Gleichriehteranlage, insbesondere zur Batterieaufladung. Die Erfindung bezieht sieh auf eine ins besondere zur Batterieaufla.dung geeignete Cllei-cliriehteranlage und enthält eine aus einem Gleichrichter und mindestens, einem Transformator bestehende Anordnung, die eine sich bei geringeren Belastungen in der Spannung wenig ändernde, bei stärkeren Be lastungen eine Strombeschränkung ergebende Spannung-Stro.m-Charakteristik besitzt.
Nach der Erfindung ist mit der genann ten Anordnung eine zweite, ebenfalls aus einem Gleiehricliter und mindestens einem Transformator bestehende Anordnung zu sammengeschaltet, die eine derartige Span- nung-Strom-Charakteristik aufweist, dass die resultierende.
Spannung-Strom-Charakteristik beider Anordnungen ebenfalls einen sich nur wenig in der Spannung ändernden und einen strombeschränkenden Teil hat, bei der .sieh jedoch dem erstgenannten Teil iin Bereich der niedrigen Belastungen ein Teil anreiht, dei# eine höhere Spannung als der entsprechende Teil der Kennlinie der erst genannten Gleiehrichteranordnung allein auf weist.
Durch diese Massnahme wird eine Span nung-Strom-Charakteristik erzielt, die einen ausgedehnteren Belastungsbereich erfasst. Die erhöhte Spannung im Teil der resultierenden Charakteristik bei.denniedrigeren Belastungs strömen, deren Steigerung entsprechend der Anwendung praktisch beliebig gewählt sein kann, kann z. B. zur In- oder Ausserbetrieb- Setzung von Relais, zum Aufladen von Bat terien, Pufferbatterien oder dergleichen ver wendet werden. Die beiden Gleichrichter anordnungen können entweder in Reihe oder parallel zueinander geschaltet werden, je nach der besonderen Wirkung, die erreicht werden soll.
Bei Reihenschaltung der beiden Anord nungen werden die Spannungen summiert. Bei der Parallelschaltung werden hingegen die Ströme summiert.
An Hand der in beiliegender Zeichnung da r gestellten Spannung-Strom-Charakteristiken und Schaltschemas von Ausführungsbeispie len, wird der Erfindungsgegenstand näher erläutert: In Fig. 1 ist mit 1 eine Spannung-Strom- Charakteristikeiner bekannten Gleiehrichter- anordnung mit einem sich bei geringeren Be lastungen wenig spannungsändernden, bei stärkeren Belastungen eine Strombeschrän kung liefernden Teil. Dieser kann z.
B. aus einem Transformator und einem mit diesem verbundenen Gleichrichter bestehen, wobei an die Ausgangsseite des Gleichrichters ein oder mehrere spannungsstabilisierenden Impedan zen, wie Gasentladungsröhren, parallel ge- schaltet sind. Spannung und Strom sind, ebenso wie in .den folgenden Figuren, mit E und I angedeutet. Die Spannung-Strom- Charakteristik ist mit 2 bezeichnet. Dieser kann z. B. aus einem Transformator und einem mit diesem verbundenen Gleichrichter be stehen.
Wenn die Gleichspannungen von zwei der artigen Gleiehrichteranordnungen in Reihe geschaltet werden, so wird eine resultierende Spannung--Strom-Charakteristik 3 erhalten, -die ebenfalls einen strombeschränkten Teil 4, und einen sieh nur wenig in der Spannung än dernden Teil 5 hat; es. reiht sich aber dem letztgenannten Teil im Bereich .der niedrige ren Belastungen ein Teil 6 an, der eine höhere Spannung als der entsprechende Teil 7 der Charakteristik 1 der erstgenannten Gleich riehteranordnung allein aufweist.
Wie aus der Figur hervorgeht, ist der Bereich gleichbleibender Spannung der Cha rakteristik 1 um den Teil 7 verkleinert und mithin bis auf einen Bereich 8 herabgesetzt worden, so dass diese Schaltung bis auf jene Anwendungen beschränkt worden 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 Spannungs steigerung 6 über den Strombereich a kann zum Ein- oder Ausschalten von Entladungs röhren, mechanischen Relais, Sicherungs oder Alarmeinrichtungen. oder dergleichen benutzt werden.
Bei der Aufladung von Batterien, bei denen der aufgenommene Strom des Gleich richters nicht unterhalb einer bestimmten Grundbelastung absinkt, kann die Span nungssteigerung für ein gutes Durchladen der Batterie verwendet werden., was in der Zeichnung aus der Spannung an der Grund belastung a ersichtlich ist.
Durch eine andere Wahl der Charak teristik 2 kann sowohl .der Betrag der Span nungssteigerung, als auch deren Strombereich an die gestellten Anforderungen angepasst werden..
Aus der Figur erhellt ausserdem, dass die die Charakteristik 2 ergebende Gleichrich- teranordnung verhältnismässig beträchtlich kleiner als jener zu bemessen ist, .die die Charakteristik 1 ergibt, was einen besonderen Vorteil der Reihenschaltung bildet. In Fig. 2 ist der Fall einer Parallel schaltung behandelt. Die Charakteristik der Gleichrichteranordnung, von der ausgegan gen wird, ist wieder mit 1 bezeichnet, wäh rend die zweite Gleichrichteranordnung eine Charakteristik 9 hat.
Infolge der Parallel schaltung entsteht eine resultierende Charak- ; teristik 10 ebenfalls mit einem strombe schränkten Teil 11 und einem sich nur wenig in der Spannung ändernden Teil 12; diesem Teil reiht sich im Bereich der niedrigeren Belastungen ein Teil 13 mit einer höheren Spannung an als die des entsprechenden Teils 1 der Charakteristik der erstgenannten Gleichrichteranordnung allein.
Aus der Figur geht hervor, dass sich der Teil gleichbleibender Spannung der ursprüng lichen Charakteristik 1- nach einem höher liegenden Strombereich 14 verstellt hat.
Es wird einleuchten, dass, wenn einer der beiden Gleichrichteranordnungen eine Cha rakteristik ohne einen strombeschränkenden Teil hat, auch die resultierende Charak teristik diese Eigenschaft haben wird. Dies kann unter Umständen erwünscht sein.
Die resultierenden: Charakteristiken 3 und 10 aus den Fig. 1 und 2 sind, was ihre prinzipielle Form betrifft, besonders zur Auf- ladung einer Pufferbatterie, z. B. selbsttäti ger Telephonzentralen geeignet, wo es vor kommen kann, da.ss die Batterie bei einer g o ewissen Minimumgrundbelastung bis zu einer angemessenen Spannung aufgeladen werden muss.
Der Strom bei der Minimum belastung muss dabei etwas kleiner als der jenige beim Übergang zwischen dem sieh wenig in der Spannung ändernden Teil und dem Teil erhöhter Spannung sein.
Die Charakteristik 10 nach Fix. 2 eignet sich im allgemeinen besonders in jenen Fäl len, wo der Belastungsstrom aus einem kon stanten und einem veränderlichen Teil be steht, wobei bei Änderungen des veränder lichen Teils zwischen Null und-einem gewis sen Höchstwert, die Spannung des Gleich richters konstant bleiben soll. Der konstante Teil des Stromes soll dabei die Grösse des Intervalles 13 aufweisen, während sich der veränderliche Teil von der Krümmung<B>10</B> nach rechts erstreckt.
In den Fig. 1 und 2 hat der Teil der resultierenden Charakteristik mit gesteigerter Spannung nur eine geringe Steilheit. Bei Speisespannungsänderungen des Netzes wird somit auch dieser, von einem gewöhnlichen Gleichrichter stammender Teil Änderungen unterliegen, was in den beiden Figuren durch eine punktstrichlierte Linie veranschaulielit ist. Sowohl in Füg. 1 als auch in Fig. 2 wer den die Teile gleichbleibender Spannung in folge der Netzspannungsänderungen um einen Teil 15 herabgesetzt..
Um diesen Nachteil zu beheben, kann als zweite Gleichrichteranordnung eine solche verwendet werden, die eine derart abfallende Spannung-Strom-Charakteristik aufweist, dass wenigstens der Übergang von dem Teil gleich bleibender Spannung nach dem Teil gestei gerter Spannung steil verläuft. In Fig. 3 ist dies für die Reihenschaltung und in Fig. 4 für Parallelschaltung dargestellt.
Bei Netz- spannungsänderungen werden die Änderun gen des Strombereüches bei gleichbleibender Spannung auf diese Weise bis auf ein Mini- mum herabgesetzt.
Die in den Fig. 3 und 4 mit. 16 bezeich neten Charakteristiken sind mittels einer aus dem britischen Patent 463'947 bekannten Gleichriehteranordnung nach Fig. 5 durch eine bestimmte Bemessung des Kondensa- tors 17 und des gesättigten Transforma tors 18, die das Gleichrichterelement 19 und die Belastung 20 speisen, erzielbar.
In den Fig. 6 und 7 sind Charakteristi ken für Reihen- bzw. Parallelsehaltung von Ctleichr:chteranordnungen nach Fig. 8, dar gestellt.
Entsprechende Teile sind in dieser Figur mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5 bezeichnet. In Reihe mit der Sekundärwick lung des Transformators 18 ist aber noch die Sekundärwicklung eines kleinen gewöhn lichen Transformators 22 aufgenommen, dis zusammen Gleichrichterelemente in Grätz- schaltung 22 speisen. Auch diese Schaltung ist aus dem britischenPatent463497 bekannt.
Aus den Fig. 6 und 7 erhellt, 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 Über gang nach dem folgenden Teil der Charak teristik. Weiter weisen diese Kennlinien als Einzelheit die in Wirklichkeit meist nicht geschlossenen Schleifen 25 und 26 auf, die ein Spannungsmaximum bilden und sich be sonders bei Batterieaufladung als geeignet erwiesen haben, weil hierdurch eine deutliche Begrenzung .der verschiedenen Arbeitsgebiete herbeigeführt wird. Übrigens trifft dasjenige, was bereits bei der Erläuterung der Fig. 3 und 4 erwähnt wurde, ebenfalls auf die Kenn linien nach den Fig. 6 und 7 zu.
Schliesslich sind in den Fig. 9 und 10 eine Reihenschaltung bzw. eine Parallel- sch@altung von Gleichrichteranordnungen dar gestellt, wobei in der letztgenannten Figur ausschliesslich Anordnungen nach Fig. 8 ver wendet wurden. Bei Anwendung .der Anord nung nach Fig. 8 als zweite Gleichriehter- anordnung, entweder in Reihe oder parallel zur ersten, kann der Strombereich a des zugesetzten Spannungswulstes, z.
B. in den Fig. 6 und 7, durch Änderung der Kapazität 17 in Fig. 8 oder durch eine Speisespannungs- änderung, z. B. mittels einer mit Anzapfun- gen versehenen Drossel geändert werden. Auf diese Weise ist eine günstige Einstel lung des erwähnten Strombereiches durch Regelung der Kapazität oder der Speisespan nung erzielbar.
In Fig. 9 ist als erste Gleichrichteran- ordnung ebenfalls eine solche nach Fig. 8 verwendet, während als zweite Gleichrichter- anordnung eine solche mit einer bekannten Schaltung mit einer steil abfallenden Kenn linie. Dies kann z. B. erreicht werden durch die Verwendung einer vormagnetisierten Drossel 28. In -dieser Figur ist eine Puffer batterie 29 als Belastung angedeutet.
Bei der Reihenschaltung der Gleichrich- teranordnungen können sich noch einige be sondere Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Tatsache ergeben, dass der Be lastungsstrom auch die klein bemessenen Gleichrichterelemente der zweiten Anord nung durchfliesst. Wenn für letztere z.
B. eine Grätzschaltung der Gleichrich- terelemente (27 in Fig. 9) verwendet wird, so wird bei einem hohen Belastungsstrom jeder der Nebenschlusszweige mit zwei in Reihe liegenden Gleichrichterelementen durch die Hälfte dieses Stromes durchflossen, was bei Verwendung von Trockengleichrichter- elementen einen unerwünschten Spannungs verlust ergibt.
In Fig. 6 ist dieser Span nungsverlust durch die unterhalb der Null- linie verlaufenden gestrichelten Linie 30 als eine Verlängerung der Kennlinie 31 ange deutet. In .der resultierenden Kennlinie kommt dies durch die gestrichelte Linie 32 zum Aus druck, die einen steileren Verlauf als der Teil 23 hat, wodurch den zu @stellen- den Anforderungen einer hinreichenden Spannungskonstantheit in .diesem Be- reiclh nicht entsprochen werden könnte.
Es _könnte diesem Übelstand dadurch abgeholfen werden, dass! die +- und -Klemmen der Grätzschaltung 27 bei grösseren Belastungs strömen z. B. mittels eines stromabhängigen Relais kurzgeschlossen, werden, so dass -der Strom nicht über die Gleichrichterelemente zu fliessen braucht. In vielen Fällen wird die Verwendung von Schaltern oder Relais aber als ein Nachteil erachtet.
In diesem Falle ist eine andere Lösung zweckmässig, bei. der keine Schalter oder Relais benutzt werden, sondern eine Zwei wegschaltung der Gleichrichterelemente bei der zweiten Gleichrichteranordnung, die in Reihe mit der ersten geschaltet ist. In Fig. 11 ist dies im Prinzip veranschaulicht.
Der Speisetransformator der zweiten Anordnung ist mit 36, dessen Mittelanzapfung mit 34 und 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 zwei nur ein Gleichrichterelement durchflossen, und der Spannungsverlust bis auf einen zulässigen Wert herabgesetzt wird. Hierdurch ist diese Aufgabe gelöst worden.
Es ergibt sich dann aber eine andere Schwierigkeit, die bei Anwendung der Grätz- schaltung für die Gleichrichterelemente 27 nach Fig. 9 dahinfällt. Im letztgenannten Fall durchfliesst der grosse Belastungsstrom nämlich nur die Gleichrichterelemente und nicht die Sekundärwicklung .des Transfor mators. Bei Verwendung der Zweiwegseha.l- tung .der Gleichrichterelementeder zweiten Gleichrichteranordnung wird die Sekundär wicklung hingegen mit diesen stärkeren Be lastungsströmen belastet.
Diese Sekundär- wicklungsoll deshalb aus Draht mit verhält nismässig grossem Querschnitt hergestellt wer den. Weil der Transformator weiter nur für eine geringe Leistung bemessen und, z. B.. bei der Schaltung nach Fig. 9 als hochgesät tigter Transformator ausgebildet wird, wäh rend 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. Der Primärteil und die Se kundärwicklungen der Transformatoren 18 und 21 können dabei z. B. auf die gleiche Art und Weise wie bei der entsprechenden Anordnung nach Fig. 9 ausgebildet sein. Die zwei in Zweiwegschaltung geschalteten Gleichrichterelemente 35 sind aber nicht un mittelbar an .die Sekundärwicklungen, son dern durch Vermittlung eines z. B. als Auto transformator ausgebildeten Zwischentrans formators 36 mit Mittelanzapfung 34 ange schlossen.
Dieser Transformator kann dann unbedenklich mit einer Wicklung hinreichen den Drahtdurchmessers ausgestattet werden. Dieser Transformator kann übrigens auch als ein gewöhnlicher Transformator mit getrenn ten Wicklungen ausgebildet sein, wie in Fig. 13 dargestellt ist. In diesem Falle wird der Speisetransformator vorzugsweise in Spar schaltung ausgebildet, wie mit 37 angedeu tet ist; diese Schaltung entspricht im Wesen derjenigen nach Fig. 12.