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Stromversorgungsgerät Für verschiedene Verwendungszwecke, bei denen
ein Verbraucher mit Gleichstrom gespeist wird, eine Stromunterbrechung aber nach
Möglichkeit vermieden werden soll, sind Stromversorgungsgeräte bekannt, bei denen
der Verbraucher aus dem Wechselstromnetz über Gleichrichter gespeist wird, wobei
außerdem noch eine Batterie vorgesehen ist, aus der die Speisung des Verbrauchers
bei Netzausfall erfolgen kann. Derartige Anordnungen sind unter anderem in der Form
bekanntgeworden, daß neben dem Hauptgleichrichter, der den Verbraucher im normalen
Betrieb unmittelbar speist, noch ein Zusatzgleichrichter für die Aufladung vorgesehen
ist sowie die Batterie beispielsweise mit Hilfe einer Anzapfung in zwei Teile unterteilt
ist, wobei die Anzapfung mit dem Verbraucher über ein Sperrventil verbunden ist.
Bei Netzausfall wird nach einer kurzen Übergangszeit, in der eine Aufrechterhaltung
der Speisung über das Sperrventil gewährleistet ist, die gesamte Batterie an den
Verbraucher gelegt. Die Ladung der Batterie erfolgt dann sowohl bei Wiederaufladung
wie bei Erhaltungsladung durch die hintereinandergeschalteten Haupt-und Zusatzgleichrichter.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromversorgungsgerät ähnlicher
Art, bei dem neben einem netzgespeisten Hauptgleichrichter und einem gleichfalls
netzgespeisten Zusatzgleichrichter eine Reservebatterie vorgesehen ist, wobei jedoch
erfindungsgemäß die Batterie aus einer Stammbatterie besteht, deren Zellenzahl so
gewählt ist, daß die Klemmenspannung bei Erhaltungsladung der vom Verbraucher geforderten
Spannung entspricht und außerdem aus einer Zusatzbatterie, wobei die beiden Batterieteile
bei Netzausfall die Speisung des Verbrauchers in Reihenschaltung übernehmen, jedoch
weiter bei Erhaltungsladung einerseits die Stammbatterie ausschließlich durch den
Hauptgleichrichter, die Zusatzbatterie hingegen ausschließlich durch den Zusatzgleichrichter
gespeist wird, während die Wiederaufladung nach Abtrennung der Stammbatterie vom
Verbraucher, der seinerseits jetzt wieder vom Hauptgleichrichter gespeist wird,
dadurch erfolgt, daß die beiden in Reihe geschalteten Batterieteile durch die beiden
in Reihe geschalteten Gleichrichter gespeist werden.
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Auf diese Weise wird es ermöglicht, die Klemmenspannung des Hauptteiles
der Batterie gleich der am Verbraucher verlangten Spannung zu wählen, so daß bei
Belastungsstößen der Verbraucher ohne Spannungsabsenkung einen entsprechenden Leistungsanteil
aus der Batterie - die hierbei als Pufferbatterie wirkt - entnehmen kann. Es wird
also hierbei unter Gewährleistung einer hohen Betriebs-Sicherheit auch eine unerwünschte
Spannungsabsenkung bei plötzlichen Belastungsstößen vermieden, was insbesondere
für die Speisung empfindlicher Verbraucher einen erheblichen Vorteil bedeutet.
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Bei Netzbetrieb ist der erste Teil der Notstrombatterie, d. h. die
Stammbatterie, mit einem Pol des Verbrauchers über ein elektrisches Ventil solcher
Polung verbunden, das bei Netzspeisung in Sperrrichtung beansprucht ist, über das
jedoch beim Ausfall des Netzes die Speisung des Verbrauchers aus der Batterie ohne
Unterbrechung erfolgen kann. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform erhält man,
wenn der Zusatzgleichrichter über einen Transformator gespeist wird, der zwei Anzapfungen
aufweist, von denen die eine der Erhaltungsladung, die andere der Wiederaufladung
dient, an die der Zusatzgleichrichter in Abhängigkeit von der Spannung der Gesamtbatterie
wechselweise angeschlossen wird. Es empfiehlt sich, zwischen den Anzapfungen des
Transformators und den Anschlußstellen des Zusatzgleichrichters je einen besonderen
Abgleichwiderstand anzuordnen. Die Verbindung bzw. Abtrennung zwischen Stammbatterie
und Verbraucher wird zweckmäßig mit Hilfe eines Schalters vorgenommen, der in Abhängigkeit
von der Batteriespannung mit Hilfe eines spannungsabhängigen Relais gesteuert wird.
Das Relais wird hierbei zweckmäßig so ausgeführt, daß seine Abfallspannung unterhalb
der Spannung der Batterie bei Erhaltungsladung, seine Ansprechspannung jedoch an
der oberen Ladespannungsgrenze der Batterie liegt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand von
einem Schaltbild und einem Verbindungsschema erläutert.
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In. Fig. 1 bezeichnet 1 ein dreiphasiges Wechselstromnetz. An dieses
ist über die Leitungen 2 der Hauptgleichrichter 3 und über die Leitungen 4 der
Zusatzgleichrichters
angeschlossen. Der Hauptgleichrichter 3 hat an seinen Ausgangsklemmen 3 a und 3
b und der Zusatzgleichrichter an seinen Ausgangsklemmen 5a und 5 b die eingetragenen
Polaritäten und (-). Der Hauptgleichrichter 3 speist über die Leitungen 6 und 7
den Verbraucher B. 9 bezeichnet die Notstrombatterie. Sie besteht aus den beiden
Teilbatterien 9a und 9b. Die Batterie 9 hat die Endanschlußklemmen 9 c und 9 d.
Die beiden Teilbatterien 9 a und 9 b sind über die Anschlußklemme 9 e miteinander
verbunden bzw. in Reihe geschaltet. Eine Anzapfung 9 f des Batterieteiles 9 a und
der Klemme 5 b ist über das elektrische Ventil 10 mit der zweiten Anschlußklemme
8 b des Verbrauchers 8 verbunden. An diese Anschlußklemme 8 b ist auch der Hauptgleichrichter
3 über die Leitung 7 angeschlossen. In der Verbindungsleitung 11 von der Leitung
7 bzw. der negativen Anschlußklemme 3 b des Hauptgleichrichters 3 zur ungleichnamigen,
also positiven Anschlußklemme 5 a des Zusatzgleichrichters 5 liegt der Schalter
12. In der Verbindungsleitung 13 zwischen Anschlußklemme 5 a des Zusatzgleichrichters
5 und der gemeinsamen Anschlußklemme 9e der beiden Batterieteile 9 a und 9 b liegt
der Schalter 14. Die Minusklemme 5 b des Zusatzgleichrichters 5 ist über
die Leitung 15 mit dem zweiten bzw. Minuspol 9 d des zweiten Batterieteiles 9 b
verbunden. Eine Leitung 16, welche den Schalter 17 enthält, verbindet den zweiten
Pol 8 b des Verbrauchers 8 mit der Verbindungsleitung 15 und damit mit dem Minuspolarität
aufweisenden Ende 9 d der gesamten Batterie 9 bzw. der Teilbatterie 9 b. Der Zusatzgleichrichter
5 enthält ein Relais 18, welches nur schematisch angedeutet ist, mit den beiden
Schaltorganen 18 a und 18 b. Dieses Relais 18 steuert über die mechanisch
gekuppelten Schalter 18 a und 18 b gemäß den eingetragenen Wirkungslinien
die Stellungen der zwei Schalter 19 und 20 im Zusatzgleichrichter 5. Damit in der
Schaltungsanordnung keine Fehlschaltungen entstehen können, wird vorzugsweise die
Schaltungsanordnung derart getroffen, daß eine wechselseitige Verriegelung zwischen
dem Schalter 14 und dem Schalter 20 sowie eine solche zwischen den Schaltern 12
und 17 besteht. Es ist demzufolge nicht möglich, die Schalter 12 und 17 gleichzeitig
einzulegen, und sinngemäß auch nur möglich, den Schalter 14 einzulegen, wenn der
Schalter 20 eingelegt ist. Die Schaltungsanordnung arbeitet beispielsweise derart,
daß, wenn der Schalter 20 eingelegt wird, abhängig von dem Einlegen dieses Schalters
der Schalter 14 eingelegt wird. Öffnet der Schalter 20, so fällt sinngemäß gleichzeitig
der Schalter 14 heraus. Die Schaltabhängigkeit zwischen den Schaltern 17 und 12
wirkt derart, daß beim Öffnen des Schalters 17 zwangläufig der Schalter
12 eingelegt wird und beim Schließen des Schalters 17 zwangläufig der Schalter
12 geöffnet wird. Der Zusatzgleichrichter 5 enthält einen Transformator 21 mit der
Primärwicklung 22 und der Sekundärwicklung 23. Der Schalter 19 ist über einen Reihenwiderstand
24 an das Ende der Sekundärwicklung 23, der Schalter 20 über einen Reihenwiderstand
25 an eine Anzapfung 23 a der Sekundärwicklung 23 angeschlossen. Die Widerstände
24 und 25 dienen zur Beeinflussung der jeweiligen Ladestromkennlinie in der Weise,
daß der größte Anfangsladestrom begrenzt wird. Ist die volle Sekundärwicklung 23
des Transformators 21 eingeschaltet, so besteht ein kleineres Übersetzungsverhältnis
zwischen der primären und sekundären Windungszahl des Transformators, als wenn die
durch die Anzapfung 23a bestimmte Windungszahl sekundärseitig eingeschaltet
ist. Ist daher der Schalter 19 eingeschaltet, so liefert der Transformator 21 sekundärseitig
bzw. der Zusatzgleichrichter 5 an seinen Ausgangsklemmen 5 a, 5 b eine höhere
Spannung als bei eingeschaltetem Schalter 20. Das genannte Relais 18 liegt über
die Leitungen 18 c und 18 d an der Spannung an den Enden der Batterie 9, also der
Reihenschaltung der beiden Teilbatterien 9 a und 9b. Hat die Batterie 9 einen
normalen Ladezustand bei Betrieb der Einrichtung vom Wechselstromnetz, so werden
ihre beiden Teile 9 a und 9 b in Erhaltungsladung betrieben, indem die beiden Schalter
12 und 14' geschlossen sind. Der Hauptgleichrichter3 arbeitet dann außer auf den
Verbraucher 8 auf den Batterieteil 9 a, und der Zusatzgleiehrichter 5 arbeitet auf
den Batterieteil 9 b, wobei sich die Schalter 18 a und 20 am eingeschalteten
Relais bzw. im Zusatzgleichrichter 5 in der Einschaltstellung befinden. Das elektrische
Ventil 10 ist dabei durch die am Verbraucher 8 bestehende Spannung in seiner Sperrichtung
beansprucht. Der Schalter 17 ist geöffnet.
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Fällt das Wechselstromnetz 1 aus, so wird der Verbraucher 8 ohne Unterbrechung
zunächst weiter von dem zwischen den Klemmen 9 c und 9 fliegenden Teil der Teilbatterie
9 a über das Ventil 10 in dessen Flußrichtung gespeist, bis abhängig von dem Fortfallen
der Netzspannung der Schalter 17 eingelegt und damit der zweite Pol 8 b des Verbrauchers
mit dem Minuspol 9 d der Reihenschaltung der beiden Batterieteile 9 a und 9 b bzw.
der gesamten Batterie 9 verbunden worden ist. Sinkt die Spannung an den Endklemmen
9 c und 9 d der Batterie 9 unter den niedrigsten zulässigen Wert ab, so führt das
messende Relais 18 durch sein Abfallen eine Umschaltung herbei, derzufolge die gesamte
Batterie 9 nach Rückkehr der Netzspannung wieder aufgeladen werden kann, indem die
Schalter 18 a und 20 geöffnet, die Schalter 18 b und 1:9 geschlossen,
Schalter 14 geöffnet und Schalter 12 geschlossen werden. In dieser Stellung der
verschiedenen genannten Schalter sind der Hauptgleichrichter 3 und der Zusatzgleichrichter
5 elektrisch in Reihe geschaltet, wobei der Zusatzgleichrichter die nunmehr gegenüber
der Erhaltungsladung höhere Spannung über den Schalter 19 liefert, bis an der Batterie
9 durch den Wiederaufladevorgang der obere Grenzladespannungswert erreicht ist.
Mit Erreichen dieses Zustandes spricht das Relais 18 für sein Einschalten an. Es
öffnet dabei die Schalter 18 b, 12, 19 und schließt die Schalter 18a und 14. Die
jeweilige Stellung der Schalter 12, 14, 17, 18 a, 18 b, 19 und 20
in den verschiedenen Betriebszuständen: I. Betrieb der Anlage vom Wechselstromnetz
unter Erhaltungsladung der beiden Batterieteile 9 a und 9b,
II. Betrieb der
Anlage für Wiederaufladung der Batterie 9 in der Reihenschaltung der Teilbatterien
9 a und 9 b und der Gleichrichter 3 und 5, III. Speisung des Verbrauchers 8 nach
Ausfall des Wechselstromnetzes 1 von der gesamten Batterie 9 und IV. Dberschaltungsprozeß
der Speisung des Verbrauchers vom Netz über den Hauptgleichrichter 3 auf Speisung
des Verbrauchers von der Batterie 9 ist in der Tabelle gemäß Fig. 2 zusammengestellt
wiedergegeben. .
In Fig. 1 ist noch eine gestrichelte Umrandung
eingetragen, welche außer dem Zusatzgleichrichter 5 noch die Schalter 12, 14, 17
und das Ventil 10 umschließt. Auf der Umrandung sind jeweils an den Zuleitungen
zu diesen Schaltungselementen kleine Kreise angedeutet, welche eventuelle Anschlußklemmen
andeuten sollen. Diese Umrandung soll zum Ausdruck bringen, daß der Zusatzgleichrichter
5 mit diesen Schaltungselementen zu einer einzigen baulichen Einheit vereinigt werden
kann, die als solche entweder eine Einheit in einer neu zu erstellenden elektrischen
Anlage oder eine Zusatzeinheit bilden kann, die in eine bereits bestehende Anlage
leicht eingefügt werden kann und damit geeignet ist, auf einfache Weise eine bestehende
Anlage in eine erfindungsgemäße umzuwandeln.
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Bei einem Ausführungsbeispiel einer Schaltung nach der Erfindung würden
zur Speisung des Verbrauchers mit einer Normalspannung von 220 Volt und der Anwendung
von Bleizellen in der Batterie in dem Batterieteil 9 a etwa hundert Zellen und in
dem Batterieteil 9 b etwa zehn Zellen zur Anwendung gelangen. Der Abgriff der Batterie,
an den das elektrische Ventil 10 angeschlossen ist, würde etwa zwischen der
85. und 86. Zelle vom linken Ende 9 c des Batterieteiles 9 a angeschlossen werden.
Wird die Anordnung in Ladungserhaltung vom Wechselstromnetz betrieben, so besteht
an den Batterieteilen 9a und 9b eine Spannung von 2,2 Volt je Zelle. Wird die Anordnung
in Wiederaufladeschaltung betrieben, d. h. bei einer Reihenschaltung des Hauptgleichrichters
und des Zusatzgleichrichters 5, so erfolgt eine Rufladung bis auf etwa 2,6 Volt
je Zelle. In Erhaltungsladung liegt an der Anzapfung 9 f des Batterieteiles 9 a
eine Spannung von etwa 187 Volt. Da die Spannung am Verbraucher 220 Volt beträgt,
ist somit das Ventil bei diesem Betrieb in Sperrichtung beansprucht. Bei Wiederaufladung
steigt die Spannung an der Anzapfung 9 f entsprechend 2,6 Volt je Zelle = 220 Volt
an, d. h. die Spannung am Verbraucher wird dabei nicht überschritten. Sinkt die
Spannung an den Klemmen 9 c und 9 d der Batterie 9 bis auf den Wert unterhalb etwa
2,0 Volt ab, so schaltet das Relais 18 aus und auf Wiederaufladung der Batterie
um.