DE976440C - Stromversorgungsanlage mit Gleichrichter und Batteriereserve - Google Patents

Stromversorgungsanlage mit Gleichrichter und Batteriereserve

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DE976440C
DE976440C DES1783A DES0001783A DE976440C DE 976440 C DE976440 C DE 976440C DE S1783 A DES1783 A DE S1783A DE S0001783 A DES0001783 A DE S0001783A DE 976440 C DE976440 C DE 976440C
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DE
Germany
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rectifier
voltage
battery
consumer
current
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Expired
Application number
DES1783A
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English (en)
Inventor
Otto Werner
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of DE976440C publication Critical patent/DE976440C/de
Expired legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Im Ausführungsbeispiel sind noch Kondensatoren 8g und 96 zur Glättung vorgesehen.
  • 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.
  • Wird der Gleichrichter ,2 über einen besonderen Transformator mit vorgeschalteter Regeldrosselspule erregt, so kann man diese in gleicher Weise vormagnetisieren.
  • 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.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. 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, dadurch gekennzeichnet, ciaß bei Netzausfall lediglich die Verbindungsleitung zwischen diesem Ventil und dem Verbraucher unmittelbar mit der noch nicht alt den Verbraucher angeschlossenen Klemme der Batterie verbunden wird.
  2. 2. Stromversorgungsanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der den Verbraucher speisende Gleichrichter gleichzeitig in Reihenschaltung mit dein zweiten Gleichrichter die Batterie lädt.
  3. 3. Stroniversorgungsanlage finit einem Gleichrichter zur Speisung des \'erlti-aticliers und einem zweiten Gleichrichter. der allein oder in Reihenschaltung finit dem ersten eilte bei Nutzausfall den Verbraucher speisende Batterie lädt, dadurch gekennzeichnet, daß bei wirksamer Netzspeisung die, gesamte Batterie dem Verbraucher über einen Widerstand, Ventil od. dgl. parallel liegt und bei Netzausfall Batterie und Verbraucher unmittelbar miteinander verbunden werden.
  4. 4. Stromversorgungsatilage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand bei veränderlichem Strom einen möglichst konstanten Spannungsabfall aufweist, wie z. B. alkalische Gegenzellen, Trockengleichrichterplatten od. dgl.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der den Verbraucher speisende Gleichrichter auf konstante Verbraucherspannung geregelt ist, insbesondere durch Verwendung magnetischer Regler.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gleichrichter nach Wiederkehr der 'Netzspannung eitle solche Kennlinie erhält, daß die Batterie auf ungefähr 2,4 V je Zelle aufgeladen wird.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Aufladung der Batterie die Spannung auf einem Wert unterhalb der Gasungsspannung, insbesondere auf 2,2 V je "Zelle, gehalten wird. Anordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Transformator des zweiten Gleichrichters eilte vormagnetisierte Drosselspule liegt oder der Gleichrichter selbst von der Spannung einer vormagnetisierten Drosselspule gespeist wird, wobei die Vormaglietisierung in Abhängigkeit von einer konstanten Vergleichsgröße, einer ihr entgegenwirkenden, von der Batteriespannung abhängigen Größe und einer im gleichen Sinne wirkenden, vom Ladestrom abhängigen Größe und außerdem bei Überschreiten eines bestimmten Ladestromes von diesem zusätzlich im Sinne einer Herabsetzung der Gleichrichterspannung heeinflußt wird. g. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Vormagnetisierung nicht vom Ladestrom, sondern von dem Strom des ersten Gleichrichters, welcher parallel zum Verbraucher liegt, abhängig ist. io. Anordnung nach Anspruch 8 oder g, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz aus einem konstanten Strom und einem von der Batteriespannung über einen Widerstand gewonnenen Strom zur Vormagnetisierung dient und daß in Reihe mit diesem Widerstand ein weiterer Widerstand liegt, der über Gleichrichter vom Ladestrom der Batterie erregt wird, und ferner eine Gleichrichteranordnung, die über einen Stromwandler vom Strom des den Verbraucher speisenden Gleichrichters erregt wird. i i. Anordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schütz, welches den Anschluß des Verbrauchers bei Ausfall der Netzspannung an die Batterie bewirkt, gespeist wird von der Differenz aus der Batteriespannung und der Spannung des den Verbraucher speisenden Gleichrichters. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 687 255; USA.-Patentschrift Nr. 2 033 070; britische Patentschrift Nr. 570047.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2033070A (en) * 1933-05-24 1936-03-03 Thomas F Haley Voltage regulating power supply apparatus
DE687255C (de) * 1938-06-17 1940-01-25 Ver Eisenbahn Signalwerke G M Stromversorgungsanlage fuer Eisenbahnsicherungseinrichtungen, im besonderen fuer Kraftstellwerke
GB570047A (en) * 1942-09-02 1945-06-20 Asea Ab Voltage regulating switch for storage batteries

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JPS32827B1 (de) 1957-02-08

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