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Stromversorgungsanlage für Fernsprechämter Gegenstand der Erfindung
ist eine Stromversorgungsanlage für Fernsprechämter mit einem Hauptgleichrichter,
der bei Netzbetrieb zur Stromversorgung des astes sowie in Zusammenwirken mit einem
Zusatzgleichrichter zur Aufladung und Ladungserhaltung einer, aus Stamm- und Schaltzellen
bestehexldenS zur hufrecht erhaltung der Stromversorgung des Amtes bei Ausfall des
speisenden Netzes vorgesehenen, über ein elektrisches Ventil kontaktfrei zuschaltbaren
Batterie dient Bei den seit langem bekannten Einrichtungen zur Stromversorgung von
Fersprechämtern und anderen Gleichstromverbrauchern, die auch bei Ausfall des speisenden
Netzes in Betrieb bleiben müssen, wird zur Deckung des Strombedarfes bei Netzauiall
vorteilhaft eine Akkumulatorenbatterie verwendet. Diese muß nach erfolgter teilweiser
oder gänzlicher Entladung möglichst rasch wieder aufgeladen und anschließend in
ihrem Ladezustand erhalten werden9 um jederzeit mit ihrer vollen Ladungskapazität
zur Verfügung zu steuern. Dazu wird meistens der, bei Speisung durch das Wechsel
stromnetz zur Stromversorgung der Verbraucher dienende Gleichrichter verwendet,
welcher daher meist dauernd mit der Batterie und über eine einstellbare Anzapfung
dieser Batterie mit dem Verbraucher selbst verbunden ist. Die Batterie liefert nur
darin Strom an den Verbraucher, wenn dessen Strombedarf die Leistungsfähigkeit des
Gleichrichters übersteigt und dessen Spannung unter die, an der unbelasteten Batterie
meßbare sogenannte Ruhespannung sinkt. Wenn umgekehrt bei Entlastung die Spannung
des Gleichrichters über die Ruhespannung der Batterie ansteigt, findet eine Ladung
der Batterie statt Bei Ausfall des speisenden Netzes fungiert die Batterie als alleiniger
Stromlieferant.
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Die Schwierigkeit, die dabei zu überwinden ist, liegt darin, daß die
an einer Batterie auftretenden Spannungen je nach deren Lade- bzw. Entladezustand
sehr unterschiedlich sind. So ist die sogenannte Ladungserhaltungsspannung, bei
der in die Batterie ein, gerade zur Deckung der durch Selbstentladung entstehenden
Verluste ausreichender Strom fließt, um rund 12% höher und die sogenannte Entladeschlußspannung,
bis zu der eine Batterie oun Schädigung entladen werden kann, um rund 13% niedriger
als die Ruhespannung. Da die Verbraucherspannung nur in festgelegten.
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engen Grenzen schwarzen darf, uß die Anzahl der Zellen so gewählt
werden, daß am Ende der Entladung die Spannung der gesamten Batterie die untere
Spannungsgrenze nicht unterschreitet Bei Beginn der Entladung würde aber die Spannung
der gesamten Batterie zu hoch sein und es müssen durch die einstellbare .tnzapfung
einige, als Schaltzellen bezeichnete Batteriezellen abgeschaltet sein, die nach
und nach, nach Maßgabe der bei fortschreitender i;ntladung absinkenden Batteriespannung
einzeln zugeschaltet werden. Die Anschaltung des Verbrauchers an die einzelnen Anzapfstufen
erfolgt mittels eines mehrstufigen sogenannten Entladezellenschalters. Nachteilig
ist dabei, daß die einzelnen Schaltzellen ungleich lange entladen werden und daher
auch ungleich lange aufgeladen werden müssen. Deshalb werden sie bei der Aufladuncr
der Batterie mittels eines zweiten mehrstufigen Schalters, des sogenannten Ladezellenschalters
nach und nach eingeschaltet. EntlGde- und Ladezellenschalter werden dabei meist
zum sogenannten Doppelzellenschalter vereinigt.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, von Anfang an alle Batteriezellen
zur Stromlieferung zu verwenden und die überschüssige Spannung in, aus Halbleiterel.ementen
gebildeten Gegenzc ilün zu vernichten, die, nach Maßgabe der absinkenden Spannung
eben falls mittels eines mehrstufigen Zellenschalters einzeln kurzgeschlossen werden.
Diese Gegenzellen verursachen einen, vom fließenden Strom fast unabhängigen Spannungsabfall
und lassen sich ohne weiteres kurzschließen und damit unwirksam machen.
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Bei beiden angegebenen Verfahren sind jedoch einfache oder doppelte
mehrstufige Zellenschalter zu verwenden, deren Steuerung, die in Abhängigkeit von
der an der Batterie auftretenden Lade- bzw. Entladespannung erfolgen muß, aufwendig
und störungsanfällig ist.
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Eine weitern Lösung, statt der Gegenzellen Gleichstromsteller zur
Absenkung der zu hohen Batteriespannung auf den für die Verbraucher zulässigen Wert
zu verwenden, verlangt neben einer kontinuierlichen Spannungsüberwachung komplizierte
elektronische Ansteuerstufen und bedingt durch die, wegen der vermehrten Oberwellenbildung
notwendigen zusätzlichen Glättungselemente eine Verschlechterung des Wirkungsgrades.
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Weiteres wird durch diese angegebenen Verfahren der belastungsabhängig
veränderliche Spannungsabfall zwischen der Batterie und dem Verbraucherschwerpunkt
nicht erfaßt, weshalb aus Sicherheitsgründen die Toleranz der Batteriespannung gegenüber
der zugebilligten Toleranz der Verbraucherspannung eingeengt werden muß.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, unter weitgehender
Ausnützung der .zugestandenen Toleranzen eine einfache und betriebssichere Regelung
der Verbraucherspannung zu ermöglichen und sie löst diese Aufgabe im wesentlichen
dadurch, daß an einem Punkt des Verbrauchernetzwerkes mit dem, gegenüber der Batterie
durchschnittlich größten Spannungsabfall ein, bei Absinken der dort tatsächlich
verfügbaren, nach Ausfall der Netzwechselspannung von den Stammzellen gelieferten
Spannung unter einen Toleranzwert zufolge Entladung der Stammzellen, die gleichzeitige
Einschaltung aller Schaltzellen veranlassender Spannungsfühler angeordnet ist.
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Sach einem weiteren vorteilhaften Merkmal sind alle Schalt zellen
gemeinsam mittels eines Arbeitskontaktes eines, durch den Spannungsfühler
einschaltbaren
Schaltschützes unter gleichzeitiger Überbrückung des Zusatzgleichrichters zuschaltbar.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromversorgungsanlage
ist aus der Zeichnung ersichtlich. Die Funktionaweise der Anlage wird in der nachfolgenden
Beschreibung erläutert.
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Bei ungestörtem Betrieb mit Netzwechselspannung sind die beiden Gleichrichter,
der Hauptgleichrichter 1 und der Zusatzgleichrichter 2 eingeschaltet und liefern
Strom. Der an seinem positiven Pol mit der Bezugsleitung leitend verbundene Hauptgleichrichter
1 ist mit seinem negativen Pol einerseits an die Verbraucheibaugruppen 3 und andererseits
über ein elektrisches Ventil 4 an die Anzapfung einer Bleibatterie 5 geschaltet,
die aus Stammzellen 6 und SchaltRellen 7 besteht. Der in Reihe mit diesem Hauptgleichrichter
7 geschaltete Zusatzgleichrichter 2 ist mit seinem negativen Pol mit dem negativen
Endpol der Bleibatterie 5 verbunden, deren positiver Endpol ebenfalls an Bezugsleitung
geschaltet ist. Durch diese Schaltungsanordnung wird der Bleibatterie 5 der zur
Aufrechterhaltung ihres Ladezustandes benötigte ltadungserhaltungsstrom zugeführt.
Der Zusatzgleichrichter 2 ist durch einen Arbeitskontakt eines Schaltschützes 8
überbrückbar und außerdem vom Wechselspannungsnetz abschaltbar. Das Schaltschütz
8 wird von einem, an einem geeigneten Punkt des von den Verbraucherbaugruppen 3
gebildeten Netzwerkes, z.B. der letzten Gestellreihe im Amt, eingeschalteten SpannungsfUhler
9 betätigt, wenn die verfügbare Spannung unter einen bestimmten einstellbaren Wert
absinkt. Dies ist bei Netzbetrieb nicht der Fall, da bei einem Laststoß die Stammzellen
6 der Bleibatterie 5 durch das elektrische Ventil 4 kontaktfrei an die Verbrauchergruppen
3 geschaltet werden und an diese zusätzlichen Strom abgeben, wenn die vom Hauptgleichrichter
1 gelieferte Spannung dabei um mehr als die Schwellspannung des elektrischen Ventils
4 gegenüber der Gesamtspannung der Stammzellen absinkt.
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Bei einem Ausfall des speisenden Wechselstromnetzes liefern die beiden
Gleichrichter 1, 2 keinen Strom mehr und liegen als hochohmige Widerstände teils
zu den Verbrauchergruppen 3 und teils zu den Schalt zeilen 7 der Bleibatterie 5
parallel.
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Die Stammzellen 6 speisen über das, nunmehr in Durchlaßrichtung beanspruchte
elektrische Ventil 4 die Verbrauchergruppen 3 und zwar mit einer Spannung, die belastungsabhängig
mehr oder weniger rasch vom Spannungswert, der der Ladungserhaltungsspannung entspricht,
auf den der Anfangsentladespannung der frisch geladenen Zellen entsprechenden Spannungswert
absinkt. Dabei sinkt-auch die, noch um einen gewissen, ebenfalls belastungsabhängigen
Spannungsabfall im Zuleitungswiderstand niedrigere, am Spannungsfühler 9 auftretende
Spannung ab, die beim Unterschreiten eines bestimmten Wertes den Spannungs fühler
9 auslöst.
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Dieser schaltet das Schaltschütz 8 ein, dessen sich schließender Arbeitskontakt
unter Überbrückung des Zusatzgleichrichters 2 die Schaltzellen 7 in Reihe zu den
Stammzellen 6 an die Verbraucherbaugruppen 3 schaltet. Durch diese Maßnahme steigt
die Verbraucherspannung vor Erreichen der unteren Toleranzgrenze wieder an und bleibt
bis zur vollständigen Entladung der Bleibatterie 5 oberhalb dieser Toleranzgrenze.
Bei entsprechender Dimensionierung aller Schaltelemente überschreitet sie auch bei
Leerlauf nicht die für die Verbraucher zulässige obere oleranzgrenze. Das elektrische
Ventil 4, dessen Anode mit dem negativen Pol der Bleibatterie 5, also mit dem Punkt
negativsten-Potentials verbunden ist, wird bei diesem Betriebszustand wieder in
Sperrichtung beansprucht, so daß über das Ventil kein Strom fließt.
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Die Verbindung des Zusatzgleichrichters 2 mit dem speisenden Wechselspannungsnetz
muß spätestens bei Wiederkehr -der Retswechselspannung abgeschaltet werden und solange
geöffnet bleiben, als der Kontakt des Schaltschützes 8 geschlossen ist, da sonst
bei Wiederkehr der Netzwechselspannung der Zusatzgleichrichter 2 auf einen Kurzschluß
arbeiten würde. Nach Wiederkehr
der RTetzwechselspannung wird nämlich
während einer gewissen Zeit der Arbeitskontakt des Schaltschützes 8 geschlossen
gehalten, so daß über ihn ein zur Wiederaufladung der Blrdibat terie 5 dienender,
von dem wieder in Betrieb befindlichen Hauptgleichrichter 1 gelieferter Strom in
die Batterie 5 fließt.
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Nach Öffnung dieses Arbeitskontaktes und der Wiedereinochalng der
Anspeisung des Zusatzgleichrichters 2 erfolgt die weitere Aufladung der Bleibatterie
5 mit der Summenspannung der beiden Gleichrichter 1, 2, die eine, durch geeignete
Auslegung des Zusatzgleichrichters 2 erreichbare, zur Erhaltung der Ladung der Zellen
während des Netzbetriebes erforderliche öhe aufweisen muß. Der Zusatzgleichrichter
2 ist lediglich für die Abgabe des Ladestromes zu dimensionieren.
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An geeigneten Punkten der Schaltung sind Sicherungen zum Schutze der
Anlage sowie Strom- und Spannungsmesser angeordnet.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch die, im Schwerpunkt
des Verbrauchernetzwerkes oder in dessen möglichster Nähe erfolgende Anordnung eines
Spannungsfühlers die tatsächlich für die Verbraucher zur Verfügung stehende Spannung
überwacht werden kann und daß daher ein knappes Herangehen an die untere Toleranzgrenze
der Verbraucherspannung ohne die Berücksichtigung veränderlicher belastungsabhängiger
Spannungsabfälle in der Zuleitung zwischen Batterie und Verbraucherschwerpunkt möglich
ist, 80 daß zur. Anhebung der Verbraucherspannung alle Schaltzellen zugleich zugeschaltet
werden können, ohne daß die obere Toleranzgrenze der Verbraucherspannung erreicht
oder überschritten würde.
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Die dadurch ermöglichte Verwendung eines sehr betriebssicheren Schaltelementes,
nämlich eines Schaltschützes ergibt gegenüber herkömmlichen Anlagen mit schrittweiser
Zuschaltung von Schaltzellen oder gegenüber Anlagen mit Gleichstromstellern oder
stufenweise abschaltbaren Gegenzellen zur Verringerung der von einer unangezapften
Batterie gelieferten Spannung, erhebliche Vereinfachungen und eine Erhöhung der
Betriebssicherheit.
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2 Patentansprüche 1 Figur