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Gleichrichterschaltung, insbesondere mit Trockengleichrichter zur
Konstanthaltung der Spannung einer am Verbraucher-Netz liegenden Batterie Bei Pufferschaltungen
mit Gleichrichteranordnungen, insbesondere mit Trockengleichrichtern, die auf den
Verbraucher und die Batterie arbeiten, wird die Gleichrichteranordnung zweckmäßig
für die Deckung des gesamten Energiebedarfes des Verbrauchers und des Ladeerhaltungsstromes
der Batterie bemessen. Mit Rücksicht auf eine große Lebensdauer der Batterie muß
deren Spannung bei diesem Pufferbetrieb um den Mittelwert von 2,2 Volt pro Zelle
in engen Grenzen konstant gehalten werden. War die Batterie stark auf Ladung beansprucht,
so muß sie also alsbald wieder aufgeladen werden. Hierbei steigt die Batteriespannung
von 2,0 auf 2,4 Volt pro Zelle an.
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War die Batterie aber durch einen Ausfall der Gleichrichteranordnung
durch das Ausbleiben der Netzspannung über einen längeren Zeitraum zur alleinigen
Deckung des elektrischen Energiebedarfes des Verbrauchers in Anspruch genommen,
so sinkt die Batterieklemmenspannung gegebenenfalls bis auf Werte unterhalb von
2 Volt pro Zelle ab. Bei Wiederkehr der Netzspannung für die Gleichrichteranordnung
ist es daher für den obenerwähnten günstigen Betrieb der Batterie erwünscht, daß
sie hinsichtlich ihrer Kapazität möglichst schnell in ihren früheren Betriebszustand
zurückgeführt wird, und zwar bei gleichzeitiger Speisung des Verbrauchers.
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Diese Aufgabe läßt sich bei einer Gleichrichteranordnung, an welcher
für die Konstanthaltung der Spannung der Batterie unabhängig von Netzschwankungen
und Belastungsschwankungen mit magnetischen Regeldrosseln gearbeitet wird, erfindungsgemäß
dadurch erreichen, daß bei einer Bemessung der Gleichrichteranordnung für die Deckung
der vollen Verbraucherspeisung und etwa vollen Ladeleistung für die Aufladung der
Batterie zur Ladung derselben die Vergleichsspannung der Anordnung erhöht, dieser
Spannung aber gleichzeitig eine belastungsabhängige Steuerspannung entgegengeschaltet
wird zur Regelung des Ladeverlaufes der Batterie.
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In dem Schaubild nach Fig. 1 ist auf der Abszissenachse der von der
Gleichrichteranlage gelieferte Gleichstrom in Prozent des Puffernennstromes aufgetragen,
auf der Ordinatenachse die Gleichspannung der Batterie je Zelle. Normal arbeitet
die Anordnung bei Pufferbetrieb mit etwa 2,2 Volt pro Zelle. War die Speisung der
Gleichrichteranordnung durch Ausfall des Netzes ausgeblieben, so daß die Batterie
die ganze Energie für den Verbraucher liefern mußte, so wird mit Wiederkehr der
Netzspannung die Einrichtung mit einer solchen Vergleichsspannung eingeschaltet,
daß sie die Batterie wieder bis zur vollen Ladespannung aufladen kann, also bis
auf 2,4 Volt. Da die EMK der Batterie nur allmählich ansteigt, darf sich die volle
Erhöhung des Vergleichsspannungswertes nicht unmittelbar auf die Regeleinrichtung
auswirken, sondern es muß mit einer Ladung der Batterie entsprechend 2,0 Volt pro
Zelle begonnen werden, d. h. entsprechend dem Punkt _d des Schaubildes nach Fig.
1, wenn die Anordnung für 200o/oige Energielieferung, bezogen auf die Pufferleistung,
bemessen ist.
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Diese Lösung wird erreicht durch die erfindungsgemäß benutzte belastungsabhängige
Gegenspannung zu der Vergleichsspannung mit dem Werte U9 nach dem Schaubild.
Mit wachsender EMK der Batterie muß diese Gegenspannung von ihrem Wert AB in Fig.
1 reduziert werden, wobei dann die Ladespannung je Zelle entsprechend ansteigt.
Es wird also bei Anwendung der Erfindung eine Ladekennlinie z. B. gemäß dem Linienzug
A-C entstehen.
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Die Erzeugung bzw. Ableitung der angeführten Steuerspannung bzw. Gegenspannung
zur Vergleichsspannung in Form einer Gleichspannung kann dabei vorzugsweise von
einer mittelbaren oder unmittelbaren sekundärseitigen Gegeneinanderschaltung zweier
im Belastungsstromkreis in Reihe liegender Stromtransformatoren stattfinden, von
denen der eine gesättigt, der andere aber ein Luftspalttransformator ist. Die Wirkung
einer solchen Anordnung sei grundsätzlich erläutert an Hand der Fig, 2. An der Luftspaltdrossel
entsteht eine mit dem Belastungsstrom linear ansteigende Spannung gemäß der Kennlinie
a. In dem gesättigten Stromtransformator entsteht eine in ihrem Verlaufe mit der
Magnetisierungskennlinie identische Kennlinie b für die Spannungsabhängigkeit
vom
Belastungsstrom. Aus dem Zusammenwirken der gesättigten Drossel und der Luftspaltdrossel
läßt sich dann eine Kennlinie gemäß der gestrichelt eingetragenen Kurve c für die
Wechselspannung gewinnen, die unmittelbar als proportional der aus ihr ableitbaren
Gleichspannung Up angenommen werden kann. Nach dem Schaubild fällt die Kennlinie
bis zu einem bestimmten Stromwert praktisch mit der Abszissenachse zusammen, d.
h., bis zu diesem Belastungsstrom ist die Steuerspannung, die als Gegenspannung
zur Vergleichsspannung wirken soll, Null. Über diesen Stromwert hinaus jedoch steigt
die Kennlinie dieser Steuerspannung an. Je höher also der Belastungsstrom ist, desto
größer ist sinngemäß der Wert dieser Steuerspannung als Gegenspannung zur Vergleichsspannung,
nach welcher die Gleichrichteranordnung an ihren Ausgangsklemmen eingeregelt wird.
Der eingetragene Wert T entspricht dem Stromwert für die Gleichrichteranordnung,
wenn die Batterie mit 100'% aufgeladen werden muß, die Einrichtung also z. B. mit
einem Stromwert von 2000/0, bezogen auf den bei Puffernennlast gelieferten, arbeitet.
Mit zunehmender Batterie-EMK sinkt der Wert des Belastungsstromes ab, und es wird
die Ladekennlinie von A nach C durchlaufen durch die nach Fig. 2 dabei abnehmende
Steuerspannung für die Vergleichsspannung. Ist die Aufladung der Batterie mit 2,-1
Volt pro Zelle bei Belastung der Gleichrichteranordnung mit Puffernennstrom erreicht,
so ist die Gegenspannung bzw. Steuerspannung Ug Null geworden, und es wird zweckmäßig
erfindungsgemäß die Einrichtung selbsttätig wieder auf Pufferbetrieb umgeschaltet,
indem die Vergleichsspannung der Anordnung auf den entsprechenden Wert von 2,2 Volt
Batteriespannung je Zelle umgeschaltet wird.
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Die Fig.3 veranschaulicht beispielsweise eine Gleichrichteranordnung
unter Anwendung der Erfindung. Am Wechselstromnetz liegt über eine magnetische Regeldrosselanordnung
1 der Speisetransformator2. Dieser speist über ein Gleichrichtersystem3 an den Ausgangsklemmen
4 und 5 der Anordnung einen Verbraucher und eine Batterie. Am Wechselstromnetz liegt
ferner die Anordnung 6 für die Lieferung der konstanten Vergleichsspannung am Widerstand
7. Diese an 7 benutzte Vergleichsspannung im Zusammenwirken finit der Batteriespannung
an' den Klemmen 4 und 5 ist bestimmend für die Steuerung der Vormagnetisierung an
der Regeldrossel 1 zur Konstanthaltung der Spannung an diesen Ausgangsklemmen der
Gleichrichteranordnung unabhängig von Netzspannungsschwankungen und Belastungsschwankungen
der Anordnung. In der Speiseleitung zwischen Gleichrichtersystern 3 und Transformator
1 liegen noch in Reihe die beiden Strorntransforniatoren 8 und 9. Sie sind sekundärseitig
gegeneinandergeschaltet und speisen das Gleichrichtersystein 10, an dessen Klemmen
der Belastungswiderstand 11 liegt.
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Dieser Widerstand 11 liegt aber in dein Stromkreis über die Vormagnetisierungswicklung
1 a der magnetischen Regeldrossel 1 in Reihe mit dem am Widerstand 7 benutzten Widerstandsteil
für die Lieferung der konstanten Vergleichsspannung und der Spannung an den Ausgangsklemmen
4 und 5, über welche die Batterie angeschlossen ist. Der Widerstand 11 liefert eine
Gleichspannung, die der am Widerstand 7 gelieferten Vergleichsspannung der Anordnung
entgegengesetzt gerichtet ist. Am Widerstand 7 sind zwei Abgriffe a und
b vorgesehen, welche bis zur Endklemme c den jeweils in dem Steuerkreis der
Vormagnetisierungswicklung wirksamen Spannungswert liefern. Beide Abgriffe des Widerstandes
sind über je eine Leitung mit den beiden ruhenden Kontakten 12a und 12b des Relais
12 verbunden, dessen Wicklung 12 c an den Ausgangsklemmen 4, 5 der Anordnung liegt.
Bei normalem Pufferbetrieb der Anordnung liegt der Kontaktanker 12d gegen den linken
Kontakt 12a, und es liefert der Widerstand 7 zwischen c und a den Vergleichsspannungswert,
z. B. 2,2 Volt pro Zelle. War die Netzspannung ausgefallen, so daß die Batterie
die Speisung des Verbrauchers decken mußte, so ist inzwischen die Anordnung vom
Kontakt 12a auf 12b an 12 umgeschaltet und damit der höhere Vergleichsspannungswert
zwischen b und c am Widerstand 7 eingeschaltet worden, d. h. bis zu 2,-1 Volt je
Zelle Ladespannung der Batterie. Wird aber das Netz eingeschaltet, so liefert durch
den höheren Strom, welcher durch die Anordnung fließt, auch der Widerstand 11 eine
entsprechende hohe Gegenspannung zur Vergleichsspannung, und die Drossel 1 regelt
auf einen dem Spannungswert von 2.0 Volt je Batteriezelle entsprechenden Ladestrom
ein, wobei die Ladung dann entsprechend der bereits nach Fig. 1 erläuterten Kennlinie
von A nach C verläuft.
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Mit Erreichen der Spannung von 2,4 Volt je Zelle an der Batterie spricht
das Relais 12 derart an, daß es auf den Kontakt a. umgeschaltet wird und damit der
Vergleichsspannungswert am Widerstand 7 auf den Betrag zwischen den Klemmen c und
a entsprechend Pufferbetrieb, d. h. für 2,2 Volt je Zelle.
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Steigt jetzt die Belastung der Gleichrichteranordnung stark an, so
ist auch in diesem Zustand der Widerstand 11 mit seiner Spannung wirksam und drückt
die Vergleichsspannung gemäß der gestrichelt eingetragenen Kemilinie in Fig. 1 für
einen Ausgangswert entsprechend 2,0 -\'olt je Zelle an den Ausgangskleminen 4 und
5 herab, so daß die Batterie mit der Energielieferung beginnen inuß und die Gleichrichteranordnung
als solche gegen eine zu starke Belastung bzw. Überlastung auf diese Weise geschützt
wird. Die Steuerspannungseinrichtung wirkt also während des Pufferbetriebes der
Anlage als schützende Lastbegrenzungseinrichtung für die Gleichrichteranordnung.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist sinngemäß sowohl bei einphasig
als auch bei mehrphasig mit 1Vecliselstroin gespeisten Gleichrichteranordnungeii
anwendbar.