DE631173C - Einrichtung fuer Wechselstromnetze zur Vermeidung einer Spannungsverminderung bei Zuschaltung einer Belastung - Google Patents
Einrichtung fuer Wechselstromnetze zur Vermeidung einer Spannungsverminderung bei Zuschaltung einer BelastungInfo
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- DE631173C DE631173C DEW89517A DEW0089517A DE631173C DE 631173 C DE631173 C DE 631173C DE W89517 A DEW89517 A DE W89517A DE W0089517 A DEW0089517 A DE W0089517A DE 631173 C DE631173 C DE 631173C
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Description
Die Erfindung bezweckt, in Wechselstromnetzen die bei Zuschaltung einer Belastung
auftretende Spannungsverminderung zu vermeiden.
Es ist bekannt, zur Regelung gleichgerichteter Wechselströme, insbesondere des Ladestromes
von Batterien mit Gleichrichtern, eine aus einer Drosselspule und einem dazu
parallel liegenden Kondensator bestehende Schaltung zu verwenden. Bei der bekannten
Anordnung wird der erzeugte Gleichstrom durch eine Gleichstromvormagnetisierungs-•wicklung
der Wechselstromdrossel geleitet und somit ein Gleichstromfluß in dieser Spule dem Wechselstromfluß überlagert. Die bezweckte
Veränderung des Stromes wird also hier durch den Gleichstrom in einer Art von Rückkopplungsschaltung erzielt.
Bei der Erfindung wird demgegenüber die Stromregelung durch die Drosselspule mit
parallel geschaltetem Kondensator nur durch reine Wechselstromvorgänge in der Weise bewirkt,
daß die Drosselspule und die Kapazität des Kondensators so bemessen werden,
daß ein ausgeprägtes oberes Knie in der Spannungskurve der Drosselspule in möglichster
Nähe der NuUinie des Gesamtstromes in der Parallelschaltung gebildet wird, daß ferner der
Arbeitspunkt in die Nähe und oberhalb dieses Knies gelegt wird und daß der Spannungsabfall
an der Drossel annähernd konstant bleibt.
Die Schaltung nach der Erfindung ist schematisch in Fig. 1 dargestellt, und zwar
bedeuten:
Γ einen Umspanner zur Herabsetzung der Netzspannung auf die für den Gleichrichter
passende Höhe,
Or eine Drosselspule mit stark gesättigtem Eisenkern und parallel geschaltetem Kondensator,
durch welche die Stromregelung bewirkt wird,
TG einen Trockengleichrichter in Grätzschaltung,
DG eine Glättungsdrosselspule,
B die zu puffernde Batterie. 4-5
In Fig. 2 stellt die mit ED bezeichnete
Kurve die Spannung an der Drossel allein in Abhängigkeit vom durchfließenden Strom
dar, welche der Magnetisierungskurve entspricht. Die mit Ec bezeichnete Kurve zeigt
die am Kondensator herrschende Spannung allein in Abhängigkeit des hindurchfließenden
Stromes. Bei der Parallelschaltung von Kondensator und Drosselspule herrscht an beiden
Elementen die gleiche Spannung, und es ergibt sich die in Fig. 3 dargestellte Spannungskurve ECD in Abhängigkeit von dem durch
denKondensator und die Drosselspule fließenden Gesamtstrom.
In der Parallelschaltung heben sich die Ströme der Drosselspule und des Kondensators
im Punkt k2, dem oberen Knie der Span-
*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:
Dipl.-Ing. Helmut Böhm-in Berlin-Halensee.
nungskurve, nahezu auf. Dieser Punkt entspricht in Fig.-2 dem Schnittpunkt der Kurvende und E0, woraus hervorgeht, daß bei
dieser Spannung _der.Kondensatorstrom und der Drosselstrom entgegengesetzt gleich
so daß also die Phasenverschiebung Null somit cos φ= ι ist. Praktisch kann jedö
dieser Punkt nur annähernd erreicht werden, "da innerhalb eines gewissen Bereiches der
ίο Stromkreis bekanntlich nicht stabil ist. In Fig. 3 ist daher das Kurvenstück zwischen Ji1
und k2 nur gestrichelt gezeichnet.
Für die Anwendung der Erfindung wird nur der fast konstante Teil oberhalb des zweiten
Knies k2 benutzt, oberhalb dessen mit zunehmendem
Gesamtstrom ein immer größerer Anteil desselben durch die Drosselspule fließt. Dies zeigt Fig. 2, wo beispielsweise bei
30 Volt durch den Kondensator 1,8 Amp. fließen, während durch die Drosselspule
S Amp. hindurchgehen. Infolgedessen überwiegt die induktive Wirkung der Drosselspule
immer mehr und mehr die kapazitive Wirkung des Kondensators; somit nimmt die Phasenverschiebung mit zunehmendem Gesamtstrom
zu und der cos φ ab. Hieraus ergibt sich die in Fig. 3 gezeichnete cos
<p-Kurve. Schaltet man diese Anordnung in einen Stromkreis, der von einer Wechselstromquelle
mit beispielsweise konstanter'Spannung versorgt wird, so tritt bei Zuschaltung einer Belastung
eine Spannungserhöhung mit zunehmender Belastung ein, und zwar stellt in dem Vektordiagramm der Fig. 4 A-B die konstante
Netzspannung dar, während ECd die Spannung
an der Drossel-Kondensator-Parallelschaltung undER die Spannung am Belastungswiderstand
angibt. Punkt C gilt für kleine Belastungen, Punkt C" für große Belastungen.
Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, ist die Phasenverschiebung φ der Drossel-Kondensator-Parallelschaltung
bei kleinen Belastungen klein und wächst bei größerer Belastung. Somit steigt als resultierende Spannung
aus der Netzspannung A-B und der Spannung ECD an der Drossel-Kondensator-Parallelschaltung
die Spannung ER an der Belastung vom Wert B-C bei kleinen Belastungen
auf den Wert B-C bei großen Belastungen zugleich mit der Phasenverschiebung an.
Hierbei hat die auftretende dritte Oberwelle einen gewissen Anteil an der Spannungsregelung,
indem sich mit zunehmender Belastung die Kurvenform des Wechselstromes und damit auch der phasengleichen Spannung
. am Widerstand bzw. Gleichrichter einer rechteckigen Gestalt nähert. Dies bewirkt eine geringe
Steigerung der effektiven Strom- und Spannungswerte über die durch die Phasen- ßo Verschiebung der Grundwelle allein hervorgerufene
Spannungserhöhung· hinaus.
Die Kurve der Wechselspannung an dem Stromverbraucher zeigt den in Fig. 5 gestrichelt
dargestellten Verlauf, d. h. von dem Knickpunkte e aus steigt die Kurve e-f-g er-
^ lieblich an, und ihre Form hängt im übrigen ?Sxbn der Bemessung der Drossel und des Koni:'densators
ab.
Wird der Wechselstrom durch einen Gleichrichter in Gleichstrom verwandelt und einem
Gleichstromverbraucher zugeführt, so entsteht die Spannungskurve, die unterhalb der gestrichelten
Kurve e-f-g voll ausgezeichnet ist. Wie ersichtlich, tritt nach dem ansteigenden
Teil a-b der Kurve ein allmählicher Abfall b-c ein, da im Belastungsbereich a-b in der
Hauptsache die Spannungserhöhung durch die Drossel -Kondensator -Parallelschaltung zur
Geltung kommt, während im Teil b-c mehr und mehr der innere Spannungsabfall des
Gleichrichters überwiegt. Diese Eigenart der Kurve hat besondere Bedeutung für.die Verwendung
der Schaltung nach der Erfindung zur Batterieladung. Steigt die Batteriespannung
allmählich an, so wandert der Belastungspunkt auf der Spannungskurve von c nach b.
Punkt b ist etwa bei 29 Volt (2, 4 V/Zelle, 12 Zellen) erreicht; alsdann fällt der Ladestrom
plötzlich auf einen Kleinstwert von etwa 3°/0 des Vollastladestromes. Der Batte- go
riespannung von 29 Volt entsprechen nämlich zwei Ladestromgrößen entsprechend den Punkten
δ und b'. Es stellt sich hierbei stets der kleinere Ladestrom ein; der Ladestrom
geht also sprunghaft auf den Kleinstwert zurück.
Fällt jetzt die Batteriespannung infolge Entladung wieder auf den Kleinstwert von
rd. 23,5 Volt, so ist der Punkt α erreicht. Dieser Spannung entsprechen ebenfalls wieder
zwei Ladeströme entsprechend den Punkten a und c. Bei dieser Spannung stellt sich stets
der größere Ladestrom ein, so daß also bei Herabsinken der Batteriespannung auf rd.
23,5 Volt der Ladestrom plötzlich auf seinen vollen Wert springt.· Die Einschaltung erfolgt
wie durch ein Relais. Auch begrenzt die Kippdrossel den größten Ladestrom in der
Weise, daß eine Zunahme der Netzspannung eine wesentlich geringere Zunahme des Ladestromes
durch Überschreiten des Höchstwertes zur Folge hat.
Diese Erscheinung ist darauf zurückzuführen, daß bei Überschreitung eines bestimmten
Höchstwertes der Netzspannung die Oberwellen des Stromes in der Kippdrossel erheblich zunehmen, während bei geringeren Netzspannungen
die Oberwellen im Wechselstrom nur eine zu vernachlässigende Rolle spielen.
Daher wird durch eine Netzüberspannung ein rasch ansteigender Spannungsabfall infolge
Umbildung der Oberwellen hervorgerufen, so
daß weitere Erhöhungen der Netzspannung keine Steigerung des Gleichstromes am Verbraucher
verursachen können. Hierin liegt ein gewisser Selbstschutz. Netzspahnungs-Schwankungen
sind also nicht nachteilig.
Ein besonderer Vorteil der Kippdrosselschaltung ist, daß die Spannung der Puffer-"
batterie innerhalb sehr enger Grenzen gehalten werden kann, was für viele von Pufferbatterien
gespeiste Geräte sehr erwünscht ist, die keine Überspannungen vertragen, ohne daß ihr einwandfreies Arbeiten gestört wird.
Bisher wurde die selbstregelnde Dauerladung von Batterien mittels Gleichrichtern,
insbesondere Trockengleichrichtern, in der Weise erstrebt, daß nach Erreichen einer bestimmten
Batteriespannung möglichst Spannungsgleichgewicht zwischen Gleichrichter und Batterie eintritt. Dies läßt sich durch
eine Verminderung des inneren Widerstandes des Trockengleichrichters erzielen. Infolge
der Welligkeit des erzeugten Gleichstromes kann man jedoch ein vollkommenes Spannungsgleichgewicht
niemals erreichen, weshalb der Ladestrom auf nur 10 bis 15% seines
Anfangswertes zurückgeht. Dasselbe ergibt sich auch bei Verwendung einer Glättungsdrosselspule,
da_ zwar die Welligkeit unterdrückt wird, der erhöhte induktive Widerstand
infolge der Einschaltung der Drossel jedoch den Spannungsabfall einer solchen Anordnung erheblich vergrößert. Der verhältnismäßig
hohe restliche Ladestrom ruft bei vollgeladener Batterie eine erhebliche Überspannung hervor, die mit Rücksicht auf
empfindliche Stromverbraucher unerwünscht ist. Auch kehrt bei wieder einsetzender Entladung
der Ladestrom allmählich zurück, so daß die Ladezeit im Verhältnis sehr hoch ist,
insbesondere auch deshalb, weil man nicht wie bei der Anordnung nach der Erfindung
den Nennstrom des Gleichrichters als hoch-' sten Ladestrom, sondern nur etwa die Hälfte,
ausnutzen kann.
Demgegenüber lassen sich bei der Einrichtung nach der Erfindung die Spannungsgren- .
zen bei der Batterieladung außerordentlich eng gestalten, da diese Schaltung eine spannungsabhängige
und keine stromabhängige darstellt. Der geringe restliehe Ladestrom
von ι bis 3 °/0 verursacht keinerlei Überspannung,
weshalb also nach erfolgter Aufladung die Batteriespannung auf ihrem normalen Wert verbleibt. Bei wieder einsetzender Entladung
kehrt fast sofort der volle höchste Ladestrom wieder, womit die Aufladezeit
bedeutend kürzer ist als bei der vorerwähnten selbstregelnden Dauerladung, bei welcher
ja nur So °/0 des Vollastladestromes ausgenutzt
werden können.
Besonders vorteilhaft wirkt sich die Schaltung gemäß der Erfindung bei der Ladung
alkalischer Batterien aus, bei denen jeglicher ' restliche Ladestrom nach erfolgter Aufladung
wegen der fehlenden Selbstentladung schäd-Hch ist. Durch geeignete Bemessung der
Drossel-Kondensator-Parallelschaltung kann erreicht werden, daß der Ladestrom ganz auf
Null zurückgeht.
Weiterhin kann die Bemessung der Drossel-Kondensator-Parallelschaltung
so getroffen werden, daß eine fast konstante Gleichspannung erzielt wird, so daß der Gleichrichter
in der Einrichtung nach der Erfindung auch als Stromquelle konstanter Gleichspannung
verwendet werden kann. Die bei Gleichrichtern übliche Glättungsdrosselspule beeinflußt die auf der Wechselstromseite liegende
Drossel-Kondensator-Parallelschaltung in keiner Weise nachteilig. So
Die Mittel zur Bemessung der Kippdrossel nach der Erfindung bestehen in der geeigneten
Bemessung der Amperewindungszahl und der geeigneten Bemessung und Wahl. des
Eisenkernes. Die Größe des Kondensators wird in bekannter Weise den zu erzielenden
Stromverhältnissen angepaßt.
Claims (2)
1. Einrichtung für Wechselstromnetze go
zur Vermeidung einer Spannungsverminderung bei Zuschaltung einer Belastung unter Verwendung einer der Belastung
vorgeschalteten Drosselspule mit Eisenkern mit parallel geschaltetem Kondensator,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule, die lediglich von Wechselstrom durchflossen wird, und die Kapazität
des Kondensators so bemessen werden, daß ein ausgeprägtes oberes Knie in der Spannungskurve der Drosselspule in
möglichster Nähe der Nullinie des Gesamtstromes in der Parallelschaltung gebildet
wird, daß der Arbeitspunkt in die Nähe und oberhalb des oberen Knies gelegt
wird und daß der Spannungsabfall an der Drossel annähernd konstant bleibt.
2. Anwendung der Einrichtung nach Anspruch 1 zur selbstregelnden Dauerladung
von Sammlerbatterien mittels eines Gleichrichters, insbesondere Metall·
trockengleichrichters, aus einer Wechselstromquelle unter Benutzung des bei kleinen
Strömen geringen und bei größeren Strömen wachsenden Spannungsabfalles des Gleichrichters.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEW89517A DE631173C (de) | 1932-02-17 | 1932-02-17 | Einrichtung fuer Wechselstromnetze zur Vermeidung einer Spannungsverminderung bei Zuschaltung einer Belastung |
GB407733A GB414754A (en) | 1932-02-17 | 1933-02-10 | Device for regulating the voltage in alternating current lines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEW89517A DE631173C (de) | 1932-02-17 | 1932-02-17 | Einrichtung fuer Wechselstromnetze zur Vermeidung einer Spannungsverminderung bei Zuschaltung einer Belastung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE631173C true DE631173C (de) | 1936-06-18 |
Family
ID=7613063
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEW89517A Expired DE631173C (de) | 1932-02-17 | 1932-02-17 | Einrichtung fuer Wechselstromnetze zur Vermeidung einer Spannungsverminderung bei Zuschaltung einer Belastung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE631173C (de) |
GB (1) | GB414754A (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE754262C (de) * | 1939-06-04 | 1953-02-02 | Aeg | Anordnung zur Batterieschnellaufladung |
DE760190C (de) * | 1936-06-21 | 1953-10-19 | Siemens & Halske A G | Gleichrichterladegeraet mit Regelanordnung fuer den Ladestrom einer Batterie |
DE1077318B (de) * | 1954-08-09 | 1960-03-10 | Frako Kondensatoren Und Appbau | Stabilisierte Netzgleichrichterschaltung |
DE1145267B (de) * | 1954-09-09 | 1963-03-14 | Frako Kondensatoren Und Appbau | Stabilisierte Netzgleichrichterschaltung |
-
1932
- 1932-02-17 DE DEW89517A patent/DE631173C/de not_active Expired
-
1933
- 1933-02-10 GB GB407733A patent/GB414754A/en not_active Expired
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE760190C (de) * | 1936-06-21 | 1953-10-19 | Siemens & Halske A G | Gleichrichterladegeraet mit Regelanordnung fuer den Ladestrom einer Batterie |
DE754262C (de) * | 1939-06-04 | 1953-02-02 | Aeg | Anordnung zur Batterieschnellaufladung |
DE1077318B (de) * | 1954-08-09 | 1960-03-10 | Frako Kondensatoren Und Appbau | Stabilisierte Netzgleichrichterschaltung |
DE1145267B (de) * | 1954-09-09 | 1963-03-14 | Frako Kondensatoren Und Appbau | Stabilisierte Netzgleichrichterschaltung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB414754A (en) | 1934-08-08 |
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