DE1801641B2 - Schaltungsanordnung zur Stromversorgung eines Verbrauchers aus einer Notbatterie bei Netzabfall - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung eines Verbrauchers aus einer Notbatterie bei Netzabfall, mit Schaltmitteln, die den Verbraucher an die Notbatterie anschließen, und zwei Schalttransistoren, von denen der erste die Netzspannung überwacht und bei Abfall der Netzspannung unter einen Schwellwert umschaltet, während der zweite von dem ersten gesteuert wird und selbst die Schaltmittel betätigt

Eine solche Schaltungsanordnung ist z. B. aus der FR-PS 12 50 596 bekannt Diese Anordnung unterscheidet zwischen zwei stabilen Zuständen, nämlich einem Überwachungsbetrieb in Anwesenheit der Netzspan

nung und einem Notbetrieb bei Netzausfall.

Ähnlich ist die Schaltungsanordnung gemäß der US-PS 30 02 105 aufgebaut, bei der ein Leistungstransistor mit der Batterie und dem Verbraucher in einem Kreis angeordnet ist Der Transistor wird durch die Netzspannung gesperrt gehalten. Wenn jedoch die Netzspannung unter einen Schwellwert absinkt, führt der erwähnte Stromkreis den Batteriestrom.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs definierte Schaltungsanordnung dahingehend zu verbessern, daß ein dritter stabiler Zustand entsteht, der bei Netzausfall möglich wird und durch stromlosen Verbraucher gekennzeichnet ist. Dieser Zustand soll entweder von außen aufprägbar sein (beispielsweise wenn eine Notbeleuchtung nach Räumung eines Saals nicht mehr benötigt wird) oder automatisch eintreten (wenn die Restladung der Batterie zu einer sicheren Versorgung des Verbrauchers nicht mehr ausreicht). Damit ist sichergestellt, daß die Entladung der Batterie beendet wird, ehe eine der Batteriezellen ihre Spannung umkehrt und damit die Batterie zerstört

Diese Aufgabe wird durch die Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen dieser Schaltungsanordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 bis 7 je eine Ausführungsform einer solchen Schaltungsanordnung.

Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 betrifft eine nicht permanente Notstromversorgung einer Beleuchtungsanlage, die also nur bei Netzausfall aufleuchtet. Die Schaltungsanordnung weist einen Transformator 7> auf, über den sowohl die primärseitig angelegte Netzspannung überwacht wird als auch eine Notstrombatterie B geladen wird. Der Ladestromkreis besteht aus zwei Gleichrichterdioden Di und D 2, einem Ladewiderstand R1 mit dazu parallelgeschalteter Ladekontrolllampe Lc und der Batterie B selbst.

Der Verbraucherkreis besteht aus zwei parallelgeschalteten Lampen Lsi und Ls2 der Notbeleuchtung, aus der Batterie B und einem im Ruhezustand offenen Kontakt K eines Relais Ra.

Die Steuerung dieses Relais und die Überwachung der Netzspannung erfolgen über zwei npn-Transistoren Ti und T2. Die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 71 liegt in Reihe mit der Erregerwicklung des Relais Ra an den Klemmen der Batterie B. Parallel zu dieser Wicklung liegt eine Diode D 6 zum Schutz des Transistors Ti gegen in der Wicklung induzierte Spannungen.

Die Basis des Transistors Ti ist einerseits mit der Kollektorelektrode des Transistors T2 verbunden und andererseits über einen Widerstand A3 an die Verbindung zwischen den Lampen Ls und dem Relaiskontakt K angeschlossen. Die Basis des Transistors T2 liegt über einen Spannungsteiler bestehend aus drei Widerständen A4, R5, R6 an der Kathode einer Diode D. 3, deren Anode an die Sekundärwicklung des Transformators Tr angeschlossen ist. Ein zu den Widerständen R 4 und R 5 parallelgeschalteter Kondensator C reduziert die Welligkeit des Wechselstroms bezüglich der Basis des Transistors T2. Ein Polarisationswiderstand ist zwischen dem Kollektor dieses Transistors und einem Abgriff des Spannungsteilers angeordnet.

Zwischen der Basis des Transistors Π und dem negativen Pol der Batterie ist ein Handkontakt P

vorgesehen, der normalerweise geöffnet ist und über den, wie noch zu erläutern sein wird, die Versorgung der Lampen Ls beendet werden kann. Es ist auch möglich, die verschiedenen Betriebszustände der Schaltungsanordnung per Fernsteuerung einzustellen, wobei derselbe Effekt wie durch das Schließen des Handkontaktes P erzielt wird, wenn man einen positiven Impuls zwischen zwei Anschlüssen 2 und 1 anlegt, der über eine Schutzdiode D 4 und einen Schutzwiderstand RS an die Basis des Transistors 7*2 gelangt Legt man dagegen zwischen zwei Anschlüssen 3 und 1 eine positiven Impuls an, der über eine Diode D 5 und einen Widerstand R 7 an die Basis des Transistors Ti gelangt, dann läßt sich die Stromversorgung der Lampen einschalten.

Die Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen:

Bei Vorhandensein der Netzspannung fließt ein Strom über die Diode D3 in den Spannungsteiler A4 bis R 6 und steuert den Transistor 7*2 leitend Dadurch wird der Transistor 7*1 gesperrt und es kann kein Strom durch die Erregerspule Ra des Relais fließen. Der Kondensator Cist ist geladen.

Sinkt die Netzspannung um 40 bis 50% ab, so sinkt auch die Spannung an der Basis des Transistors 7*2 soweit ab, daß dieser Transistor sperrt Dadurch wird der Transistor 7Ί, dessen Basis über den Widerstand R 2 polarisiert ist, leitend. Nun fließt Strom durch die Wicklung des Relais Ra und bewirkt ein Schließen des Kontakts K. Die Batterie B speist die Lampen Ls 1 und Ls 2 der Notbeleuchtung. Die Polarisierung des Transistors 7*1 wird über den Widerstand A3 ohne Unterbrechung bei Netzausfall übernommen, wenn sich der Kondensator Centlädt

Steigt die Netzspannung um etwa 10% über die Spannung an, die das Aufleuchten der Notlampen verursacht hat, so erreicht die Spannung an der Basis des Transistors T2 wieder die Schwellspannung, so daß letzterer leitend wird und den Polarisationsstrom des Transistors 7*1 ableitet Der Transistor 7*1 sperrt also, der Kontakt K öffnet sich und die Notbeleuchtung schaltet sich aus.

Bei plötzlicher und totaler Unterbrechung des Netzes bewirkt die Kapazität des Kondensators C die Polarisation des Transistors Ti über den Widerstand R 2 für eine Zeit, die ausreicht, daß das Relais Ra nach seiner Erregung den Kontakt K schließen kann. Tritt eine Stromunterbrechung auf und will ^»n dabei unnütze Entladungen der Batterie, beispielsweise während der Schließzeit des mit der Notstromversorgung ausgerüsteten Saals, verhindern, so kann man die so Notstromversorgung außer Betrieb nehmen. Dies geschieht beispielsweise durch Schließen des Handkontakts P, das eine Unterdrückung der Polarisa'ionsspannung am Transistor Ti bewirkt Der gleiche Effekt kann per Fernsteuerung erzielt werden, indem an die Basis des Transistors 7*2 wie erläutert ein impuls gegeben wird.

Wünscht man nach einer absichtlichen Außerbetriebnahme die Notstromversorgung während eines Netzausfalls wieder in Betrieb zu nehmen, so wird über den Anschluß 3 ein Impuls an die Basis des Transistors Ti gegeben, so daß letzterer leitend wird.

Erscheint an den Klemmen der Primärwicklung des Transformators Tr von neuem die Netzspannung, so wird der Batterie B ein Ladestrom zugeführt und die Schaltung wird selbsttätig in den Überwachungszustand gebracht, unabhängig davcn, ob die Notbeleuchtung vorher in Betrieb war oder nicht

F i g. 2 zeigt eine ganz ähnliche Schaltungsanordnung wie Fig. 1, was durch die Verwendung gleicher Bezugszeichen zum Ausdruck kommt. Im Gegensatz zu der geschilderten Schaltungsanordnung ist hier nur ein Anschlußpaar 1,2 für die Fernsteuerung der Betriebszustände der Schaltungsanordnung vorgesehen. Während der Anschluß 1 wie vorher mit dem negativen Pol der Batterie verbunden ist, führt der Anschluß 2 über einen Schutzwiderstand R 10 an die Basis des Transistors 7*1. Je nach der Polarisationsrichtung des Steuerimpulses wird nach einem Netzausfall der Transistor Ti entweder gesperrt (negativer Impuls am Anschluß 2) oder wieder leitend gemacht (positiver Impuls). Eine Diode D8 zwischen Emitter und Kollektor des Transistors T2 verhindert einen direkten Kurzschluß zwischen den beiden Anschlüssen 1 und 2 und schützt die Basis des Transistors 7*1 vor einer zu hohen Spannung falscher Polarität.

Auch die Schaltungsanordnung nach Fig.3 ähnelt weitgehend der Schaltung nach Fig. 1, was durch gleiche Bezugszeichen zum Ausdruck kommt. Der wesentliche Unterschied liegt im Ersatz des Kontaktes P für die Handsteuerung durch ein bipolares Relais K' mit dem sowohl der Notbetrieb als auch der Ruhebetrieb bei Netzausfall hergestellt werden können. Um die Notbeleuchtung bei Netzausfall auszuschalten, wird mit diesem Relais eine Verbindung zwischen dem positiven Pol der Batterie und der Basis des Transistors 7*2 über einen Widerstand R 9 hergestellt, wodurch der Transistor T2 gesperrt wird. Will man die Notbeleuchtung bei Netzausfall wieder einschalten, so bildet man über dieses Relais K' kurzzeitig einen Kurzschluß zum Kontakt K. In der neutralen Stellung (b) besitzt diese Relais keine Wirkung.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 4 unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 durch einen Ersatz des Relais Ra mit seinem Kontakt K durch einen Leistungstransistor Tp, dessen Emitter-Kollektor-Strecke im Verbraucherkreis liegt und dessen Basiselektrode über einen Spannungsteiler mit den Widerständen Λ 11 und Ri2 in Serie zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Ti liegt. Sobald ein Strom durch diesen Spannungsteiler fließt, wird der Leistungstransistor leitend.

F i g. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Hier steuert der Transistor T2 nicht mehr in Abhängigkeit von der Netzspannung den Transistor Ti; er verstärkt vielmehr die Polarisation des Transistors 7*1, der gleichzeitig die Netzspannung überwacht und die Speisung bzw. das Unterbrechen der Speisung der Notlampen bewirkt. Die Transistoren Ti und 7*2 dienen hier nicht mehr zum Steuern der Außerbetriebnahme und des Wiederinbetriebsetzens der Notlampen. Diese Aufgabe ist hier einem zusätzlichen Transistor 7*3 übertragen. Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 5 arbeitet folgendermaßen: Bei vorhandenem Netz bildet sich ein Ladestrom vom Netzgleichrichter Rd über eine Diode D1, einen Ladewiderstand R1 mit parallelgeschalteter Ladekontrollampe Lc und die Batterie B aus. Andererseits wird ein Spannungsteiler R 13, R14 mit Strom versorgt, der dem Spannungsteiler R 4 bis R 6 der voriiergehenden Figuren entspricht. Dem Widerstand R 14 ist ein Kondensator Ci parallel geschaltet. Der Verbindungspunkt des Spannungsteilers ist über die Serienschaltung eines Widerstandes R15 und einer Diode D 9 mit der Basis des Transistors 72 verbunden. Dadurch wird der Transistor TI hei vnrharHpnpm Niet-»

leitend, und es fließt ein Strom durch einen Spannungsteiler R16, R 17, D12, R 18 und den Transistor T2. Der Transistor Ti bleibt also gesperrt, solange das Netz vorliegt. Ein Kondensator C2 dient zum Filtern des Stroms in den Widerständen R 17 und R 18.

Der Kondensator Ci filtert den Strom an den Klemmen des Widerstandes R14 und bewirkt bei Spannungsausfall für einen Moment eine forgesetzte Speisung des Transistors T2.

Der Transistor T3 hat die Aufgabe, die Polarisierung des Transistors Ti zu verstärken, so daß dieser selbst dann sicher umschaltet, wenn die Netzspannung nur langsam abnimmt. Bei Wiederauftreten der Netzspannung wird die Basis des Transistors Ti wieder positiv, so daß dieser Transistor sperrt und die Lampen ausgeschaltet werden.

Soll während eines Netzausfalls die Noistromversorgung mit Absicht außer Betrieb genommen werden, so kann hierzu entweder ein Kontakt P' geschlossen werden, der die Basis des Transistors T2 kurzzeitig an den negativen Pol der Batterie anschließt, oder man führt per Fernsteuerung einen Impuls über eine Diode DlO und einen Widerstand R23 an die Basis dieses Transistors mit demselben Effekt. Die Wiederinbetriebnahme erfolgt mit einem Impuls entgegengesetzter Polarität über cJen Anschluß 3 und eine Diode D11, die über den Widerstand R 23 auch mit der Basis des Transistors T2 verbunden ist.

Bei wiederauftretender Netzspannung wird automatisch der Überwachungsbetrieb wieder aufgenommen, und zwar unabhängig davon, ob die Notstromversorgung vorher ausgeschaltet oder eingeschaltet war.

Die Diode 12 zwischen den Widerständen R 17 und R 18 erzeugt einen festen Spannungsabfall, durch den eine zu weit gehende Entladung der Batterie verhindert wird. Besitzt die Batterie eine große Anzahl von Zellen, so handelt es sich hier um eine Zenerdiode.

F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der zuletzt geschilderten, bei der der Transistor 7Ί nicht unmittelbar die Notbeleuchtung speist, sondern über ein Leistungsrelais Ra. Eine Diode £>6 parallel zur Spule dieses Relais schützt den Transistor Ti gegen die in der Spule induzierten Spannungen.

In dieser Ausführungsform braucht der Transistor Ti

ίο nicht als Leistungstransistor ausgeführt zu sein.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 7 handelt es sich um eine permanente Notstromversorgung, bei der die Lampen nicht nur bei Netzausfall aufleuchten, sondern bei vorhandenem Netz aus diesem betrieben werden. Hierzu weist der Transformator Tr eine zusätzliche Sekundärwicklung auf, die die Beleuchtungsenergie liefert Bei Netzbetrieb ist jeweils eine Lampe Lsi bzw. Ls2 der Notstromversorgung mit einer Lampe LpI bzw. Lp 2 in Serie an die zusätzliche Sekundärwicklung des Transformators Tr angeschlossen, während im Notstrombetrieb nur die Lampen Ls i und Li2 über einen zusätzlichen Kontakt /des Relais Ra an die Batterie B angeschlossen sind.
Wenn die Erfindung auch anhand einiger charakteristischer Ausführungsformen beschrieben worden ist, so ist sie jedoch nicht darauf beschränkt. Insbesondere können die Schaltungsanordnungen gemäß den F i g. 2, 3 und 6 ohne weiteres in Permanentversorgungen gemäß F i g. 7 umgewandelt werden. Auch lassen sich die verschiedenen Steuerungsarten für die einzelnen Betriebszustände der Schaltungsanordnung nahezu beliebig miteinander kombinieren. Schließlich können statt der Lampen andere elektrische Verbraucher vorgesehen werden oder Lampen in anderer Anzahl und Zusammenschaltung.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Stromversorgung eines Verbrauchers aus einer Notbatterie bei Netzabfall, mit Schaltmitteln die den Verbraucher an die Notbatterie anschließen, und zwei Schalttransistoren, von denen der erste die Netzspannung überwacht und bei Abfall der Netzspannung unter einen Schwellwert umschaltet, während der zweite von dem ersten gesteuert wird und selbst die Schaltmittel betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (Ra, K, Tp) eine Verbindung zwischen der Steuerelektrode des zweiten Transistors (Ti) und der Batterie (B) is herstellen, derart, daß über diese Verbindung ein Haltestromkreis entsteht, über den der zweite Transistor nach einem Netzabfall leitend gehalten wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmhtel aus einem Relais (Ra, K) bestehen, dessen Spule im Kollektorkreis des zweiten Transistors (Ti) liegt, und von dem ein Arbeitskontakt (K) zwischen einem Pol der Batterie (B) und der Basis des zweiten Transistors (Ti) angeordnet ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über diesen Arbeitskontakt (K) auch der Strom für den Verbraucher (Lsi, Ls 2) geführt ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Arbeitskontakt (I) dieses Relais vorgesehen ist, der bei Netzausfall die Batterie (B) mit dem Verbraucher (Lsi, Ls2) verbindet

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel aus einem Transistor (Tp - F i g. 4 bzw. Ti - F i g. 5) bestehen, dessen Basis im Kollektorkreis des zweiten Transistors (Ti - F i g. 4 bzw. T2 - F i g. 5) liegt, und dessen Emitter-Kollektor-Strecke eine Verbindung zwischen einem Pol der Batterie und dem Verbraucher Lsi) bildet

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß über diese Strecke auch der Polarisationsstrom des zweiten Transistors geleitet ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (D 12) zur Beschränkung der Entladung der Batterie im Polarisationskreis des Leistungstransistors (Tp) angeordnet ist