaturstrom seine Richtung ändert und der Motor von einem Motor in einen Generator umschaltet.

Regenerativer Bremsvorgang bei Gleichstrom-Mischmotoren

Bei normalen Betriebsbedingungen wird der Armaturstrom eines Gleichstrom-Mischmotors durch die folgende Gleichung bestimmt:

Dynamik des regenerativen Bremsvorgangs

Wenn ein Kran, Hubwerk oder Lift eine Last ablässt, kann die Drehzahl des Motors seine Leerlaufgeschwindigkeit übersteigen. In diesem Szenario übersteigt die Gegeninduktion (EMF) des Motors die Netzspannung. Als Ergebnis kehrt der Armaturstrom Ia seine Richtung um und verwandelt den Motor in einen Generator. Diese Umwandlung ermöglicht es, die kinetische Energie der absteigenden Last zu nutzen und in die elektrische Versorgung zurückzuführen, wodurch die Energieeffizienz optimiert und ein Bremsmoment erzeugt wird.

Regenerativer Bremsvorgang bei Gleichstrom-Reihenschlussmotoren

Gleichstrom-Reihenschlussmotoren zeigen während des Betriebs einzigartige elektrische Eigenschaften. Mit zunehmender Motordrehzahl nehmen sowohl der Armaturstrom als auch der Feldfluss ab. Im Gegensatz zu anderen Motortypen kann die Gegeninduktion Eb eines Gleichstrom-Reihenschlussmotors unter normalen Umständen die Netzspannung nicht überschreiten. Dennoch bleibt die Regeneration möglich, da der Feldstrom den Armaturstrom nicht überschreiten kann.

Dieser Bremsmechanismus ist besonders wichtig in Anwendungen, bei denen Gleichstrom-Reihenschlussmotoren vorherrschend eingesetzt werden, wie beispielsweise in Antriebssystemen für Züge und in Aufzugshubwerken. Wenn beispielsweise eine Elektrolokomotive eine Steigung hinunterfährt, ist die Wahrung einer konstanten Geschwindigkeit für Sicherheit und Effizienz entscheidend. Ebenso greift der regenerative Bremsvorgang in Hubantrieben ein, um die Geschwindigkeit zu begrenzen, wenn sie gefährliche Werte erreicht, und sorgt so für eine kontrollierte Betriebsführung.

Ein weit verbreiteter Ansatz zur Implementierung des regenerativen Bremsvorgangs bei Gleichstrom-Reihenschlussmotoren besteht darin, sie so umzukonfigurieren, dass sie als Mischmotoren arbeiten. Da die Feldwicklung eines Gleichstrom-Reihenschlussmotors einen geringen Widerstand hat, wird eine Serienwiderstand in den Feldkreis eingebaut. Dieser zusätzliche Widerstand spielt eine wichtige Rolle, indem er den Strom innerhalb sicherer Grenzen hält, sodass der Motor in seiner neuen Konfiguration effektiv arbeiten und die Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie während des Bremsvorgangs ermöglichen kann.