-
Schaltungsanordnung für Gleichrichtergeräte Die Erfindung bezieht
sich auf Gleichrichtergeräte für Stromversorgungsanlagen, insbesondere auf Schaltanordnungen
für geregelte Gleichrichtergeräte.
-
Es sind bereits Gleichrichtergeräte bekannt, bei denen Schaltmittel
zur Konstanthaltung der Verbraucherspannung bei Netzspannungs-, Belastungs-und Frequenzschwankungen
vorgesehen sind. Es wurden auch bereits Geräte vorgeschlagen, die nach dem Prinzip
der Phasensteuerung arbeiten und nach der sogenannten Scottschen Schaltung aufgebaut
sind. Bei den vorgeschlagenen Gleichrichtergeräten wird ein dreischenkeliger Transformatorkern
verwendet, dessen Mittelschenkel unbewickelt ist und dessen beide Außenschenkel
je eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung tragen. Zu einer Primärwicklung
ist ein Kondensator parallel geschaltet, und die Spannungsverhältnisse sind so bemessen,
daß durch Änderung des Netzstromes bzw. der Belastung eine Phasendrehung der Spannungsvektoren
in den beiden Sekundärwicklungen auftritt, so daß nach der Gleichrichtung stets
ein konstanter arithmetischer Mittelwert der Verbraucherspannung erzielt wird. Mit
einer solchen Gleichrichteranordnung lassen sich Netzspannungsschwankungen innerhalb
von ± 15 %o der Nennspannung ausregeln. Hinter den Gleichrichter kann weiter eine
Glättungsdrossel geschaltet werden, die eine Veränderung der für die Erfindung maßgebenden
Kennlinienform des Gerätes durch den Verbraucher verhindern soll.
-
Bei geregelten Gleichrichtergeräten wird jedoch bei Überschreitung
einer bestimmten Größe der Aufwand an Schaltmitteln zur Regelung unverhältnismäßig
groß und daher unwirtschaftlich. In den meisten Fällen kann jedoch auf eine Regelung
der Ausgangsspannung eines Gleichrichtergerätes nicht verzichtet werden.
-
Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil. Sie bezieht sich auf eine
Schaltungsanordnung für Gleichrichtergeräte mit Trockengleichrichtern, enthaltend
ein Hauptgleichrichtergerät und ein Steuergleichrichtergerät, das Mittel zur Konstanthaltung
der Ausgangsspannung enthält. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß beide
Gleichrichtergeräte unabhängig voneinander an das Wechselstromnetz und parallel
zueinander an den Verbraucher angeschlossen sind und daß bei großer Belastung beide
Gleichrichtergeräte auf den Verbraucher arbeiten und das Steuergleichrichtergerät
über einen Magnetverstärker die Spannung des Hauptgleichrichtergerätes konstant
hält, während bei geringer Belastung das Steuergleichrichtergerät allein den Verbraucher
speist.
-
Die beiden Gleichrichtergeräte werden schaltungsmäßig so miteinander
verbunden, daß der Hauptgleichrichter zwangläufig die Kennlinie des Steuergleichrichters
annimmt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Steuergleichrichter
über einen Magnetverstärker auf den Hauptgleichrichter einwirkt. Da zur Beeinflussung
des Hauptgleichrichters nur verhältnismäßig geringe Energien nötig sind, kann der
Steuergleichrichter wesentlich kleiner gehalten werden als der Hauptgleichrichter.
Der Aufwand an Schaltmitteln zur Regelung der Ausgangsspannung des Steuergleichrichters
ist daher wesentlich geringer als bei direkter Regelung des Hauptgleichrichters.
Der Steuergleichrichter kann beispielsweise nach dem Prinzip der Phasensteuerung
arbeiten, wie dies zuvor erläutert wurde. Bei großer Belastung arbeiten beide Gleichrichtergeräte
gemeinsam auf den Verbraucher, während bei geringer Belastung das Hauptgleichrichtergerät
abgeschaltet wird und das Steuergleichrichtergerät allein den Verbraucher speist.
Auf diese Weise werden die Gleichrichtergeräte sehr gut ausgenutzt.
-
Es sind zwar Gleichrichter mit gittergesteuerten Entladungsstrecken
in Graetzschaltung bekannt, bei denen zwei Entladungsstrecken gittergesteuert und
die anderen beiden ungesteuert sind. Man kann auf diese Weise mittels der Gittersteuerung
eine Steuerung der abgegebenen Gleichspannung erzielen. Die bekannte Schaltung hat
jedoch mehrere Nachteile. Da die beiden gittergesteuerten Brückenzweige einen Teil
der Graetzschaltung bilden, müssen sie genau so hoch belastbar sein wie die beiden
ungesteuerten Entladungsstrecken. Das bedeutet aber, daß die gittergesteuerten Gleichrichter
für dieselbe Stromstärke wie die ungesteuerten Gleichrichter bemessen werden müssen.
Im Gegensatz hierzu kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der außerdem die
wesentlich unempfindlicheren und betriebssicheren Trockengleichrichter
verwendet
werden, der Steuergleichrichter wesentlich kleiner bemessen werden als der Hauptgleichrichter.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind außerdem, die beiden Gleichrichter
unabhängig voneinander an das Wechselstromnetz angeschlossen., so daß im Bedarfsfalle,
d. h. wenn eine Regelung nicht erforderlich ist, der Steuergleichrichter vollkommen
abgeschaltet werden kann. Dies ist aber bei der bekannten Schaltung nicht möglich,
da hierdurch die Brückenschaltung in eine einfache Gegentaktschaltung verändert
würde.
-
Gemäß der weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens können mehrere
ungeregelte Gleichrichtergeräte (Hauptgleichrichter) an ein und demselben Steuergleichrichter
beispielsweise über magnetische `'erstärller angeschlossen sein, so daß alle Gleichrichtergeräte
die Kennlinie des Steuergleichrichters annehmen. Natürlich muß der Steuergleichrichter
so bemessen sein, daß er die Steuerenergie für sämtliche Gleichrichtergeräte liefern
kann.
-
Es ist auch denkbar, daß für einen oder mehrere Hauptgleichrichter
mehrere Steuergeräte vorhanden sind, so daß im Bedarfsfalle den einzelnen Hauptgleichrichtern
wahlweise verschiedene Steuerkennlinien aufgeprägt werden könen.
-
Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung hat außer den bereits
beschriebenen Vorteilen noch -weitere. Der Hauptgleichrichter kann z. B. um die
Leistung des Steuergleichrichters kleiner bemessen werden. Weiter verschlechtert
sich bekanntlich der Wirkungsgrad eines Gleichrichters bei abnehmender Belastung
erheblich. Dieser Nachteil wirkt sich besonders bei Stromversorgungsanlagen aus,
die öfters in wiederkehrenden Zeitabständen nur gering belastet werden. Das ist
z. B. bei Fernsprechanlagen der Fall, bei denen die Belastung während der Nachtstunden
auf einen Bruchteil der Spitzenbelastung sinkt. Bei der Schaltungsanordnung mit
Hauptgleichrichter und Steuergleichrichter gemäß der Erfindung kann bei sehr kleiner
Belastung der Hauptgleichrichter einfach abgeschaltet werden,, so daß der Steuergleichrichter
die Stromlieferung allein übernimmt. Durch diese Maßnahme wird außerdem eine Verlängerung
der Lebensdauer des Gleiehrichtergerätes erreicht. Das Zu- und Abschalten des Hauptgleichrichters
kann auch durch ein stromabhängiges Schaltorgan automatisch gesteuert werden.
-
Ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ergibt
sich dadurch, daß man die Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters unabhänjig von
der des Steuergleichrichters erhöhen kann. Dies geschieht in der Weise, daß man
zwischen beide Gleichrichter einen Spannungsabfall, beispielsweise einen ohmschen
Widerstand, einschaltet. Da der Steuergleichrichter die Ausgangsspannung immer konstant
hält, muß sich zwangläufig die Spannung des Hauptgleichrichters um den zwischengeschalteten
Spannungsabfall erhöhen. Dies ist insbesondere erforderlich. wenn eine Batterie
vom Hauptgleichrichter gepuffert wird.
-
Die Spannung der Batterie kann in diesem Falle unabhängig von der
Verbraucherspannung auf einem höheren Wert gehalten werden, was mit Rücksicht auf
eine Kapazitätsreserve angezeigt ist. Es können: mit Vorteil auch stromabhängige
Spannungsabfälle, beispielsweise Gegenzellen, verwendet werden.
-
Eine weitere Verbesserung der Schaltungsanordnung mit Pufferbatterie
gemäg der Erfindung kann erzielt werden., wenn man zwischen Batterie und Steuergerät
einen veränderlichen Widerstand einschaltet, der seinerseits mit einem ebenfalls
geregelten Gleichrichtergerät, dem sogenannten Gegenspannungsgerät, in Verbindung
steht. Die Erfindung kann in der Weise in die Praxis umgesetzt werden, daß zwischen
dem Steuergerät und der Batterie bzw. dem Hauptgleichrichter ein fester und ein
veränderlicher Widerstand in Serie hintereinandergeschaltet sind, und zwar derart,
daß parallel zum festen Widerstand das geregelte Gegenspannungsgerät liegt, während
der veränderliche Widerstand unabhängig davon ist. Der Vorteil dieser Schaltung
besteht darin, daß zunächst einmal die Batteriespannung jeweils um den Spannungsabfall
an dem festen Widerstand höher liegt als die Verbraucherspannung und andererseits
zusätzlich um diejenige Spannung höher bemessen werden kann, die an dem veränderlichen
Widerstand, entsprechend der jeweiligen Last, entsteht. Dieses Ergebnis kommt dadurch
zustande, daß die Ausgangsspannung wegen des dort angeschlossenen Steuergerätes
auf alle Fälle konstant bleibt, so daß die Batteriespannung entsprechend hochgedrückt
wird. Man hat es auf diese Weise in der Hand, durch Einstellen des veränderlichen
Widerstandes den Spannungsabfall zu regeln und damit die Batteriespannung selbsttätig
auf beliebige Werte bis zu einem Höchstwert zu bringen, ohne von den an sich bekannten
Vorteilen der sogenannten Pufferschaltung abzugehen. An Stelle der Serienparallelschaltung
von Widerständen und eines geregelten Gegenspannungsgeräts können auch spannungsabhängige
Widerstände, wie beispielsweise Gegenzellen, verwendet werden.
-
In den Figuren sind schematisch Beispiele für Schaltungsanordnungen
gemäß der Erfindung dargestellt.
-
In Fig. 1 arbeitet der Hauptgleichrichter 1, der aus dem Wechselstromnetz
N gespeist wird, direkt auf den Verbraucher V. Der ebenfalls aus dem Netz
N
gespeiste Steuergleichrichter 2 prägt einerseits durch einen magnetischen
Verstärker 5 dem Hauptgleichrichter 1 seine Kennlinie auf und ist außerdem parallel
zu dem Hauptgleichrichter an den Verbraucher V angeschlossen. Bei dieser Schaltungsanordnung
können weitere Schaltmittel vorgesehen sein, um den Hauptgleichrichter 1 bei Unterschreiten
einer bestimmten Belastung von dem Verbraucher TV bzw. vom Netz abzuschalten, so
daß der Steuergleichrichter 2 allein den Verbraucher IV versorgt. Dies kann beispielsweise
durch ein stromabhängiges Relais geschehen.
-
In Fig.2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, bei der von dem
Hauptgleichrichter 1, der aus denn Wechselstromnetz N gespeist wird, einmal der
Verbraucher V mit Strom versorgt und zum anderen die Batterie 4 gepuffert wird-
Der Steuergleichrichter 2 beeinfiußt wieder über einen magnetischen Verstärker 5
den Hauptgleichrichter 1 und ist weiter parallel zum Hauptgleichrichter an den Verbraucher
TV angeschlossen-. Zwischen Batterie und Verbraucher ist ein Spannungsabfall wirksam,
der beispielsweise durch einen veränderlichen ohmschen Widerstand 6 oder durch Gegenzellen
hervorgerufen> werden kann. Hierdurch wird bewirkt, daß die Batterie 4 mit einer
höheren Spannung versorgt wird als der Verbraucher TV. Bei dieser Schaltungsanordnung
kann wieder ein nicht näher bezeichnetes stromabhängiges Relais vorgesehen sein,
das. bewirkt, daß bei niedriger Belastung der Steuergleichrichter 2 allein den Verbraucher
versorgt. Bei Netzausfall übernimmt die Batterie 4 die Stromv erso-rgttng.
-
In Fig. 3 ist eine. weitere Verbesserung der Schaltungsanordnung nach
FFg 2 dargestellt- Der Hauptgleichrichter 1 wird wieder aus. dem Wechselstromnetz
N
gespeist und arbeitet direkt auf den Verbraucher TV. Eine Pufferbatterie 4 ist zum
Verbraucher TV parallel an den Hauptgleichrichter 1 angeschlossen. Der Steuergleichrichter
2, der aus dem Wechselstromnetz i1' versorgt wird, beeinflußt einmal über den magnetischen
Verstärker 5 den Hauptgleichrichter 1 und ist parallel zu diesem an den Verbraucher
TV angeschlossen. Zwischen Batterie und Steuergleichrichter liegt ein veränderlicher
ohmscher Widerstand 6 und in Reihe mit diesem ein fester ohmscher Widerstand 7.
Parallel zum Widerstand 7 ist das Gegenspannungsgerät 3 angeschlossen, das ebenfalls
aus dem Wechselstromnetz N versorgt wird.
-
Die Erfindung ist nicht an ein bestimmtes Steuergerät, Gegenspannungsgerät
oder an einen besonderen Gleichrichter gebunden, sondern es können hierfür alle
Geräte bzw. Schaltungen in Frage kommen, die dem geforderten Zweck gerecht werden.