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Stromversorgungsgerät zur unterbrechungsfreien Speisung eines Verbrauchers
mit konstanter Gleichspannung Verstärkereinrichtungen der Nachrichtentechnik benötigen
zu ihrem einwandfreien Betrieb konstante Gleichspannungen. Diese müssen sowohl bei
vorhandener Netzspannung als auch bei deren Ausfall in konstanter Höhe aufrechterhalten
bleiben. Es ist bekannt, die Verbraucher bei Netzausfall durch eine Batterie geeigneter
Zellenzahl zu versorgen. Insbesondere bei Geriiten der Nachrichtentechnik besteht
die Aufgabe, auch die Batterieladung unter gleichzeitiger Erhaltung der Bereitschaft
zur Weiterversorgung bei gegebenenfalls auftretendem Netzausfall durchzuführen.
Speisequelle und Verbraucher sollen möglichst dauernd galvanisch miteinander verbunden
bleiben. Umschaltungen od. dgl. müssen also in kürzester Zeit vorgenommen werden,
damit keine echte Unterbrechung des Energieflusses eintritt. Unter der Voraussetzung,
daß der Verbraucher konstante Spannung erhalten soll, sind Zusatzeinrichtungen notwendig,
um die bei der Batterieladung und - entladung auftretenden Spannungsdifferenzen
auszugleichen. Es ist ein Stromversorgungsgerät bekanntgeworden, bei dem der Hauptgleichrichter
bei vorhandenem Speisenetz und geladener Batterie den Verbraucherstrom und den Batterieerhaltungsstrom
liefert und bei wiedergekehrtem Speisenetz (und entladener Batterie) zur Speisung
des Hauptgleichrichters so viel Gleichspannung zusetzt, daß die Batterie ganz geladen
wird.
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Ferner sind Lösungen bekanntgeworden, Maschinenumformer zu verwenden.
Zum Beispiel kann man zwischen Batterie und Verbraucher den Anker einer Gleichstrommaschine
schalten und die Maschine so erregen, daß der Verbraucher konstante Spannung erhält.
Da die Stromrichtung im Maschinenanker je nach der Erregung umgekehrt werden kann,
ist es möglich, sowohl Ladebetrieb sowie Entladebetrieb bei konstanter Verbraucherspannung
durchzuführen. Die Verwendung einer Maschine für diesen Zweck hat jedoch den Nachteil
schlechten Wirkungsgrades und schwieriger Regelverhältnisse durch die Remanenz.
Die Hochlaufzeit des Umformers wirkt sich außerdem für den angeschlossenen Verbraucher
als Stromlücke oder Spannungsabsenkung aus.
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Die Erfindun(7 geht einen anderen Weg. Sie vermeidet es, die Zu- und
Gegenschaltung einer Ausgleichsspannung in einem einzigen Aggregat vorzunehmen.
Die Erfindung sieht einen Vorteil darin, für jede Teilaufgabe die technisch vorteilhafteste
Lösung vorzusehen. So wird die Batterieladung in bekannter` Weise einem magnetisch
geregelten Zusatzgleichrichter zugewiesen, der die Ladekennlinie mit Hilfe magnetischer
Mittel durchfährt. Die Hinzufügung einer Spannung zur Entladespannung der Batterie
wird einem Gleichspannungswandler übertragen. Gegenüber einem Maschinenumformer
besitzt der Gleichspannungswandler einen wesentlich höheren Wirkungsgrad. Die kurze
Hochlaufzeit von weniger als 100 ms erlaubt es, eine Zusatzspannung bereitzustellen,
noch ehe die Batteriespannung bei der Entladung abgesunken ist. Diese Vorteile werden
ergänzt durch die feinstufige Reguliermöglichkeit, die mit einer Maschine wegen
des Remanenzeinflusses nicht zu erreichen ist.
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Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungsgerät zur unterbrechungsfreien
Speisung eines Verbrauchers mit konstanter Gleichspannung bei vorhandener und ausgefallener
Spannung des Wechselstromspeisenetzes, mit Batterieladung bei gleichzeitiger Verbraucherspeisung,
mit Haupt- und Zusatzladegleichrichter sowie Zusatzspannung bei alleiniger Batteriespeisung.
Das Kennzeichen besteht darin, daß bei Netzausfall zur Entladespannung der Batterie
eine über einen aus Wechselrichter und Gleichrichter bestehenden Gleichspannungswandler
erzeugte Gleichspannung im Sinne der Einregelung einer konstanten Verbraucherspannung
hinzugefügt wird. Dadurch, daß die vom Wechselrichter gelieferte Spannung mittels
einer Regeleinrichtung konstant gehalten wird, kann die vom Gleichspannungswandler
gelieferte Zusatzspannung den Erfordernissen des Verbrauchers genau angepaßt werden,
was bei Verwendung eines Maschinenumformers nicht so einfach zu verwirklichen wäre.
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Die Wirkungsweise der Schaltung wird an Hand der Figur erläutert.
Es besteht eine Pufferschaltung
zwischen der Batterie 1, dem magnetisch
geregelten Netz- oder Hauptgleichrichter 2, der Siebkette 3,
deren
geladene Kondensatoren während der Umschaltung die Energielieferung an den Verbraucher
sicherstellen, und dem Verbraucher 4, sofern das Schütz 5 den Kontakt 51
und das Schütz 6 den Kontakt 61 geschlossen haben. Der Hauptgleichrichter
2 hält in bekannter Weise mit Hilfe des magnetischen Reglers 15
oder
von Hand seine Ausgangsspannung auf einen Wert, der einer Spannung von 2,2 V je
Zelle der zugehörigen Batterie entspricht.
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Die Zellenzahl der Batterie wird so bestimmt, daß bei 2,2 V je Zelle
die gewünschte Verbraucherspannung gehalten wird. Der Hauptgleichrichter
2 liefert, solange die Netzspannung vorhanden ist, den vollen Verbraucherstrom
und den Ladungserhaltungsstrom für die Batterie 1. Fällt das Netz aus, so
wird der Gleichrichter 2 stromlos, und die Batteriespannung 1 steht über die geschlossenen
Schützkontakte 51 und 61 am Verbraucher 4 an. Das Netzüberwachungsschütz
7 fällt bei Netzausfall ab, schließt seine beiden Kontakte 71 und
72 und bringt den Gleichspannungswandler 8 bis 11 zum Anlauf.
Nach dem Hochlauf, der in weniger als 100 ms erfolgt ist, öffnet Schütz 5 den Kontakt
51 und führt so die Zusatzspannung in den Verbraucherkreis ein. Über die
Regeleinrichtung 10 des Gleichspannungswandlers wird die Spannung am Verbraucher
4 abgefühlt und konstant gehalten.
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Bei Netzwiederkehr schaltet sich der Hauptgleichrichter 2 über Schütz
12 wieder zu. Schütz 7 zieht an und schaltet damit den Gleichspannungswandler
8
bis 11 ab. Daher schließt das Schütz 5 und stellt die unmittelbare
Verbindung zwischen Hauptgleichrichter 2 und Verbraucher wieder her. Bei
diesen Schaltvorgängen auftretende Spannungsspitzen oder -senken werden von der
Siebkette 3 aufgenommen. Das Parallelschatten des Hauptgleichrichters über den zunächst
noch geschlossenen Schützkontakt 61
mit der mehr oder minder entladenen Batterie
löst einen Ladestromstoß aus. Dieser Ladestrom durchfließt das stromabhängige Schütz
6 und bewirkt das Öffnen des Kontaktes 61 und, sofern vorhanden, das Schließen
des Kontaktes 14. Bei wiederkehrender Netzspannung sind somit die Sehützkontakte
61, 71
und 72 geöffnet, und die Überbrückung des Lade-oder Zusatzgleichrichters
13 ist aufgehoben. Nunmehr in den Ladestromkreis eingeschleift, kann der
vorzugsweise magnetisch über den Magnetregler 16 geregelte Ladegleichrichter
13 in bekannter Weise die Ladekenalinie bis 2,4 V je Zelle durchfahren. Durch
strombegrenzende Mittel wird verhindert, daß eine bestimmte Ladestromstärke überschritten
wird. Ist die Batterie vollgeladen, so geht der Ladestrom stark zurück und unterschreitet
schließlich den Haltestrom des stromabhängigen Schützes 6. Schütz 6 bzw. eine entsprechende
Schützkombination kommt zum Abfall und bewirkt die Überbrückung des Ladegleichrichters
13 durch Schließen des Kontaktes 61.
Durch Eingriffe in die magnetische
Steuerung, beispielsweise über einen Hilfskontakt an Schütz 6, oder durch
Öffnen des Schalters 14 wird verhindert, daß der Ladegleichrichter 13 in
den über Kontakt 61 gebildeten Kurzschlußkreis einspeist. Es ist nicht erforderlich,
daß der Ladegleichrichter erst abgeschaltet wird, wenn die Batterie ganz vollgeladen
ist. Was der Batterie nach der Überbrückung des Ladegleichrichters 13 noch
an Ladung fehlt, wird vom Hauptgleichrichter 2, der eine Spannung von 2,2
V je Zelle abgibt, aufgebracht. Würde man sich mit den sehr langen Ladezeiten, die
sich bei 2,2 V je Zelle ergeben, zufriedengeben, könnte man auf den Ladegleichrichter
überhaupt verzichten.
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Befindet sich das Stromversorgungsgerät im Zustand der Batterieladung,
also mit zugeschaltetem Ladegleichrichter 13, so sind die Schützkontakte
61,
71 und 72 geöffnet. Tritt jetzt ein Netzausfall ein, fallen
Schütz 6 und 7 ab, und die Kontakte 61 und 71 überbrücken den Ladegleichrichter
13. Erst mit der Überbrückung des Ladegleichrichters 13 hat die Batterie
1 die Möglichkeit, den Verbraucher 4 zu speisen. Damit auch in diesem
Fall die unterbrechungslose Speisung des Verbrauchers 4 gewährleistet ist,
werden die Kondensatoren der Siebkette 3 jedoch so ausgelegt, daß während der sehr
kurzen Abfallzeit der Schütze 6 und 7 die Verbraucherspannung in den gewünschten
Grenzen bleibt.
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Der Oberwellengehalt darf bei Geräten der Nachrichtentechnik bestimmte
Höchstwerte nicht Überschreiten. Sowohl der Gleichrichter 2 wie der Gleichspannungswandler
8 bis 11 geben oberwellenbehaftete Ströme ab. Bei Anwendung des Erfindungsgedankens
kommt man mit einer Siebkette aus.