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Ratgeber

Wissenswertes zu Leistungswiderständen

In der Elektronik gehört der Widerstand zu den passiven Bauelementen. Genutzt wird es zur Reduzierung des Stromflusses, zur Anpassung von Signalpegeln, zum Teilen von Spannungen, zur Vorspannung aktiver Elemente und zum Abschluss von Übertragungsleitungen. Ein Leistungswiderstand wiederum ist so konstruiert und gefertigt, dass er große Mengen an Leistung in einem kompakten Gehäuse als Wärme abführen kann. Hier erfahren Sie, wie solche Widerstände aufgebaut sind und welche Kriterien für die Beschaffung gelten.



Funktionsprinzip von Leistungswiderständen

Die von einem Widerstand abgeleitete Leistung lässt sich mit Hilfe des ersten Jouleschen Gesetzes – Leistung = Spannung x Strom – ermitteln. Sie wird im Betrieb in Wärme umgewandelt und erhöht die Temperatur des Widerstandes so lange, bis die abgeführte Wärme die erzeugte Wärme ausgleicht.

Leistungswiderstände besitzen im Allgemeinen eine Belastbarkeit von mindestens einem Watt. Hergestellt aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, ermöglichen sie eine effiziente Abführung der Wärme, in der Regel durch spezielle Kühlkörper. Einige Leistungswiderstände benötigen sogar eine forcierte Luft- oder Flüssigkeitskühlung, wenn sie unter maximaler Last stehen. Allen Leistungswiderständen gemeinsam ist die maximale Abführung der Wärme bei möglichst kleiner Bauform.



Typen und Bauformen



Typische Anwendungen für Leistungswiderstände

Leistungswiderstände sind immer dann notwendig, wenn große Leistungen sicher in Wärme umzuwandeln sind. Sie werden als steuerbare Verlustleistungsgeräte, Schutzgeräte und Geräte, die reale Lasten simulieren, eingesetzt.

Motorbremsung

In Lokomotiven und Straßenbahnen wandeln Hochleistungswiderstände die kinetische Energie des Fahrzeugs in Wärme um. Aufgrund der Energie, die beim Anhalten von schweren Fahrzeugen benötigt wird, würden klassische Scheibenbremsen zu schnell verschleißen. Widerstandsbremsen bieten hier eine kontrollierte Bremsleistung ohne jegliche Reibung.


Lastbänke

Lastbankwiderstände dienen zur sicheren Simulation einer realen Last. Typische Einsatzgebiete sind Lasttests von Generatoren, Turbinen und Batterie-USV-Systemen.

Resistive Lastbänke bieten einen bekannten, einstellbaren Widerstandswert in einem kompakten Gehäuse.

Ganz im Gegensatz zu realen Lasten, die über einen großen Bereich verteilt sein können, einen zufälligen Wert haben und normalerweise nicht ausschließlich resistiv sind, da sie oft auch eine induktive oder kapazitive Komponente besitzen.

Wechselstrom-Lastbänke können bis zu sechs Megawatt Leistung aufnehmen und ableiten und sind mit einer aktiven Kühlung ausgestattet, um thermische Schäden zu vermeiden.


Sternpunkt-Erdungswiderstände

Sternpunkt-Erdungswiderstände sind Leistungswiderstände für die Erdung Y-geschalteteter Generatoren. Sie dienen zur Begrenzung des Fehlerstroms sowie von transienten Überspannungen und ermöglichen den Einsatz von Schutzrelais. Sternpunkt-Erdungswiderstände gibt es für Ströme bis zu mehreren Kiloampere und sind häufig in Mittelspannungs-Wechselstromverteilungssystemen zu finden. Beim Einsatz dieser Widerstände ist ein Erdungsfehler viel einfacher zu lokalisieren, da die Anzahl der möglichen Fehlerstellen begrenzt ist.



Auswahlkriterien für die Beschaffung

Bei der Auswahl von Leistungswiderständen spielen vier Faktoren die Hauptrollen: Bauart, Belastbarkeit, Widerstand und Toleranz.

Die Bauart richtet sich nach dem geplanten Einsatzzweck und ob es sich um eine elektronische Neukonstruktion oder ein Ersatzteil handelt. Übliche Formen sind axial oder radial bedrahtete Widerstände, solche mit Schraub- oder Steckanschluss sowie in SMD-Bauweise.

Die Belastbarkeit reicht in der Regel von 1 bis 2000 Watt, die größte Auswahl liegt bei den Werten 5, 20, 35, 50, 100 und 300 Watt. Ähnlich umfangreich ist die Auswahl der Widerstandswerte. Während der geringste Wert 0,01 Ohm beträgt, liegt der größte bei 1 Megohm. Deutlich geringer ist die Bandbreite bei den Toleranzen. Die weitaus meisten im Handel angebotenen Leistungswiderstände bieten eine Toleranz von 1 oder 5 Prozent.



FAQ – häufig gestellte Fragen

Lassen sich Leistungswiderstände nachträglich mit einem Kühlkörper ausstatten?

Das ist problemlos möglich, wenn der Widerstand eine rechteckige und flache Oberfläche besitzt. Geeignete Kühlelemente sind beispielsweise klassische Chip-Kühler aus Kupfer oder Aluminium, die mit ihrer wärmeleitenden Klebefläche sicher auf dem Widerstand haften.
 

Gibt es für Leistungswiderstände eine maximale Spannung?

Die meisten Leistungswiderstände sind für eine Grenzspannung von 2000 oder 2500 Volt ausgelegt. Eine Ausnahme bilden die sogenannten Rohr-Widerstände. Sie verkraften teilweise Spannungen von mehr als 3000 Volt und gehören zu den Drahtwiderständen. Sie dienen vorrangig als Widerstand für Last-Simulationen, die Belastung kann mehrere Hundert Watt betragen.

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