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Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsanlage für Umschaltbetrieb mit einem Haupt- und einem Zusatz-Ladegleichrichter zur Zellenladung einer Batterieanordnung in Pufferschaltung, mit mindestens einem Schaltschütz und mit einem Gleichstromumrichter als Ausgleichseinrichtung bei Netzausfall, der eingangsseitig an der Batterie liegt.
Viele elektrische Verbraucher sind nicht in der Lage, die Spannungsabsenkung während der Batterie-Entladephase, bedingt durch die Batterie-Entlade-Kennlinie, zu verkraften. Zur Stabilisierung der Batteriespannung während der Entladephase wird z. B., wie die DE-AS 2131137 zeigt, bei Hochstromanlagen oft die Zellenumschaltetechnik eingesetzt. Dabei liegt der elektrische Verbraucher im normalen Betriebsfall an einem Teil der Batterie, an dem zugleich auch ein oder mehrere Hauptgleichrichter angeordnet sind. Bei Netzausfall können Zusatzzellen in Gruppen von je zwei Zellen, denen jeweils Hilfsgleichrichter parallel liegen, zur Erzeugung einer entsprechenden Ausgangsspannung zur Batterie hinzugeschaltet werden. Diese Schaltungsanordnung hat einen sehr hohen Wirkungsgrad.
Es sind jedoch zwei Zusatzgleichrichtergruppen sowie zwei Zellenumschalteschütze mit zugehöriger Verschiebung und eine Batterie-Anzapfung erforderlich.
Die DE-AS 2456573 zeigt eine Stromversorgungsanlage für Umschaltebetrieb mit einem Hauptund einem Zusatzgleichrichter zur Zellenentladung einer Batterie, wobei der Eingang eines Gleichumrichters A parallel zur Haupt- und Zusatzbatterie geschaltet ist, während der Ausgang mit seinem einen Pol am Verbraucher und der zweite Pol über ein einfaches Schaltschütz E am negativen Pol der Zusatzteile der Batterie liegt.
Bei Ausfall der Netzspannung wird der Verbraucher über die Batterie einschliesslich der Hauptund Zusatzbatterie und in Reihe dazu über den Ausgang des Gleichumrichters A versorgt. Der Gleichumrichter A liegt dabei während der gesamten Zeit des Netzausfalls am Verbraucher und ist an der Lieferung einer zusätzlichen Spannung für den Fall, dass sich die Batterie mit der Zeit entlädt beteiligt.
Da der Gleichumrichter A immer am Verbraucher liegt, tritt auch eine dauernde zusätzliche Verlustleistung auf, die die Gesamtverlustleistung der Stromversorgungsanlage erhöht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Verbraucherspannung in Gleichstromanlagen zu schaffen, bei der unter Beibehaltung des hohen Wirkungsgrades bei Anwendung der Zellenumschaltetechnik der Schaltungsaufbau vereinfacht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Stromversorgungsanlage gemäss der Erfindung derart ausgebildet, dass an die Hauptbatterie und die Zusatzbatterie über ein Umschalteschütz der Verbraucher angeschlossen ist, dass der Eingang des Gleichstromumrichters parallel zur Hauptbatterie geschaltet ist, dessen eine Ausgangsklemme mit dem einen Pol der Hauptbatterie und dessen andere Ausgangsklemme mit dem Umschaltekontakt des Umschalteschützes verbunden ist, dass die Schaltstrecke des Schaltschützes zwischen diesem Umschaltekontakt und dem einen Pol des Zusatzgleichrichters liegt, wobei das Schaltschütz in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Gleichstromumrichters steuerbar ist.
Durch diese Massnahmen erhält man eine Schaltungsanordnung der oben genannten Art, die gegenüber der bekannten Schaltungsanordnung den Vorteil hat, dass die durch den Umrichter entstehende Verlustleistung wesentlich geringer ist. Ausserdem ersetzt dieser Umrichter eine zusätzliche Zusatzzelle, so dass mit dieser Anordnung auch ein längerer Netzausfall verkraftet werden kann.
Zur weiteren Verringerung der Leerlaufverluste ist es vorteilhaft, die Stromversorgungsanlage so auszubilden, dass zur Umschaltung des Verbrauchers innerhalb des zulässigen Spannungstoleranzbereiches die Strom-Spannungs-Betriebskennlinie des Gleichstromumrichters im unteren, zum Anlauf dienenden Bereich festgelegt ist.
Durch diese Massnahmen erhält man eine Stromversorgungsanlage der oben genannten Art, bei der nur noch ein Zusatzgleichrichter benötigt wird, der in der Leistung zwar doppelt so gross jedoch in den Kosten nicht zwei Zusatzgleichrichtern entspricht. Zusätzlich wird ein Gleichumrichter benötigt. Demgegenüber wird aber ein Zusatzgleichrichter, eine zusätzliche Batterie-An- sapfung mit Verschienung und ein zweiter Umschalteschütz eingespart.
An Hand der bekannten Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sowie dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird die Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Schaltungsanordnung, bei der die elektrischen Verbraucher
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im normalen Betriebsfall an der 28. Zelle der Batterie liegen. Dabei speist gleichzeitig einer oder mehrere Hauptgleichrichter ebenso an dieser Stelle ein. Bei einer Pufferspannung von 2,25 V/Zelle ergibt sich eine Verbraucherspannung von 63 V. Zur Erzielung einer entsprechenden Ausgangs- spannung bei Netzausfall sind vier Zusatzzellen in Gruppen von je zwei Zellen vorhanden.
Sinkt die Spannung bei Netzausfall an der 28. Zelle auf 60 V ab, so werden die Verbraucher auf die 30. Zelle hochgeschaltet. Es ergibt sich ein Verbrauch von etwa 64 V.
Sinkt die Spannung auf der 30. Zelle auf etwa 60 V ab, wird auf die 32. Zelle umgeschaltet, und es ergibt sich erneut eine Verbraucherspannung von etwa 64 V. Bei einer unteren zulässigen
Verbraucherspannung von etwa 58 V ist mit dieser Schaltungsanordnung eine Entladung der Batterie auf 1,8 V/Zelle möglich. Bei Netzwiederkehr wird die Zellenspannung durch die Haupt- und Zusatzgleichrichter auf die Ruhespannung von etwa 2 V angehoben. Damit liegt die Spannung an der 30. Zelle über 60 V, womit eine Umschaltung von der 32. Zelle auf die 30. Zelle erfolgt. Der Verbrauch liegt damit an der 30. Zelle. Damit müssen die Hauptgleichrichter und der Zusatzgleichrichter --ZGrl-- den Verbrauch und die Aufladung der Batterie bringen, d. h., der Zusatzgleich- richter --ZGr1-- muss gleich gross wie der Hauptgleichrichter ausgelegt sein.
Fig. 2 zeigt die Schaltungsanordnung nach der Erfindung.
Parallel zu den Zellen der Hauptbatterie-l-liegt der Hauptgleichrichter --HGr--. Parallel zu den Zellen der Zusatzbatterie --2-- liegt der Zusatzgleichrichter. Gleichzeitig ist der Eingang des Gleichstromumrichters --3-- parallel zur Hauptbatterie-l-geschaltet. Die eine Ausgangsklemme des Gleichstromumrichters --3-- ist mit dem positiven Pol der Hauptbatterie-l-verbunden, während die andere Klemme des Gleichstromumrichters --3-- an den Umschaltekontakt des Umschalte- schützes-Cl-geführt ist.
Der nicht mit der Hauptbatterie verbundene Pol der Zusatzbatterie --. 2-- ist ausserdem über das elektromagnetische Schaltschütz --C2-- ebenfalls mit dem Umschaltekontakt des Umschalte- schützes-Cl-verbunden.
Das Schaltschütz-Cl-wird von einer Spannungsüberwachungsschaltung-Ul-gesteuert, die anspricht, wenn die Spannung am Verbraucher einen bestimmten vorgegebenen Wert unterschreitet. Parallel zum Ausgang des Gleichstromumrichters --3-- liegt eine zweite Überwachungsschaltung --U2--, die das Schaltschütz --C2-- ebenfalls bei Unterschreitung einer bestimmten vorgegebenen Spannung betätigt.
Die Funktionsweise der Schaltung ist wie folgt.
Im normalen Betriebsfall wird die Hauptbatterie-l-mit dem Hauptgleichrichter --HGr-- gepuffert und der Verbrauch direkt über das Umschalteschütz --C1-- gespeist. Der Zusatzgleichrichter --ZGr-- bringt unabhängig die Ladung und Ladungserhaltung für die Zusatzzellen der Batterie. Der Gleichstromumrichter --3-- läuft im Leerlauf mit.
Bei Netzausfall sinkt die Spannung an der Hauptbatterie-l-relativ schnell ab. Es erfolgt kurzfristige Umschaltung des Verbrauchers über das Umschalteschütz --C1-- auf den Ausgang des Gleichstromumrichters. Dieser setzt nun so viel Spannung zu, dass die Verbraucherspannung innerhalb der zulässigen Spannungstoleranz liegt. Dieser Gleichstromumrichter --3-- ist in der Lage, maximal so viel Spannung abzugeben, dass eine Umschaltung auf die Gesamtbatterie über das Schalt-
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--C2-- möglichder Zusatzbatterie entspricht, gefahren werden, aber auch mit stetig steigender Spannung, so dass der Verbrauch stufenlos von der Hauptbatterie-l-auf die Gesamtbatterie hochgefahren wird.
Der Wirkungsgrad der Stromversorgungsanlage während der Entladephase wird nur unbedeutend verschlechtert, da dieser Gleichstromumrichter nur kurzzeitig in Betrieb ist. Die Leerlaufverluste bei Normalbetrieb werden vom Hauptgleichrichter --HGr-- abgedeckt. Bei entsprechender Auslegung der Hauptbatterie und zulässigen Spannungs-Toleranzbereich vom Verbrauch kann der Gleichstrom- umrichter --3-- im Anlaufbetrieb betrieben werden, wodurch die Leerlaufverluste ganz entfallen.