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Stromversorgungsanlage für Geräte der Fernmeldetechnik, insbesondere
für Fernsprechverstärker Viele Geräte der Fernmeldetechnik, insbesondere Fernsprechverstärker,
erfordern eine Stromversorgungsanlage, die einen völlig unterbrechungslosen Betrieb
gewährleistet. Erfolgt die Stromversorgung aus dem Starkstromnetz, so müssen Notstromversorgungseinrichtungen
vorgesehen sein, die bei Netzausfall die Stromlieferung für die Geräte übernehmen.
Bei den bisher bekannten Stromversorgungsanlagen für Fernsprechverstärker erfolgt
die Stromversorgung aus Batterien, die in Zusammenarbeit mit Puffergleichrichtern
die Verstärker speisen. Um die Batterien jederzeit aufladen zu können, sind außer
den Puffergleichrichtern noch besondere Ladegleichrichter erforderlich. Da die notwendigen
Nennspannungen an den Verstärkern sowohl bei voll geladener als auch bei entladener
Batterie eingehalten werden müssen und bei einer beispielsweise aus sechs Zellen
bestehenden Akkumulatorenbatterie der Spannungsunterschied zwischen entladener und
voll geladener Batterie etwa 4,8 Volt beträgt, sind umfangreiche Spannungsregeleinrichtungen,
wie Regeldrosseln und Kohledruckregler, erforderlich. Außerdem müssen Meßwiderstände
vorgesehen sein, um jederzeit die vorhandene Batteriespannung überwachen zu können.
Der Aufwand, der sich bei der Speisung der Geräte aus gepufferten Batterien ergibt,
ist daher außerordentlich hoch.
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Wegen der hohen Stromstärken, die in mittleren Verstärkerämtern in
der Größenordnung von rooo Ampere liegen, müssen bei solchen Anlagen mehrere Gleichrichter
in Parallelschaltung vorgesehen
werden. Auch ist aus Sicherheitsgründen
für kleinere Stromstärken die Anordnung von mindestens zwei Gleichrichtern, von
denen der eine als Reserve dienen kann, erforderlich.
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Wie schonerwähnt wurde, muß die an den Verstärkern erforderliche Nennspannung
von beispielsweise g Volt sowohl bei entladener als auch bei voll geladener Batterie
vorhanden sein. Mit Rücksicht auf die Spannungsabfälle in den Regeldrosseln und
Meßwiderständen muß der Puffergleichrichter bei Pufferbetrieb eine Spannung von
mindestens 13,9 Volt, d. h. 545 v. H. mehr als die am Verstärker erforderliche
Spannung von 9 Volt erzeugen, so daß sich ein Gesamtspannungsabfall vom Puffergleichrichter
bis zum Verstärker von 4,9 Volt für den Pufferbetrieb ergibt, d. h. vom Puffergleichrichter
bis zum Verstärker gehen etwa 35 v. H. der im Puffergleichrichter erzeugten Energie
durch Verluste verloren.
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Da im Zustand der entladenen Batterie hinter den Meßwiderständen und
Regeldrosseln im Höchstfall eine Spannung von Z Z Volt vorhanden ist und mit Rücksicht
auf die den Verstärkern vorgeschalteten Kohledruckregler KR an diesen eine Spannung
von io,5 Volt erforderlich ist, darf der Spannungsabfall über die Speiseleitung
im Höchstfall o,5 Volt betragen. Dies führt für die Speiseleitung zu außerordentlich
großen Querschnitten, die beispielsweise bei einem ausgeführten mittleren Amt Zo
ooo qmm betrugen. Für die Verlegung einer Leitung von derart starkem Querschnitt
müssen besonders kräftig ausgebildete Konstruktionsteile verwendet werden, so daß
es nicht möglich ist, diese Leitung auf dem kürzesten Weg vom Batterieraum zum Verstärkerraum
zu verlegen. Die Leitungsführung müßte vielmehr mit Rücksicht auf den hohen Platzbedarf
dieser Konstruktion erfolgen. Bei dem erwähnten ausgeführten Verstärkeramt ergab
sich ein Aufwand für diese Speiseleitung von 7 t Aluminium. Auch war es nicht möglich,
diese Leitung innerhalb des Verstärkerraumes so zu verlegen, daß die zu den einzelnen
Verstärkergestellen führenden Abzweigleitungen auf dem kürzesten Weg verlegt werden
konnten.
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Alle diese Schwierigkeiten gehen im Grunde darauf zurück, daß die
Speiseleitung auch im entladenen Zustand der Batterie, also bei geringster Spannung,
noch die volle Stromstärke übertragen muß und infolgedessen der Spannungsabfall
zwischen der Batterie bzw. den nachgeschalteten Elementen und den an den Verbrauchern
vorgesehenen Kohledruckreglern möglichst kleiner als 0,5 Volt gehalten werden muß.
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Um den durch die Batterien bedingten großen Aufwand zu verringern,
ist bereits vorgeschlagen worden, die Geräte über Gleichrichter aus dem Netz zu
speisen und lediglich eine kleinere Batterie vorzusehen, die über einen Wechselrichter
bei Netzausfall die Wechsel- (Dreh-) Stromlieferung übernimmt. Durch die Umschaltung
von dem Netzbetrieb -auf den Betrieb aus dem batteriegespeisten Wechselrichter und
durch dessen Inbetriebnahme entsteht jedoch bei dem erwähnten Vorschlag eine, wenn
auch kurzzeitige Unterbrechung, die in den meisten Fällen nicht tragbar ist.
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Es ist ferner eine Einrichtung zur Ausgleichung von Belastungsschwankungen
in Wechselstromnetzen mittels Pufferbatterie und Umformer bekanntgeworden, bei der
Regler, welche in Abhängigkeit von der veränderlichen Belastung auf die Erregung
von zu den Pufferbatterien parallel geschalteten Maschinen derart einwirken, daß
sie bei erhöhtem Energiebedarf die Erregung der Maschine und somit ihre EMK. vermindern,
so daß die Batterie Strom an die Maschine abgibt und umgekehrt bei vermindertem
Energiebedarf. Aber auch bei Anwendung dieser Regelung vergeht einige Zeit, bis
die Erregung der Maschine der durch den Regler bewirkten Änderung des Erregerstromes
folgt, bis also die Batterie zur Pufferung herangezogen wird. Bei solchen Anlagen
hat sich gezeigt, daß die in der Pufferbatterie aufgespeicherte Energie bei momentanen
Belastungserhöhungen nur dann stark herangezogen werden kann, wenn man induktive
Widerstände in der Weise in das Netz einschaltet, daß durch den in ihnen erzeugten
Spannungsabfall ein zu weites Anwachsen des vom Stromerzeuger gelieferten Stromes
verhindert wird.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile und des .obenerwähnten großen Aufwandes
an Leitungsmaterial und Raum besteht in einer Stromversorgungsanlage für aus dem
Netz gespeiste Geräte der Fernmeldetechnik, für die eine Notstromversorgung aus
einer Batterde über einen ständig sowohl an die Batterie als, auch an die zur Speisung
der Geräte vorgesehenen Gleichrichter angeschlossenen Gleichstrom-Drehstrom-Umformer
vorgesehen ist, gemäß der Erfindung der Umformer aus einer im Normalbetrieb so schwach
erregten Gleichstrbmmaschine und aus einer so weit übererregten Synchronmaschine,
daß er bei Netzausfall unverzüglich Leistung aus der Batterie entnimmt und sofort
mit voller Spannung an die zur Speisung der Geräte vorgesehenen Gleichrichter abgibt.
Es empfiehlt sich, dabei die Schwungmasse des Umformers so zu wählen, daß während
des Übergangs von Netz- auf Batteriebetrieb kein merklicher Drehzahlabfall eintreten
kann.
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Bei Betrieb aus dem Netz wirkt die Synchronmaschine als Motor und
die Gleichstrommaschine als Generator zur Lieferung des Ladestromes für die Batterie.
Infolge der schwachen Erregung der Gleichstrommaschine hat diese, sobald sie bei
Netzausfall aus der Batterie gespeist wird und als Motor arbeitet, das Bestreben,
ihre Drehzahl zu erhöhen. Ebenso hat die übererregte Synchronmaschine, sobald sie,
vom Gleichstrom angetrieben, als Generator wirkt, das Bestreben, die abgegebene
Spannung zu erhöhen. Diese Eigenschaften bewirken, daß beim Übergang von Netz- auf
Batteriebetrieb ein Spannungsabfall der vom Synchrongenerator gelieferte Spannung
gegenüber der vorher vom Netz gelieferten Spannung nicht eintreten kann. Gegebenenfalls
können noch zusätzliche Einrichtungen zur Frequenzhaltung vorgesehen sein,
z.
B. ein Fliehkraftregler. Da der Umformer ständig sowohl an der Batterie als auch
an der zu den die Geräte speisenden Gleichrichtern führenden Leitung liegt, findet
eine Unterbrechung durch irgendwelche Umschaltvorgänge nicht statt. Die Anlage ermöglicht
daher einen vollkommen unterbrechungslosen Betrieb während des Überganges von Netzstromauf
Notstromversorgung.
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Die Drehstrommaschine arbeitet infolge ihrer Übererregung gleichzeitig
bei Netzbetrieb als Phasenschieber und liefert den von den Regeldrosselspulen der
Gleichrichter verbrauchten Blindstrom. Hierin ist ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes
zu erblicken, da besondere Mittel zur Phasensth.iebung in Fortfall kommen können.
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Da, wie erwähnt, irgendwelche Schaltmaßnahmen an dem Umformer nicht
erforderlich sind, ist bei Netzausfall lediglich die Abtrennung der zu den die Geräte
speisenden Gleichrichtern führenden Leitung von dem Netz erforderlich. Diese Abschaltung
kann mit Hilfe einer bekannten Relaissteuerung, beispielsweise einer Phasenbruchschaltung,
durchgeführt werden.
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Bei Wiederkehr der Netzspannung erfolgt nach Synchronisierung der
von dem Umformer gelieferten Spannung mit der Netzspannung das Einlegen des Netzschalters,
worauf der Umformer die Aufladung der Batterie übernimmt, die praktisch in der gleichen
Zeitspanne vor sich geht, in der die Maschine als Netzersatz gearbeitet hat. Um
auch bei einem längere Zeit anhaltenden Netzausfall die Stromversorgung sicherzustellen,
ist in bekannter Weise ein durch einen Dieselmotor angetriebener Generator vorgesehen,
der während des Betriebes aus der Batterie auf volle Drehzahl gebracht und danach
zur Stromversorgung angeschaltet werden kann.
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Es ist eine Stromversorgungsandage für Geräte der Fernmeldetechnik
bekanntgeworden, bei der die Stromversorgung vollständig ohne die Anwendung von
Batterien vorgenommen wird. Die für die Speisung der Geräte erforderliche Gleichspannung
wird mit Hilfe einer Hauptdynamomaschine erzeugt, die von dem Kraftnetz durch einen
Motor angetrieben wird. Bei Ausfall der Netzspannung und Absinken der von der Dynamomaschine
abgegebenen Gebrauchsspannung wird eine von einem Verbrennungsmotor angetriebene
Ersatzdynamomaschine auf das Verbrauchernetz geschaltet. Da es wirtschaftlich nicht
tragbar ist, die Verbrennungskraftmaschine ständig laufen zu lassen und da in diesem
Fall auch ein besonderes Ersatzaggregat für die Verbrennungskraftmaschine vorgesehen
werden müßte, kommt nur ein solcher Betrieb in Frage, bei dem die Verbrennungskraftmaschine
erst in dem Augenblick angelassen wird, in dem die von der Hauptdynamomaschine gelieferte
Spannung um einen bestimmten Betrag abgesunken ist. Erfahrungsgemäß benötigen Verbrennungskraftmaschinen
mindestens einige Sekunden Anlaufzeit, bis sie in der Lage sind, die geforderte
Leistung abzugeben. Während dieser Zeit findet aber ein derart starker Spannungsrückgang
der von der Häuptdynamomaschine abgegebenen Leistung statt, daß ein einwandfreier
Betrieb der Fernmeldegeräte nicht möglich ist. Es ist daher mit einer Betriebsunterbrechung
von einigen Sekunden zu rechnen. Ein derartiger Zustand ist aber für die meisten
Anwendungsfälle völlig untragbar, und zwar besonders dann, wenn sich unter den Fernmeldegeräten
solche zur Übertragung von Telegrafiezeichen befinden. Hier kann schon durch eine
kurzzeitige Außerbetriebsetzung der Verstärker eine völlige Verstümmelung der übertragenen
Zeichen erfolgen. Handelt es sich um Mehrfachübertragungsgeräte, so findet diese
Verstümmelung in sämtlichen Übertragungskanälen statt. Bei der Anordnung nach der
Erfindung können derartige Betriebsunterbrechungen auch für kurze Zeit nicht eintreten.
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In der Figur ist schematisch eine Stromversorgungsanlage für ein Fernsprechverstärkeramt
gemäß der Erfindung dargestellt. Die für die Stromversorgung der Verstärker erforderlichen
Spannungen von 1z, z4., 250 und 40 Volt werden den Gleichrichtern G11, G12,
G13, G14 entnommen, die primärseitig über den Schalter s und den Transformator
Tr an dem Netz N liegen. Außer den Betriebsgleichrichtern sind gegebenenfalls
mit R bezeichnete Reservegleichrichter vorhanden. Der gemäß der Erfindung vorgesehene
rotierende Umformer RU, der aus einer untererregten Gleichstrommaschine GM und einer
übererregten Synchronmaschine SM besteht, ist mit seiner Gleichstromseite fest an
die Batterie B und mit seiner Wechselstrom- bzw. Drehstromseite fest an die zu denGleichrichtern
führendeLeitung L angeschlossen. Bei Netzausfall wird lediglich die Leitung;L mit
Hilfe des Schalters s von dem Netz abgeschaltet. In demselben Augenblick übernimmt
selbsttätig der Umformer RU die Versorgung der Gleichrichter, ohne daß dabei eine
Unterbrechung oder ein merkbares Absinken der Spannung eintritt.
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Da die einzige Batterie lediglich zur Speisung des rotierenden Umformers,
nicht aber zur unmittelbaren Speisung der Verstärker dient, treten auch die obenerwähnten,
durch den Unterschied zwischen Entlade- und Ladespannung bedingten Spannungsunterschiede
in der Speiseleitung zu den einzelnen Verstärkern nicht in Erscheinung. In der betreffenden
Speiseleitung kann daher ein höherer Spannungsabfall zugelassen werden. Die Leitungen
können rein auf strommäßige Belastbarkeit hin dimensioniert werden.
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Die Spannungshaltung wird von einem zentral gelegenen Speisepunkt
vom Verstärkerraum aus geregelt, wofür lediglich die Verlegung einer Fühlspannungsleitung
zum Kohledruckregler an den Gleichrichtern notwendig ist.
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Es ist bei einer Anordnung gemäß der Erfindung hier ohne weiteres
möglich, auf der Speiseleitung zu den Gleichrichtern einen größeren Spannungsabfall,
beispielsweise von i Volt, zuzulassen, wobei darauf hingewiesen werden muß, daß
es ohne Schwierigkeiten möglich ist, die Primärspannung
der Gleichrichter
zu erhöhen, so daß auch ein höherer Spannungsabfall auf der Speiseleitung zugelassen
werden kann. Als besonders wesentlich kommt hinzu, daß die Speiseleitung nicht vom
Batterieraum aus zum Verstärkerraum verlegt werden muß, sondern von dem Gleichrichter
aus zum Verstärker führt. Der Gleichrichter kann aber ohne Schwierigkeiten so aufgestellt
werden, daß sich eine günstige und vor allen Dingen kurze Leitungsführung zum Verstärkerraum
ergibt. Während der Aufwand an Leitungsmaterial für die erwähnte ausgeführteAnlage
mittlerer Größe infolge des notwendigen Querschnittes von loooo qm.m 7 t Aluminium
betrug, kann im gleichen Fall bei einer Anlage gemäß der Erfindung infolge des höheren
zulässigen Spannungsabfalles und der kürzeren Leitung mit einem Querschnitt von
looo qmm ausgekommen werden. Der Aufwand an Leitungsmaterial geht also auf den zehnten
Teil zurück. Eine solche Leitung kann ohne Schwierigkeiten in Form eines Kabels
so verlegt werden, daß im Verstärkerraum vom Speisepunkt zu den Gestellreihen elektrisch
gleich lange und günstig verlaufende, d. h. kurze Abzweigleitungen verwendet werden
können. Infolge der Gleichartigkeit der Abzweigleitungen ist es nicht mehr notwendig,
jedes Verstärkergestell mit einem besonderen Kohledruckregler zu versehen. Es genügt
daher für die Anlage gemäß der Erfindung ein einziger Kohledruckregler, der die
von dem Gleichrichter abgegebene Spannung unmittelbar beeinflußt und über eine Meßleitung
von der Spannung an dem Verzweigungspunkt gesteuert wird. Bei der Ausführung gemäß
der Erfindung ist die Spannung an dem Verzweigungspunkt lediglich um 2,2 v. H. höher
als die an: den Verstärkern erforderliche Spannung, während die von dem Gleichrichter
zu liefernde Spannung lediglich 13,3 v. H. höher als die Spannung an den Verstärkern
ist. Hierin ist ebenfalls ein beträchtlicher Fortschritt gegenüber der bekannten
Anlage zu erblicken, bei der bei Pufferbetrieb die Spannung am Puffergleichrichter
54,5 v. H. höher sein müßte alis die an den Verstärkern erforderliche Spannung.
Der Energieverlust geht entsprechend zurück.
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Da es nicht mehr erforderlich ist, die zahlreichen Batterien ständig
auf ihre Spannung zu überwachen, können auch die vielen Meßwiderstände und Meßeinrichtungen
vereinfacht und in ihrer Zahl beträchtlich vermindert werden. Dies führt gleichzeitig
zu einer Vereinfachung der Schalttafel und Erleichterung der Überwachung und Instandhaltung
der Anlage.
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Infolge des beträchtlich verringerten Materialaufwandes und der Erleichterung
der Montage ergibt sich eine Verminderung der Herstellungskosten von etwa 5o v.
H. Ebenso geht der Raumbedarf, insbesondere infolge des Fortfalles der zahlreichen
Batterien, auf etwa zwei Drittel' zurück.