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Schaltung zur Speisung von Stromkreisen aus der Parallelschaltung
von Gleichrichtern mit elektrischen Batterien Für den Betrieb, z. B. von Beleuchtungsanlagen
in elektrischen Bahnen, ist u. a. eine Schaltung bekanntgeworden, bei welcher parallel
zum Verbraucherstromkreis eine Batterie liegt, während zur Speisung der Anlage ein
Gleichrichter verwendet wird, der über eine gleichstromvormagnetisierte Drosselspule
an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist. Je nach der Spannung des Wechselstromnetzes
und je nach dem Ladezustand der Batterie arbeiten Gleichrichter und Batterie zueinander
parallel zur Speisung des Verbrauchers, oder aber der Gleichrichter hat sowohl den
Ladestrom für die Batterie als auch den Verbraucherstrom zu liefern. Dadurch, daß
der vom Gleichrichter gelieferte Strom durch die Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung
der Drosselspule hindurchfließt, wird erreicht, daß mit zunehmendem gleichgerichteten
Strom die Induktivität der vorgeschalteten Drosselspule kleiner wird, so daß der
Spannungsabfall an ihr vermindert und die Leistungsaufnahme des Gleichrichters vergrößert
wird. Diese Schaltung genügt noch nicht allen Anforderungen hinsichtlich des Angleichs
an verschiedene Zustände, die sich bei Lastschwankungen, Netzspannungsschwankungen
und verschiedenen Ladezuständen der Batterie ergeben. Eine ähnliche Schaltung wie
die beschriebene verwendet die gleichstromvormagnetisierte Drosselspule in Parallelschaltung
zum Gleichrichter, wobei allerdings eine Drosselspule von vergleichsweise geringer
Induktivität noch in Reihe mit dem Gleichrichter geschaltet ist. In diesem Falle
ist eine Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung vorzusehen, welche von einem konstanten
Gleichstrom durchflossen wird. Der Gleichrichterstrom durchfließt eine zweite Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung,
deren
vormagnetisierende Wirkung sich derjenigen der ersterwähnten Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung
überlagert. In der Endwirkung ist die Wirkungsweise dieser Schaltung etwa die gleiche
wie die der ersterwähnten Schaltung.
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Gemäß der Erfindung wird nun die Wirkungsweise der zuerst beschriebenen
Schaltung dadurch verbessert, daß auf der gleichstromvormagnetisierten Drosselspule
eine zweite Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung vorgesehen ist, welche lediglich
vom Batteriestrom durchflossen wird.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltung soll an Hand von verschiedenen
Belastungszuständen erläutert werden. Man geht hierbei davon aus, daß in einem weiten
Bereich des Ladezustandes der Batterie die Batteriespannung konstant ist. Der angestrebte
Stromkreis ist dann derjenige, in welchem die Batteriespannung die Verhältnisse
am Verbraucher bestimmt, ohne daß andererseits die Batterie im wesentlichen zur
Leistungshergabe herangezogen wird. Andererseits soll, wenn die Batterie entladen
ist, der Ladevorgang in der Weise erfolgen, daß die Batterie jedenfalls nicht mit
unzulässig hohen Stromstärken und nur bis zum Höchstwert ihrer Ladespannung aufgeladen
wird. Trägt man gemäß Fig. i der Zeichnung in einem Diagramm den Gleichrichterstrom
J1 als Funktion des Belastungsstromes J2 auf, indem für beide Ströme der gleiche
Maßstab gewählt wird, dann würde sich für den angestrebten Zustand eine Gerade mit
der Neigung von q5° gegen die Abszissenachse ergeben, welche besagt, daß der Gleichrichterstrom
Ji gleich dem Belastungsstrom J2 ist und daß die Batterie zur Leistungshergabe nicht
herangezogen wird (sogenannte Proportionalladung).
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In Fig. 2 ist die Schaltung gemäß der Erfindung dargestellt. Mit i
ist die Gleichrichteranordnung bezeichnet, mit 2 die Batterie und mit 3 der Verbraucher.
Auf der Wechselstromseite der Gleichrichteranordnung i liegt die gleichstromvormagnetisierte
Reihendrosselspule 5. Der Verbraucherstrom durchfließt die Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung
7, während der Batteriestrom die Gleichstiom-Vormagnetisierungswicklung 6 durchfließt.
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Geht man von einem Belastungszustand aus, bei welchem Gleichrichteranordnung
i und Batterie 2 zueinander parallel auf den Verbraucher 3 arbeiten, so ergibt sich
durch die Gleichstromvormagnetisierung durch die Gleichstrom-Vormagrletisierungswicklung
6, welche in diesem Falle gleichsinnig mit der Gleichstrom-Vormagnetisierungswirkung
der Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung 7 erfolgt, indem überhaupt gleicher Wicklungssinn
für die Wicklungen 6 und? unterstellt wird, daß durch zusätzliche Wirkung des Batteriestromes
die Induktivität der Reihendrosselspule herabgesetzt und die Spannung an der Gleichrichteranordnung
erhöht wird. Gegenüber einer Anordnung, bei welcher die Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung
6 nicht vorhanden ist, wird also eine Entlastung der Batterie 2 erzielt und der
angestrebte Zustand nach dem Diagramm derFig. i mit vergleichsweise großerAnnäherung
erreicht. In einem gewissen Bereich wird also die Linie J1 = f (J2) unterhalb
der 45°-Linie verlaufen, aber nur mit geringem Abstand. Für den Fall, daß die Batteriespannung
so weit. abgesunken ist, die Gleichrichteranordnung i sowohl einen Ladestrom für
die Batterie 2 als auch den Belastungsstrom J2, zu liefern hat, wird die Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung
6 in entgegengesetztem Sinne vom Strom durchflossen. Das bedeutet, daß die Induktivität
der Reihendrosselspule etwas heraufgesetzt wird. Die Spannung an der Gleichrichteranordnung
i wird also etwas sinken, womit wiederum die Neigung zur Verkleinerung des Ladestromes
eintritt. Wie man erkennt, ist die Stärke dieser Neigung von dem Windungszahlenverhältnis
der Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklungen 6 und 7 abhängig. Hat die Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung
6 eine vergleichsweise niedrige Windungszahl, dann wird erst bei kleinem Belastungsstrom
J2 und verhältnismäßig großem Ladestrom der Fall eintreten können, daß die Amperewindungen
der Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung 6 diej enigen der Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung
7 überwiegen. In diesem Falle treten die Verhältnisse der normalen Kippladung ein.
Unabhängig vom Windungszahlenverhältnis ist dieser Zustand selbstverständlich immer
dann gegeben, wenn der Belastungsstrom J2 zu Null geworden ist. Die Batterie 2 wird
vollgeladen, ohne daß eine Überladung eintritt.
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Es ergibt sich im übrigen aus dieser Betrachtung, daß zweckmäßig die
Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung 7 eine größere Windungszahl erhält als die
Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung 6. Dadurch wird die erforderliche Batterieleistung
herabgesetzt.
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Aus der Wirkungsweise ergibt sich ferner, daß Netzspannungsschwankungen
auf den Batteriestrom bzw. auf die Neigung, diesen Strom stets annähernd zu Null
zu machen, keinen Einfluß haben.
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Die gesamte Last wird somit in voller Höhe immer von der Gleichrichteranordnung
i gedeckt, während die Batterie z geschont wird.
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In Fig.3 ist die Anwendung des entsprechenden Grundsatzes auf den
in der Einleitung erwähnten Fall der Parallelschaltung der gleichstromvormagnetisierten
Drosselspule zur Gleichrichteranordnung i dargestellt. Die Bezeichnungen entsprechen
denjenigen in Fig. i, so daß mit i die Gleichrichteranordnung, mit 2 die Batterie,
mit 3 der Verbraucher bezeichnet sind. q bezeichnet die vorgeschaltete Reihendrosselspule,
während wieder .5 die gleichstromvormagnetisierte Drosselspule, diesmal in Parallelschaltung,
darstellt. Die vom Batteriestrom durchflossene Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung
ist wieder mit 7 bezeichnet. Die Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung 6 kann von
der Batteriespannung konstant erregt werden, sie kann aber auch, wie durch den gestrichelt
gezeichneten Stromkreis angedeutet, durch eine besondere Gleichrichteranordnung
8 mit stabilisierendem Vorwiderstand g erregt werden. Auch bei dieser Schaltung
besteht die Neigung, den Batteriestrom vergleichsweise niedrig zu halten. Es kann
im übrigen noch eine dritte Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklung auf der Drosselspule
,9 vorgesehen sein, welche vom Gleichrichterstrom durchflossen wird. Auch ist es
gegebenenfalls angebracht, in an
sich bekannter Weise die Wechselstrominduzierung
der Gleichstrom-Vormagnetisierungswicklungen durch entsprechende Schaltungen zu
vermeiden.