Een praktische gids voor resistieve loadbanks, hoogvermogensweerstanden, belastingsstapregeling en het testen van microgrids op MW-schaal.
Wat is een loadbank en hoe werkt het?
Een loadbank is in feite een regelbare “kunstmatige elektrische verbruiker”. In plaats van een generator, omvormer, batterijsysteem of elektrisch distributiesysteem aan te sluiten op de normale operationele belastingen, sluit u het aan op een loadbank en laat u deze doelbewust een bekende hoeveelheid elektrisch vermogen verbruiken.
Voor het testen en in bedrijf stellen van (micro)grids is dit uiterst nuttig, omdat u herhaalbare, gecontroleerde belastingscondities kunt creëren zonder dat de daadwerkelijke operationele belastingen nodig zijn. Dit artikel richt zich op resistieve loadbanks; voor AC-testen kunnen loadbanks ook inductieve en/of capacitieve secties bevatten wanneer blindvermogen en de arbeidsfactor gereproduceerd moeten worden.
Het basisprincipe
Stel u een DC-microgrid van 1 MW voor, bestaande uit een generator, gelijkrichter, DC-bus, batterij en omvormers:
Generator → Gelijkrichter → DC-bus → Belastingen
↕
BESS
Tijdens de inbedrijfstelling wilt u wellicht weten:
- Kan het systeem continu 1 MW leveren?
- Wat gebeurt er als de belasting plotseling verspringt van 200 kW naar 800 kW?
- Blijft de DC-busspanning stabiel?
- Reageert de batterij correct?
- Reageert de generatorregelaar correct?
- Reageren de beveiligings- en regelsystemen correct op belastingsveranderingen?
- Kan het koelsysteem de volledige belasting aan?
In plaats van de daadwerkelijke belastingen te installeren, sluit u het volgende aan:
Generator → Gelijkrichter → DC-bus → LOADBANK
De loadbank kan dan worden aangestuurd, bijvoorbeeld:
0 → 200 → 400 → 600 → 800 → 1.000 kW
of zelfs:
200 kW → 900 kW → 100 kW
Hiermee kunnen ingenieurs de dynamische respons van het volledige systeem bestuderen.
Hoogvermogensweerstanden: het hart van een resistieve belastingsbank
Een zeer eenvoudige elektrische belasting kan worden gemaakt met een weerstand.
Volgens de wet van Ohm:
en daarom:
Stel dat u een 800 VDC microgrid heeft en een belasting van 100 kW wilt creëren. Dergelijke spanningsniveaus worden momenteel geïntroduceerd in de architecturen van de volgende generatie AI-datacenters.
U heeft nodig:
Dus een 6R4-weerstand aangesloten op een 800 VDC-bus verbruikt: 100 kW
De elektrische energie verdwijnt niet. De weerstand zet vrijwel alles om in warmte. Omdat de weerstand echter vaststaat, varieert het geabsorbeerde vermogen ongeveer met het kwadraat van de aangelegde spanning.
Daarom is koeling zo’n belangrijk onderdeel van het ontwerp van een belastingsbank.
Waarom meerdere weerstanden gebruiken?
Een bruikbare belastingsbank bevat normaal gesproken niet slechts één grote weerstand. In plaats daarvan is deze verdeeld in verschillende onafhankelijk geschakelde weerstandsecties of belastingsstappen.
Het belangrijkste punt is niet simpelweg om het totale vermogen in gelijke secties te verdelen. Door het vermogen van elke weerstandsectie zorgvuldig te selecteren, kunnen met een relatief klein aantal weerstanden veel verschillende belastingsniveaus worden gecreëerd.
Een belastingsbank van 2,2 MW ontworpen voor een resolutie van 50 kW zou bijvoorbeeld het volgende kunnen bevatten:
| Stap | Belasting |
| 1 | 50 kW |
| 2 | 100 kW |
| 3 | 200 kW |
| 4 | 400 kW |
| 5 | 650 kW |
| 6 | 800 kW |
| Totaal | 2.200 kW |
Elke weerstandsectie wordt onafhankelijk geschakeld door een contactor of halfgeleiderschakelaar met de juiste specificaties. Door deze secties te combineren, kan de controller elk belastingsniveau van 0 tot 2,2 MW creëren in stappen van 50 kW.
0 → 50 → 100 → 150 → 200 → 250 kW → … → 2,2 MW
Dit betekent dat er slechts zes onafhankelijk geschakelde weerstandsecties nodig zijn om 45 verschillende belastingsniveaus te creëren, inclusief nul.
Indien een resolutie van 100 kW voldoende is, kan het aantal secties nog verder worden beperkt. Een belastingsbank van 2,2 MW zou bijvoorbeeld gebruik kunnen maken van:
100 + 200 + 400 + 700 + 800 kW
Deze vijf secties kunnen elk belastingsniveau genereren van 0 tot 2,2 MW in stappen van 100 kW.
Dit illustreert een belangrijk onderdeel van het ontwerp van een belastingsbank: de weerstandswaarden moeten worden gekozen op basis van zowel het vereiste maximale vermogen als de vereiste resolutie van de belastingsstappen. Een goed gekozen combinatie kan veel regelbare belastingsniveaus bieden zonder dat er veel afzonderlijke weerstandseenheden nodig zijn.
Deze modulariteit is een van de redenen waarom de keuze en configuratie van de hoogvermogensweerstanden zo belangrijk is. Astrolkwx is gespecialiseerd in het adviseren van klanten bij het selecteren van de juiste weerstandstechnologie, weerstandswaarden en vermogens voor de gewenste architectuur van de belastingsbank.
Wat zit er in een belastingsbank?
Een vereenvoudigde resistieve belastingsbank ziet eruit zoals op deze afbeelding.
Er zijn dus verschillende belangrijke bouwstenen: de vermogensweerstanden, schakelapparatuur, beveiliging, meting, controller en het koelsysteem.
Maar in een resistieve belastingsbank zijn de weerstanden uiteindelijk de componenten die het elektrische vermogen absorberen.
Waarom het ontwerp en de kwaliteit van hoogvermogensweerstanden belangrijk zijn
Het klinkt misschien eenvoudig: we hebben alleen iets nodig dat heet wordt.
Het ontwerpen van een betrouwbare belastingsbank op MW-schaal rond weerstanden vereist zorgvuldige engineering, waarbij rekening wordt gehouden met de thermische capaciteit, de stabiliteit van de weerstandswaarde en de spanningsbestendigheid.
Thermische capaciteit
Een resistieve belastingsbank van 2,2 MW die op vol vermogen werkt, genereert ongeveer 2,2 MW aan warmte. Na één uur komt dit overeen met 2,2 MWh aan thermische energie, die vrijwel volledig via het koelsysteem moet worden afgevoerd.
De fabrikant van de weerstand moet daarom het toegestane belastingsprofiel specificeren. Een weerstand kan bijvoorbeeld geschikt zijn voor continu gebruik bij 100 kW onder gespecificeerde koelings- en omgevingscondities, of voor een tijdelijke overbelasting van 150 kW gedurende 60 seconden. Dit zijn zeer verschillende thermische belastingen.
Stabiliteit van de weerstand
Wanneer een weerstand heet wordt, verandert de weerstandswaarde doorgaans in zekere mate.
Bij een vaste busspanning geldt dat als de weerstand aanzienlijk toeneemt:
de werkelijke belasting afneemt.
Voor een testsysteem kan dit ongewenst zijn, omdat u een nominale belasting van 500 kW kunt instellen, maar nadat de weerstandsbank heet is geworden, deze mogelijk iets minder absorbeert.
Een goede hoogvermogensweerstand heeft daarom een passende weerstandstolerantie (5% of 3%), een temperatuurcoëfficiënt (100 ppm/K of minder) en een thermisch ontwerp nodig, zodat de belasting voorspelbaar blijft.
Spanningsbestendigheid
De isolatie en de fysieke constructie van de weerstand moeten ook bestand zijn tegen de systeemspanning. Voor een 800 of 1.500 VDC microgrid moeten ingenieurs bijvoorbeeld met veel meer rekening houden dan alleen het kW-vermogen:
Kruip- en luchtveiligheidsafstanden, isolatiecoördinatie, klemmen, wervelstromen, transiënte spanningen en, waar snel schakelen relevant is, parasitaire inductie zijn allemaal van belang. Onze experts kunnen u over deze aspecten adviseren.
Ontdek ons assortiment hoogvermogensweerstanden
Stapresolutie van de belasting en grid-simulatie
De vereiste stapresolutie van de belasting hangt af van het doel van de test. Een loadbank die voornamelijk bedoeld is voor testen onder volledige belasting, heeft mogelijk alleen relatief grote stappen nodig. Een loadbank die wordt gebruikt voor microgrid-ontwikkeling of dynamisch testen, kan een veel fijnere regeling vereisen. Door de weerstandsecties zorgvuldig te selecteren, betekent een fijne resolutie niet noodzakelijkerwijs dat er veel weerstandsbanken nodig zijn.
De hierboven beschreven loadbank van 2,2 MW met zes secties kan bijvoorbeeld elke belasting tussen 0 en 2,2 MW genereren in stappen van 50 kW.
Een geprogrammeerd testprofiel zou daarom kunnen zijn:
| Tijd | Belasting |
| 0 sec | 100 kW |
| 10 sec | 300 kW |
| 20 sec | 750 kW |
| 21 sec | 1.600 kW ← plotselinge belastingsstap |
| 30 sec | 2.200 kW |
| 45 sec | 500 kW |
| 46 sec | 50 kW ← plotselinge belastingsafval |
In plaats van simpelweg te testen of de voeding 2,2 MW kan leveren, kan de loadbank dus gecontroleerde belastingsveranderingen reproduceren met een bekende en herhaalbare stapgrootte. Hiermee kunnen ingenieurs bestuderen hoe het complete microgrid reageert op zowel stationaire belasting als snelle veranderingen in de vermogensvraag.
Waarom zijn loadbanks bijzonder nuttig voor DC-microgrids?
Moderne DC-microgrids zijn te vinden in schepen en BESS-installaties en komen op in 800 VDC datacenter-architecturen. Een programmeerbare resistieve loadbank kan bekende, herhaalbare belastingsstappen toepassen op de DC-bus.
U zou bijvoorbeeld een systeem kunnen testen dat als volgt is geconfigureerd:
- Het grid werkt op 300 kW.
- De loadbank wordt geschakeld naar een nominale belasting van 1,5 MW bij nominale spanning.
- De DC-busspanning begint te dalen.
- De BESS-regelaar detecteert de verandering.
- De batterij injecteert extra vermogen.
- De generator voert het vermogen op.
- De DC-bus stabiliseert.
- Ingenieurs kunnen de gehele transiënt meten.
Resistieve loadbanks zijn nuttig voor het evalueren van gelijkrichters, omvormers, energiebeheersystemen en beveiligingsfuncties onder herhaalbare belastingsveranderingen. Ze kunnen schakelaars en stroombegrenzers testen onder gecontroleerde belasting of overbelasting, maar reproduceren geen kortsluitfouten of het constant-vermogen gedrag van geregelde omvormerbelastingen; die gevallen vereisen speciale fouttestcircuits of vermogenselektronische belastingsemulatoren.
Luchtgekoelde versus vloeistofgekoelde weerstanden
Bij hoge vermogens is dit een belangrijke ontwerpbeslissing.
Geforceerd luchtgekoelde weerstanden
De gebruikelijke architectuur is ongeveer:
Weerstandselementen → luchtstroom → grote ventilatoren → afvoer van hete lucht
Vergeleken met vloeistofkoeling zijn de voordelen de relatieve eenvoud en robuustheid.
Het nadeel is duidelijk op MW-schaal: er moeten enorme hoeveelheden hete lucht worden verplaatst.
Vloeistofgekoelde weerstanden
Met vloeistofgekoelde hoogvermogensweerstanden:
Elektrisch vermogen → weerstand → koelvloeistof → warmtewisselaar
Vloeistofkoeling kan de weerstandseenheid veel compacter maken, vooral waar al een geschikt koelwatercircuit aanwezig is, maar het vereist pompen, leidingen, warmtewisselaars, koelmiddelbewaking en voorzieningen voor lekbeheer.
Voorbeeld van een complete loadbank
Een complete resistieve loadbank combineert vermogensweerstanden met schakel-, koel-, beveiligings-, meet- en regelsystemen. De omliggende componenten bepalen wanneer en hoeveel belasting wordt toegepast, terwijl de weerstandselementen de elektrische output van het geteste systeem omzetten in warmte.
Voor een hoogwaardige microgrid-testloadbank zijn de belangrijkste weerstandgerelateerde parameters:
- Continu vermogen en inschakelduur
- Weerstandswaarde en tolerantie
- Temperatuurcoëfficiënt
- Overbelastings- en pulscapaciteit
- Bedrijfsspanning en isolatie
- Koelingseisen
- Thermische cycli en levensduur
- Milieurobuustheid
- Segmentatie van de weerstandsbank en regelbare belastingsstappen
Danotherm hoogvermogensweerstanden voor loadbanks
Hoogvermogensweerstanden van Danotherm Electric A/S zijn bijzonder geschikt als de energie-absorberende elementen in het hart van resistieve loadbanks.
Een loadbank heeft weerstandselementen nodig die betrouwbaar grote hoeveelheden elektrische energie kunnen absorberen en deze energie kunnen omzetten in warmte, vaak continu en onder veeleisende belastingscycli. Danotherm biedt weerstandstechnologieën voor natuurlijke luchtkoeling, geforceerde luchtkoeling en vloeistofkoeling, waardoor de ontwerper van de loadbank de meest geschikte oplossing kan kiezen, afhankelijk van de vermogensdichtheid, beschikbare ruimte, inschakelduur en koelinfrastructuur.
Natuurlijk luchtgekoelde weerstanden
Natuurlijk luchtgekoelde weerstanden zijn een aantrekkelijke oplossing wanneer eenvoud, betrouwbaarheid en weinig onderhoud belangrijk zijn. Warmte wordt afgevoerd via convectie zonder dat er speciale ventilatoren of pompen nodig zijn. Ze zijn bijzonder nuttig voor lagere continue vermogensdichtheden, pulstoepassingen of installaties waar voldoende fysieke ruimte en natuurlijke luchtstroom aanwezig zijn.
Ontdek onze natuurlijk luchtgekoelde vermogensweerstanden
Geforceerd luchtgekoelde weerstanden
Geforceerd luchtgekoelde Danotherm-weerstanden maken het mogelijk om aanzienlijk meer vermogen af te voeren uit een compacte weerstandseenheid. Ventilatoren persen lucht langs de weerstandselementen, waardoor de gegenereerde warmte wordt afgevoerd. Meerdere weerstandsmodules kunnen worden samengebouwd tot afzonderlijk geschakelde takken, waardoor het mogelijk is om loadbanks te bouwen met regelbare nominale stappen zoals 50, 100, 200 of 500 kW bij nominale spanning. Deze architectuur kan worden geschaald naar loadbanks in de MW-klasse.
Ontdek onze geforceerd luchtgekoelde vermogensweerstanden
Vloeistofgekoelde weerstanden
Voor toepassingen die een zeer hoge vermogensdichtheid vereisen, zijn vloeistofgekoelde Danotherm-weerstanden bijzonder interessant. De warmte die in de weerstand wordt gegenereerd, wordt direct overgedragen aan een koelcircuit in plaats van eerst een groot volume lucht te moeten verwarmen. Dit kan het installatievolume van de weerstand aanzienlijk verminderen en is vooral aantrekkelijk in toepassingen zoals maritieme DC-grids, BESS-testsystemen, testbanken voor omvormers en andere hoogvermogende microgrid-laboratoria.
Ontdek onze vloeistofgekoelde vermogensweerstanden
Het basisprincipe is simpel:
Elektrische energie van het te testen systeem → Danotherm-weerstand → warmte → koelsysteem
De verfijning zit in het nauwkeurig en betrouwbaar beheersen van dat proces. In plaats van bijvoorbeeld één enorme weerstandseenheid van 2 MW te ontwerpen, kan een loadbank-fabrikant meerdere Danotherm-weerstandseenheden combineren:
Door deze weerstandsecties onafhankelijk te schakelen, kan de loadbank-regelaar zowel stationaire resistieve belastingen als snelle belastingsstappen genereren. Dat maakt het mogelijk om herhaalbare veranderingen in de nominale vermogensvraag toe te passen en te bestuderen hoe generatoren, omvormers, batterijen, DC-bussen en beveiligingssystemen reageren.
De keuze van de weerstand is van belang
Dit verklaart ook waarom het kiezen van de weerstandstechnologie veel belangrijker is dan simpelweg specificeren “we hebben een loadbank van 2 MW nodig.”
De weerstandstechnologie en de configuratie van de bank bepalen belangrijke kenmerken van het voltooide systeem: maximaal continu vermogen, vermogensdichtheid, fysieke afmetingen, koelbehoefte, haalbare stapresolutie van de belasting, thermisch gedrag, overbelastingscapaciteit en betrouwbaarheid op lange termijn.
Voor een microgrid-testfaciliteit kan betrouwbaarheid onder herhaalde thermische cycli bijzonder belangrijk zijn. Een loadbank kan herhaaldelijk cycli doorlopen:
0% → 25% → 75% → 100% → 20% → 100% → 0% in plaats van simpelweg continu op één belasting te werken.
Dit is precies waar industriële hoogvermogensweerstandstechnologie belangrijk wordt: de weerstandselementen moeten herhaaldelijk opwarmen en afkoelen verdragen, terwijl ze voorspelbaar elektrisch en thermisch gedrag behouden.
De natuurlijk luchtgekoelde, geforceerd luchtgekoelde en vloeistofgekoelde weerstandstechnologieën van Danotherm stellen ontwerpers van loadbanks in staat om vermogensdichtheid, koeling, inschakelduur en belastingsstapeisen af te stemmen op de toepassing. Dit maakt ze geschikt voor toepassingen variërend van relatief eenvoudige loadbanks tot compacte microgrid-testsystemen op MW-schaal.
Meer informatie? Wij adviseren u graag bij het selecteren van de juiste weerstand voor uw loadbank-ontwerp.
