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Stromversorgungsanlage mit Gleichrichter und Batteriereserve Um Gleichstromverbraucher
aus einem Wechselstromnetz mit Gleichstrom zu versorgen, der auch bei Ausfall der
Netzspannung nicht unterbrochen werden darf, ist es bekannt, Gleichrichter in Verbindung
mit einer Batterie zu verwenden. Hierbei ist es üblich, den Gleichrichter, die Batterie
und den Verbraucher zueinander parallel zu schalten. Zur Aufladung der Batterie
ist es notwendig, ihre Spannung bis-auf etwa 2,.4 V je Zelle zu erhöhen und nach
der Aufladung die Zellenspannung etwa bei 2,2 V zu halten, um eine Entladung zu
verhindern. Bei Ausfall des Wechselstromnetzes wird der Verbraucher von der Batterie
allein gespeist, wobei die Batteriespannung anfangs 2,o V je Zelle beträgt und im
Laufe der Entladung auf 1,9 bis 1,8 V je Zelle zurückgeht. Die Verbraucherspannung
ändert sich also entsprechend der Batteriespannung von etwa 2,4 bis 1,8 V je Zelle.
Für Verbraucher, die eine annähernd konstante Spannung benötigen, ist daher eine
solche Anordnung nicht brauchbar. Man hat sich bisher dadurch geholfen, zwischen
Batterie und Verbraucher Widerstände, z. B. alkalische Gegenzellen, einzuschalten,
welche die Differenzspannung zwischen der Batteriespannung und der gleichzuhaltenden
Verbraucherspannung aufnehmen. Diese Widerstände bzw. Gegenzellen sind demnach in
Abhängigkeit von der Höhe der Batteriespannung zu schalten. Um die Größe derartiger
Widerstände bzw. die Zahl der Gegenzellen zu vermindern bzw. diese gänzlich in Fortfall
kommen zu lassen, ist es bereits bekannt, den Verbraucher über einen Gleichrichter
zu speisen und ihn bei Ausfall
der Netzspannung an eine Batterie
anzuschließen, die von einem anderen Gleichrichter aus aufgeladen wurde. , Es ist
ferner bekannt, diese beiden Gleichrichter dauernd einpolig miteinander zu verbinden.
Damit bei Ausfall des Netzes keine Unterbrechung der Stromlieferung an den Verbraucher
eintritt, ist die Batterie hierbei in drei Gruppen unterteilt worden, von denen
zwei Gruppen miteinander in Reihe über Ventile parallel zum Verbraucher liegen.
Die Ventile sind dabei so eingeschaltet, daß über sie nur ein Entladestrom fließen
kann, so daß die Batterie von dem den Verbraucherstrom liefernden Gleichrichter
keinen Ladestrom erhalten kann und die Batteriespannung somit praktisch unabhängig
von der Spannung des Verbrauchers ist. Der zweite Gleichrichter ist an die Reihenschaltung
dieser- beiden Batteriegruppen und der verbleibenden dritten Batteriegruppe geschaltet.
Im normalen Betriebsfall ist das eine der beiden genannten Ventile durch ein netzspannungsabhängiges
Schaltgerät kurzgeschlossen, während das zweite Ventil in Sperrichtung beansprucht
wird. Bei Netzausfall werden die Batteriegruppen in Reihe auf den Verbraucher geschaltet,
wobei das normalerweise in Sperrichtung beanspruchte Ventil kurzgeschlossen wird.
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Diese Schaltung hat bei einem Verbraucher, dessen Belastung schwankt,
und zwar vor allem dann, wenn innerhalb eines bestimmten Zeitraumes, z. B. von 24
Stunden, sich ungefähr dasselbe Belastungsspiel wiederholt, den Vorteil, daß der
erste Gleichrichter, welcher den Verbraucher speist, kleiner bemessen werden kann
als bei Anordnungen, bei denen der eine Gleichrichter lediglich für den Verbraucher
und der andere lediglich für die Rufladung der Batterie vorgesehen ist. Um diese
kleinere Bemessung des ersten Gleichrichters durchzuführen, werden Vorkehrungen
getroffen, um den Strom des ersten Gleichrichters, welcher den Verbraucher speist,
nicht über einen bestimmten Höchstwert ansteigen zu lassen. Der zweite Gleichrichter
braucht nur für den Ladestrom der Batterie und für die Zusatzspannung bemessen zu
sein, welche in Verbindung mit der Spannung des ersten Gleichrichters die volle
Rufladung der Batterie gegewährleistet. Andererseits erlaubt die Erfindung, die
Batterie unabhängig von der Verbraucherspannung aufzuladen und in geladenem Zustand
zu halten.
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Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die Batterie in drei Gruppen
zu unterteilen ist und daß ein Schaltgerät für den vollen Lade- bzw. Entladestrom
vorzusehen ist, welches in dem einen,Betriebszustand zwei Batteriegruppen an den
Verbraucher schaltet, während die dritte Gruppe in Reihe dazu am Ladegleichrichter
liegt, und im anderen Betriebsfalle alle drei Betriebsgruppen untereinander in Reihe
mit dem Verbraucher parallel schaltet, und daß entsprechende Verbindungsleitungen
zu führen sind.
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Nach einer bekannten Lösung ist ein den Verbraucher speisender Gleichrichter
mit einem Teil der Batterie elektrisch fest verbunden, während ein zweiter Gleichrichter
den zweiten Teil der Batterie lädt. Bei dieser Anordnung ist die Ladespannung der
ersten Teilbatterie durch die Verbraucherspannung bestimmt und kann nicht den Erfordernissen
der Batterieladung entsprechend verändert werden.
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Die Erfindung hat Verbesserungen gegenüber diesem Stand der Technik
zum Gegenstand unter Verwendung nur einer nicht in Schaltungsgruppen unterteilten
Batterie, wodurch sich eine Verringerung des Aufwandes an Schaltmitteln und an zu
führenden Leitungen ergibt.
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Erfindungsgemäß wird nach einer Lösung bei einer Stromversorgungsanlage
mit einem Gleichrichter zur Speisung des Verbrauchers und einem zweiten Gleichrichter
für die Ladung einer bei Netzausfall den Verbraucher speisenden Batterie, bei der
ein Teil der Batterie über ein bei wirksamer Netzspeisung in Sperrichtung beanspruchtes
Ventil mit dem Verbraucher parallel geschaltet ist, bei. Netzausfall lediglich die
Verbindungsleitung zwischen diesem Ventil und dem Verbraucher unmittelbar mit der
noch nicht an den Verbraucher angeschlossenen Klemme der Batterie verbunden. Hierzu
genügt ein einpoliger Schalter.
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Hierbei kann die Anordnung zweckmäßig derart getroffen werden, daß
der erste Gleichrichter, der den Verbraucher speist, gleichzeitig in Reihenschaltung
mit dem ersten die Batterie lädt.
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Nach einer anderen erfindungsgemäßen Lösung bei einer Stromversorgungsanlage
mit einem Gleichrichter zur Speisung des Verbrauchers und einem zweiten Gleichrichter,
der allein oder in Reihenschaltung mit dem ersten eine bei Netzausfall den Verbraucher
speisende Batterie lädt, liegt bei wirksamer Netzspeisung die gesamte Batterie über
einen Widerstand, ein Ventil od. dgl. dem Verbraucher parallel, und bei Netzausfall
werden Batterie und Verbraucher unmittelbar miteinander verbunden. Auch in diesem
Falle genügt wieder ein einpoliger Umschalter für die Umschaltung der Anlage bei
Netzausfall, und umgekehrt.
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Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Widerstand bei veränderlichem
Strom einen möglichst konstanten Spannungsabfall aufweist, wie es z. B. der Fall
ist bei alkalischen Gegenzellen, Trockengleichrichterplatten od. dgl.
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In vielen Fällen wird die natürliche Kennlinie des ersten Gleichrichters
ausreichen, um eine annähernd konstante Verbraucherspannung zu liefern. Man kann
die Konstanthaltung der Spannung noch verbessern durch Einschaltung von Regelwiderständen,
z. B. stromabhängigen Widerständen. Bei schwankender Netzspannung ist es zweckmäßig,
eine Regelung vorzusehen, die in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung die dem
Gleichrichter zugeführte Wechselspannung so verändert, daß die Verbraucherspannung
innerhalb der festgesetzten Grenzen bleibt. Zu diesem Zweck kann man Anzapfungen
des Transformators vorsehen oder beispielsweise die Vormagnetisierung einer Drosselspule,
die in Reihe mit dem Transformator liegt, verändern. Dies kann z. B. dadurch geschehen,
daß in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung ein Kohledruckregler beeinflußt
wird, der im Vormagnetisierungsstromkreis
der Drosselspule liegt.
Man kann auch die Verbraucherspannung oder einen ihr proportionalen Strom mit einer
konstanten Spannung bzw. einem konstanten Strom vergleichen und die auftretende
Differenz zur Beeinflussung der Regeldrosselspule verwenden.
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Dem zweiten Gleichrichter, der allein oder zusammen mit dem ersten
die Ladung der Batterie bewirkt, kann man z. B. im einfachsten Falle eine abfallende
Charakteristik geben. Die Folge davon ist, daß bei steigender Batteriespannung der
Ladestrom abnimmt. Man kann die Kennlinie so legen, daß die Gasungsspannung, also
2,4 V je Zelle, nicht erreicht wird. Man kann sie aber auch so legen, daß diese
Spannung erreicht wird, und kann bei Erreichen dieser Spannung durch ein Spannungsrelais
die Kennlinie in bekannter Weise tiefer legen, so daß die voll aufgeladene Batterie
nur noch den Ladungserhaltungsstrom erhält. Nach Ausfall der Netzspannung wird wieder
auf die ursprüngliche Kennlinie umgeschaltet. Diese Art der Kippladung kann auch
ohne Relais erreicht werden, wenn man z. B. die bekannte Kippdrosselschaltung verwendet.
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Die erwähnten Anordnungen sind noch von der Höhe der Netzspannung
abhängig. Sind die Schwankungen der Netzspannung groß, dann ist es zweckmäßig, durch
zusätzliche Einrichtungen diese Schwankungen auszugleichen, beispielsweise durch
Verwendung eines Spannungsgleichschalters, der vor den speisenden Transformator
des zweiten Gleichrichters geschaltet wird.
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Netzspannungsschwankungen werden von vornherein mit ausgeglichen,
wenn die Kippkennlinie durch eine Regeleinrichtung erzielt wird, die diese Kennlinie
in Abhängigkeit von der Batteriespannung bzw. von der Spannung des Gleichrichters
selbst und in Abhängigkeit vom Ladestrom einstellt. Unter Verwendung von Kohledruckreglern
kann man dies in der Weise erreichen, daß ein Kohledruckregler verwendet wird, der
in Abhängigkeit von der Batteriespannung und im entgegengesetzten Sinne vom Ladestrom
beeinflußt wird, und daß ferner ein Kohledruckregler vorgesehen wird, der erst bei
Überschreitung eines bestimmten Ladestromes seinen Widerstand verändert. Diese Kohledruckregler
stellen den Vormagnetisierungsstrom einer in Reihe mit dem Gleichrichter liegenden
Drosselspule ein. Diese Aufgabe läßt sich aber auch ohne Verwendung von Kohledruckreglern,
lediglich durch vormagnetisierte Drosselspulen lösen, die von den genannten elektrischen
Größen und einer konstanten Vergleichsgrößebeeinflußt werden.
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Laden die beiden Gleichrichter gemeinsam die Batterie auf, so ist
es, wie erwähnt, zweckmäßig, um die Leistung des ersten Gleichrichters möglichst
klein zu halten, dafür zu sorgen, daß der Strom dieses Gleichrichters, der den Verbraucherstrom
und den . Ladestrom liefert, nicht nennenswert größer wird als der höchste Verbraucherstrom.
Der Ladestrom ist dann gegeben als Differenz zwischen dem festgelegten Höchstwert
des Stromes dieses Gleichrichters und dem jeweiligen Verbraucherstrom. Man geht
dabei von der Überlegung aus, daß im allgemeinen der höchste Verbraucherstrom nur
wenige Stunden am Tage, also innerhalb von 24 Stunden benötigt wird. Nach einem
Netzausfall ist dann immer innerhalb von aq. Stunden eine genügende - Leistungsreserve
vorhanden, um die Batterie aufzuladen. Diese Strombegrenzung kann bei der beschriebenen
Kippladung in der Weise erfolgen, daß in Abhängigkeit vom Strom des den Verbraucher
speisenden Gleichrichters die Kennlinie des anderen Gleichrichters so verschoben
wird, daß der Strom des ersten Gleichrichters einen Höchstwert nicht überschreitet,
so daß der von dem anderen Gleichrichter abgegebene Ladestrom höchstens gleich ist
der Differenz zwischen dem Höchststrom des ersten Gleichrichters und dem Verbraucherstrom.
Im Falle der Regelung durch Kohledruckregler kann man dies in der Weise durchführen,
daß der zweite Kohledruckregler nicht vom Ladestrom, sondern vom Strom des ersten
Gleichrichters beeinflußt wird.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Bei der Anordnung nach Fig. i ist mit 3 der Verbraucher bezeichnet.
Er wird im Ausführungsbeispiel von einer Gleichrichteranordnung i, die aus vier
Trockengleichrichtern in Brückenschaltung besteht, gespeist. Die gegebenenfalls
erforderliche Regelung der Spannung dieses Gleichrichters bei schwankender Belastung
durch den Verbraucher bzw. sich ändernder Netzspannung ist im Ausführungsbeispiel
nicht dargestellt. Es ist ferner eine zweite Gleichrichteranordnung 2 vorgesehen,
welche die Batterie q. auflädt. Die beiden Gleichrichteranordnungen sind einpolig
miteinander verbunden, und dieser gemeinsame Verbindungspunkt ist an den einen Pol
der Batterie angeschlossen. Der Gleichrichter 2, welcher die Batterie auflädt, kann
von Hand oder selbsttätig so eingeregelt werden, daß bei wiederkehrender Netzspannung
eine vollständige Aufladung der Batterie erfolgt und dann nach Aufladung die Batterie
in geladenem Zustand gehalten wird, ohne daß sie gast. Die dazugehörigen Vorrichtungen
sind im Ausführungsbeispiel ebenfalls nicht dargestellt.
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Mit 5 ist ein Schütz bezeichnet, das bei Ausfall der Netzspannung
den Verbraucher 3 unmittelbar mit der Batterie verbindet und diese Verbindung löst,
wenn die Netzspannung wiederkehrt. Außerdem ist zwischen derjenigen Klemme des Verbrauchers,
die nicht mit der Batterie und dem gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Gleichrichter
verbunden ist, und der Batterie 4 ein Widerstand 6 eingeschaltet. Dieser schafft
eine ständige Verbindung zwischen Verbraucher und Batterie. Er bewirkt, daß bei
Wegfall der Netzspannung der Verbraucher bis zur Kontaktschließung des Schützes
5 nicht spannungslos wird. Um die in diesem Widerstand auftretenden Verluste zu
verringern, ist es zweckmäßig, Widerstände zu verwenden, die bei veränderlichem
Strom einen möglichst konstanten Spannungsabfall aufweisen, also alkalische Gegenzellen
oder Trockengleichrichterplatten in Durchlaßrichtung.
Die Wirkungsweise
ist folgende: Bei Vorhandensein der Netzspannung speist der Gleichrichter i den
Verbraucher 3 mit annähernd konstanter Spannung. Die Batterie 4 wird durch den Gleichrichter
2 im geladenen Zustand gehalten. Fällt die Netzspannung weg, so spricht das Schütz
5 an und schließt seinen Kontakt. Dadurch wird der Verbraucher unmittelbar mit der
Batterie verbunden. Wie bereits erwähnt, verhindert der Widerstand 6, daß während
der Ansprechzeit des Schützes der Verbraucher spannungslos wird. Kehrt die Netzspannung
wieder, so wird die Batterie vom Verbraucher abgeschaltet und durch die Gleichrichteranordnung
2 erneut aufgeladen. Nimmt man beipielsweise an, daß die Verbraucherspannung zwischen
58 und 62 V schwanken darf, so wird man die Gleichrichteranordnung i so einrichten,
daß sie ihre Spannung nur in diesen Grenzen ändert und die Gleichrichteranordnung
2 so, daß sie die Batterie 4 voll auflädt. Bei Ausfall des Netzes sinkt die Batteriespannung
zunächst auf 6o V (es ist eine Batterie von dreißig Zellen vorgesehen), so daß sich
die Verbraucherspannung praktisch nicht ändert. Die Aufladung der Batterie wird
man zweckmäßig bis auf 72 V, d. h. 2,4 V je Zelle, durchführen und nach erfolgter
Aufladung die Batteriespannung auf 2,2 V je Zelle zurückgehen lassen und konstant
halten. Diese Aufladung bis 2,4 V je Zelle hat den Vorteil, daß die Batterie in
kurzer Zeit voll aufgeladen werden kann.
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Die Gleichrichteranordnung 2 wird bei der Anordnung nach Fig, i mit
ihrer vollen Leistung nur bei der Aufladung der Batterie nach Wiederkehr der Netzspannung
benötigt und hat dann nach Rufladung der Batterie bis zu einem erneuten Ausfall
der Netzspannung nur den kleinen Ladungserhaltungsstrom für die Batterie zu liefern.
Um die Größe dieses Gleichrichters herabzusetzen, kann man, wie erwähnt, erfindungsgemäß
den ersten Gleichrichter mit zur Ladung der Batterie heranziehen, indem die beiden
Gleichrichter in Reihe geschaltet werden. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt
Fig. 2, bei welcher die der Fig. i entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen sind.
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Bei der Anordnung nach Fig. 2 speist der Gleichrichter i wiederum
den Verbraucher 3 ; zum Unterschied von der Anordnung nach Fig. i sind jedoch nicht
zwei gleichnamige Pole der beiden Gleichrichter, sondern zwei ungleichnamige Pole
miteinander verbunden, so daß hinsichtlich der Batterie 4 die beiden Gleichrichter
i und 2 miteinander in Reihe geschaltet sind. Der Gleichrichter 2 liefert also nur
die Differenz zwischen Batterie- und Verbraucherspannung. Die beiden anderen Pole
der Gleichrichteranordnungen sind an die Batterie angeschlossen. Der Gleichrichter
:2 wird zweckmäßig in Abhängigkeit von der Batteriespannung entweder von Hand oder
selbsttätig so geregelt, daß die erforderliche Rufladung der Batterie erfolgt und
erhalten bleibt, wie es vorher bei Fig. i beschrieben worden ist. Die Wirkungsweise
der Anordnung nach Fig. 2 ist im übrigen die gleiche wie die nach Fig. r, nur mit
dem Unterschied, daß nach Wiederkehr der Spannung beide Gleichrichter die Batterie
aufladen und im geladenen Zustand halten. In Fig. 2 ist noch angegeben, daß der
Widerstand 6 aus einer Trockengleichrichterplatte (oder mehreren) bestehen kann.
Unter den gleichen Voraussetzungen wie bei der Anordnung nach Fig. i wird man bei
der Anordnung nach Fig. 2 den Gleichrichter i so auslegen, daß er eine Spannung
von 62 V konstant hält, während sich die Spannung des Gleichrichters 2 zwischen
4 und io V je nach dem Ladezustand der Batterie einstellt.
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Um bei Verbrauchern, deren Widerstand schwankt, die Leistung des Gleichrichters
i kleiner halten zu können als bei der Anordnung nach Fig. i, kann man dafür sorgen,
daß der Strom des Gleichrichters i nicht nennenswert größer wird als der höchste
Verbraucherstrom. Zu diesem Zweck werden Vorkehrungen getroffen, die dafür sorgen,
daß der von den beiden Gleichrichtern abgegebene Gesamtstrom einen bestimmten Wert
nicht überschreitet. Zu diesem Zweck kann man in Abhängigkeit vom Strom des ersten
Gleichrichters, wenn dieser seinen Höchstwert erreicht, die Spannung des Gleichrichters
:2 herabsetzen. Wie dies im einzelnen geschieht, zeigen die Ausführungsbeispiele
der Fig. 4 und 5.
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Bei den Anordnungen nach den Fig. i und 2 ist eine Klemme des Verbrauchers
über einen Widerstand 6 mit der Batterie verbunden, so daß bei Wegfall der Netzspannung
die Batterie auch während der Ansprechzeit des Schützes nicht spannungslos wird.
Eine andere Möglichkeit für die Einschaltung eines derartigen Widerstandes zeigt
Fig. 3, bei der ein Teil der Batterie über ein elektrisches Ventil ständig mit dem
Verbraucher verbunden ist. Die Anzapfung an die Batterie wird hierbei so gewählt,
daß unter normalen Verhältnissen das Ventil in Sperrichtung beansprucht wird. Nur
für die Zeit vom Ausfall der Netzspannung bis zum Schließen des Schützes 5 fließt
der Verbraucherstrom über dieses Ventil, das eine Verbindung zwischen Verbraucher
und Batterie schafft. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind wieder zwei Gleichrichteranordnungen
i und 2 vorgesehen, von denen die erste den Verbraucher unmittelbar speist, während
die zweite in Reihe mit der ersten für die Rufladung der Batterie sorgt. Im Ausführungsbeispiel
ist ein Ventil io vorgesehen, das einerseits mit dem einen Pol des Verbrauchers,
andererseits mit einer Anzapfung der Batterie verbunden ist. Bei dem gewählten Beispiel
von dreißig Zellen, die bis auf 2,4 V j e Zelle aufgeladen werden, würde man die
Anzapfung nach vier Zellen anbringen. Bei 2,4V je Zelle besitzen dann die restlichen
sechsundzwanzig Zellen eine Gesamtspannung von 62,4 V. Nach Abzug der Schwellspannung
einer normalen Trockengleichrichterplatte von etwa 0,4 V stimmt diese Spannung mit
der Verbraucherspannung von 62 V überein, so daß praktisch kein Strom durch das
Ventil hindurchfließt. Bei der normalen Ladungserhaltungsspannung von 2,2 V je Zelle
besitzen die sechsundzwanzig Zellen
eine Gesamtspannung hon 57,2
V. Diese Spannung ist kleiner als die Verbraucherspannung, so daß das Ventil von
der Differenz beider, d. h. von 4,8 V, in Sperrichtung beansprucht wird. Bei Ausfall
der Netzspannung fließt der Verbraucherstrom über das Ventil, die Verbraucherspannung
entspricht also der Spannung der sechsundzwanzig Zellen in diesem Augenblick, abzüglich
des Spannungsabfalles an der Gleichrichterplatte io. Nach Schließen des Kontaktes
des Schützes 5 liegt der Verbraucher an der Spannung der gesamten Batterie, das
Ventil io wird in Sperrichtung beansprucht mit einer Spannung, die der Spannung
von vier Zellen entspricht.
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Dieses Ventil kann auch bei einer Anordnung nach Fig. i in gleicher
Weise vorgesehen werden, es kommt dann auch dort der Widerstand 6 in Fortfall.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die Regelung der
Spannung der Gleichrichter durch Kohledruckregler erfolgt und der Strom im Gleichrichter
i begrenzt wird, zeigt Fig. 4. Soweit die Teile mit denen der Fig.2 übereinstimmen,
sind die gleichen. Bezugszeichen gewählt.
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Der Gleichrichter i wird über einen Transformator i i gespeist, mit
dessen Primärwicklung eine Regeldrosselspule 12 in Reihe geschaltet ist. Diese besteht
in an sich bekannter Weise aus zwei Teildrosselspulen, deren Wechselstromwicklungen
13 zueinander parallel und deren Vormagnetisierungswicklungen 14 in Reihe geschaltet
sind. Die Einstellung des Vormagnetisierungsstromes erfolgt durch den Kohledruckregler
15, dessen Kohlesäule 16 in Reihe mit der Wicklung 14 an der Spannung des Gleichrichters
i liegt. Die Einstellung des Druckes der Kohlesäule erfolgt durch die Spule 17,
welche der Feder 18 entgegenwirkt. Die Spule 17 wird von der Spannung des Verbrauchers
3 gespeist. Ändert sich die Spannung des Verbrauchers, so wird der Widerstand der
Kohlesäule so verändert, daß die Spannung annähernd konstant bleibt. Dabei schreibt
die Feder 18 den Sollwert der Verbraucherspannung vor.
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Der Gleichrichter :2 wird über einen Transformator 21 von der Netzspannung
erregt, und zwar liegt hier ebenfalls in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators
eine Regeldrosselspule 22, die wieder aus zwei Teildrosselspulen besteht, deren
Wechselstromwicklungen 23 zueinander parallel und deren Vormagnetisierungswicklungen
24 miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Höhe des Vormagnetisierungsstromes
wird durch die beiden Kohledruckregler 25 und 29 geregelt, deren Kohlesäulen 28
bzw. 31 in Reihe mit den Vormagnetisierungswicklungen 24 an der Spannung des Gleichrichters
2 liegen.
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Der Kohledruckregler 25 besitzt zwei Spulen 26 und 27, von denen die
Spule 26 von der Spannung am Widerstand 32 gespeist wird, also von der Höhe des
Ladestromes abhängig ist. Die Wicklung 27 wird von der Batteriespannung gespeist,
sie könnte auch von der Spannung des Gleichrichters 2 erregt werden. Die Wicklung
26 wirkt im selben Sinne wie die Feder 28, während die Wicklung 27 der Feder entgegenwirkt.
Dieser Kohledruckregler 25 stellt daher den Widerstand der Kohlesäule 28 so ein,
daß mit zunehmendem Ladestrom die Ladespannung ansteigt. Zur Begrenzung des Stromes
dient der Kohledruckregler 29, dessen Spule 3o, die der Feder 32 entgegenwirkt,
von der Spannung am Widerstand 36 gespeist wird, die dem Strom des Gleichrichters
i proportional ist. Die Einstellung des Kohledruckreglers 29 erfolgt dabei so, daß
erst bei Erreichen eines Höchstwertes dieses Stromes der Widerstand der Kohlesäule
31 vergrößert wird, wodurch die Spannung am Gleichrichter 2 herabgesetzt wird. Dadurch
wird einerseits die Kippladung erreicht, andererseits die gewünschte Strombegrenzung
erzielt, so daß der Gleichrichter i nicht überlastet werden kann. Wie bereits früher
erwähnt, wird man diesen Höchstwert des Stromes, bei welchem der Kohledruckregler
29 eingreift, so wählen, daß dieser Strom gleich oder etwas größer ist als der Höchstwert
des Verbraucherstromes. Durch die Regeleinrichtung werden auch Schwankungen der
Netzspannung ausgeglichen.
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Im Ausführungsbeispiel sind noch eine GlättungsdrosselsPule 37 und
ein Glättungskondensator 38 vorgesehen, außerdem zeigt das Ausführungsbeispiel,
wie man zweckmäßig das Schütz 5 erregen kann. Dieses Schütz 5 wird im Ausführungsbeispiel
von der Differenz aus der Batteriespannung und einer Hilfsspannung am Widerstand
35 erregt, der über Gleichrichter 34 von einem Transformator 33 gespeist wird, der
an die Sekundärwicklung des Transformators i i angeschlossen ist. Ist die Sekundärspannung
am Transformator i i vorhanden, so sind Batteriespannung und Spannung am Widerstand
35 annähernd gleich groß, das Schütz 5 hält also seinen Kontakt offen. Fällt jedoch
die Netzspannung aus oder brennt die Sicherung im Stromkreis des Transformators
durch, so wird jetzt durch die allein vorhandene Batteriespannung das Schütz angezogen,
das seinen Kontakt schließt und den Verbraucher 3 unmittelbar mit der Batterie verbindet.
Diese Art der Erregung des Schützes hat den Vorteil, daß ein normales Schütz mit
Arbeitskontakt verwendet werden kann, ohne daß ein besonderes Hilfsrelais erforderlich
ist.
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Im Ausführungsbeispiel besitzt der Kohledruckregler 25 zwei Spulen
26 und 27, die einander entgegenwirken. Man kann sie auch durch eine einzige Spule
ersetzen, die dann von der Differenz aus der Batteriespannung und einer dem Ladestrom
proportionalen Spannung erregt wird. Man kann auch beide Kohledruckregler 25 und
29 vereinigen und mit Hilfe einer einzigen Spule steuern, wenn man diese von einer
geeigneten Regelgröße beeinflussen läßt, also z. B. von der Differenz aus Batteriespannung
und einer dem Ladestrom proportionalen Spannung und außerdem vom Strom des Gleichrichters
i in der Weise, daß dieser erst bei Erreichen des Höchstwertes des Stromes des Gleichrichters
i wirksam werden kann.
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Handelt es sich um eine Einrichtung nach Fig. i, so wird an der Regelanordnung
für den Gleichrichter
i nichts geändert. Auch die Regeleinrichtung
für den Gleichrichter 2 kann die gleiche bleiben, lediglich mit dem Unterschied,
daß die Strombegrenzung, also die Beeinflussung des Kohledruckreglers 2g, in Abhängigkeit
vom Ladestrom des Gleichrichters 2 erfolgt.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem lediglich mit
vormagnetisierten Drosselspulen gearbeitet wird, zeigt Fig. 5. Der Gleichrichter
i wird wieder über einen Transformator i i gespeist, und seine Spannung wird so
geregelt, daß die Verbraucherspannung konstant bleibt. Zu diesem Zweck liegt in
Reihe mit der Primärwicklung des Transformators eine Regeldrosselspule 40. Diese
Regeldrosselspule besteht ebenso wie auch die im anderen Ausführungsbeispiel verwendeten
Drosselspulen aus zwei Teildrosselspulen. Die Vormagnetisierung dieser Drosselspule
erfolgt, wie noch beschrieben wird, in Abhängigkeit von der Differenz aus der Batteriespannung
und einer konstanten Vergleichsgröße. Um- die erforderliche Steuerleistung herabzusetzen,
wird die Drosselspule in Abhängigkeit von dem die Drosselspule durchfließenden Wechselstrom
vormagnetisiert. Hierzu sind die Wicklungen 41 der beiden Teildrosselspulen in Reihe
mit Ventilen 46 entgegengesetzter Durchlaßrichtung zueinander parallel geschaltet.
Wie bereits erwähnt, erfolgt die Einregelung auf konstante Verbraucherspannung dadurch,
daß von der Differenz aus der Verbraucherspannung und einer konstanten Vergleichsgröße
die Vormagnetisierung der Drosselspule 4o beeinflußt wird.
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Die konstante Vergleichsgröße, im Ausführungsbeispiel ein konstanter
Vergleichsstrom, wird mit Hilfe der Anordnung 53, der der Verbraucherspannung proportionale
Strom, der mit diesem konstanten Strom verglichen wird, über den Widerstand 6o gewonnen.
Dieser so erhaltene Differenzstrom wird zur zusätzlichen Vormagnetisierung der Drosselspule
40 über die Wicklungen 45 geführt. Damit die erforderliche Steuerleistung möglichst
klein wird, besitzt die Drosselspule 4o noch eine Wicklung 42, die in Verbindung
mit den Ventilen 43 bzw. 44 eine Vormagnetisierung zur Folge hat, so daß die Steilheit
der Kennlinie der Drosselspule 40 erhöht wird. Diese beiden Ventile 43 und
44 wirken so, daß in jeder Spannungshalbwelle ein Strom gleicher Richtung
durch die Wicklungen 42 fließt; dabei ist der Anschluß der Ventile so getroffen,
daß in beiden Halbwellen der Strom der gleiche ist.
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Der Spannungsgleichhalter 53 besteht in an sich bekannter Weise aus
einer gesättigten und einer ungesättigten Drosselspule, deren Primärwicklungen miteinander
in Reihe und deren Sekundärwicklungen gegeneinandergeschaltet sind. Der Spannungsgleichhalter
wird im wesentlichen durch die Drosselspule 54 belastet, die wieder aus zwei Teildrosselspulen
besteht. Die Belastung des Spannungsgleichhalters erfolgt über die Wicklungen 55
dieser Drosselspule 54. Der Strom über die Wicklung 55 wird durch die Gleichrichter
58 gleichgerichtet. Der von dem Gleichrichter 58 gelieferte Strom ist der Vergleichsstrom,
welcher von der Höhe der Netzspannung und auch von der Frequenz unabhängig ist.
Mit diesem Strom wird der Strom über dem Widerstand 6o verglichen, und ihre Differenz
wird der Wicklung 54 zugeführt. Abweichungen zwischen dem Strom über dem Widerstand
6o, der ein Maß für die Verbraucherspannung ist, und dem Vergleichsstrom wirken
auf die Wicklungen 45 ein, und diese wirken immer so vormagnetisierend, daß die
Spannung des Verbrauchers 3 konstant bleibt.
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Im Ausführungsbeispiel durchfließt der Differenzstrom noch die Wicklungen
56 der Drosselspule 54. Das geschieht zu dem Zweck, um den durch den Differenzstrom
hervorgerufenen Spannungsabfall in der Wicklung 45 auszugleichen. Ein Kondensator
59 ist zur Glättung vorgesehen.
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Den Gleichrichter 2 könnte man ebenfalls über einen Transformator
speisen, mit welchem in Reihe eine Regeldrosselspule liegt, die so vormagnetisiert
wird wie die Drosselspule in Fig. 4 durch die Kohledruckregler 25 und 29. Man müßte
also z. B. diese Drosselspule vormagnetisieren von der Differenz aus der Batteriespannung
und einer dem Ladestrom proportionalen Spannung und ferner durch eine konstante
Spannung, welche der Feder des Kohledruckreglers entspricht. Außerdem müßte diese
Drosselspule noch von dem Strom des Gleichrichters i vormagnetisiert werden in der
Weise, daß diese Vormagnetisierung erst wirksam wird, wenn dieser Strom den vorgeschriebenen
Höchstwert überschreitet bzw. erreicht hat.
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Im Ausführungsbeispiel ist jedoch ein besonderer Transformator mit
Regeldrosselspule für den Gleichrichter 2 nicht vorgesehen, die Spannung des Gleichrichters
wird vielmehr der Wicklung 71 einer Drosselspule 7o entnommen, deren Wicklungen
72 in Reihe mit den Wicklungen 41 der Drosselspule 40 liegen, so daß auch diese
Drosselspule, die wieder aus zwei Teildrosselspulen besteht, von ihrem eigenen Strom
vormagnetisiert wird und so schon annähernd die Netzspannungsschwankungen ausgleicht.
Um die gewünschte Kennlinie des Gleichrichters 2 zu erreichen, besitzt diese Drosselspule
70 eine Vormagnetisierungswicklung 73, die in Abhängigkeit von der Differenz
aus einem konstanten Strom, welcher der Feder des Kohlekuckreglers entspricht, und
einem Strom, der der Batteriespannung proportional ist, vormagnetisiert wird, wobei
die Höhe dieses Stromes noch von dem Ladestrom und dem Strom des Gleichrichters
i abhängig ist.
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Der konstante Vergleichsstrom wird wieder durch einen Spannungsgleichhalter
geliefert, der im Ausführungsbeispiel das Bezugszeichen 83 besitzt und durch die
Wicklung 85 einer Drosselspule 84 belastet wird. Dieser Strom wird über Gleichrichter
88 gleichgerichtet. Dieser Strom wird verglichen mit einem Strom, welcher von der
Batteriespannung abhängig ist und über den Widerstand go gewonnen wird. Der über
den Widerstand go fließende Strom durchfließt auch den Widerstand 9i und die Gleichrichteranordnung
94. Der Widerstand gi wird über Gleichrichter 92 und einen Stromwandler
93 vom
Strom des Gleichrichters 2 erregt. Am Widerstand gi
herrscht daher eine dem Ladestrom annähernd proportionale Spannung. Je höher also
der Ladestrom wird, um so kleiner wird der Strom, der über dem Widerstand go wirksam
wird. Zum Zweck der Strombegrenzung dient der Stromwandler 95, welcher die
Gleichrichteranordnung g. speist. Die Spannung am Gleichrichter 94 ist, solange
der Strom des Gleichrichters i unter einem bestimmten Höchstwert liegt, lediglich
durch den Spannungsabfall bestimmt, der durch den Strom über den Widerstand go hervorgerufen
wird. Erst bei Überschreitung des Höchstwertes entstellt durch den Stromwandler
95 im Gleichrichter 94 eine Zusatzspannung, die genauso wirkt, als ob die
Batteriespannung höher geworden wäre. Iiifolgedesseii fließt ein entsprechender
Strom durch die Voritiagnetisierungswicklullg 75, der die gewünschte Herabsetzung
der Batteriespannung zur Folge hat. Im Ausführungsbeispiel ist noch eine Wicklung
86
vorgesehen, die voll der Differenz aus dem Strom der Wicklung S5 und dem
Strom über den Widerstand go erregt wird und dazu dient, den Spannungsabfall in
der Wicklung 73 auszugleichen. Die Wirkungsweise ist also, verglichen mit der Allordnung
nach Fig.4, die, daß der Spalinuligsgleichhalter 83 einen konstanten Vergleichsstrom
liefert, welcher der Feder des Kohledruckreglers entspricht. Der über den Widerstand
go fließende Strom entspricht der Batteriespannung. Er wird durch den vom Ladestrom
abhängigen Spannungsabfall am Widerstand 9i vermindert. Dadurch wird die ansteigende
Kennlinie bewirkt. Die Strombegrenzung erfolgt durch den Wandler g5 in Verbindung
mit dem Gleichrichter 94, der, solange der Strom des Gleichrichters i unter dem
vorgeschriebenen Höchstwert liegt, für die Regelung unwirksam ist und erst bei Erreichen
des Höchstwertes wirksam wird und eine Erhöhung des Stromes über den Widerstand
go zur Folge hat, wodurch die Drosselspule 70 in der gewünschten Weise vormagnetisiert
wird.
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Im Ausführungsbeispiel sind noch Kondensatoren 8g und 96 zur
Glättung vorgesehen.
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Das Schütz 5 wird wiederum von der Differenz aus der Batteriespannung
und der Spannung an einem Widerstand 35 beeinflußt, der im Ausführungsbeispiel der
Fig. 5 durch die Gleichrichter 3d. von einer dritten Wicklung des Transformators
i i gespeist wird.
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Wird der Gleichrichter ,2 über einen besonderen Transformator mit
vorgeschalteter Regeldrosselspule erregt, so kann man diese in gleicher Weise vormagnetisieren.
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Sind die Gleichrichter nicht miteinander in Reihe, sondern so geschaltet,
wie Fig. i zeigt, so wird der Wandler 95 vom Strom des Gleichrichters 2 heeinflußt.