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Schaltungsanordnung für Gleichstromvers orgun'gssysteme
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Gleichstromversorgungssysteme,
die mindestens zwei Gleichrichter und eine Akkumulatorenbatterie aufweist.
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Mit Hilfe des einfachsten unterbrechungsfreien Gleichstromversorgungssystems,
das aus einem oder mehreren, zu einer Akkumulatorenbatterie unmittelbar parallel
geschalteten Gleichrichtern gebildet ist, kann nur der Bedarf eines engeren Kreises
von Verbrauchern befriedigt werden. Das ergibt sich daraus, daß die Ausgangsspannung
des Systems die Verbraucherspannung ist, die in verhältnismäßig weiten Grenzen-
zwischen der Entladungsendspannung der Batterie und der zu ihrer baldigen Aufladung
notwendigen Schnellladespannung - schwankt.
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Zur Verminderung der Spannungs schwankung wurden verschiedene
Methoden
entwickelt; siehe z.B. die ungarische Patentschrift 167 883, die aber den gemeinsamen
Nachteil haben, daß sie viele Elemente in einer verhältnismäßig komplizierten Schaltungsanordnung
enthalten. Die verhältnismäßig komplizierte, viele Elemente enthaltende Schaltungsanordnung
ist der Grund, daß die resultierende Zuverlässigkeit bzw.
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die Verfügbarkeit nicht befriedigend sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleichstromversorgungssystem
aus einer geringen Zahl von Elementen und mit einer verhältnismäßig einfachen Schaltungsanordnung
zu schaffen, bei dem die Verbraucherspannungsschwankungen geringer sind als die
beim Aufladen und Entladen der Akkumulatorenbatterie auftretenden Spannungen, dessen
Zuverlässigkeit aber gut ist.
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Diese Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einen Ausgangsklemmen jedes Gleichrichters
und die eine Klemme der Akkumulatorenbatterie derselben Polarität unmittelbar auf
eine erste Verbraucherschiene, die andere Ausgangsklemme entgegengesetzter Polarität
des ersten Gleichrichterausgangs unmittelbar, und die andere Ausgangsklemme entgegengesetzter
Polarität des zweiten Gleichrichters über einen ersten Thyristorschalter auf eine
zweite Verbraucherschiene geschaltet sind, daß zwischen die anderen Ausgangsklemmen
der Gleichrichter ein zweiter Thyristorschalter geschaltet ist, und daß die andere
Klemme der Akkumulatorenbatterie auf die andere Ausgangsklemme des zweiten Gleichrichters
geschaltet ist.
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Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Ansprüchen
2 und 3 hervor.
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Die Erfindung ist im folgenden ausführlicher anhand der
Zeichnungen
erläutert, die Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung darstellen.
Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig. 2 eine Ausführungsvariante für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, und
Fig. 3 eine weitere Ausführunasv'ariante.
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In Fig. 1 sind an ein Wechselstromversorgungsnetz 8 zwei Gleichrichter
1, 2 angeschlossen. Eine Ausgangsklemme A jedes Gleichrichters 1, 2 und eine Klemme
derselben Polarität der Akkumulatorenbatterie 3 sind unmittelbar an eine erste Verbraucherschiene
7 angeschlossen. Die andere Ausgangsklemme B entgegengesetzter Polarität des ersten
Gleichrichters 1 ist unmittelbar an eine zweite Verbraucherschiene 6 angeschlossen.
Die andere Ausgangsklemme B entgegengesetzter Polarität des zweiten Gleichrichters
2 ist über einen ersten Thyristorschalter 5 ebenfalls an die zweite Verbraucherschiene
6 angeschlossen. Zwischen die anderen Ausgangsklemmen B der Gleichrichter 1, 2 ist
ein zweiter Thyristorschalter 4 geschaltet. Die andere Klemme der Akkumulatorenbatterie
3 ist an die Ausgangsklemme B des zweiten Gleichrichters 2 angeschlossen.
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Während des Betriebes im Netzbetrieb - wenn das Wechselstromversorgungsnetz
betriebsfahig ist - arbeiten beide Gleichrichter 1, 2, wobei der erste Thyristorschalter
5 geschlossen ist. Das heißt, daß dieser die andere Ausgangsklemme B des zweiten
Gleichrichters 2 an die zweite Verbraucherschiene 6 anschließt. Der zweite Thyristorschalter
4 ist in geöffnetem Zustand. Die zwei Gleichrichter 1, 2 versorgen gemeinsam die
an die Verbraucherschienen
6, 7 angeschlossenen Verbraucher. Darüber
hinaus lädt der zweite Gleichrichter 2 auch die Akkumulatorenbatterie 3.
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Bei Ausfall des Versorgungsnetzes übernimmt die Akkumulatorenbatterie
3 die Versorgung des Verbrauchers über den ersten Thyristorschalter 5 ohne Zeitausfall.
Bei der Rückkehr des Versorgungsnetzes versorgt der erste Gleichrichter 1 den Verbraucher
allein, weil der erste Thyristorschalter 5 geöffnet wird. Hierdurch lädt der zweite
Gleichrichter 2, von den Verbraucherschienen 6, 7 getrennt, nur die Akkumulatorenbatterie
3 auf. In diesem Fall ist es zulässig, daß der zweite Gleichrichter 2 die Akkumulatorenbatterie
mit der sogenannten Schnelladespannung, die höher ist als die Verbrauchernennspannung,
lädt. Daraus folgt, daß nicht nur die Aufladungszeit der Akkumulatorenbatterie 3
wesentlich verkürzt wird, sondern auch die periodische Aufladung mit einer erhöhten
Spannung sich vorteilhaft auf die Lebensdauer des Bleiakkumulators auswirkt.
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Nach der vollen Aufladung der Akkumulatorenbatterie 3 fällt auch die
Ausgangsspannung des zweiten Gleichrichters 2 wieder auf einen der Verbrauchernennspannung
entsprechenden Wert zurück. Beim Schließen des ersten Thyristorschalters 5 kehrt
der Netzbetrieb wieder zurück.
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Die Beschädigung eines der Gleichrichter 1, 2 ergibt im Betrieb des
Systems die geringe Störung, daß die Akkumulatorenbatterie 3 gemäß der oben beschriebenen
Weise -ohne Störung des Verbrauchers - nicht schnell aufgeladen werden kann Im Falle
der Beschädigung des ersten Gleichrichters 1 ist keine besondere Maßnahme erforderlich,
weil die ganze Verbraucherbelastung durch den zweiten Gleichrichter 2 übernommen
wird. Im Falle der Beschädigung des zweiten Gleichrichters 2 soll der zweite Thyristorschalter
4 geschlossen werden, damit der erste Gleichrichter 1, neben der Übernahme der Verbraucherbelastung,
auch die
Akkumulatorenbatterie 3 laden kann.
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Mit dem Einsatz eines dritten Gleichrichters 9 und eines dritten Thyristorschalters
10 kann die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit wesentlich erhöht werden. Fig.
2 zeigt hierfür eine Ausführungsvariante, wobei die eine Ausgangsklemme A des dritten
Gleichrichters 9 auch unmittelbar an die eine Verbraucherschiene 7, seine andere
Ausgangsklemme B über den dritten Thyristorschalter 10 an die andere Verbraucherschiene
6 angeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung ist der zweite
Thyristorschalter 4 -abweichend von der Schaltung nach Fig. 1 - zwischen die anderen
Ausgangsklemmen B der Gleichrichter 2 und 9 geschaltet.
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Die Funktion der ersten und zweiten Gleichrichter 1, 2 ist identisch
mit der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Funktion. Der dritte Gleichrichter
9 hat eine Reservefunktion, und wenn irgendein anderer Gleichrichter beschädigt
wird, kann dieser an dessen Stelle eingeschaltet werden.
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Im Falle der Beschädigung des ersten Gleichrichters 1 wird der dritte
Thyristorschalter 10, der übrigens. während des Betriebs immer geöffnet ist, geschlossen,
und hiermit übernimmt der dritte Gleichrichter 9 die Funktion der Verbraucherversorgung
vom ersten Gleichrichter 1. Im Falle der Beschädigung des zweiten Gleichrichters
2 soll der zweite Thyristorschalter 4 geschlossen werden, und hiermit kann der dritte
Gleichrichter 9 den zweiten Gleichrichter 2 restlos ersetzen.
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Es ist einzusehen, daß diese Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung selbst dann die Versorgung des Verbrauchers restlos sicherstellen
kann, wenn einer der Gleichrichter beschädigt wird
Ein weiterbildender
Aspekt der Erfindung ist, daß zu den in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
verwendeten Thyristorschaltern kein auf dem Zwangskommutationsprinzip funktionierender
Löschschaltkreis, der übrigens den Betrieb der gleichströmigen Thyristorschalter
sicherstellt und eben deswegen immer verwendet wird, erforderlich ist. Bei der Ausführungsvariante
nach Fig. 3, bei der der erste und zweite Gleichrichter 1, 2 Steuereingänge 16,
16' aufweist, wird dies dadurch erreicht, daß ein Folgeschalterkreis 11 verwendet
wird, dessen erste Ausgänge 14, 14' an die Eingänge von die Thyristorschalter 4,
5 steuernden Zündstromkreisen und dessen zweite Ausgänge 15, 15' an die Steuereingänge
16, 16' der Gleichrichter 1, 2 angeschlossen sind.
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Im Laufe des Betriebes, wenn z.B. der erste Thyristorschalter 5 geöffnet
werden soll, erteilt der Folgeschalterkreis 11 zuerst über seinen Ausgang 14 einen
Löschbefehl zum Eingang 13 eines den ersten Thyristorschalter 5 steuernden Zündstromkreises
12. Dabei bleibt der erste Thyristorschalter 5 noch unverändert in leitendem, d.h.
in eingeschaltetem Zustand, was durch den durch diesen fließenden Verbrauchergleichstrom
ermöglicht wird. In der nächsten Phase beeinflußt der Folgeschalterkreis 11 über
seinen zweiten Ausgang 15' den Steuereingang 16' des zweiten Gleichrichters 2, so
daß dessen Ausgangsspannung unter den Wert der Verbraucherspannung sinkt. Weil nun
die ganze Stromversorgung des Verbrauchers durch den ersten Gleichrichter 1 übernommen
wird, wird der durch den ersten Thyristorschalter 5 fließende Strom unterbrochen.
Dadurch wird dessen leitender Zustand beendet und er sperrt. Demnach beeinflußt
der Folgeschalterkreiss 11 über den zweiten Ausgang 15' den Steuereingang 16' des
zweiten Gleichrichters 2, so daß dessen Ausgangsspannung unter den Wert der Verbraucherspannung
sinkt. Da die volle Verbraucherversorgung durch den ersten Gleichrichter 1 übernommen
wird, wird
der durch den ersten Thyristorschalter 5 fließende Strom
unterbrochen und so die Leitung unterbrechend kommt der Tyristorschalter 5 in gesperrten
Zustand. Dann - das Verbot des Zündstromkreises unverändert aufrechterhaltendbeendet
der Folgeschakreis 11 die Beeinflussung der Ausgangsspannung des zweiten Gleichrichters
2, die auch bis zur Kippspannung des ersten Thyristorschalters 5 zu erhöhen ist,
ohne daß dieser einschaltet. Der erste Thyristorschalter 5 kann durch die Beendigung
des Verbots des Zündstromkreises 12 eingeschaltet werden.
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Der Betriebsvorgang ist sinngemäß identisch mit dem oben Beschriebenen,
wenn der zweite Thyristorschalter 4 zu schalten ist.
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Der Betriebsvorgang ist auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
2 identisch, wenn der FolgeschRerkreis 11 auf die obige Weise verwendet wird.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, wie aus der
obigen Beschreibung zu ersehen ist, daß - die Verbraucherspannung nur in geringem
Maße zwischen der Nenn- und der Entladungsendspannung schwankt; - die Behandlung
der Batterie (Aufladen, Formieren, usw.) ohne Störung der Verbraucher sichergestellt
ist. Die Aufladung mit erhöhter Spannung ist, außer der Verkürzung der Ladezeit,
für die Lebensdauer der Batterie vorteilhaft; - die verwendeten Thyristorschalter
eine einfachere Konstruktion haben können und eben deswegen zuverlässig sind, weil
keine auf dem Zwangskommutationsprinzip basierenden Löschschaltkreise erforderlich
sind, - die Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lösung neben der Erhaltung
der einfachen Konstruktion sogar bei Beschädigung eines der Gleichrichter einen
vollwertigen Betrieb sicherstellt.
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Kurz umrissen umfaßt die Erfindung eine einfache Schaltungsanordnung
für Gleichstromversorgungssysteme, die mindestens zwei Gleichrichter und eine Akkumulatorenbatterie
aufweist, die aneinander und an einen Verbraucher auf entsprechende Weise durch
Thyristorschalter angeschlossen sind. Die Schaltungsanordnung hat mehrere Vorteile,
nämlich: - die Verbraucherspannung schwankt nur in geringem Maße, - die Batterie
kann ohne Störung des Verbrauchers behandelt werden, - die Thyristorschalter können
eine einfachere Konstruktion haben, - auch in Falle einer Beschädigung der Gleichrichter
kann der vollwertige Betrieb sichergestellt werden.