DE638271C - Anordnung zur Speisung von Verbrauchern mit gleichgerichtetem Wechselstrom unter Verwendung einer Pufferbatterie - Google Patents
Anordnung zur Speisung von Verbrauchern mit gleichgerichtetem Wechselstrom unter Verwendung einer PufferbatterieInfo
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- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
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- H02M7/066—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode particular circuits having a special characteristic
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Description
Bei der Speisung von Verbrauchern mit gleichgerichtetem Wechselstrom werden häufig
Pufferbatterien verwendet, die bei starker Belastung Leistung abgeben und in den Zei-S
ten niedriger Belastung durch den Gleichrichter aufgeladen werden, mit dem sie
ständig verbunden sind. Um die Ladestromstärke dem Ladezustand der Pufferbatterie
anzupassen, ist es bekannt, eine Kippladung
to anzuwenden, d. h. eine Ladung, bei der die
Batterie bis auf eine bestimmte Zellenspannung, z. B. 2,6 V bei Bleizellen bzw. 1,6 V
bei Eisen-Nickel-Zellen, aufgeladen wird, wobei
bei Erreichung dieser Spannung der Ladestrom plötzlich auf einen sehr geringen Wert springt. Die Batterie besitzt im unbelasteten
Zustand dann eine Spannung von etwa 2,2 bzw. 1,4 V je Zelle. Sinkt bei
Stromentnahme die Batteriespannung unter einen bestimmten Wert, z. B. 2 bzw. 1,2 V
pro Zelle, so springt der Ladestrom wieder auf einen sehr hohen Wert, wodurch die
Batterie wieder aufgeladen wird.. Man hat auch bei Anwendung von Pufferbatterien
durch bestimmte Bemessung des Gleichrichterwiderstandes eine selbstregelnde Dauerladung
ohne Kippen erreicht, d. h. eine Ladung, bei der bei der niedrigsten Zellenspannung
von ungefähr 2 bzw. 1,2 V ein großer Ladestrom geliefert wird, während bei Erreichung
einer oberen Spannungsgrenze von 2,4 bzw. i,5 V der Ladestrom auf einen so
kleinen Wert zurückgeht, daß er gerade die Verluste der Batterie deckt.
Gemäß der Erfindung wird die Pufferbatterie nicht nur von einem Gleichrichter
(bzw. einer Gleichrichteranordnung), sondern von zwei Gleichrichtern (bzw. zwei Gleichrichteranordnungen) gespeist, von denen der
eine so bemessen ist, daß er hei der unteren Zellenspannung der Batterie, die man noch
zulassen will, also z. B. 2,0 bzw. 1,2 V, ungefähr
den maximalen von den Verbrauchern geforderten Strom liefert, und der eine solche
Charakteristik besitzt, daß er die Batterie nur bis zu einer Spannung aufladen kann,
die niedriger als die Gasungsspannung der Batterie ist, während der andere Gleichrichter
so bemessen ist, daß er im normalen Betrieb höchstens einen kleinen Zusatzstrom
liefert, jedoch eine Schnellaufladung der Batterie bewirkt, wenn die Entladespannung
unter den obenerwähnten Wert sinkt, wobei die Batterie dann bis zu einer Spannung
aufgeladen wird, bei der sie voll geladen ist. Bei Erreichen dieser Spannung springt der
Strom dann sprunghaft auf einen kleinen Betrag oder auf Null. Eine solche Anordnung
*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:
Bipl.-Ing. Wilhelm Kafka in Berlin-Siemensstadt.
6S8271
bietet den Vorteil, daß unnötige Verluste vermieden werden und trotzdem auch bei
wiederholt auftretenden Netzstörungen, also Wegfall der Wechselspannung, die Betriebssicherheit
der Anordnung gewährleistet ist, ohne daß man noch zusätzlich von Hand einzugreifen
braucht.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit 3 ist
der Transformator bezeichnet, dessen Primärwicklung an das Wechselstromnetz angeschlossen
ist und dessen Sekundärwicklung die beiden Gleichrichteranordnungen 1 und
speist, welche im Ausführungsbeispiel aus je vier Gleichrichtern in Graetzscher Schaltung,
z. B. Trockengleichrichtern wie Kupfer-, Kupferoxyd- Gleichrichtern, besteht. Die
Gleichrichter speisen die Pufferbatterie 4, an welche Verbraucher angeschlossen sind, die
in der Figur nicht gezeichnet sind. Der Gleichrichter 1 besitzt eine derartige Ladecharakteristik,
daß er ungefähr den Maximalwert des Verbraucherstromes liefern kann,
ohne daß die Batterie bei Leerlauf auf eine Spannung aufgeladen wird, bei welcher die
Batterie gast. Der Gleichrichter 2 besitzt eine Kipp charakteristik, und zwar derart, daß er
im normalen Betrieb nur einen geringen Ström liefert, jedoch bei Unterschreiten einer
unteren Spannungsgrenze der Batterie einen sehr großen Strom in die Batterie schickt,
wodurch diese schnell bis zu einer Spannung aufgeladen wird, bei der sie voll geladen ist,
worauf dann der Strom wieder auf einen kleinen Wert sprunghaft · zurückgeht. Diese
Kippcharakteristik wird im Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß in Serie mit dem
Gleichrichter 2 in an sich bekannter Weise eine gesättigte Drosselspule 5 liegt, zu der
parallel ein Kondensator 6 geschaltet ist, der im Ausführungsbeispiel an eine besondere
Sekundärwicklung der Drosselspule 5 angeschlossen ist. Wie diese gesättigte Drosselspule
5 und der Kondensator 6 zu bemessen sind, damit ein Kippvorgang auftritt, ist an
sich bekannt.
Am besten läßt sich wohl die Wirkungsweise
der Anordnung an Hand der Fig. 1 erläutern, in welcher die Ladekennlinien der
beiden Gleichrichter dargestellt sind, d. h. die vom Gleichrichter gelieferte Spannung
in Abhängigkeit vom Strom. Die Ladekennlinie des Gleichrichters 1 ist mit α bezeichnet.
Der maximal im normalen Betrieb auftre-55- tende Verbraucherstrom sei Z1. -Die Ladekennlinie
des Gleichrichters 1 liegt derartig, daß der Strom J1 vom Gleichrichter 1 gedeckt
wird bei einer Spannung, die der gewünschten -Entladespannung der Batterie entspricht,
also 2,0 bei Bleizellen bzw. 1,2 bei Eisen-Nickel-Zellen.
Durch entsprechende Bemessung des Gleichrichterwiderstandes wird erreicht, daß bei Leerlauf die obere Spannung,
bis zu welcher die Batterie durch den Gleichrichter ι aufgeladen Avird, niedriger ist als
die Spannung, bei welcher die Batterie gast. In Fig. ι beträgt die Spannung, bis zu welcher
die Batterie aufgeladen werden kann, 2,3 bzw. 1,4 V. Mit b ist die Ladekennlinie
der Gleichrichteranordnung2 bezeichnet, d.h. die Gleichspannung, wie sie durch den inneren
Widerstand des Gleichrichters, den Widerstand der gesättigten Vorschaltdrosselspule 5
mit Parallelkondensator, den inneren Widerstand des Transformators 3 und den Widerstand
der Zuleitungen gegeben ist. Wäre die Gleichrichteranordnung 2 allein vorhanden,
so würde bei Unterschreiten der Spannung von 2,0 bzw. 1,2 V der Strom sprunghaft auf
den Wert J2 ansteigen, worauf dann die Batterie bis zu einer Spannung, bei der sie
voll geladen ist, also von 2,6 bzw. 1,6 V je Zelle, aufgeladen wird. Der Strom wird dann
sprunghaft kiemer, und die Batteriespannung sinkt wieder so weit ab, bis der von der
Gleichrichteranordnung gelieferte Strom den Verluststrom der Batterie deckt. Die. Summe .
aus den beiden Ladekennlinien ist in Fig. 1 mit c bezeichnet.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende:
Im normalen Betrieb, wenn also der Maximalstrom des Verbrauchers kleiner als J1 ist,
liefert der Gleichrichter 1 nahezu den gesamten Strom. Die Batteriespannung hält
sich je nach der Größe des Belastungsstromes auf einem Wert, der zwischen 2,3 und 2,0
bzw. 1,4 und 1,2 V schwankt. Fällt nun plötzlich die Netzspannung weg und ist die
Batterie längere Zeit beansprucht, so sinkt ioo
ihre Spannung· unter 2,0 bzw. 1,2 V, und bei Wiederkehr der Netzspannung erfolgt ein
Kippen des Ladestromes auf den Wert /3.
Hierdurch wird dann die Batterie wieder schnell aufgeladen, und bei Erreichen ihrer
oberen Spannungsgrenze geht der Strotrt
sprunghaft auf einen kleinen Wert zurück, wie in der Figur durch den Pfeil angedeutet
ist. Ist bei der Schnellaufladung der Batterie ein Verbraucher angeschlossen, so geht ein na
Teil des von den beiden Gleichrichtern gelieferten Stromes in den Verbraucher, der
andere dient zur Aufladung der Batterie.
Die Anordnung bietet, wie bereits früher rwähnt, den Vorteil, daß auch bei wiederholt
auftretenden Netzstörungen die Batterie immer wieder voll geladen wird, ohne daß
unnötige Verluste in Kauf zu nehmen sind. Sie eignet sich daher insbesondere für bedienungslose
Unterstationen, bei denen dauernd Verbraucher gespeist werden bzw. häufig kurzzeitig Strom entnommen wird.
Im jAuifiihrungsbeispiel war angenommen,
daß der Gleichrichter ι eine Ladecharakteiistik
besitzt, bei der bei steigender Batteriespannung der Strom stetig zurückgeht. Man
kann aber auch der Gleichrichteranordnung ι eine Kippcharakteristik geben, indem man
ihr z. B. eine Drosselspule vorschaltet, die vom Ladestrom des Gleichrichters * ι vormagnetisiert
wird. Die Kippcharakteristik:
to wird dann so gewählt, daß der Gleichrichter bei der unteren Entladespannung der Batterie
nahezu den Maximalwert des Verbraucherstromes liefert und daß bei einer Spannung,
die unterhalb der Spannung liegt, bei welcher die Batterie gast, der Strom sprunghaft verkleinert
wird.
Um eine Kippcharakteristik der Gleichrichteranordnung 2 zu erzielen, ist im Ausführungsbeispiel
eine gesättigte Drosselspule mit Parallelkondensator vorgesehen worden.
Man kann aber auch andere Anordnungen dazu verwenden. Beispielsweise könnte man eine gesättigte Drosselspule in Reihe mit
einem Kondensator in die Zuführungsleitung vom Transformator 1 zum Gleichrichter 2
legen, oder man könnte auch beispielsweise in die Zuführungsleitung einen Widerstand mit
negativem Temperaturkoeffizienten 'schalten, bei dem in einem gewissen Bereich die Spannung
bei steigendem Strom fällt. Man kann auch andere Anordnungen, z. B. Drosselspulen
verwenden, die in bestimmter Weise vormagnetisiert werden. Um bei derartigen Einrichtungen, bei denen vormagnetisierte
Drosselspulen oder thermonegative Widerstände für das Kippen verwendet werden, bei
Wiederkehr der Netzspannung mit Sicherheit ein Kippen auf den großen Ladestrom des Gleichrichters 2 zu erhalten, kann man
im Stromkreis des Gleichrichters 1 eine Vorrichtung vorsehen, die den Ladestrom des
Gleichrichters 1 bei Wiederkehr der Netzspannung nur nach einer Zeitverzögerung
von einigen Sekunden oder allmählich anwachsen läßt. Dazu eignet sich beispielsweise
ein Relais oder ein thermonegativer Widerstand.
Wenn die Netzspannung stark schwankt, kann es erwünscht sein, Vorrichtungen vorzusehen,
welche den Einfluß von Netzspannungsschwankungen aufheben. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise an das
Wechselstromnetz die in Reihe geschalteten Primärwicklungen zweier Transformatoren
anschließen, deren Sekundärwicklungen gegeneinandergeschaltet sind und die den Gleichrichtern zugeführte Wechselspannung
liefern. Der eine Transformator wird gesättigt und die von dem zweiten Transformator
gelieferte Spannung wird so gewählt, daß sie den Spannungsanstieg, welchen infolge
der Neigung der Sättigungscharakteristik die Sekundär spannung des ersten
Transformators aufweist, aufhebt. Zweckmäßigerwreise schaltet man parallel zum gesättigten
Transformator noch einen Kondensator. Man kann aber auch andere Anordnungen verwenden, um eine veränderliche
Spannung in eine konstante Spannung umzuformen. Auch kann man, um Änderungen der Netzspannung auszugleichen, die Spannungsstromcharakteristik
der Drosselspule 5 mit dem Parallelkondensator verändern, indem man beispielsweise in Reihe mit dem
Kondensator die Sekundärwicklung eines Transformators schaltet, dessen Primärwicklung
in Reihe mit einer gesättigten Drosselspule an die Netzspannung angeschlossen ist.
Claims (1)
- Patentanspruch:Anordnung zur Speisung von Verbrauchern mit gleichgerichtetem Wechselstrom unter Verwendung einer Pufferbatterie, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gleichrichter (Gleichrichteranordnungen) die Batterie speisen, von denen der eine den maximalen Verbraucherstrom mit einer solchen Charakteristik liefert, daß die Gasungsspannung der Batterie auch beim minimalen Stromverbrauch nicht erreicht wird, während der andere Gleichrichter im normalen Betrieb höchstens einen kleinen Zusatzstrom liefert, jedoch bei Sinken der Batteriespannung unterhalb eines bestimmten Wertes eine Schn'ellaufladung der Batterie bewirkt, welche bei Erreichen einer oberen Spannung, die großer ist als die vom anderen Gleichrichter erreichbare Spannung, iod durch ein Kippen des Stromes auf Null oder einen kleinen Wert beendet wird.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES120061D DE638271C (de) | 1935-10-10 | 1935-10-10 | Anordnung zur Speisung von Verbrauchern mit gleichgerichtetem Wechselstrom unter Verwendung einer Pufferbatterie |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES120061D DE638271C (de) | 1935-10-10 | 1935-10-10 | Anordnung zur Speisung von Verbrauchern mit gleichgerichtetem Wechselstrom unter Verwendung einer Pufferbatterie |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE638271C true DE638271C (de) | 1936-11-12 |
Family
ID=7535093
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DES120061D Expired DE638271C (de) | 1935-10-10 | 1935-10-10 | Anordnung zur Speisung von Verbrauchern mit gleichgerichtetem Wechselstrom unter Verwendung einer Pufferbatterie |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE638271C (de) |
Cited By (9)
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-
1935
- 1935-10-10 DE DES120061D patent/DE638271C/de not_active Expired
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