Anordnung zur Ueberwachung von Gleichströmen, insbesondere für
Ladeeinrichtungen von Akkumulatoren
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwa- chung von Gleichströmen, insbesondere für Ladeeinrichtungen von Akkumulatoren. Sie ist für die Ober- wachung von stark variablen Gleichströmen, wie sie z. B. beim Lade- und Entladebetrieb von Akkumulatoren auftreten, geeignet.
Es sind Anordnungen zur Gleichstrommessung bekannt, bei denen durch Vormagnetisierung die Induktion eines Wechselstromkreises beeinflusst und die im Wechselstromkreis entstehende Änderung an einem Messgerät angezeigt wird. Dazu werden in zwei getrennten Eisenkernen durch den zu messenden, durch eine Gleichstrommesschleife fliessenden Gleichstrom und durch zusätzliche Wechsel- oder pulsierende Gleichströme zueinander entgegengesetzt gerichtete Magnetisierungen erzeugt. Diese Einrichtungen sollen unterhalb des Sättigungsbereiches der Eisenkeme arbeiten.
Den Nachteil des erforderlichen hohen Aufwandes räumlicher Art und an elektrischen und magnetischen Bauelementen sowie der langen Ansprechzeit vermeidet eine bekannte Gleichstromwandlerschaltung unter Verwendung eines Ferritkernes, dessen Hystereseschleife einen möglichst grossen linearen Bereich der steilen Schleifen äste aufweist, der mit einer den zu wandelnden Gleichstrom führenden Eingangswioklung, einer einen dreieckimpulsförmigen Arbeitsstrom führenden und entgegen der Erregung des Kernes durch die Eingangswicklung wirkenden Hilfswicklung sowie einer Ausgangswicklung versehen ist.
Diese bekannten Anordnungen dienen jedoch als Gleichstromwandler und unterscheiden sich dementsprechend hinsichtlich ihres Gesamtaufbaues und ihrer Funktion von der Überwachungseinrichtung nach der Erfindung, die nach Erreichen eines bestimmten Gleichstromwertes in einer Richtung ein schwellenwertartiges Sättigen der Magnetkerne und in der anderen Richtung einen verzögerten Anstieg der Magnetisierung erreichen soll.
Es sind weiterhin Überwachungseinrichtungen bekannt, bei welchen der zu überwachende Strom eine Änderung eines verketteten Magnetflusses hervorruft, wobei ein Meidestromkreis an die Sekundärwicklung eines von dem zu überwachenden Strom erregten Magnetkernes angeschlossen ist, der aus einem Material mit scharf geknickter geometrischer Kennlinie hoher Anfangspermeabilität besteht.
Diese Anordnung hat den Nachteil, dass der zu überwachende Strom die volle Magnetisierungsenergie aufzubringen hat und trotz höchster Anforderungen an das Kernmaterial auf Grund der stets vorhandenen Knickverschleifung kein präzises Schwellwertverhalten zu erreichen ist.
Weiterhin ist eine Schaltung bekannt, die zwar ebenfalls Gleichstromgrenzwerte entsprechend den bekannten Anordnungen erfasst und nur durch Reihenschaltung verschieden vormagnetisierter Kerne bei bestimmten zu überwachenden Gleichstromwerten der entsprechend vormagnetisierte Kern seinen Zustand ändert. Dieser Schaltung haften die vorgenannten Nachteile an, während sie keine Vorteile bringt.
Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Überwachung von Gleichströmen, insbesondere für Ladeeinrichtungen von Akkumulatoren, mit mindestens einem Magnetkern aus ferromagnetischem Material, der eine Eingangswicklung, die vom zu überwachenden Gleichstrom durchflossen wird, eine Magnetisierungswicklung, die über den Wechselspannungseingang einer Gleichrichterbrücke in Graetzschaltung mit dem Aus gang eines Impulsgenerators verbunden ist, und eine Rückkopplungswiclrlung, die über einen einstellbaren Widerstand mit dem Gleichspannungsausgang der Graetz-Gleichrichterbrücke verbunden ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgenerator ein Rechteckwellengenerator ist, dass die Rückkopplungswicklung derart geschaltet ist, dass sich im Magnetkern deren Magnetfluss dem des Gleichstromleiters in gleicher Richtung überlagert,
und dass ein vom Magnetisierungsstrom in der genannten Magnetisierungswicklung abhängiger Spannungsindikator vorgesehen ist, der als Schmitt-Trigger ausgebildet ist.
Zweck der Erfindung, die sich auf eine Anordnung zur Überwachung von Gleichströmen, insbesondere für Ladeeinrichtungen von Akkumulatoren bezieht, besteht in der Überwachung von z. B. stark variablen. Gleichströmen, wie sie z. B. beim Lade- und Entladebetrieb von Akkumulatoren auftreten.
Die Erfindung ermöglicht eine Anordnung zur Überwachung von Gleichströmen, insbesondere für La deeinrichtungen von Akkumulatoren zu schaffen, die sich durch ein Schwellwertverhalten und eine Stromrichtungserfassung sowie durch geringe Abmessungen und geringen Leistungsbedarf auszeichnet. Sie soll dann wirksam werden, wenn der Gleichstromfluss in dem zu überwachenden Leiter verschwindet oder einen unzulässig kleinen Wert annimmt. Da der Dauerladestrorn im Milliampere-Bereich, der Entladestrom jedoch einige Zehnerpotenzen höher liegen kann, wird neben höchster Empfindlichkeit eine hohe Überlastbarkeit gefordert.
Dadurch kann erreicht werden, dass nach Erreichen eines bestimmten Gleichstromwertes in einer Richtung ein schwellwertartiges Sättigen der Magnetkerne und in der anderen Richtung ein verzögerter Anstieg der Magnetisierung erfolgt.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel einer Ladestromüberwachungsanordnung näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt die Schaltungsanordnung.
Über den zu überwachenden Gleichstromleiter 1 werden zwei Ringkerne 2, 3 aus ferromagnetischem Material geschoben. Die Ringkerne 2, 3 sind mit je einer Magnetisierungswicklung 4, 5 und je einer Rückkopplungswicklung 6, 7 versehen. Die Magnetisierungswicklungen 4, 5 sind derart gegeneinander in Reihe geschaltet, dass Induktionswirkungen in ihnen von dem zu übenvachenden Leiter 1 unterdrückt werden. Das freie Ende der Magnetisierungswicklung 5 ist direkt mit dem negativen Ausgang des Rechteckimpulsgenerators 8 verbunden; das freie Ende der Magnetisierungswicklung 4 ist über den Wechselspannungszweig der Gleichrichterbrückenschaltung 9 mit dem positiven Ausgang des Rechteckwellengenerators 8 verbunden.
Parallel zum Gleichspannungszweig sind Glättungsmittel 10 und zwei in Reihe liegende Spannungsteiler 11, 12 geschaltet. wobei am Spannungsteiler 11 das höhere Potential entnommen werden kann. Der Abgriff des Spannungsteilers 11 ist mit dem Eingang eines Spannungsindikators mit negativem Ausgang verbunden. An dem Abgriff des Spannungsteilers 12 liegen in Reihe geschaltet die Rückkopplungswicklungen 6, 7.
Die vorliegende Ladestromüberwachungs anordnung arbeitet nach dem bekannten Gesetz, dass der aufzu- wendende Magnetisierungsstrom für einen ferromagnetischen Kern von der Höhe der Vormagnetisierung abhängig ist.
Im normalen Betriebsfall fliesst durch den Gleichstromleiter 1 ein derart hoher Strom (Ladestrom), dass der von den Magnetisierungswicklungen 4, 5 abgegebene Maguetisierungsstrom in den Widerständen 11 und 12 einen so hohen Spannungsabfall verursacht, dass der Spannungsindikator 13 anspricht, aber auf Grund seines negierten Ausganges kein Signal an die weiteren Schaltmittel abgibt. Der Magnetisierungsstrom wird durch den Rechteckimpulsgenerator 8 bereitgestellt. Zum Zwecke der Erfassung dieses Magnetisierungsstromes wird dieser einer Gleichrichterbrückenschaltung 9 gleichgerichtet entnommen, nachfolgend geglättet und kann an dem verstellbaren Abnehmer des Spannungsteiler - Wider- standes 11 zur Indikation entnommen werden.
An dem verstellbaren Abnehmer des Widerstandes 12 wird ebenfalls eine von diesem Magneflsierungsstrom abhängige Gleichspannung entnommen, welche mittels der Rückkopplungswicklungen 6, 7 die vormagnetisierende Wirkung des Gleichstromleiters 1 unterstützen. Fällt der Strom im Gleichstromleiter 1 aus, so sinkt der genannte Magnefisierungsstrom auf Grund der fehlenden Vorma gnetisierung ab. Es fällt auch die Spannung am Indikator 13 ab, so dass dieser auf Grund seines negierten Ausganges das Melde- oder Auslösesignal abgibt. Kehrt sich die Stromrichtung im Gleichstromleiter 1 um, so wirken die Rückkopplungswicldungen 6, 7 der Vormagnetisierung des Stromleiters 1 entgegen und verhindern ein Ansteigen des genannten Magnetisierungsstromes auf den Umschaltwert des Indikators 13.
Arrangement for monitoring direct currents, especially for
Charging devices for accumulators
The invention relates to an arrangement for monitoring direct currents, in particular for charging devices for accumulators. It is used for monitoring highly variable direct currents, such as B. occur during charging and discharging of batteries, suitable.
Arrangements for direct current measurement are known in which the induction of an alternating current circuit is influenced by premagnetization and the change occurring in the alternating current circuit is displayed on a measuring device. For this purpose, oppositely directed magnetizations are generated in two separate iron cores by the direct current to be measured, flowing through a direct current measuring loop and by additional alternating or pulsating direct currents. These facilities should work below the saturation range of the iron core.
A known direct current converter circuit using a ferrite core, the hysteresis loop of which has as large a linear area of the steep loop branches as possible, which is connected to an input voltage leading to the direct current to be converted, avoids the disadvantage of the required high spatial expenditure and electrical and magnetic components as well as the long response time. an auxiliary winding carrying a triangular pulse-shaped working current and acting against the excitation of the core by the input winding and an output winding are provided.
However, these known arrangements serve as direct current converters and accordingly differ with regard to their overall structure and function from the monitoring device according to the invention, which is intended to achieve a threshold-like saturation of the magnetic cores in one direction and a delayed increase in magnetization in the other direction after a certain direct current value has been reached .
Monitoring devices are also known in which the current to be monitored causes a change in an interlinked magnetic flux, with a avoidance circuit being connected to the secondary winding of a magnetic core that is excited by the current to be monitored and consists of a material with a sharply bent geometric characteristic and high initial permeability.
This arrangement has the disadvantage that the current to be monitored has to apply the full magnetization energy and, despite the highest demands on the core material, no precise threshold value behavior can be achieved due to the always existing kink grinding.
Furthermore, a circuit is known which also detects direct current limit values in accordance with the known arrangements and only changes its state by connecting differently pre-magnetized cores in the case of certain direct current values to be monitored, the correspondingly pre-magnetized core. This circuit has the aforementioned disadvantages, while it does not bring any advantages.
The invention relates to an arrangement for monitoring direct currents, in particular for charging devices of accumulators, with at least one magnetic core made of ferromagnetic material, which has an input winding through which the direct current to be monitored flows, a magnetizing winding that is connected to the AC voltage input of a rectifier bridge in Graetz circuit From the output of a pulse generator is connected, and a feedback winding which is connected to the DC voltage output of the Graetz rectifier bridge via an adjustable resistor, characterized in that the pulse generator is a square wave generator, that the feedback winding is connected in such a way that its magnetic core Magnetic flux superimposed on that of the direct current conductor in the same direction,
and that a voltage indicator is provided which is dependent on the magnetization current in said magnetization winding and which is designed as a Schmitt trigger.
The purpose of the invention, which relates to an arrangement for monitoring direct currents, in particular for charging devices of accumulators, consists in monitoring z. B. highly variable. Direct currents, as they are z. B. occur when charging and discharging batteries.
The invention makes it possible to create an arrangement for monitoring direct currents, in particular for charging devices for accumulators, which is characterized by a threshold value behavior and a current direction detection as well as by small dimensions and low power requirements. It should take effect when the direct current flow in the conductor to be monitored disappears or assumes an impermissibly low value. Since the continuous charging current can be in the milliampere range, but the discharge current can be several powers of ten higher, a high overload capacity is required in addition to the highest sensitivity.
As a result, it can be achieved that after a certain direct current value has been reached in one direction, the magnetic cores are saturated in the manner of a threshold and in the other direction there is a delayed increase in magnetization.
The invention is to be explained in more detail below using an exemplary embodiment of a charging current monitoring arrangement. The associated drawing shows the circuit arrangement.
Two toroidal cores 2, 3 made of ferromagnetic material are pushed over the direct current conductor 1 to be monitored. The toroidal cores 2, 3 are each provided with a magnetization winding 4, 5 and a feedback winding 6, 7 each. The magnetizing windings 4, 5 are connected in series with one another in such a way that induction effects in them are suppressed by the conductor 1 to be monitored. The free end of the magnetization winding 5 is directly connected to the negative output of the square pulse generator 8; the free end of the magnetization winding 4 is connected to the positive output of the square wave generator 8 via the alternating voltage branch of the rectifier bridge circuit 9.
Smoothing means 10 and two series voltage dividers 11, 12 are connected in parallel with the DC voltage branch. the higher potential can be taken from the voltage divider 11. The tap of the voltage divider 11 is connected to the input of a voltage indicator with a negative output. The feedback windings 6, 7 are connected in series at the tap of the voltage divider 12.
The present charging current monitoring arrangement works according to the known law that the magnetization current to be used for a ferromagnetic core depends on the level of the premagnetization.
In normal operation, such a high current (charging current) flows through the direct current conductor 1 that the magnetizing current emitted by the magnetizing windings 4, 5 causes such a high voltage drop in the resistors 11 and 12 that the voltage indicator 13 responds, but because of its negated output does not emit a signal to the other switching means. The magnetizing current is provided by the square-wave pulse generator 8. For the purpose of detecting this magnetizing current, it is taken from a rectifier bridge circuit 9 in a rectified manner, then smoothed and can be taken from the adjustable pickup of the voltage divider resistor 11 for indication.
At the adjustable consumer of the resistor 12, a direct voltage dependent on this magnetization current is also taken, which by means of the feedback windings 6, 7 support the pre-magnetizing effect of the direct current conductor 1. If the current in the direct current conductor 1 fails, the aforementioned magnification current drops due to the lack of pre-magnetization. The voltage at the indicator 13 also drops so that it emits the message or trigger signal due to its negated output. If the current direction in the direct current conductor 1 is reversed, the feedback coils 6, 7 counteract the premagnetization of the current conductor 1 and prevent the aforementioned magnetization current from increasing to the switchover value of the indicator 13.