DE2926071A1 - Schaltungsanordnung zur stabilisierung der verbraucherspannung in gleichstromanlagen - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Verbraucher-
• spannung in Gleichstromanlagen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Verbraucherspannung. in Gleichstromanlagen mit Haupt- und Zusatzgleichrichtern zum Laden einer Haupt- und Schaltzellen aufweisenden Bleibatterie in Pufferschaltung, die zur Stromversorgung eines Verbrauchers dient mit selbsttätiger Anschaltung von Zellen mittels eines Umschalteschützes bei Netzausfall, bei der der Zusatzgleichrichter parallel zu den Schaltzellen angeordnet ist und bei der der Hauptgleichrichter unmittelbar zu den Hauptzellen angeordnet ist und bei der die Hauptzellen über die Kontakte des Umschalteschützes mit dem Verbraucher verbindbar sind.
• Viele elektrische Verbraucher sind nicht in der Lage, die Spannungsabsenkung während der Batterie-Entladephase, bedingt durch die Batterie-Entlade-Kennlinie, zu verkraften. Zur Stabilisierung der Batteriespannung während der Entladephase wird zum Beispiel bei Hoch- stromanlagen oft die Zellenumschaltetechnik eingesetzt.
• Dabei liegt der elektrische Verbraucher im normalen Betriebsfall an einem Teil der Batterie, an dem zugleich auch ein oder mehrere Hauptgleichrichter angeordnet sind. Bei Netzausfall können Zusatzzellen in Gruppen von je zwei Zellen, denen jeweils Hilfsgleichrichter parallel liegen, zur Erzeugung einer entsprechenden Ausgangsspannung zur Batterie hinzugeschaltet werden. Diese Schaltungsanordnung hat einen sehr hohen Wirkungsgrad. Es sind jedoch zwei Zusatzgleichrichtergruppen sowie zwei Zellenumschalteschütze mit zugehöriger Verschiebung und eine Batterie-Anzapfung erforderlich.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Verbraucherspannung in Gleichstromanlagen zu schaffen, bei der unter Beibehaltung des hohen Wirkungsgrades bei Anwendung der Zellenumschaltetechnik der Schaltungsaufbau vereinfacht wird.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß parallel zur Hauptbatterie der Eingang eines Gleichumrichters liegt, dessen eine Ausgangsklemme mit dem einen Pol der Hauptbatterie und dessen andere Ausgangsklemme mit dem Umschaltekontakt des Umschalteschützes verbunden ist und daß zwischen diesem Kontakt und dem einen Pol des Zusatzgleichrichters die Schaltstrecke eines einfachen Schaltschützes liegt, das in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Gleichumrichters gesteuert ist.
• Durch diese Maßnahmen erhält man eine Schaltungsanordnung der obengenannten Art, bei der nur noch ein Zusatzgleichrichter benötigt wird, der in der Leistung zwar doppelt so groß jedoch in den Kosten nicht zwei Zusatzgleichrichtern entspricht. Zusätzlich wird ein Gleichumrichter benötigt. Demgegenüber wird aber ein Zusatzgleichrichter, eine zusätzliche Batterie-Anzapfung mit Verschienung und ein zweiter Umschalteschütz eingespart.
• An Hand der bekannten Schaltungsanordnung nach Fig 1 sowie dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird die Erfindung näher erläutert.
• Figur 1 zeigt eine herkömmliche Schaltungsanordnung, bei der die elektrischen Verbraucher im normalen Betriebsfall an der achtundzwanzigstjn Zelle der Batterie liegen. Dabei speist gleichzeitig einer oder mehrere Hauptgleichrichter ebenso an dieser Stelle ein. Bei einer Pufferspannung von 2,25 V pro Zelle ergibt sich eine Verbraucherspannung von 63 V. Zur Erzielung einer entsprechenden Ausgangsspannung bei Netzausfall sind vier Zusatzzellen in Gruppen von je zwei Zellen vorhanden.
• Sinkt die Spannung bei Netzausfall an der achtundzwanzigsten Zelle auf 60 V ab, so werden die Verbraucher auf die dreißigste Zelle hochgeschaltet. Es ergibt sich ein Verbrauch von etwa 64 V.
• Sinkt die Spannung auf der dreißigsten Zelle auf etwa 60 V ab, wird auf die zweiunddreißigste Zelle umge- schaltet, und es ergibt sich erneut eine Verbraucherspannung von etwa 64 X. Bei einer unteren zulässigen Verbraucherspannung von etwa 58 V ist mit dieser Schaltungsanordnung eine Entladung der Batterie auf 1,8 V pro Zelle möglich. Bei Netzwiederkehr wird die Zellenspannung durch die Haupt- und Zusatzgleichrichter auf die Ruhe spannung von etwa 2 V angehoben. Damit liegt die Spannung an der dreißigsten Zelle über 60 V, womit eine Umschaltung von der zweiunddreißigsten Zelle auf die dreißigste Zelle erfolgt. Der Verbrauch liegt damit an der dreißigsten Zelle. Damit müssen die Hauptgleichrichter und der Zusatzgleichrichter ZGri den Verbrauch und die Aufladung der Batterie bringen, d. h., der Zusatzgleichrichter ZGrl muß gleich groß wie der Hauptgleichrichter ausgelegt sein.
• Figur 2 zeigt die Schaltungsanordnung nach der Erfindung.
• Parallel zu den Zellen der Hauptbatterie 1 liegt der Hauptgleichrichter HGr. Parallel zu den Zellen der Zusatzbatterie 2 liegt der Zusatzgleichrichter. Gleichzeitig ist der Eingang des Gleichumrichters 3 parallel zur Hauptbatterie 1 geschaltet. Die eine Ausgangsklemme des Gleichumrichters 3 ist mit dem positiven Pol der Hauptbatterie 1 verbunden, während die andere Klemme des Gleichumrichters 3 an den Umschaltekontakt des Umschalteschützes Ci geführt ist.
• Der nicht mit der Hauptbatterie verbundene Pol der Zusatzbatterie 2 ist außerdem über einen einfachen Schaltschütz C2 ebenfalls mit dem Umschaltekontakt des Umschalteschützes C1 verbunden.
• Das Schaltschütz Ci wird von einer Spannungsüberwachungsschaltung U1 gesteuert, die anspringt, wenn die Spannung am Verbraucher einen bestimmten vorgegebenen Wert unterschreitet. Parallel zum Ausgang des Gleichumrichters 3 liegt eine zweite Uberwachungsschaltung U2, die den Schaltschütz C2 ebenfalls bei Unterschreitung einer bestimmten vorgegebenen Spannung betätigt.
• Die Funktionsweise der Schaltung ist wie folgt0 Im normalen Betriebsfall wird die Hauptbatterie 1 mit dem Hauptgleichrichter HGr gepuffert und der Verbrauch direkt über das Umschalteschütz cl gespeist. Der Zusatzgleichrichter ZGr bringt unabhängig die Ladung und Ladungserhaltung für die Zusatzzellen der Batterie. Der Gleichumrichter 3 läuft im Leerlauf mit.
• Bei Netzausfall sinkt die Spannung an der Hauptbatterie 1 relativ schnell ab. Es erfolgt kurzfristige Umschaltung des Verbrauches über das Umschalteschütz ci auf den Ausgang des Gleichumrichters. Dieser setzt nun so viel Spannung zu, daß die Verbraucherspannung innerhalt der zulässigen Spannungstoleranz liegt. Dieser Gleichumrichter 3 ist in der Lage, maximal so viel Spannung abzugeben, daß eine Umschaltung auf die Gesamtbatterie über das Schaltschütz c2 möglich wird (bei entsprechender Spannungsabsenkung an der Hauptbatterie). Dabei kann dieser Gleichumrichter mit konstanter Ausgangsspannung, was zum Beispiel einer Mittelanzapfung der Zusatzbatterie entspricht, gefahren werden, aber auch mit stetig steigender Spannung, so daß der Verbrauch stufenlos von der Hauptbatterie 1 auf die Gesamtbatterie hochgefahren wird.
• Der Wirkungsgrad der Anlage während der Entladephase wird nur unbedeutend verschlechtert, da dieser Wandler nur kurzzeitig in Betrieb ist. Die Leerlaufverluste bei Normalbetrieb werden vom Hauptgleichrichter HGr abgedeckt. Bei entsprechender Auslegung der Hauptbatterie und zulässigen Spannungs-Toleranzbereich vom Verbrauch kann der Gleichumrichter 3 im Anlaufbetrieb betrieben werden, wodurch die Leerlaufverluste ganz entfallen.
• 4 Patentansprüche 2 Figuren

Claims (4)

1. PatentansprUche 1. )Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Veraucherspannung in Gleichstromanlagen mit Haupt- und Zusatzgleichrichtern zum Laden einer Haupt- und Schaltzellen aufweisenden Bleibatterie in Pufferschaltung, die zur Stromversorgung eines Verbrauchers dient mit selbsttätiger Anschaltung von Zellen mittels eines Umschalteschützes bei Netzausfall, bei der der Zusatzgleichrichter parallel zu den Schaltzellen angeordnet ist und bei der der Hauptgleichrichter unmittelbar parallel zu den Hauptzellen angeordnet ist und bei der die Hauptzellen über die Kontakte des Umsohalteschützes mit dem Verbraucher verbindbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß parallel zur Hauptbatterie (1) der Eingang eines Gleichumrichters (3) liegt, dessen eine, Ausgangsklemme mit dem einen Pol der Hauptbatterie (1) und dessen andere Ausgangsklemme mit dem Umschaltekontakt des Umschalteschützes (G1) verbunden ist und daß zwischen diesem Kontakt und dem einen Pol des Zusatzgleichrichters (ZGR) die Schaltstrecke eines einfachen Schaltschützes (C2) liegt, das in Abhängigkeit von der Ausgangs spannung des Gleichumrichters (3) gesteuert ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spannung der Hauptbatterie (1) und der Spannungstoleranzbereich so aufeinander abgestimmt sind, daß der Gleichumrichter (3) im Anlaufbetrieb arbeitet.
3. 3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i 0 h -n e t , daß der Gleichumrichter konstante Ausgangsspannung abgibt.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gleichumrichter (3) bei Netzausfall eine stetig steigende Spannung abgibt.