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Stromversorgungsanlage Die Erfindung bezieht sich auf Stromversorgungs- anlagen mit Notstrombatterie und einem Gleichrichter zur Speisung eines Verbrauchers sowie mindestens einem weiteren Gleichrichter zur Ladung beziehungsweise Erhaltungsladung der Batterie, der allein oder in Verbindung mit dem ersten Gleichrichter die Ladung beziehungsweise Erhaltungsladung der Batterie übernimmt.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, dann, wenn ein Teil der Batterie über ein bei wirksamer Netzspeisung des Verbrauchers in Sperrichtung benutztes Ventil mit dem Verbraucher parallel geschaltet ist und bei Netzausfall lediglich die Verbindungsleitung zwischen dem Ventil und dem Verbraucher unmittelbar mit dem noch nicht an den Verbraucher angeschlossenen Pol der Batterie verbunden wird, den weiteren Gleichrichter einpolig mit dem ersten Gleichrichter zu verbinden.
Ferner ist vorgeschlagen worden, bei einer solchen Stromversorgungsanlage, wenn der zweite Gleichrichter allein oder in Reihenschaltung mit dem ersten eine bei Netzausfall den Verbraucher speisende Batterie lädt, bei wirksamer Netzspeisung die gesamte Batterie dem Verbraucher über einen Widerstand, ein Ventil oder dergleichen parallel zu schalten und bei Netzausfall die Batterie und den Verbraucher unmittelbar miteinander zu verbinden. Im letzteren Fall ist vorgeschlagen worden, einen solchen Widerstand zu benutzen, der bei veränderlichem Strom einen möglichst konstanten Spannungsabfall aufweist, wie es zum Beispiel der Fall ist bei Alkalizellen, bei Trockengleichrichterplatten oder dergleichen.
Hat man eine Anordnung der letzteren Art vorliegen, so muss der Widerstand zwischen Batterie und Verbraucher in seiner Grösse der jeweiligen Zellenspannung der Batterie angepasst werden, das heisst je nachdem, ob die Batterie eine Ladung bis zur Gasungsspannung oder unterhalb derselben als Erhaltungsladung erfährt, ist der Widerstand zu vergrössern oder zu verkleinern. Eine solche Anpassung des Widerstandes an die Batteriespannung kann entweder in Stufen oder auch bei einem linearen Widerstand kontinuierlich vorgenommen werden. In jedem Fall ist dafür zu sorgen, dass der Widerstand eine Mindestgrösse nicht unterschreitet, die durch die zulässige Strombelastung des Widerstandes gegeben ist. Eine solche Veränderung des Widerstandes könnte bedienungsmässig durchgeführt werden, natürlich jedoch auch gegebenenfalls selbsttätig.
Der Widerstand zwischen dem zweiten Pol der Batterie und dem Verbraucher ist also zweckmässig in seiner Grösse der Batteriespannung angepasst und verhindert, dass eine Unterbrechung der Stromlieferung des Verbrauchers auch im Falle des Ausbleibens der Versorgungs- Netzspannung bei dem überschalten auf Notstromversorgung eintritt. Ferner ergibt der Widerstand den Vorteil, dass Belastungsstösse, die von der Verbraucherseite auftreten, von der Batterie abgefangen bzw. übernommen werden können.
Bei der erstangeführten Lösung mit dem Ventil an der Anzapfung der Batterie darf die Batteriespannung sich in dem gesamten Spannungsbereich, der die Ladung und die Erhaltungsladung umfasst, ändern, ohne dass eine Umschaltung oder Veränderung in der Schaltung notwendig ist. Belastungsstösse vom Verbraucher werden jedoch über das Ventil von der Batterie nicht übernommen, es sei denn, die Verbraucherspannung sinkt kurzzeitig bis auf den Wert ab, der durch die Spannung an der Teilbatterie gegeben ist.
Beide Schaltungsanordnungen können also gewisse Schwierigkeiten ergeben. Diese können jedoch bei einer Stromversorgungsanlage mit Notstrombatterie
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und einem Gleichrichter zur Speisung des Verbrauchers sowie einem weiteren Gleichrichter zur Ladung beziehungsweise Erhaltungsladung der -Batterie, wobei der eine als erster bezeichnete Pol der Batterie dauernd mit dem ersten Anschlusspol des Verbrauchers verbunden ist und der zweite Pol der Batterie erst bei Netzausfall auf den zweiten Anschlusspol des Verbrauchers geschaltet wird, dadurch überwunden werden,
dass erfindungsgemäss der zweite Pol des Verbrauchers über einen Widerstand mit dem zweiten Pol der Batterie und gleichzeitig über ein Ventil mit einer solchen Anzapfung der Batterie verbunden ist, dass dieses Ventil durch die Netzspannung nur in Sperrichtung beansprucht ist und bei Netzausfall während des überschaltens auf Speisung des Verbrauchers von der Batterie sicherstellt, dass keine Unterbrechung der Speisung des Verbrauchers eintritt.
Die Anordnung ist sowohl dann anwendbar, wenn der weitere Gleichrichter allein die Ladung beziehungsweise Erhaltungsladung der Batterie übernimmt, als auch dann, wenn der weitere Gleichrichter in Verbindung mit dem erstgenannten Gleichrichter in einer Reihenschaltung die Ladung beziehungsweise Erhaltungsladung der Batterie übernimmt. Im Rahmen dieses allgemeinen Erfindungsgedankens kann der Widerstand zwischen dem zweiten Pol des Verbrauchers und dem zweiten Pol der Batterie in einer Verbindungsleitung liegen, die für die Ladung der Batterie unterbrochen wird.
Bei einer solchen Anordnung ist der Vorteil erreicht, dass bei Erhaltungsladung Belastungsstösse von der Batterie über den Widerstand abgefangen beziehungsweise übernommen werden und die am Verbraucher durch den Belastungsstoss auftretenden Spannungsschwankungen auf ein Minimum begrenzt werden.
Eine solche Lösung lässt sich bereits in der Form verwirklichen, dass als zweiter Gleichrichter nur ein einfacher Gleichrichter benutzt zu sein braucht, dessen Speisung von einer geeigneten Spannungsquelle derart erfolgen muss, dass dem Gleichrichter bei Erhaltungsladung eine annähernd konstante Wechselspannung zugeführt wird, während die ihn speisende Wechselspannung für den Fall der Ladung abhängig von dem Ladestrom entsprechend einer geeigneten Ladekennlinie verändert werden muss.
Es kann sich jedoch unter dem Gesichtspunkt der Anpassung der Speisung des zweiten Gleichrichters sowohl für die Ladung bis zur Gasungsspannung als auch für die Erhaltungsladung als zweckmässig erweisen, den einen Gleichrichter in zwei Teilgleichrichter aufzulösen, von denen dem einen nur die Funktion obliegt, nur zur Ladung, und dem andern die Funktion, nur zur Erhaltungsladung zu dienen. In diesem Falle kann man zwei eventuell vollständig unabhängig voneinander arbeitende Wech- selspannungsquellen für jeden der Teilgleichrichter benutzen, um diese sinngemäss mit den entsprechenden Wechselspannungen zu speisen.
Im Rahmen dieser allgemeinen Lösung können die beiden Teilgleichrichter hinsichtlich ihrer Gleichstromausgänge unmittelbar parallel geschaltet sein, oder sie können zwar mit ihrem einen Pol zusammengeschaltet sein, während sie mit ihrem andern Pol an je eine besondere Leitung angeschlossen sind.
Wird für die Ladung und Erhaltungsladung eine Anordnung aus zwei Teilgleichrichtern benutzt, bei der diese beiden Gleichrichter einander an ihren Polen unmittelbar parallel geschaltet sind, so ist der Widerstand zwischen dem zweiten Anschlusspol des Verbrauchers und dem zweiten Pol der Batterie dieser Anordnung aus den beiden Teilgleichrichtern parallel zu legen, und zwar wieder in Reihe mit einem Schalter, so dass diese Verbindungsleitung im Falle der Entladung bis zur Gasungsspannung durch öffnen dieses Schalters unterbrochen werden kann, während für die Erhaltungsladung durch Schliessen dieses Schalters die Unterbrechung dieser Leitung aufgehoben wird.
Das öffnen dieses Schalters kann entweder von Hand oder selbsttätig, z. B. in Abhängigkeit von der Spannung an den Teilgleichrichtern, erfolgen.
Bei der zweiten wählbaren Art der Schaltungsanordnung der Teilgleichrichter wird der zweite Pol jedes Teilgleichrichters erst über je einen Schalter an den zweiten Pol der Batterie angeschlossen. Der Widerstand, welcher zwischen dem zweiten Pol des Verbrauchers und dem zweiten Pol der Batterie liegt, bleibt dabei dauernd parallel zu dem Teilgleichrichter für die Erhaltungsladung liegen, und wenn der Erhal- tungsladungsgleichrichter abgeschaltet wird, wird damit auch gleichzeitig die Verbindung unterbrochen, die durch den genannten Widerstand zwischen dem zweiten Pol des Verbrauchers und dem zweiten Pol der Batterie sonst gebildet wird.
An Stelle je eines einzelnen Schalters für jeden der Teilgleichrichter kann gegebenenfalls. auch ein einziger Umschalter benutzt werden, oder die beiden Schalter können miteinander gekuppelt oder voneinander schaltabhängig . betätigt werden. Der Teilgleichrichter für die Ladung der Batterie bis zur Gasungsspannung wird dabei zweckmässig abhängig von der Spannung an einer gleichstromvormagnetisierten Regeldrossel gespeist, welche einerseits vom Ladestrom und anderseits gegensinnig von einem Strom vormagnetisiert wird, der einer annähernd konstanten elektrischen Grösse proportional ist, die eine Spannung oder ein Strom sein kann.
Bei einem bestimmten Ladestrom heben sich die Vormagnetisierungen an dem Eisenkern der Drossel auf, so dass die an dieser entstehende Spannung einen Maximalwert besitzt. Bei einem gegenüber diesem Strom grösseren Ladestrom überwiegt die Magnetisie- rung der Drossel durch den Ladestrom, bei einem gegenüber diesem Strom kleineren Ladestrom überwiegt die konstante Vormagnetisierung an der Drossel. In beiden letztgenannten Fällen ist die Drosselspannung kleiner als die Maximalspannung an der Drossel und bricht bei etwas grösseren Abweichungen des Ladestromes von diesem Normalwert des Stromes auf einen kleineren Bruchteil zusammen.
Die Umschaltung von Ladung auf Ladungserhal-
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tung und umgekehrt kann im Rahmen der Erfindung vorzugsweise selbsttätig erfolgen, und zwar zum Beispiel mittes eines Stromrelais. Dieses misst dabei zweckmässig den in die Batterie fliessenden Strom und spricht derart an, dass bei Überschreitung eines Mindestwertes des Ladestromes auf Ladung umgeschaltet wird und beim Absinken des Stromes unterhalb eines Minimalstromes auf die Erhaltungsladung. Es muss dabei natürlich dafür Sorge getragen werden, dass bei der Umschaltung auf Ladung das Stromrelais nicht wieder abfällt, bevor der Schalter für die Ladung eingeschaltet worden ist.
Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass parallel zu dem Schalter vor dem Gleichrichter für die Erhaltungsladung ein Ventil geschaltet ist, welches auch in dem geöffneten Zustand des Schalters den Ladestrom vor- übergehend über den Erhaltungsladegleichrichter aufrechterhält. Die Energie für die Aufrechterhaltung des Ladestromes in diesem Zeitraum des Überschaltens von Erhaltungsladung auf Ladung der Batterie kann von einem oder mehreren besonderen Energiespeichern geliefert werden, die entweder elektromagnetischen Charakters oder elektrostatischen Charakters sein können, das heisst entweder in Form einer Drossel, eines Kondensators oder aus Drosseln und Kondensatoren bestehen können.
Als solche Energiespei- cherglieder können zweckmässig unmittelbar solche Schaltungsglieder benutzt werden, welche an sich in der Schaltung bereits andere Funktionen ausüben, z. B. die Funktion von Filter- oder Glättungsgliedern. Wird als Widerstand für die Verbindung des zweiten Pols des Verbrauchers mit dem zweiten Pol der Batterie ein Widerstand in Form einer Trockengleichrichterzelle benutzt, so ist zweckmässig in Betracht zu ziehen, dass dieser Gleichrichter nur mit einer gewissen Fertigungsstreuung hergestellt werden kann. Zur Anpassung seines Widerstandswertes ist es dann zweckmässig, ihn in Reihe mit einem entsprechenden einstellbaren Ohmschen Widerstand zu verwenden.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
In Fig. 1 bezeichnet 1 den Hauptgleichrichter. Er speist den nicht besonders dargestellten, an die Klemmen 2 und 3 angeschlossenen Verbraucher. Der an der Klemme 2 liegende Anschlusspol des Verbrauchers soll im nachfolgenden Text als der erste und der an der Klemme 3 liegende Anschlusspol als der zweite Anschlusspol bezeichnet werden. Ein zweiter Gleichrichter 4 dient in Reihenschaltung mit dem Hauptgleichrichter 1 zur Ladung beziehungsweise zur Erhaltungsladung der Batterie 5. Der rechte oder Minuspol des Gleichrichters 1 ist hierbei mit dem linken oder Pluspol des Gleichrichters 4 dauernd verbunden.
Die Batterie 5 ist dauernd über den einen als ersten bezeichneten ihrer Pole, im Beispiel dem Pluspol, an den linken Pol des Hauptgleichrichters 1 und damit zugleich an den ersten Anschlusspol des Verbrauchers über die Klemme 2 angeschlossen. Der zweite oder in Fig. 1 rechts liegende Pol der Batterie 5 ist an den Minuspol des Gleichrichters 4 ange- schlossen. Der Verbraucherstromkreis verläuft somit bei Netzspeisung vom Pluspol des Hauptgleichrichters 1 über die Klemme 2, den nicht dargestellten Verbraucher und die Klemme 3 zurück zum rechten oder Minuspol des Gleichrichters 1.
Der Ladestromkreis der Batterie 5 verläuft vom linken oder Pluspol der Reihenschaltung aus dem Hauptgleichrichter 1 und dem Gleichrichter 4 über den linken oder ersten beziehungsweise Pluspol der Batterie 5 und die Batterie zurück zum Minuspol der Reihenschaltung am rechts liegenden beziehungsweise negativen Pol des Gleich. richters 4.
Der an der Klemme 3 liegende Anschluss- pol des Verbrauchers ist erstens über ein Ventil 6 solcher Polung mit einer derart gewählten Anzapfung 5a der Batterie 5 verbunden, dass bei normaler Netzspeisung der Anordnung dieses Ventil 6 durch die über den Gleichrichter 1 gelieferte Netzspannung beziehungsweise die Verbraucherspannung in Sperr- richtung beansprucht wird. Mit dem an der Anschlussklemme 3 liegenden zweiten Anschlusspol des Verbrauchers kann der zweite oder rechts liegende negative Pol der Batterie 5 über den abhängig von dem Wegfall der Netzspannung sich selbsttätig schliessenden Schalter 8a verbunden werden.
Parallel zu dem zweiten Gleichrichter 4 liegt als Widerstand für die Herstellung einer Verbindung zwischen dem zweiten Pol der Batterie und dem zweiten Anschlusspol des Verbrauchers als Widerstand eine Trockengleichrich- terzelle 7 in Reihe mit dem Schalter B. An die Stelle des Gleichrichters 7 kann, wie es in der Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist, auch ein Ohmscher Widerstand 7' oder eine alkalische Gegenzellenanordnung treten.
Der Schalter 8 muss geöffnet sein, wenn die Differenz wischen Batteriespannung und Verbaucher- spannung einen solchen Wert erreicht, dass die zulässige Strombelastung des Widerstandes 7 erreicht wird. Aus diesem Grunde kann es zweckmässig sein, die Öffnung des Schalters 8 abhängig von dem Strom vorzunehmen, der über den Widerstand 7 beziehungsweise 7' fliesst, was in der Schaltung nicht besonders angedeutet ist. Während des normalen Betriebes der Anordnung vom Netz, wenn die Batterie unter Erhaltungsladung steht, ist somit der Schalter 8 geschlossen, und Belastungsstösse, die von der Verbraucherseite auftreten, können über den Widerstand 7 beziehungsweise 7' von der Batterie abgefangen beziehunsgweise übernommen werden.
Bei Ausfall des Netzes würde bei geschlossenem Schalter 8 die Versorgung des Verbrauchers vorübergehend ebenfalls über den Widerstand 7 beziehungsweise 7' erfolgen, bis die unmittelbare Verbindung zwischen den zweiten Polen des Verbrauchers und der Batterie über den netzspannungsabhängig betätigten Schalter 8a hergestellt ist. Fällt die die Anordnung speisende Wechselspannung aus, wenn der Schalter 8 geöffnet ist, so übernimmt das Ventil 6 vorübergehend die Stromführung zwischen Verbraucher und Batterie, so dass auch in diesem Fall eine Unterbrechung der Strombelieferung des Verbrauchers
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nicht eintreten kann.
Der Schalter 8 ist dann geöffnet, wenn die Schaltung für die Ladung der Batterie bis zur Gasungsspannung betrieben wird, während er bei dem Betrieb der Schaltung für Erhaltungsladung der Batterie geschlossen ist. Die Speisung des Hauptgleichrichters 1 erfolgt vorzugsweise so, dass die Verbraucherspannung konstant bleibt. Für die Speisung des Gleichrichters 4 sind bereits oben in der Beschreibung die näheren Bedingungen angegeben worden, das heisst, im Falle der Ladungserhaltung inuss dem Gleichrichter annähernd konstante Wechselspannung zugeführt werden, während für die Ladung der Batterie die Spannung derart geändert werden muss, dass eine bestimmte erwünschte Ladekennlinie für die Batterie gewährleistet ist.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die bereits in Fig. 1 vorhandenen Teile wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen. An Stelle des Gleichrichters 4 nach Fig. 1 sind in diesem Falle zwei Teilgleichrichter 9 und 10 benutzt, die von getrennten Wechselspannungsquellen gespeist werden. Der Teilgleichrichter 9 dient in diesem Falle zur Ladungserhaltung und wird sinngemäss von einer konstanten Wechselspannungsquelle gespeist.
Der Teilgleichrichter 10 wird von einer Wechselspannungs- quelle gespeist, die derart in ihrer Spannung geregelt wird, dass bei der Ladung der Batterie 5 bis zur Ga- sungsspannung die erwünschte Ladekennlinie gewährleistet ist. Die Speisung des Gleichrichters 10 kann zum Beispiel erfolgen abhängig von der Spannung an einer gleichstromvormagnetisierten Drossel, die gegensinnig einerseits vom Ladestrom und anderseits einem annähernd konstanten Strom vormagnetisiert wird. Die jeweilige Stellung des Schalters 8 ist dabei diejenige, die bereits am Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erläutert wurde.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine solche Schaltungsanordnung, wobei zwar zwei Teilgleichrichter als zusätzliche Gleichrichteranordnung für die Ladung und Erhaltungsladung der Batterie benutzt sind, jedoch keine unmittelbare Parallelschaltung der beiden Teilgleichrichter an beiden Polen vorliegt. In der Schaltung sind für die gleichen Teile, die bereits in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen vorhanden waren, wieder die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. Die Teilgleichrichter in Fig. 3 tragen in diesem Falle die Bezugszeichen 9' beziehungsweise 10', wobei wieder 9' den Gleichrichter für die Ladungserhaltung und 10' den Gleichrichter für die Ladung der Batterie bis zur Gasungsspan- nung bezeichnen.
Der zweite Pol des Gleichrichters 9' ist hierbei über einen Schalter 11 und der Gleichrichter 10' über einen Schalter 12 an den zweiten Pol der Batterie 5 angeschlossen. Diese beiden Schalter können, wie bereits erwähnt, auch zu dem einzigen Umschalter vereinigt sein. Damit die Umschaltung der Schalthebel 11 und 12 für die Schaltung der Anordnung auf Ladungserhaltung beziehungsweise auf Ladung selbsttätig vor sich geht, ist in dem Ausführungsbeispiel ein an einem Nebenwiderstand 13, der vom Ladestrom durchflossen ist, angeschlossenes Relais 14 vorgesehen.
Im abgefallenen Zustand des Relais 14, das heisst bei Unterschreitung einer bestimmten Ladestromgrenze, ist der Schalter 11 durch die Speisung seiner Schaltspule geschlossen, während bei Überschreitung eines bestimmten Ladestromes das Relais 14 anzieht und damit den Schalter 12 durch Speisung seiner Betätigungsspule schliesst sowie gleichzeitig den Schalter 11 zum Abfallen bringt. Damit diese Umschaltung störungsfrei erfolgen kann, ist ein Ventil 15 vorgesehen, das auch bei geöffnetem Schalter 11 diese Trennstelle derart überbrückt, dass das einmal angezogene Relais 14 für die Zeit des Umschaltens nicht zum Abfallen kommt.
Die Energie für die Speisung dieses Relais wird dabei gewonnen durch einen Strom, der durch die elektrische Energie bestimmt ist, welche in der Glättungsdrossel 16 beziehungsweise dem Glättungskondensator 17 aufgespeichert ist und mit dem Öffnen des Schalters 11 freigegeben wird. Der Stromkreis, in welchem das Relais 14 gespeist wird, verläuft, da dessen Wicklung an den Widerstand 13 angeschlossen ist, von dem vom Beschauer aus gerechnet links liegenden Pol der beiden Gleichrichter 9' und 10' über die Drossel 16 zum rechten Pol des Hauptgleichrichters 1. 18 bezeichnet den Widerstand in Reihe mit dem spannungsabhängigen Widerstand 7, der zum genauen Abgleich des Stromes dient, der über die Widerstandsanordnung 7-18 fliesst.
Von einer selbsttätigen Umschaltung von Ladungserhaltung auf Ladung kann bei Schaltungen nach Art der in den beiden Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele Gebrauch gemacht werden, indem zum Beispiel das Schaltrelais den Schalter 8 abhängig von der Grösse des Ladestromes der Batterie öffnet beziehungsweise schliesst. Das Relais könnte auch abhängig von dem über den Widerstand 7 fliessenden Strom den Schalter 8 öffnen, wenn der Strom einen obern Grenzwert überschreitet. Das Relais könnte dann den Schalter 8 wieder schliessen, wenn die Differenz zwischen Batterie- und Verbraucherspannung einen bestimmten Wert unterschreitet.
Das Relais könnte auch sinngemäss spannungsabhängig den Schalter 8 schliessen, wenn die genannte Differenzspannung einen bestimmten Wert unterschreitet, und den Schalter 8 öffnen, wenn diese Spannungsdifferenz einen gewissen Wert überschreitet.
In Verbindung mit einer solchen Umschaltung können auch die Wechselspannungsquellen zur Speisung der Teilgleichrichter 9 beziehungsweise 10 nach Fig. 2, beziehungsweise 9' und 10' nach Fig. 3, oder der Ladegleichrichter 4 nach Fig. 1 ein- und ausgeschaltet werden bei Anlagen nach den Fig. 2 und 3, beziehungsweise umgeschaltet werden bei Anlagen nach Fig. 1.