DE1463676A1 - Schaltungsanordnung fuer Stromversorgungsgeraete - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung für Stromversorgungsgeräte.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Stromversorgungsgeräte mit Gleichrichtern, bei denen zur Speisung des Verbrauchers bei Netzausfall eine Batterie vorgesehen ist.
• Es ist bekannt, zur Versorgung von Verbrauchern mit Gleichstrom, beispielsweise in der Nachrichtentechnik, Gleichrichter zu verwenden, die auf eine konstante Ausgangsspannung geregelt sind. Zur Versorgung des Verbrauchers bei Netzausfall ist meist eine Batterie vorgesehen, die durch den Hauptgleichrichter in Reihe mit einem Zusatzgleichrichter stets voll geladen gehalten wird. Damit bei Netzausfall der Batte -riestrom nicht durch den Zusatzgleichrichter vom Verbraucher ferngehalten wird, wird dieser durch einen Kurzschlußschütz kurzgeschlossen. Um nicht einen unzulässigen Spannungseinbruch während des Ansprechens des Kurzechlußschützes bei Netzausfall hervorzurufen, wird in bekannter Weise das Kurzschlußschütz durch Richtleiter, z.8. Selengleichrichter oder Siliziumgleichrichter, überbrückt.
• Während der Zeit, die bei Netzausfall das Kurzschlußschütz, zum Ansprechen benötigt, fließt der Batteriestrom über solohe Gleichrichter zum Verbraucher.
• Es ist auch bekannt, zur Überbrückung des Kurzschlußschützes steuerbare Halbleitergleichrichter zu verwenden, die bei Netzausfall durch einen Spannungsimpuls in den gut leitenden Zustand umgeschaltet werden, so daß durch sie der Batteriestrom bis zum Ansprechen des Kurzschlußsehüt zes zum Verbraucher fließen kann.
• Die bekannten Schaltungsanordnungen haben den Nachteil, daß zwar, bei Verwendung eines .spannungsgeregelten Hsuptgleichrichters, während des Netzbetriebes die Spannung am Verbraucher konstant gehalten wird, während des Netzausfalls die Spannung jedoch in weiten Grenzen schwankt. Die Batterie ist nämlich so bemessen, daß für je zwei Volt der'Verbraucherspannung eine Zelle vorgesehen ist. Um die Batterie voll aufzuladen bzw. ihre Ladung zu erhalten, ist jedoch eine höhere Spannung als 2,0 Volt pro Zelle erforderlich. So beträgt beispielsweise die Ladungserhaltungsspannung der Batterie 2,23 Volt pro Zelle. Zur Vollaufladung der Batterie sind noch höhere Spannungen, beispielsweise 2,4 Volt pro Zelle, erforderlich. Je nach dem Ladezustand der Batterie wird daher am Verbraucher bei Netzausfall eine höhere Spannung liegen, die bei längerer Belastung der Batterie absinkt, je nach der Dauer und der Belastung der Batterie während des Netzausfalls. Bei Stromversorgungsanlagen für Fernmeldeanlagen, z.B. Fernsprechanlagen, ist jedoch auch bei Netzausfall eine möglichst konstante Spannung am Verbraucher erforderlich. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß der zur Überbrückung des Kurzschlußschützes bei Netzausfall vorhandene steuerbare Halbleitergleichrichter durch ein geeignetes Steuergerät in Abhängigkeit von der Spannung am Verbraucher mit einer bestimmten Frequenz ein- und ausgeschaltet wird, und zwar so, daß die mittlere Spannung am Verbraucher konstant gehalten wird. Dies wird dadurch erreicht, daß das Verhältnis der Zeit, in der der steuerbare Halbleitergleichrichter leitend ist, zu der Zeit, in der er nichtleitend ist, je nach der Batteriespannung verändert wird. . Wenn also bei Netzausfall die Batterie auf eine hohe Span- nung aufgeladen ist, wird durch Unterbrechung des Strom -flüsses mit einer bestimmten Frequenz die mittlere Spannung so abgesenkt, daß am Verbraucher die erforderliche Spannung anliegt. Da nunmehr am Verbraucher keine kontinuierliche, sondern eine unterbrochene Gleichspannung anliegt, ist es zweckmäßig, in bekannter Weise Siebmittel vorzusehen, um die Verbrauoherspannung zu glätten.
• Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung hat aber auch noch weitere Vorteile. Der Aufwand an Regelmitteln zur Konetantepannungeregelung ist verhältnismäßig sehr groß, wenn sehr kurze Regelzeiten, wie z.B. bei Anlagen der Nachrichten- technik, verlangt werden. Er kann wesentlich vermindert wer- den, wenn längere Zeiten zur Nachregelung von Spannungs- schwankungen zugelassen werden. Andererseits ist dies in vielen Fällen nicht tragbar. Hier schafft nun die Sehaltungsanordnüng gemäß der Erfindung die Möglichkeit, auch bei ge- ringem Aufwand an Regelmitteln beim Hauptgleichrichter die Spannung am Verbraucher in engen Grenzen konstant zu halten. Bei einem Spannungsabfall am Verbraucher wird der steuerbare Halbleitergleichriohter leitend gemacht und dadurch die Batte- rie zur Stromversorgung des Verbrauchers herangezogen, bis das Regelgerät des Hauptgleichrichters die Spannung nachge- regelt hat. Wenn die Nennspannung wieder erreicht ist, wird die Batterie wieder vom Verbraucher getrennt, indem der steuerbare Halbleitergleichrichter für dauernd in den ge- sperrten Zustand umgeschaltet wird.
• Bei diesem steuerbaren Halbleitergleichrichter ist man nicht an die Netzfrequenz gebunden. Während beim Hauptgleichrich- ter bei 50 Hz die Totzeit mindestens 10 Millisekunden be- trägt, wenn steuerbare Siliziumgleichriehter verwendet wer- den, kann beispielsweise durch Wahl der Schaltfrequenz ton 500 Hz die Totzeit auf ein Zehntel herabgesetzt werden. Die Umschaltfrequenz des steuerbaren Halbleitergleichrichters wird zweckmäßig so gewählt, maß der Aufwand an Siebmitteln klein bleibt. Es ist z.B. vorteilhaft, eine Umschaltfrequenz von etwa 500 Hz zu verwenden.
• Es ist aber nicht immer zweckmäßig, den steuerbaren Halb- leitergleichrichter mit konstanter Frequenz zu betreiben, sondern vorteilhaft, wenn bei hoher Batteriespannung und demnach erforderlichem großem Spannungsabfall zwischen Batterie und Verbraucher mit hoher Schaltfrequenz gearbeitet und bei Batteriespannungen, die nicht sehr von der Verbraucherspannung abweichen, bei niedrigerer Frequenz gearbeitet wird.
• Es ist weiter zweckmäßig, wenn gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung der steuerbare Halbleiter durch das Schalt -schütz überbrückt wird, wenn eine vorgegebene minimale Zeit für den nichtleitenden Zustand des steuerbaren Halbleitergleichrichters unterschritten wird.
• In der Figur ist die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung dargestellt.
• Der Hauptgleichrichter 1 versorgt den Verbraucher 2 mit einer konstanten Spannung und lädt die Batterie 3 in Reihe mit dem Zusatzgleichrichter 4 auf. Bei Netzausfall wird der Zusatzgleichrichter 4 durch das Schaltschütz 7 kurzgeschlossen; zur unterbrechungsfreien Umschaltung bei Netzausfall ist der steuerbare Siliziumgleichrichter 5 vorgesehen. Gemäß der Er-Findung wird das Schaltschütz 7 zunächst offen gehalten und der steuerbare Siliziumgleiehrichter 5 durch ein Steuergerät 6 mit einer bestimmten Frequenz in den leitenden und nicht- leitenden Zustand umgeschaltet, und zwar wird, abhängig von der Spannung am Verbraucher 2, das Verhältnis der Zeit für den leitenden Zustand und der Zeit für den nichtleitenden Zustand so gewählt, maß die mittlere Spannung am Verbraucher 2 konstant bleibt. Wenn eine vorgegebene minimale Zeit für den nichtleitenden Zustand des steuerbaren Halbleitergleichrichters 5 unterschritten wird, wird dieser durch das Schaltschütz ? kurzgegeschlossen, Wenn bei Netzbetrieb die Batterie über den gesteuerten Halbleitergleichrichter zur Versorgung des Verbrauchers herangezogen wird, kann der Aufwand an Regelmitteln beim Hauptgleichrichter geringer gehalten werden. Bei Netzausfall wird mittels des gesteuerten Halbleitergleichrichters die Spannung am Verbraucher konstant gehalten.

Claims (1)

1. Patentansprüche 10) Schaltungsanordnung für Stromversorgungsgeräte, bei denen ein Hauptgleichrichter den Verbraucher speiet, eine Batterie parallel zum Hauptgleichrichter am Verbraucher liegt, ein Zusatzgleichrichter in Reihe mit dem Hauptgleichrichter zur Aufladung und Ladungserhaltung der Batterie vorgesehen ist, und parallel zum Zusatzgleichrichter ein Schaltschütz angeordnet ist, zu dem ein steuerbarer Halbleitergleichrichter parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Halbleitergleichrichter bei einem Spannungseinbruch am Verbraucher, bedingt durch Netzausfall oder Stoßbelastung,-durch ein Steuergerät mit einer konstanten oder veränderlichen Frequenz in den leitenden und nichtleitenden Zustand umgeschaltet wird und das Verhältnis der Zeit für den leitenden Zustand zur Zeit für den nichtleitenden Zustand abhängig von der Verbraucherspannung so verändert wird, daß die mittlere Spannung am Verbraucher konstant bleibt. 2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB Siebmittel vorgesehen sind, um die Verbraucherspannung zu glätten. 3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Umschaltung des steuerbaren Halbleitergleichrichters in den leitenden und nichtleitenden Zustand so gewählt wird, daß der Aufwand an Siebmitteln klein bleibt. 4.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltfrequenz etwa 500 Hz beträgt. 5.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn$eichnet# daß die Umschaltfrequenz von der Differenz zwischen Batteriespannung und Verbrauchernennspannung abhängt. 6.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich-net, daß die Umschaltfrequenz umeo höher ist, je größer die Differenz zwischen der Batteriespannung und der Verbrauchernennepannung ist. 72 Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dsß der steuerbare Halbleitergleichrichter durch das Schaltschütz überbrückt wird, wenn eine vorgegebene minimale Zeit für den nichtleitenden Zustand den steuerbaren Halbleitergleichriohtere unterschritten wird. j