DE1104048B

DE1104048B - Stromversorgungsanlage zur Erhaltung der Verbraucherspannung bei Ausfall der Netzstromversorgung

Info

Publication number: DE1104048B
Application number: DER16563A
Authority: DE
Inventors: Fritz Rechenberger
Original assignee: FRITZ RECHENBERGER
Current assignee: FRITZ RECHENBERGER
Priority date: 1955-05-02
Filing date: 1955-05-02
Publication date: 1961-04-06

Description

Stromversorgungsanlage zur Erhaltung der Verbraucherspannung bei Ausfall der Netzstromversorgung Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsanlage zur Erhaltung der Verbraucherspannung bei Ausfall der Netzstromversorgung, die einen Netzgleichrichter und eine parallel dazu geschaltete Batterie aufweist, welche ebenso wie der Gleichrichter an den Verbraucher angeschlossen ist. Außerdem besitzt die Stromversorgungsanlage einen Ladegleichrichter zum Aufladen einer Zusatzbatterie.
Von den bekannten Ausführungen unterscheidet sich die Stromversorgungsanlage nach der Erfindung dadurch, daß sie beim Versagen oder Aussetzen der Netzstromversorgungsanlage einen Ersatzstrom unter weitgehender Schonung der Hauptbatterie unter Vermeidung des Absinkens der Spannung liefert. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß beide Gleichrichter einschließlich beider Batterien während des Normalbetriebs elektrisch völlig voneinander getrennt sind und in der Minusleitung der Hauptbatterie ein Ventil liegt, welches bei Zuschaltung der Zusatzbatterie bei Netzausfall den Stromfluß zwischen den beiden Spannungsquellen bestimmt.
Die Zusatzbatterie ist dabei mit dem Ladegleichrichter in Pufferschaltung verbunden. Ihre Zellenzahl entspricht der Differenz zwischen der Verbraucherspannung und der Nennspannung der Hauptbatterie, geteilt durch die Nennspannung einer Zelle.
Das vorgesehene Ventil erfüllt drei Funktionen. Es ermöglicht erstens eine unterbrechungslose Entladung der Hauptbatterie während des Zuschaltvorganges und verhindert zweitens einen Kurzschluß der Zusatzbatterie nach ihrer Zuschaltung. Drittens dient es als Weiche, indem bei Ladung bzw. Ladungserhaltung der Hauptbatterie der Lade- bzw. Ladungserhaltungsstrom unbedingt über vorgesehene Widerstände geführt wird, wodurch der entsprechende Lade- bzw. Ladungserhaltungsstrom und auch die erforderliche Ladecharakteristik gewährleistet ist. Über das Ventil fließt nur kurzzeitig während des Zuschaltvorganges der Zusatzbatterie der Verbraucherstrom, in allen anderen Betriebsfällen wirkt es nur sperrend.
Bei dieser Schaltung wird also die Zusatzbatterie beim Netzausfall zu der Hauptbatterie zugeschaltet, so daß sich nach Bruchteilen einer Sekunde die normale Verbraucherspannung wieder einstellt.
Gewöhnlich darf nun die Verbraucherspannung die Nennspannung um einen gewissen Betrag über- oder unterschreiten. So liegt z. B. bei einer Stromversorgungsanlage von Telefonanlagen die zulässige Spannungsdifferenz zwischen 1,93 und 2,066 V je Zelle bei einer Zellennennspannung von 2 V. Bei einer 60-V-Batterie ist also die zulässige Maximalspannung 62 V und die zulässige Minimalspannung 58 V. Eine Entladung je Zelle bis 1,87 V würde je nach Entladestromstärke jedoch eine günstigere Ausnutzung der Batteriekapazität um 10 bis 2511/9 ergeben.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die Zellenzahl so zu bemessen, daß die Nennspannung der Batterie der oberen Spannungsgrenze entspricht. Es wird also im Sinne der Erfindung z. B. aus der bisherigen 60-V-Batterie eine 62-V-Batterie mit 31 Zellen. Bei einer unteren Spannungsgrenze von 58 V kann somit die Entladung einer Zelle bis 1,87 V erfolgen. Die bisher wegen der Spannungsbegrenzung auf 1,93 V je Zelle unbenutzt gebliebene Restkapazität wird hierdurch um einen erheblichen Teil vermindert.
Im Sinne der Erfindung läßt sich noch eine weitere Ausnutzung der Betriebskapazität erzielen, wenn ein zweiter Ladegleichrichter nebst Zusatzbatterie verwendet wird. Diese zweite Zusatzbatterie kann kapazitätsmäßig kleiner als die Haupt- und erste Zusatzbatterie sein und wird bei 1,93 V je Zelle der Haupt-und Zusatzbatterie zugeschaltet. Dadurch wird erreicht, daß eine weitere Entladung bis zur untersten Spannungsgrenze von 1,8 V je Zelle bei Bleibatterien durchgeführt werden kann, ohne daß die unterste Spannungsgrenze des Verbrauchers unterschritten wird. Hierdurch ist es also möglich, die gesamte Kapazität der Haupt- und Zusatzbatterie zu verbrauchen, ohne daß die für den Verbraucher zulässige Höchst- und Mindestspannung über- bzw. unterschritten wird.
Im Sinne der Erfindung ist die erste Zusatzbatterie mit der zweiten Zusatzbatterie fest oder über einen Schalter einpolig verbunden. Der zugehörige zweite Ladegleichrichter, der strommäßig kleiner ausgeführt sein kann als der erste Ladegleichrichter, liegt dabei ständig parallel zur zweiten Zusatzbatterie. Er ladet diese Batterie nach Entladung und Rückkehr der Netzspannung wieder auf und schaltet automatisch auf Ladungserhaltung um. In der :Minusleitung des ersten Ladegleichrichters ist dann wiederum ein elektrisches Ventil vorgesehen, das beim Zuschalten der zweiten Zusatzbatterie einen Kurzschluß verhindert. Dieses Ventil kommt erst beim Netzausfall zur Wirkung; bei vorhandener Netzspannung ist es überbrückt.
\ ähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der beiden in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt Fig.1 das Schaltschema einer Anlage, die außer dem Netzgleichrichter und der Hauptbatterie noch einen Ladegleichrichter nebst Zusatzbatterie aufweist, und Fig. 2 das Schaltschema einer Anlage mit zwei Zusatzbatterien und zwei Ladegleichrichtern.
In beiden Fällen ist 1 der Netzgleichrichter, der durch eine Gleichrichteranordnung in Brückenschaltung wiedergegeben ist. Die Transformatoren und die an sich bekannten Regeleinrichtungen sind dabei nicht dargestellt. 2 ist die Hauptbatterie, deren Zellenzahl entsprechend der Verbraucherspannung, geteilt durch maximale Ladespannung einer Zelle, oder eine Ladespannung, wie sie bei Teilladung auftritt, gewählt ist. Der erste Ladegleichrichter ist in beiden Fällen mit 3 bezeichnet und arbeitet in bekannter Weise automatisch. Er schaltet bei vollgeladener Zusatzbatterie auf Ladungserhaltung um. 4 ist die Zusatzbatterie, deren Zellenzahl sich nach derjenigen der Hauptbatterie richtet. Sie beträgt: maximale Verbraucherspannung geteilt durch Nennspannung der Zellen ,weniger Zellenzahl der Hauptbatterie. Der Verbraucher ist mit 5 bezeichnet. 6 stellt ein zwei- oder dreipoliges Schütz dar, von dem ein bzw. zwei Pole beim Netzausfall die Zusatzbatterie 4 in Reihe mit der Hauptbatterie 2 schalten, während der dritte Pol die beiden Widerstände 9 und 10 vom Minuspol der Hauptbatterie 2 trennt. Es ist ein elektrisches Ventil 7 vorgesehen, welches drei Funktionen zu erfüllen hat. Es ermöglicht erstens eine unterbrechungslose Entladung der Hauptbatterie 2 während des Zuschaltvorganges und verhindert zweitens einen Kurzschluß der Zusatzbatterie nach ihrer Zuschaltung. Drittens dient es als Weiche, indem bei Ladung bzw. Ladungserhaltung der Hauptbatterie der Lade- bzw. Ladungserhaltungsstrom unbedingt über die Widerstände 9 bzw. 10 geführt wird, wodurch der entsprechende Lade- bzw. Ladungserhaltungsstrom und auch die erforderliche Ladecharakteristik gewährleistet ist. Über das Ventil 7 fließt nur kurzzeitig während des Zuschaltvorganges der Zusatzbatterie 4 der Verbraucherstrom, in allen anderen Betriebsfällen wirkt es nur sperrend. 8 ist ein Umschaltschütz, das von der Spannung der Hauptbatterie 2 gesteuert wird und die Umschaltung auf Volladung oder auf Ladungserhaltung bewirkt. Für die Einstellung des Ladungserhaltungsstromes ist der Widerstand 9 vorgesehen, der einen großen Widerstand besitzt, während der einen geringen Widerstand aufweisende Widerstand 10 für die Volladung der Hauptbatterie 2 dient.
Bei der Schaltung nach Fig.2 sind zu derjenigen nach Fig. 1 noch ein zweiter Ladegleichrichter 11 und eine zweite Zusatzbatterie 12 hinzugekommen. Ferner ist ein Ventil 13 vorgesehen, das beim Zuschalten der zweiten Zusatzbatterie 12 einen Kurzschluß verhindert. 14 ist ein vom Netz gesteuertes Schütz, das beim Netzausfall sich schließt. Ferner ist ein vom Netz gesteuertes Schütz 16 vorhanden, das sich beim Netzausfall öffnet. Schließlich ist noch ein von der Spannung der Hauptbatterie 2 oder von der Gesamtspannung der Hauptbatterie und der ersten Zusatzbatterie 4 gesteuertes Schütz 15 vorhanden, das bei einer bestimmten Spannung die zweite Zusatzbatterie 12 in Reihe mit der Hauptbatterie und der ersten Zusatzbatterie 4 schaltet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE-1. Stromversorgungsanlage zur Erhaltung der Verbraucherspannung bei Ausfall der Netzstromversorgung mit einem Netzgleichrichter und einer parallel geschalteten Batterie, mit welchen seinerseits der Verbraucher verbunden ist, sowie mit einem Ladegleichrichter zum Aufladen einer Zusatzbatterie, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gleichrichter (1, 3) und beide Batterien (2, 4) ihrerseits im Normalbereich elektrisch völlig voneinander getrennt sind und daß in der Minusleitung der Hauptbatterie (2) ein elektrisches Ventil (7) liegt, das bei Zuschaltung der Zusatzbatterie den Stromfluß zwischen den beiden Spannungsquellen bestimmt.
2. Stromversorgungsanlage nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Ladegleichrichter (11) und eine zweite Zusatzbatterie (12) vorgesehen sind, die im Normalbereich ebenfalls elektrisch völlig von den beiden anderen Gleichrichtern (1, 3) und Batterien (2, 4) getrennt sind.
3. Stromversorgungsanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptbatterie (2) und die Zusatzbatterie (4) bzw. die Zusatzbatterien (4, 12) bei Netzausfall in Reihe geschaltet sind.
4. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch eine Schaltung, bei der bei Ausfall des Netzes die Zusatzbatterie (4) bzw. beide Zusatzbatterien (4, 12) automatisch in Reihe mit der Hauptbatterie (2) geschaltet werden.
5. Stromversorgungsanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Netzausfall die zweite Zusatzbatterie (12) automatisch in Reihe zur Hauptbatterie (2) und der ersten Zusatzbatterie (4) geschaltet wird.
6. Stromversorgungsanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch in der Minusleitung der zweiten Zusatzbatterie (12) ein elektrisches Ventil (13) vorhanden ist.
7. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine selbsttätige Schaltung, bei der nach Wiederkehr der Netzspannung beide Aggregate wieder elektrisch voneinander getrennt werden und der Netzgleichrichter (1) wieder allein die Speisung des Verbrauchers (5) übernimmt sowie gleichzeitig über einen Widerstand (10) die Aufladung der Hauptbatterie (2) durchführt, während der Ladegleichrichter (3) die Aufladung der Zusatzbatterie (4) übernimmt. B.
Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine selbsttätige Schaltung, bei der der Hauptgleichrichter (1) und der Zusatzgleichrichter (3) nach Volladung der Batterien (2, 4) automatisch auf Ladungserhaltung umgeschaltet werden.
9. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennspannung beider Batterien (2, 4) zusammen so bemessen ist, daß sie der maximal zulässigen Verbraucherspannung gleichkommt.
10. Stromversorgungsanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer gewissen Spannung der Hauptbatterie (2) bzw. der in Reihe geschalteten Hauptbatterie und der ersten Zusatzbatterie (4) die zweite Zusatzbatterie (12) automatisch mit den beiden Batterien (2, 4) in Reihe geschaltet wird.
11. Stromversorgungsanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Ventile (7, 13) in der Minusleitung der Hauptbatterie und der ersten Zusatzbatterie bei Vorhandensein der Netzspannung automatisch überbrückt werden.
12. Stromversorgungsanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Schaltanordnung, bei der die zweite Zusatzbatterie (12) nach Wiederkehr der Netzspannung ein- oder zweipolig von der Hauptbatterie (2) und der ersten Zusatzbatterie (4) getrennt wird und der zweite Ladegleichrichter (11) die Batterie (12) wieder selbsttätig aufladet.
13. Stromversorgungsanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Schaltanordnung, bei der der zweite Zusatzgleichrichter (11) nach Volladung der zweiten Zusatzbatterie (12) automatisch auf Ladungserhaltung umschaltet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 628 377.