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Gleichrichteranlage, die insbesondere zur Batterieaufladung geeignet ist
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Massnahme im Vergleich zur ursprünglichen Charakteristik aber etwa um so viel verringert, als der Strombereich der in Reihe geschalteten Hilfsgleichrichterschaltung beträgt.
Bei der Parallelschaltung werden hingegen die Ströme summiert, wodurch die Ausgangsspannung des parallelgeschalteten Hilfsgleichrichters gleich der gesteigerten Spannung der resultierenden Charakteristik und folglich grösser als die gleichbleibende Spannung der ursprünglichen Transformatorschaltung sein soll. Die Bemessung des zweiten Transformators wird infolgedessen grundsätzlich grösser als im erstgenannten Fall der Reihenschaltung. Anderseits wird durch Summierung der Ströme aber keine Beschränkung des Strombereichs gleichbleibender Spannung, sondern eine Verschiebung desselben in Richtung der höheren Belastungsströme erzielt, was für bestimmte Anwendungen sehr günstig ist.
Durch die Summierung der Ströme kann es vorkommen, dass die strombeschränkende Eigenschaft der Charakteristik der erstgenannten Gleichrichterschaltung von der ausgegangen wurde, verlorengeht, was der Fall ist, wenn die Charakteristik der zusätzlich hinzuzuschaltenden Gleichri hter- schaltung keinen strombeschränkenden Teil besitzt.
Ein anderer wichtiger Vorteil der erfindunggemässen Einrichtung besteht darin, dass entsprechend dem Strombereich der zweiten Gleichrichterschaltung, der Strombereich der gesteigerten Spannung der resultierenden Charakteristik entsprechend der Anwendung und den Verbrauchern beliebig grösser oder kleiner gewählt sein kann.
Bei Verbrauchern mit einer Pufferbatterie kommt es z. B. vor, dass die Batterie bei einer verhältnismässig grossen Basisbelastung bis zur maximalen Spannung aufgeladene werden muss, was durch eine richtige Wahl des erwähnten Strombereichs möglich wird.
Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird als erste Gleichrichterschaltung eine Schaltung mit einer derart abfallenden Spannungsstromcharakteristik verwendet, dass wenigstens der Übergang des Teiles gleichbleibender Spannung nach einem Teil gesteigerter Spannung der resultierenden Charakteristik steil verläuft.
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Erstens wird hiedurch ein stark diskontinuierlicher Übergang zwischen den beiden Strombereichen erhalten, wodurch eine schärfere Trennung zwischen den beiden Bereichen entsteht. Der steile Übergang hat ferner bereits bei einer geringen Stromänderung eine verhältnismässig grosse Spannungsänderung zur Folge, was z. B. zur In-oder Ausserbetriebsetzung von gas-oder dampfgefüllten Entladungsröhren, mechanischen Relais od. dgl. günstig sein kann. Ein dritter, auch sehr wichtiger Vorzug eines solchen Überganges besteht darin, dass bei Netzspannungsschwankungen sich der Strombereich dieses Teils der Charakteristik in dem Masse wie diese steiler verläuft, weniger ändert, wodurch auch der Strombreich des Teiles gleichbleibender Spannung bei Netzspannungsänderungen möglichst gleich bleibt. In der Figurenbeschreibung wird dies noch näher erläutert.
Insbesondere wenn der übrige Teil der Charakteristik die Forderung erfüllt, dass bei Netzspannungsschwankungen nur geringe Spannungsänderungen in der Charakteristik auftreten sollen, was durch eine geeignete Wahl der Transformatorschaltung, von der ursprünglich ausgegangen wurde, erzielbar ist, wird eine hohen Anforderungen entsprechende Gesamtcharakteristik erhalten.
Wie hieraus folgt, kann -die erste Gleichrichterschaltung aus einer normal üblichen, aber auch aus einer besonderen Gleichrichterschaltung bestehen, u. zw. entsprechend den an die resultierende Charakteristik zu stellenden Anforderungen.
An Hand der schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele wird das erfindungsgemässe Prinzip näher erläutert.
In Fig. 1 ist die mit 1 bezeichnete gestrichelte Linie eine Spannungsstromcharakteristik einer bereits vorgeschlagenen Gleichrichterschaltung mit einem sich bei geringeren Belastungen wenig spannungsändernden, bei stärkeren Belastungen eine Strombeschränkung liefernden Teil. Spannung und Strom sind, ebenso wie in den folgenden Figuren, mit E und I bezeichnet. Die Spannungsstromcharakteristik eines gewöhnlichen Gleichrichters ist durch die gestrichelte Linie 2 dar- gestellt.
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geschaltet sind, so wird gemäss der ausgezogenen Linie eine resultierende Spannungsstromcharakteristik 3 erhalten, die ebenfalls einen strombeschränkenden Teil 4 und einen sich nur wenig in der Spannung ändernden Teil 5 hat.
Es schliesst sich aber an den letztgenannten Teil im Bereich der niedrigeren Belastungen ein Teil 6 an, der eine höhere Spannung als der entsprechende Teil 7 der Charakteristik 1 der erstgenannten Gleichrichterschaltung allein aufweist.
Wie aus der Figur hervorgeht, ist der Bereich gleichbleibender Spannung der Charakteristik 1 um den Teil 7 verkleinert und mithin bis auf einen Bereich 8 herabgesetzt worden, so dass diese Schaltung auf diejenigen Anwendungen beschränkt ist, bei denen dies unbedenklich ist. Ausserdem kann beim Entwurf der Wahl der Charakteristik 1 und der maximal zu liefernden Stromstärke Rechnung getragen werden. Die Spannungssteigerung 6 über den Strombereich a kann, wie bereits eingangs erwähnt, zum Einoder Ausschalten von Entladungsröhren, me-
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Bei der Aufladung von Batterien, bei denen der aufgenommene Strom des Gleichrichters nicht unterhalb einer bestimmten Basisbelastung absinkt, kann die Spannungssteigerung für ein gutes Durchladen der Batterie verwendet werden, was in der Zeichnung aus der Spannung an der Basisbelastung a ersichtlich ist.
Durch eine andere Wahl der Charakteristik 2 kann sowohl der Betrag der Spannungssteigerung, als auch deren Strombereich an die gestellten Anforderungen angepasst werden.
Aus der Figur ist ausserdem ersichtlich, dass die die Charakteristik 2 ergebende Gleichrichterschaltung verhältnismässig beträchtlich kleiner als jene bemessen ist, die die Charakteristik 1 ergibt, was einen besonderen Vorteil der Reihenschaltung bildet.
In Fig. 2 ist der Fall einer Parallelschaltung behandelt. Die Charakteristik der Transformatorschaltung, von der ausgegangen wird, ist wieder durch eine mit 1 bezeichnete gestrichelte Linie dargestellt, während eine zweite Gleichrichterschaltung eine Charakteristik 9 hat. Infolge der Parallelschaltung entsteht eine resultierende Charakteristik 10 entsprechend der ausgezogenen Linie ebenfalls mit einem strombeschränkenden Teil 11 und einem sich nur wenig in der Spannung ändernden Teil 12. An diesen Teil schliesst sich im Bereich der niedrigeren Belastungen ein Teil 13 mit einer höheren Spannung an als die des entsprechenden Teils 1 der Charakteristik der erstgenannten Gleichrichterschaltung allein.
Aus der Figur geht hervor, dass sich der Teil gleichbleibender Spannung der ursprünglichen
Charakteristik 1 nach einem höher liegenden
Strombereich 14 verschoben hat. Auch hier kann durch Änderung der Charakteristiken 1 und 9 eine resultierende Charakteristik erhalten werden, die dem Verbraucher soweit wie möglich an- gepasst ist.
Es wird einleuchten, dass, wenn eine der beiden
Gleichrichterschaltungen eine Charakteristik ohne einen strombeschränkenden Teil hat, auch die resultierende Charaktersitik diese Eigenschaft haben wird. Dies kann unter Umständen er- wünscht sein.
Die resultierenden Charakteristiken 3 und 10 aus den Fig. l und 2 sind, was ihre grundsätzliche
Form anbetrifft, besonders zur Aufladung einer
Pufferbatterie, z. B. in selbsttätigen Telephon- zentralen, geeignet, wo es vorkommen kann, dass die Batterie bei einer gewissen Minimumbasis- belastung bis zu einer angemessenen Spannung
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aufgeladen werden muss. Der Strom bei der Minimumbelastung muss dabei etwas kleiner als derjenige beim Übergang zwischen dem sich wenig in der Spannung ändernden Teil und dem Teil erhöhter Spannung sein.
Die Charakteristik 10 nach Fig. 2 eignet sich im allgemeinen besonders in denjenigen Fällen, in welchen der Belastungsstrom einen gleichbleibenden und einen sich ändernden Teil besitzt, während die Spannung gleich bleiben soll. Der gleichbleibende Stromteil ist dabei von der dem Teil 13 entsprechenden Grössenordnung, während sich der veränderliche Teil bis zur Krümmung zwischen den Teilen 11 und 12 erstreckt. Der Vorzug dieser Schaltung besteht darin, dass die aus zwei Transformatorschaltungen mit den Charakteristiken 1 und 9 bestehende Anlage billiger ist als eine einzige Anlage mit einer Charakteristik nach dem Prinzip der Kurve 1, aber mit einem Strombereich gleich dem der Charakteristik 10.
In den Fig. I und 2 hat der Teil der resultierenden Charakteristik mit gesteigerter Spannung nur eine geringe Steilheit. Bei Speisespannungs- änderungen des Netzes wird somit auch dieser, von einem gewöhnlichen Gleichrichter stammende Teil Änderungen unterliegen, was in den beiden Figuren durch eine strichpunktierte Linie veranschaulicht ist. Sowohl in Fig. 1 als auch in
Fig. 2 werden die Teile gleichbleibender Spannung infolge der Netzspannungsänderungen um einen
Teil 15 herabgesetzt.
Um diesen Nachteil zu beheben, wird nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung als erster Gleichrichter ein an sich bekannter Gleich- richter mit einer derart abfallenden Spannungs- stromcharakteristik verwendet, dass wenigstens der Übergang von dem Tcil gleichbleibender
Spannung nach dem Teil gesteigerter Spannung steil verläuft. In Fig. 3 ist dies für die Reihen- schaltung und in Fig. 4 für Parallelschaltung dargestellt. Bei Netzspannungsänderungen werden die Änderungen des Strombereiches bei gleichbleibender Spannung auf diese Weise bis auf ein Minimum herabgesetzt.
Die in den Fig. 3 und 4 mit 16 bezeichneten
Charakteristiken sind auf an sich bereits vor- geschlagene Art und Weise mittels einer Gleich- richterschaltung nach Fig. 5 durch eine bestimmte
Bemessung des Kondensators 17 und des gesättigten
Transformators 18, die den Gleichrichter 19 und die Belastung 20 speisen, erzielbar.
In den Fig. 6 und 7 ist Reihen-bzw. Parallel- schaltung von Gleichrichterschaltungen ver- wendet mit aus an sich ebenfalls bereits vor- geschlagenen Gleichrichterschaltungen nach Fig. 8 stammenden Charakteristiken.
Entsprechende Teile sind in dieser Figur mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5 be- zeichnet. In Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators 18 ist aber noch die Sekundär- wicklung eines kleinen gewöhnlichen Trans- formators 22 aufgenommen, die zusammen die
Grätzschaltung 22 speisen.
Aus den Kennlinien nach den Fig. 6 und 7 ist ersichtlich, dass die resultierenden Charakteristiken 23 und 24 wieder einen Teil erhöhter Spannung, einen Teil gleichbleibender normaler Spannung und einen strombeschränkenden Teil haben.
Der erstgenannte Teil besitzt ausserdem ebenfalls einen Teil mit einer sich wenig ändernden Spannung und einen steilen Übergang nach dem folgenden Teil der Charakteristik. Weiter weisen diese Kennlinien als Einzelheit die in Wirklichkeit meist nicht geschlossenen Schleifen 25 und 26 auf, die ein Spannungsmaximum bilden und sich besonders bei Batterieaufladung als geeignet erwiesen haben. Übrigens trifft dasjenige, was bereits bei der Erläuterung der Fig. 3 und 4 erwähnt wurde, ebenfalls auf die Kennlinien nach den Fig. 6 und 7 zu.
Schliesslich ist in den Fig. 9 und 10 eine Reihenschaltung bzw. eine Parallelschaltung dargestellt, wobei an der letztgenannten Figur ausschliesslich die Schaltung nach Fig. 8 verwendet wurde. Bei Anwendung der Schaltung nach Fig. 8 als zweite Gleichrichterschaltung, entweder in Reihe oder parallel, kann der Strombereich a des zugesetzten Spannungswulstes, z. B. in den Fig. 6 und 7, durch Änderung der Kapazität 17 aus Fig. 8 oder durch eine Speisespannungs- änderung, z. B. mittels einer mit Anzapfungen versehenen Drossel geändert werden. Auf diese Weise ist eine günstige Einstellung des erwähnten
Strombereiches durch Regelung der Kapazität oder der Speisespannung erzielbar.
In Fig. 9 ist als erste Gleichrichterschaltung ebenfalls diejenige nach Fig. 8 verwendet, während als Hilfsgleichrichterschaltung eine bekannte
Schaltung mit nach Grätz angeschlossenen
Gleichrichtern 27 und mit einer zur Erzielung einer steil abfallenden Kennlinie, z. B. nach
Fig. 3 oder 4, verwendeten vonnagneü''. ierien
Drossel 28 dient. In dieser Figur ist eine Puffer- batterie 29 als Belastung angedeutet.
Bei der Reihenschaltung der Gleichrichter- schaltungen können sich noch einige besondere
Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der
Tatsache ergeben, dass der Belastungsstrom auch die klein bemessene zweite Gleichrichterschaltung durchfliesst. Wenn für letztere z. B. eine Grätz- schaltung (27 in Fig. 9) verwendet wird, so wird bei einem hohen'Belastungsstrom jeder der
Nebenschlusszweige mit zwei in Reihe liegenden
Gleichrichtern von der Hälfte dieses Stromes durchflossen, was bei Verwendung von Trocken- gleichrichtern-die im Zusammenhang mit an den Spannung-und Strombereich des Spannungs- wulstes zu stellenden Anforderungen im all- gemeinen zu verwenden sind-, einen uner- wünschten Spannungsverlust ergibt.
In Fig. 6 ist dieser Spannungsverlust durch die unterhalb der Nullinie verlaufende gestrichelte Linie 30 als eine Verlängerung der Kennlinie 31 angedeutet. In der resultierenden Kennlinie kommt dies durch die gestrichelte Linie 32 zum Ausdruck, die einen steileren Verlauf als der Teil 23 hat, wodurch den zu stellenden Anforderungen an eine hinreichende
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Spannungskonstanz in diesem Bereich nicht ent- sprochen werden könnte. Es könnte diesem Übelstand dadurch abgeholfen werden, dass die
Plus-und Minusklemmen der Grätzschaltung 27 bei grösseren Belastungsströmen, z. B. mittels eines stromabhängigen Relais kurzgeschlossen werden, so dass der Strom nicht, über die Gleich- richter zu fliessen braucht. In vielen Fällen wird die Verwendung von Schaltern oder Relais aber einen Nachteil darstellen.
In diesem Falle schafft die Erfindung eine andere
Lösung, bei der keine Schalter oder Relais benutzt werden, nämlich durch Verwendung einer doppel- phasigen Gleichrichterschaltung als in Reihe an- geordnete Hilfsgleichrichter. In Fig. 11 ist dies im Prinzip veranschaulicht. Der Hilfsspeisetrans- formator ist mit 33, dessen Mittelanzapfung mit 34, die Gleichrichter sind mit 35 bezeichnet.
Bei einer hohen Strombelastung teilt sich der
Strom gemäss den Pfeilen in die beiden Neben- schlusszweige, wobei in jedem Zweig statt zweier nur ein Gleichrichter durchflossen und der Span- nungsverlust bis auf einen zulässigen Wert herab- gesetzt wird. Hiedurch ist diese Aufgabe gelöst.
Es ergibt sich dann aber eine andere Aufgabe, die bei Anwendung einer Grätzschaltung 27 nach Fig. 9 keine Rolle spielt. Im letztgenannten
Fall durchfliesst der grosse Belastungsstrom nämlich nur die Gleichrichter und nicht die Sekundär- wicklung des Transformators. Bei Verwendung des doppelphasigen Hilfsgleichrichters wird die
Sekundärwicklung hingegen mit diesem stärkeren
Belastungsströmen belastet. Diese Sekundär- wicklung soll deshalb aus Draht verhältnismässig grosser Dicke gewickelt werden. Weil der Trans- formator weiter nur für eine geringe Leistung bemessen und z.
B. bei der Schaltung nach Fig. 9 als hochgesättigter Transformator ausgebildet wird, während der schlechte Formfaktor des
Stromes bei dieser Mittelpunktschaltung doch bereits viel Kupfer erfordert, hat es sich in der
Praxis gezeigt, dass die Wicklung nicht innerhalb des dazu verfügbaren Raumes im magnetischen
Kreis untergebracht werden kann.
In diesem Falle wird eine Abwandlung dieser
Schaltung verwendet, die in Fig. 12 dargestellt ist und statt der Hilfsgleichrichterschaltung 33, 34, 35 an die erste Gleichrichterschaltung 22 angeschlossen wird. Der Primärteil und die
Sekundärwicklungen der Transformatoren 18 und 21 können dabei z. B. auf die gleiche Art und
Weise wie bei der Hilfsgleichrichterschaltung in
Fig. 9 ausgebildet sein. Die zwei doppelphasig geschalteten Gleichrichter 35 sind aber nicht unmittelbar an die Sekundärwicklungen, sondern durch Vermittlung eines z. B. als Autotransfor- mators ausgebildeten Zwischentransformators 36 mit Mittelanzapfungen 34 angeschlossen. Dieser
Transformator kann dann unbedenklich mit einer für den erforderlichen Drahtdurchmesser hin- reichenden Öffnung ausgestattet werden.
Dieser
Transformator kann übrigens auch als ein ge- wöhnlicher Transformator mit getrennten Wick- lungen ausgebildet sein, wie in Fig. 13 dargestellt @sterreichische ist. In diesem Falle wird der Speisetransformator vorzugsweise in Sparschaltung ausgebildet, wie mit 37 angedeutet ist. Diese Schaltung entspricht im Wesen derjenigen nach Fig. 12.
PATENTANSPRÜCHE : l. Gleichrichteranlage, die aus zwei Gleich- richterschaltungen derart zusammengesetzt ist, dass eine Spannungsstromcharakteristik ent- steht, die in dem Bereich der niedrigsten Strom- belastungen eine höhere, von der ersten der beiden
Gleichrichterschaltungen gelieferte Spannung auf- weist als in dem Teil der höheren Strombe- lastungen, dadurch gekennzeichnet, dass der
Speiseteil von wenigstens der zweiten der beiden
Gleichrichterschaltungen aus einem gesättigten
Transformator besteht, dessen Primärwicklung in
Reihe mit einem Kondensator an das Netz an- geschlossen ist,
so dass die dieser Gleichrichter- schaltung zugehörige Charakteristik bei geringeren
Belastungen nur geringe Spannungsänderung und bei grösseren Belastungen eine Strombeschränkung aufweist und dass die beiden Gleichrichterschaltun- gen dauernd entweder in Reihe oder parallel geschal- tet sind, wobei die resultierende Spannungsstrom- charakteristik ebenfalls bei geringeren Belastungen nur wenig Spannungsänderung und bei grösseren
Belastungen eine Strombeschränkung aufweist.