DE1021948B

DE1021948B - Stromversorgungsanlage

Info

Publication number: DE1021948B
Application number: DES48202A
Authority: DE
Inventors: Karl Saubert
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-03-29
Filing date: 1956-03-29
Publication date: 1958-01-02

Description

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Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsanlage, insbesondere für Verstärker- und Fernsprechämter, mit den Netzgleichrichtern parallel geschalteten Akkumulatorenbatterien, die bei Netzausfall die Speisung der nachgeschalteten Einrichtungen unterbrechungslos übernehmen.

Bei Stromversorgungsanlagen für Verstärkerämter, bei denen die erforderliche Anodenspannung über Netzgleichrichter dem Wechselstromnetz entnommen wird, ist es bekannt, den Netzgleichrichtern Akkumulatorenbatterien parallel zu schalten, die bei Netzausfall die Speisung der nachgeschalteten Einrichtungen sofort und lückenlos übernehmen. Um den vollen Füllungsgrad der Batterie aufrechtzuerhalten und eine lange Lebensdauer derselben zu erzielen, muß diese mit einer Spannung von 2,15 ... 2,2 V je Zelle gepuffert werden. Bei Netzausfall geht nun die Batteriespannung sofort auf 2 V je Zelle und während der Entladung langsam auf 1,8 V je Zelle zurück.

Zur Erzeugung einer Anodenspannung von z. B. 212 \^r war es bisher üblich, eine Batterie mit 115 Bleizellen zu verwenden, die im Normalbetrieb auf 253 V (das ist 115 · 2,2 V) gehalten wird. Durch Verbraucher-Kohledruckregler wurde diese Pufferspannung von 253 auf 212 V herabgesetzt. Bei Netzausfall ging die Batteriespannung sofort auf 230 V und dann langsam während der Entladung auf 216 V zurück, wobei die Verbraucher-Kohledruckregler den Spannungsrückgang ausgleichen. Diese Betriebsweise ist sehr unwirtschaftlich, da einerseits die Batterie für eine höhere Spannung ausgelegt und andererseits durch Verbraucher-Kohledruckregler die zu hohe Spannung wieder auf den für die Fernmeldeeinrichtungen zulässigen Wert herabgesetzt werden mußte. Die Stromversorgungsanlage arbeitete dauernd mit geringem Wirkungsgrad.

Eine wesentlich wirtschaftlichere Lösung erhält man, wenn man die Zellenzahl der Batterie von 115 auf 98 herabsetzt, wobei die Pufferspannung der Batterie gleich der Verbraucherspannung gemacht wird. Die 4" Verbraucher-Kohledruckregler, die den Wirkungsgrad der Stromversorgungsanlage so sehr verschlechtern, können dann fortfallen. Damit die empfindlichen Verstärkereinrichtungen auch während der Speisung aus der Batterie dieselbe Anodenspannung wie bei Netzbetrieb erhalten, ist es zweckmäßig, einen Ausgleichsumformer vorzusehen, dessen Motor von der Batterie gespeist wird und dessen Generator zwischen Batterie und Verbraucher geschaltet ist. Während des Stillstandes ist der Generator, ζ. B. durch ein Schaltschütz, kurzgeschlossen. Bei Netzausfall läuft der Ausgleichsumformer an, und der Kurzschluß des Generators wird aufgehoben. Durch den Ausgleichsumformer wird dann eine Zusatzspannung von jeweils solcher Stromver s orgungs anlage

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Karl Saubert, München,
ist als Erfinder genannt worden

Polarität und Größe erzeugt, daß die Verbraucherspannung annähernd oder genau konstant bleibt. Während des Netzbetriebes steht der Ausgleichsumformer normalerweise still, wird jedoch z. B. durch einen Ladevorgang die Batteriespannung größer als die Verbraucherspannung, so kann der Ausgleichsumformer auch zur Erzeugung einer entsprechenden Gegenspannung herangezogen werden. Durch Verwendung des Ausgleichsumformers kann man eine höhere Wirtschaftlichkeit erzielen, da einerseits bei Netzausfall die Batterie ohne Rücksicht auf Spannungshaltung tiefer entladen werden kann und andererseits ein großer Spannungsabfall auf den Zuführungsleitungen zugelassen werden kann. Letzteres erlaubt schwächere Leitungsquerschnitte, so daß sich eine erhebliche Einsparung an Material ergibt.

Die vorstehend beschriebene Stromversorgungsanlage mit Ausgleichsumformer weist jedoch noch einen Nachteil auf, der sich auf hochempfindliche Verbraucher, z. B. bei Trägerfrequenzeinrichtungen, störend auswirken kann. Beim Öffnen des Schützkontaktes der den Ausgleichsgenerator normalerweise kurzgeschlossen hält, fließt der Verbraucherstrom zwangsweise über den Anker des Generators. Der plötzlich durch den Anker fließende Strom erzeugt wegen der Induktivität des Ankers eine Induktionsspannung, die der Batteriespannung entgegengesetzt gerichtet ist. Beim schnellen, funkenfreien Öffnen des Schützkontaktes kann die Induktionsspannung einen hohen Wert annehmen und damit die Verbraucherspannung kurzzeitig erheblich herabsetzen. Wenn auch der entstehende Spannungseinbruch nur einige Millisekunden andauert, so können doch Verstümmelungen in der Nachrichtenübertragung auftreten.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles wird gemäß der Erfindung ein elektrisches Ventil derart parallel zum

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Anker des Generators geschaltet, daß die beim Einschalten des Ausgleichsumformers infolge Aufhebens des Kurzschlusses des Generators entstehende Induktionsspannung keine Spannungsänderung der Verbraucherspannung hervorrufen kann. Beim öffnen des Schützkontaktes fließt der Verbraucherstrom dann zunächst über das elektrische Ventil, das ein Trockengleichrichterelement, z. B. ein Selen-, Germaniumoder Silizium-Gleichrichter sein kann, und wird mit steigender Ankerspannung, wobei eine allmähliche Sperrung des Ventils eintritt, stetig von dem Anker übernommen. Ist vor dem Öffnen des Schützkontaktes der Kurzschlußstrom des Generators kleiner als der Verbraucherstrom, so ist die Polarität der Induktionsspannung entgegengesetzt der Batteriespannung, und es erfolgt, wie vorstehend erläutert, ein kurzer Spannungseinbruch. Ist dagegen vor dem Öffnen des Schützkontaktes der Kurzschlußstrom des Generators größer als der Verbraucherstrom, so hat die Induktionsspannung die gleiche Polarität wie die Batteriespannung, und es entsteht eine kurze Spannungsspitze. Im ersten Fall wird daher der den Generator kurzschließende Schützkontakt zweckmäßig unverzögert, im zweiten Fall verzögert geöffnet.

Die Erfindung wird an Hand der in den Fig. 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 2 zeigt den Verlauf der auftretenden Induktionsspannung.

Bei einer Anordnung nach Fig. 1 hält der Puffergleichrichter 1 während des Netzbetriebes die Batterie 2 auf Erhaltungsladung. In die Verbindungsleitung zwischen Batterie 2 und Verbraucher 8 ist der Anker 3 des Generators 3, 4 eines Ausgleichsumformers 3, 4, 6 eingeschaltet. Bei Netzbetrieb steht der Anker 3 des Generators 3, 4 still und wird durch den Schützkontakt 7 kurzgeschlossen. Durch nicht dargestellte Mittel wird dafür Sorge getragen, daß der Ausgleichsumformer 3, 4, 6 bei Netzausfall anläuft und der Schützkontakt 7 öffnet. Die Erregung des Generators 3. 4 erfolgt durch die Erregerwicklung 4, wobei ein ebenfalls nicht dargestellter Spannungsregler über die Klemme 5 den Erregerstrom so einstellt, daß die vom Generator 3, 4 erzeugte Zusatzspannung die zurückgehende Batteriespannung auf einen konstanten Ausgangswert ergänzt. Der Generator 3,4 wird durch den Gleichstrommotor 6 angetrieben. Beim öffnen des Schützkontaktes 7 würde nun an dem Anker 3 eine Induktionsspannung entstehen, deren Verlauf in Fig. 2 dargestellt ist und deren Polarität durch die in Fig. 1 in Klammern gesetzten Vorzeichen gegeben ist. Nun liegt aber parallel zum Anker 3 des Ausgleichsgenerators das A^rentil 9, das die Entstehung der schädlichen Induktionsspannung verhindert. Die vom Generator 3, 4 durch den Erregerstrom erzeugte Zusatzspannung hat die entgegengesetzte Polarität (Vorzeichen in Fig. 1 ohne Klammern), wodurch das Ventil 9 in Sperrichtung beansprucht wird und die Entstehung der Zusatzspannung nicht behindert.

Wird der Puffergleichrichter 1 durch Umschalten auch zum Laden der Batterie 2 verwendet, so kann die Batteriespannung größer als die Verbraucherspannung werden. Der Ausgleichsumformer 3, 4, 6 bleibt dann weiter in Betrieb, und sein Generator 3, 4 wird zur Lieferung einer Gegenspannung verwendet. Damit ist die Polarität am Anker 3 geändert, und das Ventil 9 würde nun störend wirken. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird daher in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in Reihe mit dem Ventil 9 ein Schützkontakt 10 angeordnet, der das Ventil 9 spätestens bei Spannungsumkehr des Generators 3, 4 abschaltet. In bestimmten Fällen kann es sogar vorteilhaft sein, das elektrische Ventil durch ein Wendeschütz umzupolen (z. B. bei Ladung der Batterie, ohne daß vorher durch Netzausfall eine Entladung erfolgte).

Claims

P A T E N T A N S P R Ü CHE:

1. Stromversorgungsanlage, insbesondere für Verstärkerämter mit den Netzgleichrichtern parallel geschalteten Akkumulatorenbatterien, die bei Netzausfall die Speisung der nachgeschalteten Einrichtungen unterbrechungslos übernehmen und bei der durch einen Ausgleichsumformer, dessen Motor von der Batterie gespeist wird und dessen Generator, der während des Stillstandes, z. B. durch ein Schaltschütz, kurzgeschlossen ist, zwischen Batterie und Verbraucher geschaltet ist, eine Zusatzspannung von jeweils solcher Polarität und Größe erzeugt wird, daß die Verbraucherspannung annähernd oder genau konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Ventil derart parallel zum Anker des Generators geschaltet ist, daß die beim Einschalten des Ausgleichumformers infolge Aufhebens des Kurzschlusses des Generators entstehende Induktionsspannung keine Spannungsänderung der Verbraucherspannung hervorrufen kann.

2. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisches Ventil ein Trockengleichrichterelement, z. B. ein Selen-, Germanium- oder Silizium-Gleichrichter verwendet ist.

3. Stromversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Ventil derart parallel zum Generator geschaltet ist, daß es abgeschaltet bzw. umgepolt werden kann.

4. Stromversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung und/oder Steuerung des den Kurzschluß des Generators bewirkenden Schaltschütz, daß der Kurzschluß unverzögert aufgehoben wird, wenn der Kurzschlußstrom des Generators vor dem Öffnen des Schützkontaktes kleiner als der Verbraucherstrom ist.

5. Stromversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung und/oder Steuerung des den Kurzschluß des Generators bewirkenden Schaltschütz, daß der Kurzschluß \^rerzögert aufgehoben wird, wenn der Kurzschlußstrom des Generators vor dem Öffnen des Schützkontaktes größer als der Verbraucherstrom ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen