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Schaltungsanordnung für geregelte Gleichrichtergeräte Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für geregelte Gleichrichtergeräte, die
einen geregelten Hauptgleichrichter und einen Zusatzgleichrichter enthalten, der
in Reihe mit dem Hauptgleichrichter eine Batterie speist.
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Bei geregelten Gleichrichtergeräten zur Stromversorgung, beispielsweise
von Fernsprechanlagen, ist außer dem Hauptgleichrichter, der im Normalbetrieb den
Verbraucher speist und dessen Ausgangsspannung durch einen Regler konstant gehalten
wird, eine Batterie vorgesehen, die bei Netzausfall die Stromversorgung des Verbrauchers
übernimmt. Die Batterie ist dabei so bemessen, daß für je 2 Volt Verbraucherspannung
eine Zelle vorgesehen ist. Zur Ladungserhaltung ist jedoch eine Spannung von 2,2
Volt pro Zelle der Batterie erforderlich. Diese zusätzliche Spannung wird durch
einen Zusatzgleichrichter geliefert, der in Reihe mit dem Hauptgleichrichter an
die Batterie angeschlossen ist. Auf diese Weise wird die Batterie stets auf einer
Spannung von mindestens 2,2 Volt pro Zelle gehalten. Der Zusatzgleichrichter ist
durch ein Gleichrichterelement überbrückt, um bei Netzausfall eine unterbrechungsfreie
Umschaltung auf Batteriebetrieb zu ermöglichen, wonach 'die Batterie direkt an den
Verbraucher geschaltet wird.
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Bei diesen bekannten Gleichrichterschaltungen treten in manchen Fällen
Spannungseinbrüche auf, die in folgender Weise entstehen: Wie oben bereits dargelegt
wurde, ist die Batterie normalerweise auf eine Spannung von 2,2 Volt pro Zelle aufgeladen.
Die Batteriespannung ist also höher als die Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters,
welche 2,0 Volt pro Zelle entspricht.
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Bei Netzausfall wird der Verbraucher von der Batterie gespeist, dabei
wird die Batterie durch ein Schütz an den Verbraucher gelegt. Zur unterbrechungsfreien
Umschaltung ist das zwischen den Ausgangsklemmen des Zusatzgleichrichters liegende
Gleichrichterelement vorgesehen. Wenn nun bei dieser bekannten Schaltungsanordnung
die Zeit des Netzausfalles nur kurz ist und der Verbraucher keinen sehr großen Strom
aus der Batterie entnimmt, dann liegt nach Netzwiederkehr die volle Batteriespannung
an den Ausgangsklemmen des Hauptgleichrichters, wodurch der Regler des Hauptgleichrichters
zunächst so beeinflußt wird, daß die Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters zurückgeregelt
wird. Wenn nun die Batterie wieder vom Verbraucher getrennt wird, so daß der Hauptgleichrichter
die Versorgung des Verbrauchers übernimmt, muß der Regler des Hauptgleichrichters
einen verhältnismäßig großen Regelbereich durchlaufen, da die Fühlerspannung des
Reglers plötzlich sinkt. Hierdurch tritt aber ein sehr unerwünschter Spannungseinbruch
am Verbraucher auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Spannungseinbruch zu vermeiden.
Man könnte diesen Spannungseinbruch vermeiden, wenn nach Netzwiederkehr der Verbraucher
zunächst so lange von der Batterie gespeist wird, bis die Batteriespannung auf 2
Volt pro Zelle abgesunken ist, so daß die Gesamtspannung der Batterie der Ausgangsspannung
des Hauptgleichrichters entspricht. Wenn dann auf Gleichrichterbetrieb umgeschaltet
wird, tritt keine Fehlregelung ein. Dieses Verfahren hat erhebliche Nachteile. Die
Spannung, bis auf welche die Batterie bei Netzausfall entladen wurde, ist in jedem
Fall verschieden. Dies hängt von der Dauer des Netzausfalles und von der Belastung
der Batterie während des Netzausfalles ab sowie auch von dem Ladezustand der Batterie
bei Netzausfall. Von diesen Faktoren hängt damit die Zeitdauer ab, die erforderlich
ist, die Batterie weiter bis auf 2 Volt pro Zelle zu entladen. Wenn die Belastung
während der weiteren Entladung schwankt, so ist auch diese Nachentladezeit noch
von der weiteren Belastung abhängig. Es ist deshalb nicht möglich, mittels eines
einfachen Zeitschalters die Umschaltung auf Gleichrichterbetrieb zu verzögern, um
damit den Spannungseinbruch beim Umschalten zu vermeiden. Weiter hat dieser Ausweg
den Nachteil, daß die Batterie verhältnismäßig weit entladen wird, so daß bei einem
weiteren Netzausfall während dieser Periode nur die schon stark entladene Batterie
zur Versorgung des Verbrauchers zur Verfügung steht.
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Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung vermeidet diese Nachteile.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Regler des Hauptgleichrichters
nach Netzwiederkehr zusätzlich so beeinfiußt
wird, daß die Ausgangsspannung
des Hauptgleichrichters auf die Spannung der aufgeladenen Batterie steigt.
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Dies kann gemäß der Erfindung dadurch erreicht werden, daß in die
Fühlerleitung zwischen Regler und Hauptgleichrichter ein veränderlicher, insbesondere
spannungsabhängiger Widerstand gelegt wird.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgedankens
besteht dieser Widerstand aus dem Emitter-Kollektor-Kreis eines Transistors und
einem parallel hierzu geschalteten einstellbaren ohmschen Widerstand. Das Basispotential
des Transistors wird in Abhängigkeit von der Belastung des Hauptgleichrichters dabei
so beeinfiußt, daß der Transistor bei unbelastetem Hauptgleichrichter gesperrt und
bei voll belastetem Hauptgleichrichter geöffnet ist.
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Eine weitere Verbesserung wird erzielt, wenn das Basispotential des
Transistors zusätzlich in Abhängigkeit vom Batteriestrom beeinflußt wird, und zwar
so, daß der Einffuß des Batteriestromes dem des Gleichrichterstromes entgegengesetzt
ist.
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Um Störungen durch diese zusätzliche Regelung während des normalen
Betriebes zu vermeiden, wird gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung der Widerstand
in der Fühlerleitung nach einer gewissen Zeit nach Netzwiederkehr kurzgeschlossen.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung soll ein Ausführungsbeispiel
an Hand der Zeichnung näher beschrieben werden.
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Das Gleichrichtergerät besteht aus einem Hauptgleichrichter 1, der
an den Verbraucher 2 angeschlossen ist. Die Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters
1 wird durch einen Regler 3 konstant gehalten. Im Regler wird die Ausgangsspannung
des Hauptgleichrichters 1, die über eine Fühlerleitung abgenommen wird, mit einem
Sollwert verglichen und in Abhängigkeit von der Regelabweichung des Hauptgleichrichters
in an sich bekannter Weise gesteuert. Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
ist es gleichgültig, was für ein Regler zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung
des Hauptgleichrichters 1 verwendet wird. Der Regler 3 kann beispielsweise ein Transduktor-
oder ein Transistor-Regler sein, und die Beeinflussung des Hauptgleichrichters
1
kann beispielsweise durch vormagnetisierte Drosselspulen erfolgen. Es können
aber auch im Hauptgleichrichter steuerbare Siliziumgleichrichter vorgesehen sein,
die mittels einer geeigneten Steuerspannung vom Regler beeinflußt werden.
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Zur Versorgung des Verbrauchers bei Netzausfall dient die Batterie
4. Diese Batterie wird bei Netzbetrieb durch die Reihenschaltung von Hauptgleichrichter
1 und Zusatzgleichrichter 5 auf einer Spannung von 2,2 Volt pro Zelle
gehalten. Bei Netzausfall wird die Batterie 4 durch das Schütz
6 direkt an den Verbraucher 2 gelegt. Zur unterbrechungsfreien Umschaltung
bei Netzausfall ist das Gleichrichterelement 7 vorgesehen, über das der Batteriestrom
so lange fließt, bis das Schütz 6 geschlossen ist.
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Bei Netzwiederkehr wird das Schütz 6 verzögert geöffnet, der Hauptgleichrichter
1 übernimmt wieder die Versorgung des Verbrauchers 2, und die Batterie
4 wird durch die Reihenschaltung des Hauptgleichrichters 1 und des Zusatzgleichrichters
5 wieder auf eine Spannung von 2,2 Volt pro Zelle geschaltet.
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Wenn nun der Netzausfall nur kurz bemessen war und der Verbraucher
bei Netzausfall die Batterie nicht sehr belastet hat, so beträgt die Spannung der
Batterie noch 2,2 Volt pro Zelle oder ist vielleicht auf 2,1 Volt pro Zelle gesunken.
In vielen Fällen ist daher nach einem kürzeren Netzausfall die Spannung der Batterie
noch höher als die Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters 1, die einer Spannung
von 2 Volt pro Zelle der Batterie entspricht. Bei Netzwiederkehr wird daher der
Regler 3 über die Fühlerleitung zunächst durch die höhere Ausgangsspannung der Batterie
so beeinfiußt, daß er die Spannung des Hauptgleichrichters 1 zu senken versucht.
Wenn nun das Schütz 6 geöffnet wird und der Hauptgleichrichter 1 die Versorgung
des Verbrauchers wieder übernimmt, ist infolge der Fehlregelung die Spannung am
Verbraucher 2 zu gering, und der Regler muß erst einen großen Regelbereich durchlaufen,
bis die Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters den Sollwert erreicht.
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Diese Fehlregelung bei Netzwiederkehr wird gemäß der Erfindung dadurch
vermieden, daß in die Fühlerleitung des Reglers 3 ein Widerstand eingeschaltet wird,
so daß die am Regler liegende Fühlerspannung auf eine Spannung gesenkt wird, welche
2 Volt pro Zelle und damit der normalen Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters
1 entspricht. Die tatsächliche Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters beträgt
dann etwa 2,2 Volt pro Zelle der Batteriespannung. Da bei dieser Spannung die Spannung
des Gleichrichters 1 etwas höher ist als die der Batterie, wird von dem Gleichrichter
sofort die Last übernommen. Die Verbraucherspannung, die nun 2,2 Volt pro Zelle
der Batterie entspricht, soll aber wieder auf ihren normalen Wert gesenkt werden,
sobald der Gleichrichter 1 die Versorgung des Verbrauchers übernommen hat. Deshalb
wird der in die Fühlerleitung eingeschaltete Widerstand in Abhängigkeit von der
Belastung des Gleichrichters 1 so beeinf(ußt, daß er auf Null sinkt.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel besteht
der in die Fühlerleitung eingeschaltete Widerstand aus der Parallelschaltung des
Emitter-Kollektor-Kreises des Transistors 8 und des veränderlichen ohmschen Widerstandes
9. Bei Netzwiederkehr ist der Transistor 8 gesperrt, so daß durch den Widerstand
9 der Spannungsabfall in der Fühlerleitung bestimmt wird. Er kann durch Veränderung
des Widerstandes 9 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
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In dem Maße, wie der Hauptgleichrichter 1 die Versorgung des Verbrauchers
übernimmt, fließt ein steigender Strom durch die Zuleitung des Hauptgleichrichters
1. Über den Wechselstromwandler 10
und den Gleichrichter 11 wird die
Basis-Emitter-Spannung des Transistors 8 so beeinflußt, daß der Transistor
geöffnet wird und bei voller Belastung des Gleichrichters 1 den Widerstand in der
Fühlerleitung auf Null vermindert. Das Gleichrichtergerät arbeitet dann in normaler
Weise. Um Fehlregelungen beim weiteren Betriebe des Gleichrichtergerätes infolge
Beeinflussung des Transistors 8 zu vermeiden, wird dieser durch das Schütz 12 kurzgeschlossen,
nachdem sich nach Netzwiederkehr der Normalzustand eingestellt hat.
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Da die Größe der Fehlregelung bzw. des Spannungseinbruches nach Netzwiederkehr
vom Batteriestrom abhängt, wird gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung die
Basisspannung des Transistors 8
zusätzlich vom Batteriestrom beeinflußt. Dies
geschieht
beispielsweise so, daß eine zusätzliche, vom Batteriestrom
abhängige Spannung über einen Gleichstromwandler (bzw. Nebenwiderstand) 13 und einen
Verstärker 14 abgenommen und über die Klemmen a. b an den Transistorkreis
gelegt wird. Jetzt wird der Transistor in Abhängigkeit von der Differenz zwischen
Batteriestrom und Gleichrichterstrom gesteuert. Es soll hierdurch erreicht werden,
daß die Spannung des Gleichrichters 1 nur so weit erhöht wird, wie dies zur Lastübernahme
erforderlich ist. Der Batteriestrom sinkt dann auf Null. Anschließend wird das Schütz
6 verzögert geöffnet. Gleichzeitig wird die Transistorschaltung über den Kontakt
12 kurzgeschlossen.
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Durch diese Schaltungsanordnung wird der Spannungseinbruch nach kurzzeitigem
Netzausfall am Verbraucher weitgehend vermieden.