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Stromversorgungsanlage mit an das Netz über Gleichrichter im Pufferbetrieb
angeschlossenen Sammlerbatterien Die Erfindung betrifft eine, Strotnversorgungsanlage
mit an das Netz über Gleichrichter im Pufferbetrieb angeschlossenen Sammlerbatterien.
In vielen, Fällen, z. B. zur Versorgung von elektrischen Nachrichtenübertragungssystemen,
insbesondere von Breitbandstreck-en, dienen Sammlerbatterien- zur Stromversorgung,
die über Gleichrichter und Puffergeräte an das Netz angeschlossen sind. Wenn nun
das Netz zeitweilig ausfällt, so ist eine Wiederaufladung der Batterien für den
Pufferbetrieb notwendig. In kleineren Anlagen wird dabei im allgemeinen so verfahren,
daß die Puffergeräte abgeschaltet werden und zur Aufladung der Pufferbatterien besondere
Ladegeräte zur Verwendung kommen. Die Ladegeräte müssen in diesem Fall sowohl den
Ladestrom für die Batterie als auch gleichzeitig den Verbraucherstrom liefern. In
vielen Fällen, wie gerade bei der Stromversorgung von elektrischen Nachrichtenübertragungssystemen,
ist der Verbraucherstrom jedoch nicht konstant. Durch den veränderlichen Verbraucherstrom
ergibt sich alsdann, wenn die Ladegeräte mit einem konstanten Strom, arbeiten, eine
verschiedene Ladezeit der Batterie entsprechend der Größe des Verbraucherstromes.
Zur
Aufladung der Pufferbatterien ist es weiterhin bekannt, bei größeren Anlagen die
Puffergeräte hierzu zu verwenden. Die Puffergeräte werden für diesen Zweck als Ladegeräte
umgeschaltet und zu den übrigen Schn#Illadegeraten parallel geschaltet. Die Ladezeit
unterliegt hierbei gleichfalls Schwankungen, die von dem jeweils verschiedenen Verbraucherstrom
abhängen. Die Schnelladegeräte müssen in diesem Fall so ausgebildet sein, daß die
Ladung nicht mit dem maimal zulässigen Ladestrom erfolgt, da sonst leicht der Fall
eintreten könnte, da.ß bei zu geringem Verbraucherstrom der Ladestrom der Batterie
einen zu hohen Wert annehmen könnte. Dadurch würde die Lebensdauer der Batterie
erheblich bceinträchtigt.
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In vielen Fällen, besonders dort, wo es sich um möglichst große Betriebsbereitschaft
einer Stromversorgungsanlage handelt, ist es not-,vendig, den höchstzulässigen Ladestrom
zu verwenden. Die Ladung hat dabei einen genau vorgeschriebenen Eerlauf, und es
ist daher nicht zulässig, daß dieser Ladestrom gleichzeitig den der Batterie entnommenen
Verbraucherstrom decken kann. Wenn nun der @-erbraucherstrom geringer wird, das
Puffergerät jedoch weiterhin den konstanten Strom liefert, so würde der Ladestrom
den höchstzulässigen Wert überschreiten, und die Lebensdauer der Batterie würde
verringert. Die Gefahr, daß der Ladestrom zu groß wird, besteht besonders bei Stromv
ersorgungsanlagen der Ämter der Br eitbandstrecken. da dort der Verbraucherstrom
im Höchstfall 6o °/o des Ladestromes betragen kann.
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.Nach einem bekannten Vorschlag werden zwei Gl-eichrichteranordnungen
vorgesehen, von denen die eine den maximalen -v'erbraucherstrom entsprechend einer
festgelegten Regelcharakteristik liefern und die zweite beim Sinken der Batteriespannung
unter einen bestimmten Wert eine Schnellaufladung der Batterie bewirken soll; bei
der Anordnung für Schnelladung soll der Ladestrom vermöge der Kippcharakteristik
der Ladeeinrichtung bei einer höheren als der durch den anderen Gleichrichter erreichbaren
Batteriespannung auf \u11 oder einen kleinen Wert kippen. Eine einwandfreie Wirkungsweise
derartiger Geräte ist aber schwer zu erreichen, da sich die Regelkennlinien in unübers2libarer
Welse gegenseitig bezinflussen, was zu unerwünschten Regelwirkungen führt. In anderen
bekannten Anordnungen erfolgt die Zu- und Abschaltung weiterer Ladegeräte durch
eine Regelung in Stufen mittels Spannungsrelais. die viel zu grob ist, um einwandfrei
eine Aufladung mit dem jeweilig höchsten zulässigen Ladestrom ohne Überschreitung
dieses Stromes zu bewirken. ach der Erfindung erfolgt die Steuerung des Pufferstromes
stufenlos durch besondere, auf Regeldrosseln «-irkende Kohledruckregler, die im
normalen Pufferbetrieb auf unveränderliche Batteriespannung regeln. Ein derartiger
Kohledruckregler, der aus Magnetspule, Vorwiderstand und Kohlesäule besteht, hat
die Eigenschaft, daß das bewegliche System in jeder Lage stehentleibt, solange die
Spannung an seinen Klemmen mit dem Sollwert übereinstimmt. Für Spannungen, die von
diesem Sollwert abweichen, gibt es keine Gleichg e Wichtslaze. Bei eineerAbweichung
vom Sollwert bewegt sich der Anker und verändert damit den im Regelkreis liegenden
Kohlewiderstand so lange, bis der Sollwert wieder erreicht ist. Das Steuersvstem
des Reglers liegt im Pufferbetrieb an den Batterieklemmen. Beim Übergang auf Schnelladung
wird das Steuersvstem auf die hierfür erforderliche Regelschaltung umgeschaltet.
Auf diese Weise ist es möglich, zuverlässig den vorgeschriebenen Verlauf der Schnelladung
mit höchstzulässigem Ladestrom zu erreichen, ohne dabei die Lebensdauer der Batterie
zu gefährden.
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Eine einfache Regelschaltung kann dadurch erzielt werden, daß sowohl
der Pufferstrom als auch der Verbraucherstrom über die Erregerwicklung des Kohledruckreglers
in Ausgleichswindungen (Differentialschaltung) geführt wird. In vielen Fällen handelt
es sich jedoch hierbei um sehr große Ströme (über lo_lo Ampere). Außerdem sind die
Magnetwicklungen des Reglers im allgemeinen bereits mit Ausgleichswindungen, die
für das Parallelarbeiten der Puffergeräte notwendig sind, belegt. Es können daher
mit Vorteil zur stetigen Regelung zwei Drosseln verwendet werden, die beliebig räumlich
getrennt voneinander montiert werden können. Das Steuersystem des Reglers wird daher
nach weiterer Ausgestaltung der Erfindung in einen Zweig einer Brückenschaltung
gelegt. die aus zwei Induktiv itäten und einem Widerstand besteht. Die eine Drossel
wird dabei vom Pufferstrom und die andere vom Verbraucherstrom vormagnetisiert.
und beide Drosseln sind so bemessen, daß der Verlauf der Induktivität abhängig von
der Gleichstroinvormagnetisierung für beide Drosseln gleich ist. Weicht nun der
Pufferstrom vom Verbraucherstrom ab. so wird die Brücke verstimmt. und die am Steuersvstem
des Reglers :ich ergebende Spannungsänderung setzt den Regler so lange in Bewegung,
bis wieder Gleichheit zwischen dem Verbraucherstrom und dein Pufferstrom besteht.
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Bei dieser Regelschaltung nach der Erfindung ist eine exakte Regelung
von der Konstanz der _Netzspannung abhängig, da bei
schwankender
Netzspannung es möglich wäre, daß die Steuerspannung des Reglers sich mit der Netzspannung
ändert. Um. dies zu: vermeiden, wird gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung
der Steuerspannung vektoriell eine Kompensationsspannung derart zage führt, daß
die Ausgangsspannung konstant bleibt. Als Kompensationsspannung eignet sich z. B.
ein Teil der Vordrosselspannung eines magnetischen Spannungsgleichhalters. Durch
die vektorielle Addition kann sich dabei zwar eine induktive Belastung des Brückenzweiges
ergeben.; es ist jedoch durchaus m-öglich, z. B. durch einen Kondensator eine ausreichende
Kompenisation zu schaffen..
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An Hand der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Stromversorgungsanlage
nach der Erfindung darstellt, wird die Erfindung näher erläutert.
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In Fig. i ist ein Prinzipschaltbild einer Regeleinrichtung nach der
Erfindung dargestellt, während Fiig.2 eine Stromversorgungsanlage in ihrer Gesamtheit
veranschaulicht. In beiden Figuren sind miteinander übereinstimmende Bezugszeichen
gewählt. Die Netzspannung liegt an den Klemmen i und 2, wobei angenommen ist, daß
es sich hierbei um ein Wechselstromnetz handelt von beispielsweise 220 Valt Spannung.
In den: dargestellten Ausführungsbe ispielen ist die Regelanordnung als Brückenschaltung
ausgebildet. Die Brückenschaltung wird in diesem Fall durch die Wicklungen io und
i i der Drosseln L1 und L2 zusammen mit dem. Widerstand R1 und dem zwischen den
Klemmen 7 und 8 liegenden Ersatzwiderstand des Steuerorgans gebildet. Die beiden
Drosseln L1 und L2 sind mit Wicklungen 3 und q. versehen, durch die ein Gleichstrom
zur Erzielung einer Vormagnetisierung geschickt werden kann. Zur Vormagnetisierung
der Drosisel L1 dient dabei der Pufferstrom Ip. Die Drossel L2 wird in ähnlicher
Weise von dem durch die Wieklüng q. fließenden Verbraucherstrom I,, vormagnetisiert.
Ist nun der Pufferstrom Ip verschieden von der Größe des Verbraucherstromes I",
so ergibt sich eine unterschiedliche Vormagnetisierung der Drosseln L1 und 41 Dadurch
wird die Brücke, die beispielsweise durch den veränderlichen Widerstand R1 zuvor
auf einen bestimmten Wert gebracht wurde, verstimmt, so daß sich zwischen den Klemmen
7, 8 eine Spannungsänderung ergibt. An den Klemmen 7, 8 ist dabei das Steuersystem
des Reglers angelegt zu denken, so daß das Steuersystem des Reglers eine Spannungsänderung
erfährt. Hierdurch wird der Regler so lange betätigt, bis Verbraucherstrom und Pufferstrom
wieder miteinander übereinstimmen, sä daß die Vormagnetisierung-en der Drosseln
L1 und L2 einander gleich sind. In den gezeigten Ausführungsbeispielen liegt nun
das Steuersystem das Reglers nicht unmittelbar zwischen den Klemmen 7 und B. Vielmehr
ist ein Transformator 12 vorgesehen, durch den die Steuerspannung für den Regler
einer Gleichrichteranordnung 6 zugeführt werden kann. In dem Sekundärstromkreis
des Transformators 12 befindet sich noch die Sekundärwicklung 5 eines weiteren Transformators
i3. Es soll vermieden werden, daß bei schwankender Netzspannung sich die Steuerspannung
des Reglers mit der Netzspannung ändert. Daher wird zu der Steuerspannung eine Kompensationsspannung
Uk vektoriell addiert. Die Kompensationsspannung Uk wird an der Wicklung 5 des Transformators
13 abgenommen und zusammen mit der Steuerspannung U2, die sich an der Sekundärwickh
ing 14. des Transformators 12 .ergibt; einer Gleichrichteranordnung 6 zugeführt.
Durch den Kondensator Cl wird die sich durch die vektorielle Addition ergebende
induktive Belastung des Brückenzweiges ausreichend kompensiert. Der Kondensator
C1 liegt dabei, um seinen Kapazitätswert gering bemessen zu können, nicht zwischen
den Klemmen 7 und 8, sondern zwischen den Klemmen 9 und 8, d. h. an einer herauftransformierten
Spannung. Die Primärwicklung 15 des Übertragers 13 ist über eine gesättigte Drossel
L3 am. Netz angeschlossen. Da durch die Sättigung der Drossel leicht Oberwellen
entstehen, können durch besondere Schwingungskreise die wichtigsten höheren Harmonischen
ausgesiebt werden. Hierzu dienen beispielsweise zwei Saugkreise, die durch die Drosseln
L4 und L5 in Verbindung mit den Kondensatoren C2 und C3 gebildet sind. Es kann z.
B. die durch den Kondensator C2 und die Drossel L4 W --
bildete Reihenresonanz,
auf die dritte und die durch den Kondensator C3 und die Drossel L5 gebildete Reihenresonanz
auf die fünfte Oberwelle abgestimmt sein. Auf diese Weise wird eine ausreichend
oberwellenarme Frequenz an den.Transformator 13 abgegeben.
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Der Gleichrichteranordnung 6 kann ein Widerstand R2 vorgeschaltet
sein, der zweckmäßig veränderlich ist. Hierdurch lassen sich Betragsänderungen einstellen.
Es ist auch möglich, mit Hilfe dieses Widerstands beispielswe iseAlterungserscheinungen
der Gle@ichrichter zu kompensieren. An den Klemmen 16 und 17 ist das Magnetsystem
des Kohledruckreglers angeschlossen. Die lnduktivität bzw. der Widerstand dieses
Magnetsystems sei durch die veränderliche Spule 18 und den Widerstand i9 bezeichnet.
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In Fig. 2 ist eine Stromversorgungsanlage nach der Erfindung schematisch
dargestellt. Es handelt sich dabei um eine an ein Drehstromnetz von beispielsweise
dreimal 380 Volt
angeschlossene Anlage. An das Netz sind
die drei Puffergleichrichter 20, 21 und 22 angeschlossen. Als Ladegleichrichter
können beispielsweise fünf Einheiten vorgesehen sein, die mit 23 bis -27 bezeichnet
sind. Der Puffergleichrichter 20 steht mit einem Umschalter 28 in Verbindung und
ebenso die Puffergleichrichter 21 und 22 mit entsprechenden Schaltern 29 und 3o.
Die Umschalter sind doppelpolig ausgeführt und ergeben in der Schaltstellung, in
der die Schaltarme mit den Kontakten 31, 32 bzw. 33, 34 oder 35, 36 verbunden sind,
Pufferbetrieb. Die andere Schaltstellung, in der die Schaltarme mit den Kontakten
37, 38 bzw. 39, 40 und 41, 42 verbunden sind, ergibt Puffer- und Ladebetrieb.
Als Batterien kommen zwei parallel geschaltete Elemente bzw. Gruppen von Batterien
43 und 44 zur Verwendung.