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Stromversorgungsanlage mit einem Gleichstromerzeuger und einer Reservebatterie
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsanlage mit einem Gleichstromerzeuger,
der einerseits einen Verbraucher speist und andererseits mit einer als Reserve für
den Gleichstromerzeuger dienenden Batterie mindestens zwecks Pufferung verbunden
und so geregelt ist, daß er unabhängig vom Verbraucherstrom an den Verbraucherklemmen
dauernd eine praktisch konstante Spannung erzeugt.
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Es ist bekannt, zur Speisung von Gleichstromverbrauchern Stromversorgungsanlagen
mit einem Gleichstromerzeuger, z. B. einem netzgespeisten Gleichrichter, zu verwenden,
zu dem eine Reservebatterie parallel geschaltet ist, die bei Ausfall des Gleichstromerzeugers,
also z. B. bei Netzausfall, die Speisung des Verbrauchers übernimmt. Sofern die
Batterie im normalen Betrieb dauernd betriebsbereit, d. h. praktisch voll geladen
sein soll, muß bekanntlich die an der Batterie liegende, vom Gleichstromerzeuger
gelieferte Spannung mindestens zeitweise größer sein als die am Verbraucher liegende
Spannung. Zur Erreichung dieses Zustandes sind Verfahren bekannt, bei denen die
beim Arbeiten des Gleichstromerzeugers vorhandene Differenz zwischen Batteriespannung
und Verbraucherspannung durch den Spannungsabfall an einer vom Verbraucherstrom
durchflossenen Widerstandsvorrichtung erzeugt wird, die in Reihe zum Verbraucher
liegt und beim Ausfall des Gleichstromerzeugers kurzgeschlossen wird. Dabei wird
die konstante Verbraucherspannung dadurch erreicht, daß die direkt an der Batterie
liegende Klemmenspannung des Gleichstromerzeugers konstant gehalten wird und die
genannte Widerstandsvorrichtung unabhängig vom jeweiligen Verbraucherstrom einen
praktisch konstanten Spannungsabfall der gewünschten Größe erzeugt. Bei extremen
Stromwerten kann der Spannungsabfall an der genannten Widerstandsvorrichtung zu
stark vom Sollwert abweichen, so daß man auch schon Schaltungen vorgeschlagen hat,
bei denen sich die Widerstandsvorrichtung stufenweise regeln läßt, um die Differenz
zwischen Batteriespannung und Verbraucherspannung dem jeweiligen Betriebszustand
anzupassen. Eine derartige Regelung bedeutet aber einen Mehraufwand, der die Schaltung
kompliziert und verteuert. Weiter wurde schon vorgeschlagen, die erwähnte Differenzspannung
durch einen zusätzlichen Gleichrichter zu erzeugen. In diesem Fall liegt wiederum
die auf konstanten Wert geregelte Klemmenspannung des Hauptgleichrichters einerseits
an der Batterie und andererseits über den zusätzlichen Gleichrichter am Verbraucher.
Die konstante Verbraucherspannung kommt dadurch zustande, daß auch die Klemmen-Spannung
des zusätzlichen Gleichrichters geregelt ist.
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Wie man erkennt, liegt bei den vorstehend erwähnten, bekannten Schaltungen
die konstant gehaltene Klemmenspannung des Haupt-Gleichstromerzeugers direkt an
der Batterie, aber nur indirekt an dem mit konstanter Spannung zu speisenden Verbraucher.
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Es sind weiter Schaltungen bekannt, bei denen die konstant gehaltene
Klemmenspannung des Gleichstromerzeugers nun direkt am Verbraucher liegt. Bei diesen
Schaltungen wird ein zusätzlicher Gleichrichter benötigt, um die gegenüber der Verbraucherspannung
erhöhte Spannung zu erzeugen, die für die Speisung der Batterie erforderlich ist.
Die beiden Gleichrichter sind dabei selbstverständlich in Serie geschaltet, und
ihr Verbindungspunkt ist mit einer Anzapfung der Batterie verbunden. Bei einer Schaltung
dieser Art speist der Hauptgleichrichter den Verbraucher und in Serienschaltung
mit dem zusätzlichen Gleichrichter die Batterie. Bei einer anderen Schaltung dieser
Art speist jeder Gleichrichter für sich den entsprechenden Batterieteil und der
Hauptgleichrichter zudem noch den Verbraucher. In allen Fällen sind beide Gleichrichter
geregelt. Der Bedarf von zwei Gleichrichtern und einer zusätzlichen Batterieleitung,
die gewöhnlich noch mit Sperrventilen versehen ist, stellt einen ins Gewicht fallenden
Mehraufwand dar.
Es sind aber auch Gleichstromversorgungsanlagen
bekannt, bei denen die am Verbraucher herrschende Spannung als Steuerspannung für
die Spannungsregelung eines Gleichrichters durch vormagnetisierte Drosselspulen
dient. Bei solchen Schaltungen hat man auch schon den Verbraucher und die Batterie
unmittelbar parallel geschaltet, d. h. an die gleiche Spannung gelegt. Bei einer
Abwandlung einer solchen Schaltungsanordnung ist zwischen der Batterie und dem Verbraucher
die Betätigungsspule eines Relais angeordnet, die bewirkt, daß bei abgeschaltetem
Verbraucher eine Wicklung des Magnetverstärkers kurzgeschlossen wird, so daß die
Batterie mit erhöhter Spannung aufgeladen wird. Bei diesen Schaltungen wird jedoch
die Batterie während des Betriebes nicht geladen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Schaltungen
zu vermeiden.
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Die Stromversorgungsanlage gemäß der Erfindung mit einem Gleichstromerzeuger,
der einerseits einen Verbraucher speist und andererseits mit einer als Reserve für
den Gleichstromerzeuger dienenden Batterie mindestens zwecks Pufferung verbunden
und mit Hilfe der am Verbraucher herrschenden Spannung als Steuerspannung so geregelt
ist, daß er unabhängig vom Verbraucherstrom an den Verbraucherklemmen dauernd eine
praktisch konstante Spannung erzeugt, ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
die zwischen Gleichstromerzeuger und Verbraucher bestehende Verbindung einen Widerstand
enthält, der so gewählt ist, daß die Summe der durch den Verbraucherstrom am genannten
Widerstand erzeugten Spannung und der Verbraucherspannung mindestens zeitweise einen
Wert aufweist, der zur Ladungserhaltung der Batterie genügt.
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel und Fig. 2 ein Diagramm,
welches bei der Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 verwendet
wird; Fig. 3 und 4 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
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Die in der Fig. 1 dargestellte Stromversorgungsanlage weist einen
Gleichstromerzeuger 1 auf, der aus einer Wechselstromquelle S gespeist wird. Es
kann sich dabei um einen netzgespeisten Gleichrichter handeln. Der Gleichstromerzeuger
1 ist über den Widerstand 2 mit dem zu speisenden Verbraucher 3 verbunden, der z.
B. aus einer Telefonzentrale besteht. Die Anlage nach Fig. 1 weist ferner eine Batterie
4 auf, die bei Ausfall des Gleichstromerzeugers l als Stromversorgungsreserve dient.
Wie ersichtlich, sind der Gleichstromerzeuger 1 und die Batterie 4 direkt parallel
geschaltet. Neben der Speisung des Verbrauchers 3 besorgt der Gleichstromerzeuger
1 auch die Pufferung der Batterie. Selbstverständlich kann der Gleichstromerzeuger
1 auch für die Starkladung der Batterie 4 verwendet werden, wenn diese teilweise
oder ganz entladen ist. Diese Ladung wird jedoch im vorliegenden Zusammenhang nicht
behandelt. Bei Ausfall des Gleichstromerzeugers wird der Widerstand 2 durch den
Schalter 6 kurzgeschlossen. Der Gleichstromerzeuger 1 ist ferner mit einem Spannungsregler
7 versehen, der von der an den Klemmen des Verbrauchers 3 vorhandenen Spannung gesteuert
wird, wie dies aus der Fig. 1 ersichtlich ist. Die vom Gleichstromerzeuger 1 abgegebene
Spannung wird also stets so geregelt, daß bei Belastungsänderungen und unter Berücksichtigung
des Spannungsabfalles am Widerstand 2 die auf den Verbraucher 3 entfallende Teilspannung
konstant bleibt.
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In der Fig. 2 stellt die Kurve 8 die durch den Gleichstromerzeuger
1 gelieferte Spannung U an der Batterie 4 der Schaltung nach Fig. 1 für einen nach
der Kurve 9 verlaufenden Verbraucherstrom dar. Die Kurve 9 zeigt den Verlauf des
Stromverbrauchs einer Telefonzentrale während einer Zeit von 24 Stunden an. Dabei
ist beispielsweise als Widerstand 2 ein Element verwendet, dessen Spannungsabfall
direkt proportional zum Durchgangsstrom ist. Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist
die durch den Spannungsabfall im Widerstand 2 bewirkte Erhöhung der an der Batterie
liegenden Spannung proportional dem Verbraucherstrom. Der Widerstand 2 nach Fig.
1 ist so bemessen, daß die genannte, während der Tages-und Abendstunden eintretende
Spannungserhöhung genügt, um die volle Betriebskapazität der Batterie dauernd aufrechtzuerhalten.
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Wie man erkennt, stellt die Verwendung des Widerstandes 2 in der Schaltung
nach Fig. 1 in Verbindung mit der Verwendung der Verbraucherspannung als Steuerspannung
für die Regelung des Gleichstromerzeugers 1 eine ebenso einfache wie wirksame Maßnahme
dar, um die Spannung an der Batterie 4 zeitweise so weit zu erhöhen, daß die Batterie
dauernd voll geladen bleibt, wenn sie einmal geladen ist. Die Spannung am Verbraucher
wird direkt geregelt, ohne daß zwei Gleichstromerzeuger benötigt werden, wie dies
bei gewissen der erwähnten bekannten Schaltungen der Fall ist. Auch wird eine stufenweise
Regelung des Widerstandes 2 in keinem Fall nötig sein, um die Konstanz der Verbraucherspannung
zu gewährleisten.
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Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem zwischen
den Speisepunkt 10 des Gleichstromerzeugers und den Minuspol der Batterie 4 ein
Widerstand 11 eingeschaltet ist. Die beiden Widerstände 11 und 2 liegen von der
Batterie 4 aus gesehen unter sich und mit dem Verbraucher 3 in Serie und werden
bei Ausfall des Gleichstromerzeugers 1 beide zusammen durch den Schalter 6 überbrückt.
Der Widerstand 11 dient dem folgenden Zweck: Wenn in der Schaltung nach Fig. 1 der
Strom des Verbrauchers 3 plötzlich stark zunimmt, so hat der Gleichstromerzeuger
1 das Bestreben, möglichst rasch seine Klemmenspannung zu erhöhen, um den durch
die Stromzunahme erhöhten Spannungsabfall im Widerstand zu kompensieren. Auch wenn
die automatisch erhöhte Klemmenspannung des Gleichstromerzeugers 1 eine Erhöhung
des von der Batterie 4 aufgenommenen Stromes zur Folge hat, so dauert es je nach
dem Batteriezustand und der Leistungsfähigkeit des Gleichstromerzeugers eine gewisse
Zeit, bis die notwendige Spannungserhöhung eintritt. Dies bedeutet aber eine Verzögerung
der Spannungsregelung. Um dieser Verzögerung entgegenzuwirken, ist in der Schaltung
nach Fig. 3 der Widerstand 11 vorgesehen.
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Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das sich von der
Fig. 3 nur insofern unterscheidet, als zum Widerstand 11 ein Gleichrichterventil
12 parallel geschaltet ist. Dieses ist so gepolt, daß es für von der Batterie 4
zum Verbraucher fließenden Strom
durchlässig ist. Dadurch wird erreicht,
daß bei einem raschen Ansteigen des Spannungsabfalles am Widerstand 2 infolge einer
plötzlichen, großen Änderung des Verbraucherstromes die Batterie 4 sofort Strom
an den Verbraucher 3 abgeben kann, und zwar so lange, bis der Gleichstromerzeuger
1 seine Spannung nachgeregelt hat.
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Es ist denkbar und sogar wahrscheinlich, daß bei einer praktisch ausgeführten
Anlage der hier beschriebenen Art ein Ausbau nötig wird, wenn durch eine Erweiterung
des Verbrauchers dessen Stromverbrauch die Kapazität des Gleichstromerzeugers übersteigt.
In einem solchen Fall können je nach dem Strombedarf ein oder mehrere weitere Gleichstromerzeuger
vorgesehen werden, die je nach dem augenblicklichen Strombedarf automatisch zu-
oder abgeschaltet werden. Solche weiteren Gleichstromerzeuger können dabei direkt
parallel zu den Verbraucherklemmen geschaltet werden, so daß der von diesen gelieferte
Strom den Widerstand 2 nicht durchfließt und somit nur der vom Gleichstromerzeuger
1 an den Verbraucher 3 abgegebene Strom im Widerstand 2 einen Verlust erzeugt.