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Anordnung zur Speisung von Verbrauchern mit Batteriereserve Zum Beispiel
für Fernsprechanlagen wird verlangt, daß die Verbraucherspannung mit Rücksicht auf
die angeschlossenen empfindlichen Relais annähernd konstant bleibt. Außerdem wird
gefordert, daß auch bei Ausfall des Wechselstromnetzes die Speisung nicht unterbunden
wird. Hierzu hat man Gleichrichtergeräte verwendet, die parallel zu einer Batterie
arbeiten. Die Batterie wird auf eine Spannung von 2,a V je Zelle gepuffert, so daß
die einmal geladene Batterie im normalen Betrieb ihre Ladung nicht verliert. Um
den Unterschied zwischen dieser Ladungserhaltungsspannung und der Entladespannung
der Batterie auszugleichen, werden zwischen Batterie und Verbraucher Gegenzellen
eingeschaltet, die bei Ausfall des Netzes kurzgeschlossen werden. Nach einem Ausfall
des Wechselstromnetzes ist es notwendig, die Batterie wieder voll aufzuladen, und
zwar genügt es nach vorliegenden Erfahrungen nicht, die Aufladung nur bis auf die
Spannung von 2,2 V je Zelle durchzuführen, sondern man muß die Batterie bis auf
ungefähr a,q. V je Zelle aufladen. Bei den bekannten Einrichtungen werden, um die
Einhaltung der Höhe der Verbraucherspannung zu gewährleisten, bei der Aufladung
Gegenzellen nacheinander zwischen Batterie und Verbraucher je nach der Höhe der
Ladespannung eingeschaltet. Wenn diese Zuschaltung der Gegenzellen selbsttätig durchgeführt
werden soll, ist es notwendig, eine Relaisschaltung zu verwenden und für jede einzelne
Zelle ein entsprechendes Schütz vorzusehen.
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Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls eine Anordnung zur Speisung
eines Verbrauchers mit Batteriereserve, wobei im Pufferbetrieb der Verbraucher über
Gegenzellen an die Batterie angeschlossen ist und der Gleichrichter sowohl den Ladungserhaltungsstrom
als auch den Verbraucherstrom liefert, während bei Netzausfall der Verbraucher unmittelbar
an die Batterie angeschlossen wird. Gemäß. der Erfindung wird jedoch die Anordnung
so getroffen, daß bei der Aufladung der Batterie Gegenzellen nicht einzeln zugeschaltet
zu
werden brauchen, wozu bei einer selbsttätigen Einrichtung eine
verwickelte Relaisapparatur erforderlich ist, sondern bei der Anordnung nach der
Erfindung wird nur eine Gruppe von zusätzlichen Gegenzellen zugeschaltet. Um dies
zu ermöglichen, wird gemäß der Erfindung bei der Aufladung der Batterie nach einem
Netzausfall in die Verbindungsleitung zwischen Batterie und Verbraucheraußer zusätzlichen
Gegenzellen noch eine veränderliche Spannung eingeführt.
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Zu diesem Zweck kann man z. B. zwei in Reihe geschaltete Gleichrichter
vorsehen. Die Spannung des einen Gleichrichters wird von der Höhe der Verbraucherspannung
geregelt, und . im Pufferbetrieb speisen die beiden in Reihe geschalteten Gleichrichter
die Batterie und über Gegenzellen den Verbraucher. Bei Netzausfall werden die Gegenzellen
kurzgeschlossen, während bei Wiederkehr der Netzspannung die Batterie aufgeladen
wird. Hierzu wird der nicht von der Spannung, der Batterie geregelte Gleichrichter
unmittelbar parllel zur Batterie geschaltet, während der Verbraucher über die für
den Pufferbetrieb - erforderlichen Gegenzellen und zusätzliche Gegenzellen und außerdem
über den von der Verbraucherspannung geregelten Gleichrichter an die Batterie angeschlossen
ist. Der von der Verbraucherspannung geregelte Gleichrichter liefert hierbei eine
veränderliche Zusatzspannung, wodurch erreicht wird, daß die Verbraucherspannung
bei veränderlicher Spannung der Batterie konstant bleibt bzw. die Batterie bis zu
der gewünschten Spannung aufgeladen wird, ohne daß die Verbraucherspannung sich
in ihrer Höhe wesentlich ändert.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen von der Verbraucherspannung
geregelten Gleichrichter im Pufferbetrieb den Verbraucher über Gegenzellen speisen
zu lassen, während bei Wiederkehr der Netzspannung nach einem Netzausfall, also
für die Zeit der Aufladung der Batterie, zusätzliche Gegenzellen und ein Widerstand
in die Verbindungsleitung zwischen Verbraucher und Batterie eingeschaltet wird,
und zwar wird der Widerstand zwischen dem Anschluß des Gleichrichters an die Gegenzellen
und die Batterie gelegt. Der Ladestrom der Batterie erzeugt - in diesem Widerstand
eine veränderliche Gegenspannung, die mit Absinken des Ladestromes, also mit steigender
Batteriespannung, abnimmt und bedingt, daß trotz der konstanten Verbraucherspannung
und einen annähernd konstanten Spannungsabfall in den Gegenzellen die Batterie voll
aufgeladen wird.
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In Fig. z ist mit i der Verbraucher bezeichnet, mit 2 und 3 zwei in
Reihe geschaltete Gleichrichter. Der Gleichrichter 3 wird über einen Regler, z.
B. einen magnetischen Regler 4, von der Verbraucherspannung so geregelt, daß diese
innerhalb der gewünschten Grenzen konstant bleibt. 'Die Batterie ist mit 5 bezeichnet,
während die Gegenzellen das Bezugszeichen 6 und die zusätzlichen Gegenzellen das
Bezugszeichen 7 tragen. .
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Mit 8 ist ein von der Netzspannung abhängiges Relais bezeichnet, das
zwei Kontakte 9 und io besitzt, von , denen der erste bei Vorhandensein der Netzspannung
geschlossen ist, während der zweite bei Ausfall der Netzspannung geschlossen wird.
Der Kontakt 9 liegt in Reihe mit einem Spannungsrelais i i, das anspricht, wenn
die Spannung der Batterie 2,4 V je Zelle erreicht. Der Kontakt io liegt zwischen
der einen Klemme des Verbrauchers und der einen Klemme der Batterie, während die
andere Klemme des Verbrauchers unmittelbar mit der anderen Klemme der Batterie verbunden
ist. Das Relais i i schließt bei seinem Ansprechen einen Kontakt 12, durch welchen
ein Schütz 13 erregt wird, das zwei Kontakte 14 und 15 besitzt. Der
Kontakt 14 schaltet in der einen Stellung die Batterie unmittelbar parallel zum
Gleichrichter 2, in der anderen Stellung wird die Batterie über den dann geschlossenen
Kontakt 15 parallel zu der Reihenschaltung beider Gleichrichter geschaltet. Der
Kontakt 15 liegt parallel zu den zusätzlichen Gegenzellen 7.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Fällt die Netzspannung aus, so öffnet
der Kontakt 9, und der Kontakt io wird geschlossen. Die Kontakte 14 und 15 nehmen
die in der Zeichnung dargestellte Lage ein. Der Verbraucher wird daher unmittelbar
von der Batterie gespeist. Bei Wiederkehr der Netzspannung wird der Kontakt 9 geschlossen,
und der Kontakt io öffnet. Der Verbraucher liegt nunmehr über die Gegenzellen 6
und 7 an der Reihenschaltung der beiden Gleichrichter, während die Batterie 5 dem
Gleichrichter 2 parallel geschaltet ist. Hierdurch wird die Batterie aufgeladen.
Mit wachsender Batteriespannung nimmt die Spannung des Gleichrichters 2 in dem Maße
ab, wie es notwendig ist, um die Verbraucherspannung konstant zu halten. Wird die
Zellenspannung von 2,4 V erreicht, so spricht das Relais i i an und schließt seinen
Kontakt 12. Dadurch wird das Schütz 13 erregt, welches den Kontakt 14 umlegt und
den Kontakt 15
schließt. Nunmehr sind die. zusätzlichen Gegenzellen 7 kurzgeschlossen,
und die Batterie liegt unmittelbar an der Reihenschaltung der beiden Gleichrichter,
während der Verbraucher an diese Reihenschaltung über die Gegenzellen 6 angeschlossen
ist. Die Gegenzellen 6 sind erforderlich, um die Differenz zwischen der Ladungserhaltungsspannung
im Pufferbetrieb und der konstanten Spannung des Verbrauchers auszugleichen, die
Gegenzellen 7, um die Differenz zwischen der höchsten Ladespannung und der Pufferspannung
auszugleichen, während der Gleichrichter 2 jeweils die Differenz zwischen der höchsten
Ladespannung und der Batteriespannung im Ladebetrieb aufnimmt. Er wird in Abhängigkeit
von der Verbraucherspannung so geregelt, daß mit wachsender Ladespannung seine Spannung
zurückgeht.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 2. Soweit die Teile
mit denen der Fig. i übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Im Ausführungsbeispiel der Fig.2 liegen in der Verbindungsleitung Verbraucher und
Batterie, die Gegenzellen 6, die zusätzlichen Gegenzellen 7 und ein Widerstand 27.
Der Gleichrichter speist den
Verbraucher über die Gegenzellen 6
bzw. die Gegenzellen 6 und 7. Er ist über einen Transformator 21 mit der Netzspannung
verbunden. In Reihe mit dem Transformator liegt eine Regeldrossel 22, deren Vormagnetisierungsstrom
über einen Regler 23 von der Verbraucherspannung so abhängig gemacht wird, daß die
Verbraucherspannung konstant bleibt. Mit 8 ist wieder das Netzrelais bezeichnet,
dessen Kontakt io zwischen der einen Klemme des Verbrauchers und der einen Klemme
der Batterie liegt. Ferner ist ein Schütz 24 vorgesehen, welches von dem Verbraucherstrom
erregt wird und zwei Kontakte 25 und 26 besitzt, von denen der eine parallel zum
Widerstand 27, der andere parallel zu den Gegenzellen 7 liegt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Bei einem Ausfall des Netzes schließt
das Relais seinen Kontakt io, so d.aß der Ve-rbraucher unmittelbar an der Batterie
5 liegt. Kehrt die Netzspannung wieder, so öffnet das Relais den Kontakt io, und
der Verbraucher ist jetzt über die Gegenzellen 6 an den Gleichrichter angeschlossen.
Unterschreitet der Verbraucherstrom einen bestimmten Wert, so fällt das Schütz 24
ab und schaltet durch Öffnen seiner Kontakte 25 die zusätzlichen Gegenzellen und
den Widerstand 27 in den Verbraucherstromkreis. Die Folge davon ist, daß der Gleichrichter
2o auf eine Spannung geregelt wird, die entsprechend der Zahl der Gegenzellen höher
ist als die Verbraucherspannung. In die Batterie fließt dann ein Ladestrom, der
durch den Widerstand 27 begrenzt ist und sich mit ansteigender Batteriespannung
vermindert. Die Spannung an diesem Widerstand ist also eine veränderliche Spannung,
die die Differenz zwischen der Gleichrichterspannung und der Batteriespannung aufnimmt.
Die höchste Batteriespannung ist hierbei durch die Höhe der Spannung des Gleichrichters
begrenzt.
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Im Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der Verbraucherstrom in
seiner Höhe schwankt und daß es in einem bestimmten Zeitraum, z. B. von 24 Stunden,
genügt, die Batterie voll aufzuladen. Um dies mit einem verhältnismäßig kleinen
Gleichrichter durchzuführen, ist durch das Schütz 24 dafür gesorgt, daß die Aufladung
der Batterie nur in der Zeit vorgenommen wird, wenn der Verbraucherstrom gering
ist. Es wird daher dieses Schütz vom Verbraucherstrom erregt. Ist also nach einem
Netzausfall der Verbraucherstrom so gering, daß das Schütz 24 abfällt, so wird die
Spannung des Gleichrichters 2o so weit erhöht, daß die Batterie auf 2,4V aufgeladen
wird. Ist der Verbraucherstrom größer, so schließt das Relais seine Kontakte 25
und 26, die Aufladung der Batterie wird unterbrochen, der Gleichrichter liefert
den Verbraucherstrom und zusätzlich den Ladestrom, welcher der Pufferspannung bei
dem jeweils vorhandenen Ladezustand entspricht.
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In manchen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, die Aufladung der
Batterie nicht von der Größe des Verbraucherstromes abhängig zu machen, sondern
nach jedem Netzausfall dafür zu sorgen, daß die Batterie wieder voll aufgeladen
wird. Zu diesem Zweck kann man das Relais 24 so einrichten, daß es seinen Kontakt
öffnet, wenn die Netzspannung wiederkehrt, und ihn erst dann schließt, wenn die
höchste Ladespannung erreicht ist. Man muß dann allerdings den Gleichrichter etwas
größer wählen.
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Im Ausführungsbeispiel ist noch eine Glättungsdrossel 29 zwischen
Verbraucher und Batterie und ein Glättungskondensator 28 parallel zum Widerstand
27 vorgesehen.