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Schaltungsanordnung für Stromversorgungsgeräte
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mitjedoch, und bei Bemessung des Gleichrichters für Vollaufladung der Batterie, d. h. für 2, 4 V pro Zelle, würde bei Netzausfall ein so hoher Spannungsabfall am Schleusengleichrichter auftreten, dass die dabei eintre- tende Spannungsabsenkung für viele Fälle nicht mehr tragbar wäre. Es ist deshalb zusätzlich erforderlich, dass der als Spannungsschleuse verwendete Selengleichrichter bei Vollaufladung der Batterie für die höhere
Spannung des Zusatzgleichrichters umgeschaltet wird und bei beendeter Aufladung wieder auf die Platten- zahl verringert wird, die der Zusatzspannung bei Ladungserhaltung mit 2, 2 V pro Zelle entspricht.
Diese Nachteile sollen durch die Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung vermieden werden.
Zur unterbrechungsfreien Umschaltung bei Stromversorgungsanlagen mit Gleichrichtergeräten, Re- servebatterie und Zusatzgleichrichter zur Aufladung bzw. Ladungserhaltung der Batterie wird gemäss der Erfindung parallel zum Schaltschütz, das den Zusatzgleichrichter bei Netzausfall kurzschliesst, ein steuer- barer Siliciumgleichrichter geschaltet, dessen Steuerelektrode bei Netzausfall einen Spannungsimpuls er- hält, so dass der Siliciumgleichrichter in den leitenden Zustand umgeschaltet wird.
Diese Schaltungsanordnung hat gegenüber der Verwendung von Selengleichrichtern als Spannungs- schleuse mehrere Vorteile. Die handelsüblichen steuerbaren Siliciumgleichrichter. sperren höhere Span- nungen, als zur Aufladung einer beispielsweise 30zelligen Bleibatterie für den Zusatzgleichrichter erfor- derlich sind, so dass nur ein einziger steuerbarer Siliciumgleichrichter erforderlich ist. Es ist auch bei
Umschaltung von Aufladung auf Ladungserhaltung und umgekehrt kein Abschalten oder Zuschalten von Gleichrichterelementen erforderlich. Ausserdem ist der Spannungsabfall am Siliciumgleichrichter wesent- lich geringer als an einem Selengleichrichter für den gleichen Zweck.
Der Spannungsabfall an einem schaltbaren Siliciumgleichrichter liegt in der Grössenordnung von l, 5 V, so dass bei Netzausfall bei
Verwendung einer 30zelligen Bleibatterie die Verbraucherspannung 64, 5 V beträgt, da im Normalbetrieb die Batterie auf einer Ladungserhaltungsspannung von 2, 2 V pro Zelle gehalten wird, die Batterie also eine Spannung von 66 Vhat. Der Spannungseinbruch während des Umschaltvorganges durch den Spannungs- abfall des Siliciumgleichrichters ist daher sehr gering. Im Vergleich hiezu ist der Spannungsabfall bei einem Selengleichrichter. der parallel zum Schaltschütz zum Kurzschliessen des Zusatzgleichrichters liegt, wesentlich grösser. Die Verbraucherspannung beträgt in diesem Falle bei Verwendung einer 30zelligen
Batterie beispielsweise nur 56 V.
Es entfallen auch alle beweglichen Teile, die zur Umschaltung eines Selengleichrichters bei Über- gang von Ladungserhaltung zu Aufladung und umgekehrt erforderlich sind.
Der Wegfall einer Umschaltung beim steuerbaren Siliciumgleichrichter während des Ladevorganges hat auch noch den weiteren Vorteil, dass der Zusatzgleichrichter geregelt ausgeführt werden kann, dass also der Zusatzgleichrichter bei Erreichung einer gewissen Spannung an der Batterie automatisch von
Volladung auf Ladungserhaltung übergeht. Dies ist bei Verwendung eines Selengleichrichters als Spannungsschleuse nicht ohne weiteres möglich, da gleichzeitig eine Umschaltung des Gleichrichters erforderlich wäre.
Steuerbare Siliciumgleichrichter eignen sich auch für eine Schaltungsanordnung, bei der bis zu 115 Bleizellen als Reservebatterie verwendet werden können, wobei ein einziger Siliciumgleichrichter als Spannungsschleuse ausreicht, während bei Selengleichrichtern als Spannungsschleuse entsprechend viele Gleichrichterplatten in Reihe geschaltet werden müssen, so dass nicht nur der Aufwand an Gleichrichterplatten ziemlich hoch ist, sondern auch der Spannungsabfall verhältnismässig gross ist.
Schliesslich wird bei der Verwendung eines steuerbaren Siliciumgleichrichters gemäss der Erfindung auch Volumen und Gewicht eingespart.
Der steuerbare Siliciumgleichrichter zündet in 4 Mikrosekunden, so dass eine praktisch unterbrechungslose Umschaltung von Netz- auf Batteriebetrieb gewährleistet ist.
Der zum Umschalten des steuerbaren Siliciumgleichrichters erforderliche Spannungsimpuls kann auch auf verschiedene Weise erzeugt werden. Vorteilhaft wird er durch Entladung eines Kondensators erzeugt, der während des Netzbetriebes dauernd an Spannung liegt.
Die Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung besteht aus einem Hauptgleichrichter 1, der normalerweise den Verbraucher 2 speist. Parallel zum Hauptgleichrichter und zum Verbraucher liegt die Batterie 3, die so bemessen ist, dass der Verbraucher bei Netzausfall die erforderliche Spannung erhält. Bei Verwendung von Bleizellen wird die Batterie so bemessen, dass man von einer Spannung von 2 V pro Zelle ausgeht. Zur Aufladung der Batterie 3 sowie zur Ladungserhaltung ist in Reihe mit dem Hauptgleichrichter 1 der Zusatzgleichrichter 4 an die Batterie 3 angeschlossen. Zur Ladungserhaltung liefert der Zusatzgleichrichter eine Spannung, die so bemessen ist. dass die Batterie 2, 2 V pro Zelle erhält.
Zur Aufladung der Batterie wird der Zusatzgleichrichter auf eine höhere Spannung umgeschaltet, so dass die
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Batterie 2, 4 V pro Zelle erhält.
Im Augenblick des Netzausfalls kann die Betterie nicht sofort die Versorgung des Verbrauchers übernehmen, weil der Zusatzgleichrichter den Batteriestrom sperrt. Deshalb wird der Zusatzgleichrichter durch ein Schütz 11 kurzgeschlossen. Die Schaltzeit für das Kurzschlussschütz beträgt im allgemeinen et- wa 100 Millisekunden, so dass bis zum Schliessen des Kurzschlussschützes die Spannung am Verbraucher auf Null zurückgeht. Zur Vermeidung dieses Spannungseinbruches hat man parallel zum Kurzschluss- schütz einen Selengleichrichter geschaltet, der jedoch die oben beschriebenen Nachteile aufweist.
Gemäss der Erfindung wird nun parallel zum Kurzschlussschütz 11 ein steuerbarer Siliciumgleichrich- ter 5 geschaltet, der durch einen Impuls in den gut leitenden Zustand umgeschaltet wird. Dieser Impuls wird von einem Kondensator 7 geliefert. Zwischen die Steuerelektrode des steuerbaren Siliciumgleich- richters 5 und den Kondensator 7 ist der Impulstransformator 6 geschaltet. Der Kondensator 7 wird bei
Netzbetrieb über den Hilfstransformator 10 und den Hilfsgleichrichter 9 in geladenem Zustand gehalten.
Mittels des veränderlichen Ladewiderstandes 8 kann die Aufladung des Kondensators beeinflusst werden. Im
Augenblick des Netzausfalls entlädt sich der Kondensator 7 über den Impulstransformator 6. Auf der Sekundärseite des Impulstransformators 6 wird eine Spannung erzeugt, die zum Umschalten des steuerbaren
Siliciumgleichrichters 5 in den leitenden Zustand dient. Die Sekundärseite des Impulstransformators ist an die Steuerelektrode des Siliciumgleichrichters und den positiven Pol des Siliciumgleichrichters 5 angeschlossen.
Zum Umschalten des steuerbaren Siliciumgleichrichters 5 in den leitenden Zustand ist ein Zündimpuls von etwa 4 Mikrosekunden erforderlich. Der Impulstransformator 6 und der Kondensator 7 müssen so bemessen sein, dass sie die erforderliche Leistung zum Umschalten des Siliciumgleichrichters 5 in den leitenden Zustand abgeben. Nachdem der schaltbare Siliciumgleichrichter durch den Impuls in den leitenden Zustand umgeschaltet wurde, fliesst der Strom von der Batterie zum Verbraucher über den Siliciumgleichrichter, bis dieser durch das Kurzschlussschütz 11 überbrückt wird. Danach ist die Batterie direkt an den Verbraucher angeschlossen.
Die Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung kann in allen Fällen angewendet werden, wo es auf die unterbrechungsfreie Umschaltung einer Gleichspannung ankommt und wo bisher zur Vermeidung eines Spannungseinbruches Spannungsschleusen in Form von Selengleichrichtern verwendet wurden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung für Stromversorgungsgeräte, bei denen ein Hauptgleichrichter den Verbraucher speist, eine Batterie parallel zum Hauptgleichrichter und zum Verbraucher geschaltet ist, die bei Netzausfall die Speisung des Verbrauchers übernimmt und bei der ein Zusatzgleichrichter zur Aufladung und Ladungserhaltung in Reihe mit dem Hauptgleichrichter die Batterie speist und der Zusatzgleichrichter bei Netzausfall mittels eines Schaltschützes kurzgeschlossen wird und zur unterbrechungsfreien Umschaltung ein Gleichrichter parallel zum Kurzschlussschütz liegt, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleichrichter ein steuerbarer Siliciumgleichrichter vorgesehen ist, dessen Steuerelektrode bei Netzausfall einen Spannungsimpuls erhält,
so dass der Siliciumgleichrichter zeitweise in den gut leitenden Zustand umgeschaltet wird.