DE1538690C - Arrangement for current-dependent regulation of the voltage of a consumer - Google Patents
Arrangement for current-dependent regulation of the voltage of a consumerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur stromabhängigen Regelung der Spannung eines Verbrauchers mit Hilfe eines gesteuerten Gleichrichters unter Verwendung einer Ablöseschaltung mit Ablöseventilen im Regelstromkreis des Gleichrichters zum stromabhängigen Umschalten vom Konstantregeln der Verbraucherspannung auf einen bestimmten Wert zum Konstantregeln auf einen anderen Wert.The invention relates to an arrangement for current-dependent regulation of the voltage of a consumer with the help of a controlled rectifier using a release circuit with release valves in the control circuit of the rectifier for current-dependent switching from constant control the consumer voltage to a certain value for constant regulation to another value.
Eine solche Anordnung ist bekannt aus den »AEG-Mitteilungen« 47 (1957), Heft 5/6, S. 175 bis 178, ferner aus den »AEG-Mitteilungen« 49 (1959), Heft 10/11,'S. 488 bis 492, und vorgesehen zur Regelung der Spannung einer unterteilten Bereitschäftsbatterie nach einer /LZ0 {/-Kennlinie mittels eines transduktorgesteuerten Zusatzgleichrichters bei einer selbsttätigen Stromversorgungsanlage für Fernsprech-Wählanlagen. Such an arrangement is known from "AEG-Mitteilungen" 47 (1957), issue 5/6, pp. 175 to 178, and also from "AEG-Mitteilungen" 49 (1959), issue 10/11, 'p. 488 to 492, and intended to regulate the voltage of a subdivided standby battery according to a / LZ 0 {/ characteristic by means of a transducer-controlled additional rectifier in an automatic power supply system for telephone dialing systems.
Die Anordnung enthält einen von mehreren Regelgrößen beeinflußten magnetischen Regelverstärker,
bei dem gesonderte Eingänge für die einzelnen Regelgrößen, darunter auch für den Istwert der Spannung
am Verbraucher (Amtsspannung) und für den Istwert des Hauptgleichrichterstromes, vorgesehen sind.
Von der unterteilten Batterie ist dem Regelverstärker der Istwert der Gesamtspannung zugeführt.
' Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung der eingangs genannten Art die
Ablöseschaltung so auszubilden, daß diese an einen Regelverstärker mit einem einzigen zweipoligen Eingang
anschließbar ist. Die Aufgabe ist also vornehmlich auf das Regeln nach einer sogenannten
U0 [/-Kennlinie oder allgemeiner nach einer IU0 U-Kennlinie
ausgerichtet.The arrangement contains a magnetic control amplifier which is influenced by several control variables and has separate inputs for the individual control variables, including the actual value of the voltage at the consumer (office voltage) and the actual value of the main rectifier current. The actual value of the total voltage is fed to the control amplifier from the subdivided battery.
The invention is based on the object of designing the release circuit in an arrangement of the type mentioned at the outset in such a way that it can be connected to a control amplifier with a single two-pole input. The task is therefore primarily aimed at regulating according to a so-called U 0 [/ characteristic curve or, more generally, according to an IU 0 U characteristic curve.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung zur Lieferung einer vom Verbraucherstrom abgeleiteten und um eine auf die gewünschte Ablösestromstärke einstellbare konstante Gegenspannung verminderten Spannung und durch zwei Ablöseventile in derartiger Schaltungsanordnung, daß in Abhängigkeit von der Verbraucherstromstärke jeweils einer von zwei verschiedengroßen Anteilen der Verbraucherspannung als Istwert über ein von der Verbraucherspannung in Durchlaßrichtung gepoltes Ablöseventil an den Eingang des Regelverstärkers geschaltet ist und bei einer gewünschten Verbraucherstromstärke (Ablösestromstärke) vom anderen Anteil dadurch abgelöst wird, daß einer der Anteile durch die vom Verbraucherstrom abgeleitete und um eine einstellbare konstante Gegenspannung verminderte Spannung auf den Wert des anderen Anteils gebracht wird.According to the invention, this object is achieved by a device for supplying a consumer current derived and a constant adjustable to the desired separation current Counter voltage reduced voltage and by two release valves in such a circuit arrangement, that, depending on the consumer current strength, one of two differently large proportions of the consumer voltage as the actual value via a release valve polarized in the forward direction by the consumer voltage to the input of the Control amplifier is switched and at a desired consumer current strength (separation current strength) is replaced by the other part in that one of the parts is replaced by that of the consumer current derived voltage reduced by an adjustable constant counter voltage to the value the other portion is brought.
Der Verbraucher kann auch ein Wechselstromverbraucher sein, dessen Spannung mit Hilfe eines gesteuerten Wechselrichters oder eines gesteuerten Wechselstromstellers konstant geregelt und bei einer vorgegebenen Wechselstromstärke von einem bestimmten auf einen anderen bestimmten stationären Spannungswert umgesteuert werden soll. In diesem Falle ist es notwendig, die Verbraucherspannungsistwertausgänge der Ablöseschaltung an den Wechselstromverbraucher unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters mit nachgeschaltetem Glättungsmittel anzuschließen.The consumer can also be an alternating current consumer whose voltage with the help of a controlled inverter or a controlled AC power controller constantly regulated and at a predetermined alternating current strength from one particular to another particular stationary Voltage value is to be reversed. In this case it is necessary to use the consumer voltage actual value outputs the separation circuit to the AC consumer with the interposition of a To connect rectifier with downstream smoothing agent.
Die Erfindung wird nachstehend zunächst an Hand der in F i g. 1 schematisch dargestellten Ablöseschaltung allgemein erläutert.The invention is first described below with reference to the in FIG. 1 schematically illustrated separation circuit generally explained.
In F i g. 1 sind mit Ux und Us von der Istspannung eines Verbrauchers abgeleitete Spannungen bezeichnet und als Spannungsquellen dargestellt. Mit CZ3 ist eine vom Iststrom des Verbrauchers abgeleitete Spannung bezeichnet und gleichfalls als Spannungsquelle dargestellt, an die ein einstellbarer Widerstand 33 angeschlossen ist. Ferner ist mit U1 die Spannung eines in Gegenpolarität zu U3 geschalteten Konstantspannungselementes, mit 5 ein Regelverstärker und mit 11 bzw. 21 je ein Ablöseventil in Durchlaßpolung bezüglich U1 bzw. U2 bezeichnet, das in dem einenIn Fig. 1, U x and U s denote voltages derived from the actual voltage of a consumer and shown as voltage sources. A voltage derived from the actual current of the consumer is designated by CZ 3 and is also shown as a voltage source to which an adjustable resistor 33 is connected. Furthermore, U 1 denotes the voltage of a constant voltage element connected in opposite polarity to U 3 , 5 denotes a control amplifier and 11 or 21 each denotes a release valve in forward polarity with respect to U 1 or U 2 , which in one
ίο Spannungspfad der betreffenden Istwertzuführung liegt und an die Spannungsquelle U1 bzw. U2 angeschlossen ist. An einem Widerstand 13 wird die Differenz zwischen den Spannungen U3 und U1 in den Spannungspfad des einen Istwertausganges eingeprägt. Beide Istwertzuführungen sind am Eingang des Regelverstärkers 5 parallel geschaltet.ίο The voltage path of the relevant actual value feed is present and is connected to the voltage source U 1 or U 2 . At a resistor 13, the difference between the voltages U 3 and U 1 is impressed into the voltage path of the one actual value output. Both actual value feeds are connected in parallel at the input of the control amplifier 5.
In Übereinstimmung mit der oben umrissenen allgemeinen Aufgabe sei nun angenommen, daß ein Verbraucher mit Hilfe eines· durch den Regelverstärker gesteuerten Gleichrichters auf einen bestimmten Spannungswert konstant geregelt werde, beispielsweise beim Laden einer Batterie nach /IZ0 [/-Kennlinie auf den Wert 2,4 Volt pro Zelle. Es sei ferner vorgesehen, daß der Übergang U0 U, d. h. der Übergang vom Laden mit dem Spannungswert 2,4 Volt pro Zelle auf den Spannungswert von beispielsweise 2,23 Volt pro Zelle zum Erhaltungsladen erfolgen soll, sobald der Ladestrom / beispielsweise auf 1A des Nennstromes /nenn abgesunken ist. Zu diesem Zweck ist die Ablöseschaltung so dimensioniert, daß die am Widerstand 13 eingeprägte SpannungIn accordance with the general task outlined above, it is now assumed that a load is constantly regulated to a certain voltage value with the aid of a rectifier controlled by the control amplifier, for example when charging a battery to the / IZ 0 [/ -characteristic curve to the value 2, 4 volts per cell. It is also provided that the transition U 0 U, i. H. the transition from loading to the voltage value is to be 2.4 volts per cell to the voltage value of, for example, 2.23 volts per cell for float charging as soon as the charging current / for example, 1 A of the rated current / is dropped call. For this purpose, the separation circuit is dimensioned in such a way that the voltage impressed on resistor 13
IZ8-IZ4=*,/nenn -t>4,IZ 8 -IZ 4 = *, / nenn -t> 4,
deren Komponente [Z3 also vom Ladestrom abgeleitet und mit diesem über die Größe /c, verknüpft ist, beim Laden mit 2,4 Volt pro Zelle größer ist als die von der Batteriespannung abgeleitete Spannungsdifferenzthe component [Z 3 of which is derived from the charging current and linked to this via the variable / c, when charging with 2.4 volts per cell is greater than the voltage difference derived from the battery voltage
Batteriebattery
U1-U2 = (*, - k2) U 1 -U 2 = (*, - k 2 )
(*j, k2 = Proportionalitätsfaktoren) und daß sie als Gegenspannung die Spannungsdifferenz Ux — U2 kompensiert, sobald der Ladestrom auf den Wert(* j, k 2 = proportionality factors) and that it compensates the voltage difference U x - U 2 as a counter voltage as soon as the charging current has reached the value
^5 nenn^ 5 nominal
abgesunken ist. Beim Laden mit 2,4 Volt pro Zelle ist unter diesen Voraussetzungen das Ventil 1.1 gesperrt, das Ventil 21 hingegen ist geöffnet, und die Spannunghas sunk. When charging with 2.4 volts per cell, valve 1.1 is blocked under these conditions, the valve 21, however, is open, and the voltage
U2 k2 U 2 k 2
U1 U 1
Batteriebattery
liegt als Istwert am Eingang des Regelvejstärkers 5. Nach dem stromgesteuerten Übergang auf das Erhaltungsladen mit 2,23 Volt pro Zelle würde die Gegenspannung U3 — U, kleiner sein als die Spannungsdifferenz Ux — [Z2. Die Schaltung ist jedoch außerdem so dimensioniert, daß die vom Ladestrom abgeleitete Spannung i/a nach dem Absinken des Ladestromes / unter den Übergangswert /* kleiner wird als die konstante Spannung [Z4. In diesem Falle, d. h.is the actual value at the input of the control amplifier 5. After the current-controlled transition to trickle charging with 2.23 volts per cell, the counter voltage U 3 - U, would be less than the voltage difference U x - [Z 2 . However, the circuit is also dimensioned in such a way that the voltage i / a derived from the charging current becomes smaller than the constant voltage [Z 4 . In this case, ie
während des Erhaltungsladens, existiert daher in der Istwertzuführung für Ux keine Gegenspannung, so daß das Ventil 21 gesperrt und das Ventil 11 geöffnet ist und die SpannungDuring trickle charging, there is therefore no counter-voltage in the actual value feed for U x , so that valve 21 is blocked and valve 11 is open and the voltage is applied
V1 = K · U V 1 = K * U
Batteriebattery
als Istwert am Eingang des Regelverstärkers 5 liegt· Nachstehend wird die Erfindung durch ein Anwendungsbeispiel an Hand der Fig. 2 und 3,-derenis the actual value at the input of the control amplifier 5. The invention is illustrated below by means of an application example with reference to Figs. 2 and 3, -deren
Bezugszeichen mit denen der F i g. 1 übereinstimmen, erläutert.Reference numerals with those of FIG. 1 match, explained.
In F i g. 2 ist das Anwendungsobjekt dargestellt. Fig. 3 zeigt Kennlinien (Ladekennlinien) dieses Objektes. In Fig. 2 shows the application object. Fig. 3 shows characteristics (charging characteristics) of this object.
Gemäß F i g. 2 wird die Erfindung bei einer Anlage zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Verbrauchers 7, bestehend aus einem Hauptgleichrichter 8 und einem Zusatzgleichrichter 9, der in Reihe zum Hauptgleichrichter liegt, angewendet. Bei einer solchen Anlage wird eine Batterie 6 mit 30 Zellen zur Notstromversorgung des Verbrauchers 7 in Bereitschaft gehalten.According to FIG. 2 illustrates the invention in a system for the uninterruptible power supply of a consumer 7, consisting of a main rectifier 8 and an additional rectifier 9, which is shown in Row to the main rectifier is applied. In such a system, a battery 6 with 30 cells is used for the emergency power supply of the consumer 7 held in readiness.
Im Normalbetrieb speist der Hauptgleichrichter 8 den Verbraucher 7 mit einer konstant geregelten Spannung von 62 Volt. Die bereitgestellte erhaltungsgeladene Batterie 6 ist dabei durch ein Ventil 12 vom Hauptgleichrichter abgetrennt. Bei Netzausfall wird sie über einen Schalter 10 zur Notstromversorgung auf den Verbraucher geschaltet. Bis zur Vollendung dieses Schaltaktes, d. h. des Hinzuschaltens der ganzen Batterie, wird die Verbraucherspannung durch die Batterie über die Anzapfung nach der 26. Zelle und das Ventil 12 auf etwa 58 Volt gehalten. Die Anzapfung ist vorgesehen, damit die Batterie während des Ladens mit 2,4 Volt pro Zelle den Verbraucher nicht speisen kann. Zum Wiederladen und Erhaltungsladen der Batterie liefert der Zusatzgleichrichter 9 die nötige Zusatzspannung von 30 mal 2,4 Volt bzw. 2,23 Volt pro Zelle minus 62 Volt = 10 Volt bzw. 5VoIt. Der Hauptgleichrichter muß daher zusätzlich zum Verbraucherstrom den Ladestrom / führen.In normal operation, the main rectifier 8 feeds the consumer 7 with a constantly regulated one Voltage of 62 volts. The maintenance-charged battery 6 provided is in this case by a valve 12 from Main rectifier disconnected. In the event of a power failure, a switch 10 turns it into an emergency power supply switched to the consumer. Until the completion of this switching act, i.e. H. switching on the whole battery, the consumer voltage is drawn through the battery via the tap after the 26th cell and the valve 12 held at about 58 volts. The tap is provided to keep the battery alive during of charging with 2.4 volts per cell cannot feed the consumer. For reloading and trickle charging The additional rectifier 9 supplies the battery with the necessary additional voltage of 30 times 2.4 volts or 2.23 volts per cell minus 62 volts = 10 volts or 5VoIt. The main rectifier must therefore lead the charging current / in addition to the consumer current.
Hauptgleichrichter und Zusatzgleichrichter sind mit Thyristoren ausgerüstete gesteuerte Gleichrichter. Die Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters wird, wie bereits erwähnt, bei 62 Volt konstant geregelt. Dieses Spannungsniveau ist in F i g. 3 als konstante Kennlinie 8 dargestellt. Der Zusatzgleichrichter wird nach einer IU0 i/-Kennlinie gesteuert, die in F i g. 3 mit 9 bezeichnet ist. Nach einer anfänglichen Starkladestufe I mit konstantem Strom / folgt die Ladestufe II mit konstanter Spannung von 2,4VoIt pro Zelle, bis der Ladestrom / auf den /* abgesunken ist. Sodann wird die Ladestufe II auf die Erhaltungsladestufe III mit konstanter Spannung von 2,23 Volt pro Zelle umgeschaltet (U0U). Die aus beiden Gleichrichtern zusammengesetzte Ladekennlinie ist in F i g. 3 mit 89 bezeichnet.Main rectifiers and auxiliary rectifiers are controlled rectifiers equipped with thyristors. As already mentioned, the output voltage of the main rectifier is regulated to be constant at 62 volts. This stress level is shown in FIG. 3 shown as constant characteristic curve 8. The additional rectifier is controlled according to an IU 0 i / characteristic curve, which is shown in FIG. 3 is denoted by 9. After an initial high charge stage I with constant current /, charge stage II follows with a constant voltage of 2.4VoIt per cell until the charge current / has dropped to / *. Then the charging stage II is switched to the trickle charging stage III with a constant voltage of 2.23 volts per cell (U 0 U). The charging characteristic, made up of the two rectifiers, is shown in FIG. 3 denoted by 89.
In F i g. 2 sind die erfindungswesentlichen Teile im Regelstromkreis des Zusatzgleichrichters 9 stark herausgezeichnet. Die vom Ladestrom / abgeleitete Spannung U3 gemäß F i g. 1 wird mit Hilfe einer Anordnung 3, bestehend aus einem schematisch dargestellten Gleichrichterstromwandler 31 und einer daran angeschlossenen Graetzbrücke 32, erzeugt. Der einstellbare Widerstand 33 ist der Bürdenwiderstand des Gleichstromwandlers. Das Konstantspannungselement t/4 gemäß F i g. 1 ist als Zenerdiode 4 ausgeführt. Der ohmsche Widerstand 13 und die Halbleiterventile 11 und 21 (Ablöseventile) sind die gleichen Elemente wie in Fig. 1. Sie liegen in den positiven Zuleitungen der Spannungsistwerte, die beide zum Eingang des Regelverstärkers 5 parallel geschaltet sind. Diese Zuleitungen sind an einem der Batterie 6 parallelgeschalteten Spannungsteiler 1 und 2 an verstellbaren Abgriffen angeschlossen. Die Ablöseschaltung, deren Dimensionierung bereits in Verbindung mit F i g. 1 erläutert wurde, arbeitet so, daß der Übergang (U0U) zwischen den Konstantspannungs-Ladestufen II und II stromabhängig, d. h. bei einer bestimmten einstellbaren Ladestromstärke kontaktlos und nahezu schlagartig erfolgt. Der gewünschte Ladestromwert /* kann entweder mit dem Bürdenwiderstand 33 oder mit dem Übersetzungsverhältnis des Gleichstromwandlers 31 eingestellt werden. Die Durchbruchsspannung der Diode 4 mußIn Fig. 2, the essential parts of the invention in the control circuit of the additional rectifier 9 are clearly shown. The voltage U 3 derived from the charging current / according to FIG. 1 is generated with the aid of an arrangement 3, consisting of a schematically illustrated rectifier current converter 31 and a Graetz bridge 32 connected to it. The adjustable resistor 33 is the load resistance of the DC / DC converter. The constant voltage element t / 4 according to FIG. 1 is designed as a Zener diode 4. The ohmic resistor 13 and the semiconductor valves 11 and 21 (release valves) are the same elements as in FIG. These supply lines are connected to one of the voltage dividers 1 and 2 connected in parallel to the battery 6 at adjustable taps. The release circuit, the dimensions of which have already been mentioned in connection with FIG. 1, operates in such a way that the transition (U 0 U) between the constant voltage charging stages II and II is current-dependent, that is, at a certain adjustable charging current, it takes place without contact and almost suddenly. The desired charging current value / * can be set either with the load resistor 33 or with the transformation ratio of the direct current converter 31. The breakdown voltage of the diode 4 must
ίο der Spannung, die bei diesem Stromwert /* am Widerstand 33 auftritt, angepaßt sein.ίο the voltage that occurs at this current value / * at the resistor 33, be adapted.
Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß mit der beschriebenen Istwert-Ablöseschaltung noch weitere Istwert-Ausgänge am Eingang des Regelverstärkers 5 parallel geschaltet werden können. Beispielsweise liefert die Anordnung 14 über einen Gleichstromwandler mit Graetzbrücke, einen nicht gezeichneten stellbaren Widerstand und ein Ablöseventil 15 den vom Ladenennstrom /nenn während der ersten Starkladestufe I abgeleiteten Istwert. Die anderen Istwert-Ausgänge, d. h. die Ventile 11, 21, 17 sind dabei gesperrt. Ferner liefert die Anordnung 16 über einen weiteren Gleichstromwandler mit Graetzbrücke, einen weiteren nicht gezeichneten stellbaren Widerstand und ein Abas löseventil 17 einen vom Ladestrom des Hauptgleichrichters abgeleiteten Istwert, der eingreift und dabei die übrigen Istwertzuführungen sperrt, sobald der Strom des Hauptgleichrichters einen höchstzulässigen Wert überschreitet. Die Gleichstromwandler 14 und 16 sind in F i g. 2 gleichfalls nur schematisch dargestellt. From Fig. 2 it can be seen that further actual value outputs at the input of the control amplifier 5 can be connected in parallel with the actual value separation circuit described. For example, the arrangement 14 provides a DC-DC converter with Graetz bridge, a not shown adjustable resistance and a release valve 15 from the nominal charging current / rated during the first boost-charging stage I derived value. The other actual value outputs, ie the valves 11, 21, 17 are blocked. In addition, the arrangement 16 provides an actual value derived from the charging current of the main rectifier via a further DC converter with Graetz bridge, a further adjustable resistor (not shown) and an exhaust valve 17, which intervenes and blocks the other actual value feeds as soon as the current of the main rectifier exceeds a maximum permissible value. The DC / DC converters 14 and 16 are shown in FIG. 2 is also only shown schematically.
Es sei noch auf die Reversibilität dieser Ablöseschaltung hingewiesen. Unter Reversibilität ist hier zu verstehen, daß die erwähnte Umschaltung (U0U) in beiden Richtungen gesteuert werden kann. Nimmt beispielsweise die Batterie bei etwa 2,2 Volt pro Zelle nach einer Notstromversorgung des Verbrauchers einen rasch ansteigenden Ladestrom auf, so wird die eingestellte Übergangsstromstärke /* mit steigender Stromstärke überschritten und die Batterie wird dabei vom Erhaltungsladen zum Laden mit 2,4 Volt pro Zelle übergeführt.The reversibility of this release circuit should also be pointed out. Reversibility is to be understood here as meaning that the aforementioned switchover (U 0 U) can be controlled in both directions. If, for example, the battery takes up a rapidly increasing charging current at around 2.2 volts per cell after an emergency power supply to the consumer, the set transition current / * is exceeded with increasing current and the battery is switched from trickle charging to charging with 2.4 volts per cell convicted.
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