NO151264B - Ladeanordning - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en ladeanordning som fortrinnsvis, men ikke utelukkende, er beregnet for lading av stasjonære akkumulatorer, eksempelvis for anvendelse i nød-belysningsanlegg e.l., og som er forsynt med et kapasitivt strømbegrensertrinn i serie med primærviklingen av en transformator, som via sin sekundærvikling og en likeretterkrets leverer ladestrøm til akkumulatoren.

Ved lading av akkumulatorer av ulike slag er det behov

for en anordning som kan regulere ladestrømmen under ladings-forløpet, etter som akkumulatorens polspenning varierer kraftig mens ladingen pågår, slik at ladestrømmen uten regulering lett skulle kunne anta altfor store verdier under ladingsforløpets begynnelsesfase. I mange tilfeller kan egenskaper ved ladeanordningen som f.eks. størrelse, effekttap, varmeutvikling,

■levetid og vekt betraktes som stort sett betydningsløse. Dette kan f.eks. anses å være tilfelle med ladeanordninger som bare er beregnet for leilighetsvis lading av bilbatterier. Når det imidlertid dreier seg om ladeanordninger av det innledningsvis angitte slag, gjelder det derimot nesten alltid at de skal bygges inn i trange rom, som dessuten kan være vanskelige å kjøle, og at de er permanent tilkoplet nettet. Dette medfører at de fysiske målene må være så små som mulig, samtidig som effekttap og derved varmeutvikling er stort sett lik null, og levetiden har en betryggende lengde.

Når det gjelder utformingen av ladeanordningens regulerings-anordning, som i praksis vil bestå av et strømbegrensertrinn for begrensning av ladestrømmens størrelse i ladingsforløpets begynnelsesfase, har en tidligere vært henvist til resistiv eller induktiv strømbegrensning i nettransformatorens primærkrets eller til resistiv, kapasitiv eller induktiv strømbegrens-ning i transformatorens sekundærkrets. Kapasitiv strømbegrens-ning i transformatorens primærkrets har hittil ikke kunnet benyttes, etter som det i visse driftstilstander, først og fremst ved tomgang, har oppstått serieresonans på grunn av primærviklingens induktans.

Ved strømbegrensning i transformatorens sekundærkrets

må transformatoren dimensjoneres for summen av det voltampere-tall som er dimensjonerende for selve ladefunksjonen og det VA-tall som er dimensjonerende for reguleringsfunksjonen, i regelen fordobling av det VA-tall som gjaldt ladefunksjonen.

I en slik konstruksjon blir både transformatoren større og varmeutviklingen alvorligere enn i en konstruksjon hvor strøm-begrenseren var plassert i primærkretsen. Dersom strømbegren-seren er av kapasitiv utførelse må det av praktiske årsaker benyttes elektrolyttkondensatorer, som har stort egetforbruk, endrer kapasitans med tiden og tåler ikke høy omgivelsestem-peratur .

Plassering av strømbegrenseren i primærkretsen er i og for seg fordelaktig, men både den resistive og den induktive strømbegrensningen har større tap enn en kapasitiv strømbe-grensning skulle ha hatt dersom det var mulig å benytte den uten komplikasjoner.

Formålet med oppfinnelsen er derfor å skaffe en ladeanordning av det slag, som er angitt i det foregående, og som er utformet på en slik måte at det kan benyttes kapasitiv strøm-begrensning i nettransformatorens primærkrets uten fare for serieresonans og medfølgende, skadelig transient strøm.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved at det, i den hensikt å begrense ladestrømmen, er koplet en kondensator i serie med den første transformatorens primærvikling, idet det med denne likeens er seriekoplet en vernekrets, som for å hindre strøm-transienter er overførbar mellom en lavohmsk og en høyohmsk ledningstilstand, og at det med den første transformatorens sekundærvikling er seriekoplet en styrekrets, som ved overskridelse av en forutbestemt ladestrøm er innrettet til å overføre vernekretsen til den lavohmske ledningstilstanden.

Ved en fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen omfatter vernekretsen en transistor som i bunnet tilstand via kollektor-emitter hovedsakelig kortslutter vernekretsen i dens lavohmske ledningstilstand og som via kollektor-emitter og båsis-emitter i ikke-bunnet tilstand leder strøm gjennom vernekretsen i dens høyohmske ledningstilstand, idet styrekretsen har forbindelse med transistorens basis og emitter.

Ifølge et ytterligere trekk ved oppfinnelsen kan styrekretsen omfatte en andre transformator som med sin primærvikling er seriekoplet med den første transformatorens sekundærvikling og likeretteranordningen, mens dens sekundærvikling via en likeretterkrets er koplet til transistorens basis og emitter.

Oppfinnelsen beskrives nærmere i det følgende i tilknytning til et utførelseseksempel, som er illustrert på tegningen i form av et koplingsskjema for ladeanordningen.

Ladeanordningen omfatter på vanlig måte en nettransformator med primærvikling Li, hjerne Kl og sekundærvikling L2. Primærviklingen er via en kondensator Cl koplet til nettut-taket R. Kondensatoren har til oppgave å begrense strømmen under ladingsforløpets begynnelse, slik at akkumulatoren eller komponenter, som inngår i ladeanordningen, ikke skades av for store strømstyrker. Den andre enden av nettransformatorens primærvikling er via en vernekrets SK koplet til det andre nettut-taket N. Nettransformatorens sekundærvikling L2 er via en likeretterkrets, som stort sett består av fire dioder D10, Dll,

D12 og D13, forbundet med akkumulatoren B som skal lades. Likeretterkretsen omfatter også andre komponenter, og formålet med disse angis i det følgende.

Spesielt under tomgang vil det på grunn av kondensatoren Cl og induktansen i nettransformatorens primærvikling Li oppstå resonansfenomener, som skulle kunne gi opphav til meget store strømstyrker, som i sin tur skulle kunne skade ladeanordningen. For å hindre en slik transient strøm er det i serie med nettransformatorens primærvikling koplet nevnte vernekrets SK, som hovedkomponenter omfatter transistoren Tl og diodene Dl,

D2, D3, D4 og D5 samt resistansene Ri og R2.

For styring av vernekretsen er det i serie med nettransformatorens sekundærvikling L2 og likeretterkretsen D10-D13 innkoplet en styrekrets ST, som omfatter en transformator med primærvikling L3, kjerne K2 og sekundærvikling L4, idet viklingen L3 passeres av den strøm som går fra nettransformatorens sekundærvikling L2 til likeretterkretsen. Viklingen L4 er via en likeretterbro med diodene D6, D7, D8 og D9 koplet med plussiden til transistorens Tl basiselektrode og med minussiden til emitterelektroden.

Når det koples en vekselspenning til nettuttakene R og N, går det en begynnelsesstrøm fra R gjennom Cl, Li, Dl, Ri og D5, hvoretter strømmen forgrener seg via basis-emitter av Tl og R2 og deretter forenes igjen via D4. Alternativt (under den andre halvperioden) går begynnelsesstrømmen fra N gjennom D3, Ri og D5 før den forgrener seg via Tl og R2, hvoretter den igjen forenes via D2 og går gjennom Li og Cl til R. Begynnelsesstrøm-men via baéis-emitter i Tl er således avpasset at ledningstilstanden via kollektor-emitter er høyohmsk og ikke tillater noen skadelig transient strøm. Den maksimale strøm i denne tilstand

(ved tomgang, f.eks. med nettransformatorens sekundærkrets åpen)

gjennom nettransformatorens primærkrets vil følgelig bli summen av transistorens basis-emitter strøm og dens kollektor-emitter strøm. Sistnevnte beløper seg til verdier av strømforsterknings-faktoren ganger basis-emitter strømmen. Begynnelsesstrømmen (tomgangsstrømmen) gjennom Li, som av Tl er begrenset til en maksimal verdi, induserer via kjernen Kl en spenning i L2. Denne spennings momentane verdi overstiger akkumulatorens B polspenning med et passende beløp.

Når lading skal finne sted, dvs. når nettransformatorens sekundærkrets er sluttet, gir spenningen, som ble indusert i sekundærviklingen L2, opphav til en strøm som også passerer gjennom viklingen L3 i styrekretsens transformator, som via likeretteren D6-D9 tilfører transistoren Tl en styrestrøm til basis-emitter. Denne styrestrøm er avpasset slik at den er til-strekkelig stor til å bunne transistoren Tl i kollektor-emitter overgangen. Dette medfører i det store og hele at vernekretsen kortsluttes av transistoren, slik at ladestrømmen bare begrenses av nettspenningens momentanverdi og kondensatoren Cl.

For å hindre overlading av akkumulatoren og på samme tid tillate vedlikeholdslading er det over akkumulatoren B innkoplet et spenningsvern Sv, som avgir et optisk signal når akkumulatoren er fullt ladet. Spenningsvernet er optisk koplet til en fotomotstand Fm, som sammen med en transistor T3 og en resistans R3 er innkoplet i vernekretsen på den måten koplingsskjemaet viser...

Når akkumulatoren B er fullt ladet og ladestrømmen følgelig skal reduseres betydelig, sender spenningsvernet Sv et optisk signal til fotomotstanden Fm som i belyst tilstand leder strøm via basis-emitter i transistoren T3. Begynnelsesstrømmen (ved halvperiodenes begynnelse) gjennom vernekretsen går nå ikke lenger gjennom basis-emitter i transistoren Tl men avledes via kollektor-emitter i transistoren T3. Dette betyr at transistoren Tl ikke får den styrestrøm som trengs for at strømmen i nettransformatorens sekundærkrets via styrekretsen ST skal frem-bringe den nødvendige strøm for bunning av transistoren Tl, hvorved ladestrømmen altså hindres i å oppnå sin fulle verdi. Strømmen går nå fra R via Cl, LI, Dl, hvoretter den forgrener seg dels via Ri, kollektor-emitter i T3 og dels via Fm, basis-emitter i T3 samt parallelt med disse via R3, hvoretter del-strømmene igjen forenes via D4 til N. Alternativt (under den andre halvperioden) passerer strømmen fra N til D3, hvor den forgrener seg dels via Fm, basis-emitter i T3 og R3 og dels via Ri og kollektor-emitter i T3, hvoretter delstrømmene igjen forenes via D2 og passerer gjennom Li og Cl til R.

Gjennom et passende valg av resistans Ri gis strømmen gjennom nettransformatoren en slik verdi ved fullt oppladet akkumulator (i prinsippet med Tl utkoplet) at strømmen gjennom-dens sekundærkrets, dvs. ladestrømmen, blir passende for vedlikeholdslading av akkumulatoren B. Denne strøm må imidlertid ikke velges så stor at den spenning, som induseres i sekundærviklingen L4 i styrekretsens transformator overstiger terskel-verdien for diodene D6-D9, etter som det i et slikt tilfelle ville bli avgitt styrestrøm til Tl, som derved ble bunnet og ladestrømmen igjen fikk full styrke.

Dersom akkumulatoren utlades, f.eks. via et nødbelysnings-anlegg under strømbrudd, vil dens polspenning synke. Dette inn-treffer også i tidens løp dersom den bare får vedlikeholdslading. Når dette har funnet sted i et slikt omfang at en forutbestemt verdi for spenningsvernet Sv er underskredet, avgir denne optisk et signal til fotomotstanden Fm, som derved går over til en ikke-ledende tilstand, hvorved transistorens T3 blokkerende innvirk-ning brytes, slik at transistoren Tl igjen kan få styrestrøm. Derved oppnår ladestrømmen igjen full styrke inntil akkumulatoren på ny er fullt oppladet og forløpet gjentas.

For å beskytte ladeanordningen mot skader forårsaket av store spenningstransienter som kan oppstå dersom akkumulatoren (av mistak) skulle koples ut mens det eksisterer full lade-strøm, er det i samsvar med koplingsskjemaet på kjent måte anordnet en kondensator C2, en transistor T2 og en resistans

R4 i likeretterkretsen. Det spenningsstøt, som oppstår ved ut-

kopling av akkumulatoren, lader kondensatoren C2 via basis-

emitter i transistoren T2, som derved bunnes mer eller mindre i kollektor-emitter overgangen, slik at den farlige spennings-transient unngås.

Resistansene R2, R3 og R4 har til oppgave å forsyne basis-elektrodene i de motsvarende transistorer, henholdsvis Tl, T3

og T2 med potensial som passer for å oppnå den ønskete basis-

emitter strømmen.

Oppfinnelsen kan modifiseres innenfor den ramme som er

trukket opp av etterfølgende patentkrav. Det skulle således f.eks. være mulig å erstatte transistoren Tl med et relé, even-

tuelt sammenkoplet med en resistans. Som et alternativ til transformatoren L3, L4, K2 kan det tenkes anordnet en optisk eller akustisk overføring av informasjon om ladestrømmens størrelse (gjennom L2). Det er således eksempelvis mulig å

skifte viklingen L3 ut med en glødelampe. Dennes lysutbytte avspeiler strømmen i ladekretsen, idet det på et senere tids-

punkt i styrekretsen ST avføles et slikt lyssignal for styring av dennes og derved av vernekretsens SK tilstand.

Claims (3)

1. Ladeanordning for lading av en akkumulator og omfattende en første transformator (Ll,Kl,L2) som med sin sekundærvikling (L2) har forbindelse med akkumulatoren (B) via en likeretter-anordning (D10-D13), karakterisert ved at det, i den hensikt å begrense ladestrømmen, er koplet en kon-

densator (Cl) i serie med den første transformatorens primærvikling (Li), idet det med denne likeens er seriekoplet en vernekrets (SK), som for å hindre strømtransienter er overfør-bar mellom en lavohmsk og en høyohmsk ledningstilstand, og at det med den første transformatorens sekundærvikling (L2) er seriekoplet en styrekrets (ST), som ved overskridelse av en forutbestemt ladestrøm er innrettet til å overføre vernekretsen til den lavohmske ledningstilstanden.

2. Ladeanordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at vernekretsen (SK) omfatter en transistor (Tl) som i bunnet tilstand via kollektor-emitter hovedsakelig kortslutter vernekretsen i dens lavohmske ledningstilstand og som via kollektor-emitter og basis-emitter i ikke-bunnet tilstand leder strøm gjennom vernekretsen i dennes høyohmske ledningstilstand, idet styrekretsen (ST) har forbindelse med transistorens basis og emitter.

3. Ladeanordning i samsvar med krav 2, karakterisert ved at styrekretsen (ST) omfatter en andre transformator (L3,K2,L4) som med sin primærvikling (L3) er seriekoplet med den første transformatorens (L1,K1,L2) sekundærvikling (L2) og likeretteranordningen (D10-D13), mens dens sekundærvikling (L4) via en likeretterkrets (D6,D7,D8,D9) er koplet til transistorens (Tl) basis og emitter.