DE923206C

DE923206C - Circuit arrangement for transformers with power consumers connected via a rectifier, in particular buffer batteries

Info

Publication number: DE923206C
Application number: DEN2383D
Authority: DE
Inventors: Ewoud Cassee; Hendrik Abraham Wij Klinkhamer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1940-05-25
Filing date: 1941-05-23
Publication date: 1955-02-07

Description

Schaltungsanordnung für Transformatoren mit über Gleichrichter angeschlossenen Stromverbrauchern, insbesondere Pufferbatterien Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Transformatoren mit über Gleichrichter angeschlossenen Stromverbrauchern, insbesondere Pufferbatterien, und mit einer bei geringeren Belastungen sich wenig ändernden, bei größeren Belastungen hingegen eine Strombeschränkung ergebenden Spannung-Strom-Charakteristik. Die Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Primärwicklung eines gesättigten Transformators in Reihe mit einem Kondensator und parallel dazu die Primärwicklung eines ungesättigten Transformators direkt an dieWechselstromquelle angeschlossen sind, während die Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren in Reihe einen Gleichrichter speisen, und die Nullastspannung des ungesättigten Transformators in bezug auf jene des gesättigten Transformators; derart gewählt ist, daß bei dem Übergang von dem strombeschränkenden auf den sich in der Spannung wenig ändernden Teil der genannten Spannung-Strom-Charakteristik ein Spannungsmaximum durchlaufen wird. DieReihenschaltung der Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren ist derart, daß, wenn der mit der Primärwicklung des gesättigten Transformators in Reihe geschaltete Kondensator kurzgeschlossen ist, die Sekundärspannungen der beiden Transformatoren in Phase sind.Circuit arrangement for transformers with connected via rectifier Power consumers, in particular backup batteries The invention relates to a Circuit arrangement for transformers with power consumers connected via rectifiers, especially backup batteries, and with a little less load changing voltage-current characteristics, which result in a current limitation in the case of greater loads. The circuit arrangement is that the primary winding of a saturated Transformer in series with a capacitor and, in parallel, the primary winding an unsaturated transformer connected directly to the AC power source are, while the secondary windings of the two transformers in series are a rectifier feed, and the no load voltage of the unsaturated transformer with respect to those the saturated transformer; is chosen such that at the transition from that current-limiting to the part of the named which changes little in voltage Voltage-current characteristic a voltage maximum is passed through. The series connection the secondary windings of the two transformers is such that when the with capacitor connected in series to the primary winding of the saturated transformer is short-circuited, the secondary voltages of the two transformers are in phase are.

Es wird durch Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung der Vorteil erzielt, daß in einem dem genannten Spannungsmaximum entsprechenden Bereich hoher Stromstärke eine verhältnismäßig hohe Spannung zur Verfügung steht, wodurch Spannungsverluste in diesem Stromstärkebereich mehr oder weniger ausgeglichen werden, können.It is made by using the circuit arrangement according to the invention the advantage achieved that in one of the mentioned voltage maximum corresponding A relatively high voltage is available in the area of high amperage, whereby voltage losses in this current range are more or less compensated be, can.

Besonders zur Ladung von Batterien, z. B. in einer Schaltung als Pufferbatterie, ergibt dies den Vorteil, daß nach Ablauf einer großen Stromentnahme durch ein Verbrauchsgerät, das heißt also, wenn sich der Zustandspunkt von dem strombeschränkenden Teil zu dem sich wenig in der Spannung ändernden, Teil bewegt, die Batterie, solange ihre Spannung das genannte Spannungsmaximum noch nicht erreicht hat, stets mit einer hohen, aber selbstverständlich für die Batterie noch zulässigen Stromstärke aufgeladen wird, wodurch die Ladezeit verhältnismäßig kurz ist.Especially for charging batteries, e.g. B. in a circuit as a backup battery, this gives the advantage that after a large amount of current has been drawn by a consumer device, that is, when the state point moves from the current restricting part to the part, which changes little in voltage, moves the battery as long as its Voltage has not yet reached the specified voltage maximum, always with a high current, but of course still permissible for the battery is, whereby the charging time is relatively short.

Bei Anwendung der Schaltungsanordnung zur Ladung von Batterien besitzt das Spannungsmaxiinum zweckmäßig einen derartigen Wert, daß sich die Batterie bei dem Erreichen dieses Maximums in einem -gewünschten Ladezustand befindet, z. B. derart, daß sich die diesem Ladezustand entsprechende Spannung für den Verbraucher eignet.When using the circuit arrangement for charging batteries the voltage maximum expediently such a value that the battery is at reaching this maximum is in a desired state of charge, z. B. in such a way that the voltage corresponding to this state of charge is available for the consumer suitable.

Nach dem Erreichen des Spannungsmaximums bewegt sich der Arbeitspunkt (Zustandspunkt) bei fortgesetzter Ladung sprungartig längs des sich in Spannung wenig ändernden Teiles der Spannung-Strom-Charakteristik zu einem Punkt höherer Spannung auf der Spannung-Strom-Charakteristik. Dieser Punkt liegt auf einem Teil, der in dem Bereich von geringer Stromstärke bis zu einer Stromstärke gleich Null in der Spannung stets zunimmt. Durch die Anordnung einer geeignet gewählten Basisbelastung läßt sich der Zustandspunkt auf diesem Teil der Strom-Spannung-Charakteristik auf einer bestimmten Minimumstromstärke und daher auf einer bestimmten, im Hinblick auf den Verbraucher geeignet gewählten Maximumspannung halten.After reaching the maximum voltage, the operating point moves (State point) with continued charging, abruptly along the tension little changing part of the voltage-current characteristic to a point higher Voltage on the voltage-current characteristic. This point is on a part that in the range from a low current level to a current level equal to zero in which tension always increases. By arranging a suitably chosen base load the state point can be based on this part of the current-voltage characteristic a certain minimum amperage and therefore on a certain, in terms of Maintain the maximum voltage suitably selected for the consumer.

Die Sekundärspannung des ungesättigten Transformators ist im allgemeinen klein in bezug auf die des gesättigten Transformators. Sie darf jedoch auch nicht zu klein gewählt werden, da sonst das erfindungsgemäß gewünschte Spannungsmaximum im obenerwähnten Übergang bei den höheren Stromstärken nicht auftritt.The secondary voltage of the unsaturated transformer is generally small with respect to that of the saturated transformer. However, it is also not allowed too small, since otherwise the desired maximum voltage according to the invention does not occur in the above-mentioned transition at the higher currents.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann auch mehrphasig, z. B. dreiphasig ausgeführt sein.The circuit arrangement according to the invention can also be multiphase, e.g. B. be designed in three phases.

Es sei bemerkt, daß in den obenerwähnten Fällen sämtliche Vorteile einer Spannung-Strom-Charakteristik mit einem bei geringeren Belastungen sich wenig ändernden und einem bei größeren Belastungen eine Strombeschränkung ergebenden Teil dabei erhalten bleiben.It should be noted that in the above-mentioned cases all advantages a voltage-current characteristic with a little at lower loads changing part and a part that results in a current limitation in the event of greater loads remain in place.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert.The invention is explained below with reference to the schematic drawing explained in more detail.

In Fig. i ist die Primärwicklung i eines hochgesättigten Transformators 2 in Reihe mit einem Kondensator 3 an das Wechselstromnetz q. geschaltet. Parallel zu der Wicklung i ist an dieses Netz die Primärwicklung 5 eines ungesättigten Transformators 6 direkt angeschlossen. Die beiden Sekundärwicklungen 7 und 8 speisen in Reihe eine Gleichrichteranordnung 9 in Grätzschaltung, die über eine Drosselspule io an eine Batterie, z. B. eine Pufferbatterie i i, angeschlossen ist. Ein parallel zur Batterie i i liegendes Verbrauchsgerät ist mit 12 bezeichnet.In Fig. I, the primary winding i is a highly saturated transformer 2 in series with a capacitor 3 to the AC network q. switched. Parallel to the winding i is the primary winding 5 of an unsaturated transformer on this network 6 connected directly. The two secondary windings 7 and 8 feed one in series Rectifier arrangement 9 in Graetz circuit, which via a choke coil io to a Battery, e.g. B. a backup battery i i is connected. One in parallel with the battery i i lying consumer device is denoted by 12.

Durch geeignete Wahl der Elemente, was die Nullastspannung des ungesättigten Transformators 6 betrifft, läßt sich eine Abhängigkeit zwischen Spannung E in Volt und Strom I in Ampere erzielen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Der Teil 13 zeigt eine bei geringeren Belastungen sich wenig ändernde Spannung E, während der Teil 14 bei größeren Belastungen eine Strombeschränkung ergibt.By appropriate choice of elements, what the zero load voltage of the unsaturated Transformer 6 concerns, can be a dependence between voltage E in volts and achieve current I in amperes, as shown in FIG. Part 13 shows a voltage E, which changes little at lower loads, while the part 14 results in a current limitation at higher loads.

Der Übergang von dem Teil 13 zu dem Teil 14 der Charakteristik weist erfindungsgemäß ein Spannungsmaximum. auf, das in der graphischen Darstellung bei einer Stromstärke von etwa 3,3 A liegt. Nach Ablauf einer großen Stromentnahme von z. B. 3,5 A durch das Verbrauchsgerät 12, das z. B. eine Telephonzentrale sein kann, wird die Batterie mit einer hohen Stromstärke gemäß dem Teil 14 der Charakteristik bis- zu dem in diesem Teil der Charakteristik liegenden Spannungsmaximum von 62 V aufgeladen. Dieser Wert ist derart -gewählt, daß er für die Verbrauchsgeräte geeignet ist. So werden bei automatischen Telephonzentralen z. B. Relais angewendet, die bei der genannten Spannung noch nicht funken dürfen, obwohl sie wegen der erforderlichen Empfindlichkeit bereits bei geringen Spannungsänderungen ansprechen.The transition from part 13 to part 14 of the characteristic has according to the invention a voltage maximum. on that in the graph at a current of about 3.3 A. After a large current draw of z. B. 3.5 A through the consumer device 12, the z. B. can be a telephone switchboard, becomes the battery with a high amperage according to part 14 of the characteristic up to the voltage maximum of 62 in this part of the characteristic V charged. This value is chosen so that it is suitable for the consumer devices is. Thus, in automatic telephone exchanges z. B. Relay applied that at the voltage mentioned are not yet allowed to spark, although they are due to the required Address the sensitivity even with small voltage changes.

Bei einer weiteren Zunahme der Batteriespannung springt der Zustandspunkt auf der Char akteristik 14 von 3,3 A auf den 0,7 A entsprechenden Punkt der Charakteristik 13, wodurch die Batterie mit einer sehr geringen Stromstärke langsam bis auf ein Maximum von 65 V weitergeladen werden kann, bis eine neue Stromentnahme eine Verschiebung des Zustandspunktes auf der Charakteristik nach rechts zur Folge hat. Wenn die genannte Spannung von 65 V im Hinblick auf Funkenbildung der Relais zu hoch sein sollte, ist es möglich, durch Anwendung einer Basisbelastung, z. B. eines geeignet gewählten Widerstandes parallel zu den Ausgangsklemmen des Gleichrichters, eine derartige Minimumstromentnahme zu unterhalten, daß die Spannung in dem Zustandspunkt unterhalb der Funkspannung der Relais bleibt.With a further increase in the battery voltage, the state point on the characteristics 14 jumps from 3.3 A to the 0.7 A corresponding point of the characteristic 13, whereby the battery can be slowly charged to a maximum of 65 V with a very low current until a new current draw results in a shift of the state point on the characteristic to the right. If the mentioned voltage of 65 V should be too high in view of the relays sparking, it is possible to use a base load, e.g. B. a suitably chosen resistor parallel to the output terminals of the rectifier to maintain such a minimum current draw that the voltage in the state point remains below the radio voltage of the relay.

Wie ferner aus der Figur ersichtlich ist, zeigt der Teil 13 bei zunehmender Belastung eine geringe Spannungsabnahme.As can also be seen from the figure, shows the part 13 with increasing Load a slight decrease in voltage.

Aus einer großen Anzahl von Beobachtungen hat es sich als möglich erwiesen, eine empirische Formel aufzustellen, die in vielen Fällen angewendet werden kann.From a large number of observations it has been shown to be possible proven to establish an empirical formula that will be used in many cases can.

Gemäß dieser Formel ist die Nullastspannung in Volt des ungesättigten Transformators größer als K # f - W2 - F # ro --4 zu wählen, bei der K einen Faktor darstellt, der von dem Werkstoff des magnetischen Kreises des ungesättigten Transformators abhängig ist, während f, W2 undF die Netzfrequenz (z. B. 5o oder 6o Perioden) bzw. die Zahl der Sekundärwindungen des gesättigtenTransformators bzw. den Querschnitt des magnetischen Kreises des gesättigten Transformators in Quadratzentimetern darstellen.According to this formula, the no-load voltage in volts of the unsaturated transformer is greater than K # f - W2 - F # ro --4, where K is a factor that depends on the material of the magnetic circuit of the unsaturated transformer, while f , W2 and F represent the network frequency (e.g. 50 or 60 periods) or the number of secondary turns of the saturated transformer and the cross-section of the magnetic circuit of the saturated transformer in square centimeters.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wurde als Werkstoff für den ungesättigten Transformator hochlegiertes Transformatorblech gewählt, bei dem der obenerwähnte Faktor K 1,2 bis 1,3 betrug.In one embodiment of the invention was used as the material for unsaturated transformer selected high-alloy transformer sheet, in which the the aforementioned factor K was 1.2 to 1.3.

Die Kurve 13, 1q. gilt für eine Netzspannung von 220 V, während die Kurven 15, 16 bzw. 17, 18 für eine um 5% niedrigere bzw. um 5°/b höhere Netzspannung gelten. Es geht daraus klar hervor, daß Netzspannungsänderungen nahezu keinen Einfluß auf den waagerechtenTeil und verhältnismäßig wenig Einfluß auf den steilen Teil der Charakteristik ausüben.The curve 13, 1q. applies to a mains voltage of 220 V, while the Curves 15, 16 and 17, 18 for a mains voltage which is 5% lower or 5 ° / b higher are valid. It is clear from this that changes in the mains voltage have almost no effect on the horizontal part and relatively little influence on the steep part exercise the characteristic.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Circuit arrangement for transformers with over Connected to rectifiers, power consumers, especially buffer batteries, and with one that changes little with lower loads and with greater loads a voltage-current characteristic resulting in a current limitation, characterized in that, that this characteristic is obtained by means of a circuit in which the primary winding a saturated transformer in series with and in parallel with a capacitor the primary winding of an unsaturated transformer with a lower secondary voltage connected directly to an AC power source while the secondary windings of the two transformers in series feed a rectifier, and in which the No load voltage of the unsaturated transformer with respect to that of the saturated one Transformer is chosen such that at the transition of the current-limiting Part of the part of the voltage-current characteristic that changes little in voltage a voltage maximum is passed through.

2. Circuit arrangement according to claim i, characterized characterized in that said transition represents a jump in the characteristic.

3. Circuit arrangement according to claim i or 2, characterized in that the voltage maximum in the branch of the voltage-current characteristic, which results in a current limitation in the event of higher loads lies.

Circuit arrangement with consumers via a rectifier circuit according to claim 1, 2 or 3 fed with a buffer battery connected in parallel are, characterized in that the voltage maximum of the charging voltage of the battery and almost corresponds to the rated voltage of the consumer.

5. Circuit arrangement according to Claim i to q., Characterized in that the low loads Part of the voltage-current characteristic that changes little with increasing load mostly shows a decrease in voltage.

6. Circuit arrangement according to one of the Claims i to 5, characterized in that part of the is at low loads little changing part of the voltage-current characteristic, namely at very low Currents, a higher voltage than the mentioned voltage maximum at larger Currents.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the no-load voltage in volts of the unsaturated transformer is greater than K-f-W2-F-1o-4 is chosen and that the factor K for the. Case that the magnetic material for the unsaturated transformer is made of high-alloy transformer sheet, the same Is 1.2 to 1.3. Cited publications: German Patent Specifications No. 638: 271, 655 925, 675 835, 684 857, 686 649.