DE1063266B - Stromversorgungsanlage - Google Patents

Description

DieErfindung betrifft eine Stromversorgungsanlage, insbesondere Verstärker- und Fernsprechämter, mit den Netzgleichrichtern parallel geschalteten Akkumulatorenbatterien, die bei Notbetrieb, insbesondere 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 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 schnell 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 V 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 schnell auf 230 V und dann langsam während der Entladung auf 216 V zurück, wobei die Verbraucher-Kohledruckregler den Spannungsrückgang ausglichen. Bei einer weiteren Entladung konnte die Amtsspannung wegen des Mindestspannungsabfalls am Kohledruckregler nicht mehr konstant gehalten werden. Diese Betriebsweise war 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 PufEerspannung der Batterie gleich der Verbraucherspannung gemacht wird. Die 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 über einen Regler gesteuerten Ausgleichumformer vorzusehen, dessen Motor von der Batterie gespeist wird und dessen Generator dem Verbraucher vorgeschaltet ist. Während des Stillstandes ist der Generator, z. B. durch ein Schaltschütz, kurzgeschlossen. Bei Netzausfall läuft zunächst der Ausgleichumformer an, und der Stromversorgungsanlage

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 2

^x5 Peter Koth, Adolf Müller und Dipl.-Ing. Erich Ganzer,

München,
sind als Erfinder genannt worden

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

Die vorstehend beschriebene Stromversorgungsanlage mit Ausgleichumformer weist jedoch noch einen Nachteil auf, der sich auf hochempfindliche Verbraucher, z. B. bei Trägerfrequenzeinrichtungen, störend auswirken kann. Beim öffnen des Schützkontaktes, der den Ausgleichgenerator normalerweise kurzgeschlossen hält, wird der Verbraucherstrom plötzlich über den Anker des Generators gedrängt. Diese sprunghafte Stromänderung induziert in der Induktivität des Ankers eine Spannung, 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

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einige Millisekunden andauert, so können doch Verstümmelungen in der Nachrichtenübertragung auftreten.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist bereits vorgeschlagen worden, ein elektrisches Ventil derart parallel zum Anker des Generators zu schalten, daß beim Einschalten des Ausgleichumformers infolge Aufheben des Kurzschlusses keine Induktionsspannung entstehen kann. Beim öffnen des Schützkontaktes fließt der Verbraucherstrom dann zunächst über das elektrische Ventil, das ein Trockengleichrichterelement, z. B. ein Selen-, Germanium- oder Siliziumgleichrichter 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 Kurzschluß strom 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 Kurzschluß strom des Generators größer als der Verbraucherstrom, so hat die Induktionsspannung die gleiche Polarität wie die Batteriespannung, und es entsteht eine kurze Spannungsspitze.

Bei dieser Art der Ausbildung der Schaltungsanordnung arbeitet die Stromversorgungsanlage bereits im wesentlichen zufriedenstellend. Tritt jedoch der Sonderfall auf, daß eine derartige Stromversorgungsanlage zeitweilig nur mit einem sehr kleinen Bruchteil der Normallast belastet ist, z. B. dadurch, daß ein großer Teil der Verbraucher abgeschaltet wird, so kann bei der Umschaltung dann noch ein Spannungseinbruch auftreten, wenn in unbefugter Weise die Einstellung des Sollwertes für den Spannungsregler geändert wurde. Zum Beispiel kann bei sehr geringer Belastung der Batterie und unsachgemäß tief eingestelltem Sollwertsteller der Spannungsregler in die falsche Endlage gesteuert werden, was beim öffnen des Schützkontaktes im Ventilkreis zu einem Einbruch in der Verbraucherspannung führen kann.

Zur vollständigen Vermeidung von Spannungseinbrüchen und Spannungsspitzen in der Verbraucherspannung während der Umschaltung werden daher gemäß der Erfindung in die Zuleitung vom Generator zum Verbraucher und/oder in den Ankerstromkreis des im Normalbetrieb kurzgeschlossenen Gleichstromgenerators ein oder mehrere Meßwiderstände bzw. Relais eingeschaltet, von denen aus der für die Steuerung des Ausgleichumformers zur Regelung auf konstante Verbraucherspannung vorgesehene Regler während des Notbetriebes so lange, bis der Kurzschluß aufgehoben ist, derart gesteuert wird, daß der über den Kurzschlußkontakt geleitete Verbraucherstrom durch einen vom Generator gelieferten, gleich großen, aber entgegengesetzt gerichteten Strom kompensiert wird. Der Kurzschlußkontakt wird bei dieser Art der Anordnung bei Netzausfall verzögert geöffnet. Vorteilhaft ist, daß der ohnehin schon vorhandene und erforderliche Regler für eine weitere Regelfunktion ausgenutzt wird. Ferner erübrigt sich die Parallelschaltung eines elektrischen Ventils zum Kurzschlußkontakt. Die Umschaltung auf Notbetrieb erfolgt auch dann ohne Spannungseinbruch bzw. ohne Spannungserhöhung im Moment der Aufhebung des Kurzschlus- ses, wenn ein sehr großer Teil der Verbraucher abgeschaltet ist und wenn gleichzeitig der Sollwert für den Spannungsregler unbefugterweise geändert wurde.

Lediglich während der Zeit vom Netzausfall bis zur Ausregelung durch den Ausgleichgenerator tritt eine

geringe Absenkung der Batteriespannung auf. Diese Absenkung kann noch in an sich bekannter Weise durch Verwendung einer zweiten Batterie, aus der der Ausgleichumformer und eventuell vorhandene weitere Maschinen anlaufen, weitgehend gemildert werden.

Der zur Spannungsregelung bereits vorhandene Regler wird also beim Eintreten eines Notbetriebsfalles zunächst benutzt, um den Strom im Anker des Generators auf den Wert des Verbraucherstromes und somit den Strom über den Kurzschlußkontakt gegen Null zu regeln. Beim nachfolgenden, verzögerten öffnen des Kurzschlußkontaktes kann so keine oder nahezu keine Stromänderung in der Ankerinduktivität und damit keine oder nahezu keine Spannungsänderung auftreten. Ein Hilfskontakt des Kurzschlußschützes schaltet den Regler auf Konstant-Spannungsregelung der Verbraucherspannung um. Das hat den weiteren Vorteil, daß bei einem Versagen des Kurzschluß Schützes der Kurzschlußstrom immer auf den Wert des Verbraucherstromes geregelt und der Umformer somit vor Überlastung geschützt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer Stromversorgungsanlage, bei der der Anker des Generators in die Zuleitung von der Batterie zum Verbraucher eingeschaltet ist, ein Meßwiderstand bzw. eine Relaiswicklung in Serie mit dem Anker des Generators und ein zweiter Meßwiderstand bzw. eine weitere Relaiswicklung in Reihe mit dem Verbraucher gelegt. Dadurch läßt sich die Regelung in an sich bekannter Weise auf einer Vergleichsspannungsmethode aufbauen. Es kann auch nur ein Meßwiderstand bzw. nur eine Relaiswicklung in Serie mit dem Kurzschlußkontakt vorgesehen werden. In diesem Falle wird die Regelung ebenfalls in an sich bekannter Weise auf einer Differenzspannungsmethode aufgebaut.

Für die Regelung können entweder mechanische Regler oder auch magnetische Regler, sogenannte Magnetverstärker, verwendet werden. Die mechanischen Regler wird man meist über zwischengeschaltete Relais steuern. Bei Verwendung von magnetischen Reglern ist es bei kleinen Verbraucherströmen zweckmäßig, deren Steuerwicklungen direkt als Meßwiderstände zu verwenden.

Weiterhin kann man die Stromversorgungsanlage so ausbilden, daß der Kurzschlußkontakt des Ausgleichgenerators in Abhängigkeit von der Stromlosigkeit des Kurzschlußkreises aufgehoben wird. Um eine erhöhte Beanspruchung der Isolation von Kollektor und Anker zu vermeiden, ist es vorteilhaft, den Ausgleichgenerator nach dem Schließen des Schaltschützes automatisch zweipolig abzuschalten.

Die Erfindung wird an Hand der in den Fig. 1 und 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 2 zeigt den Verlauf der ohne Anwendung der Erfindung beim Öffnen des Kurzschlußkontaktes auftretenden Induktionsspannung.

Bei einer Anordnung nach Fig. 1 hält der PufFerLadegleichrichter 1 während des Netzbetriebes die Batterie 2 auf Erhaltungsladung. In die Verbindungsleitung zwischen Batterie 2 und Verbraucher 8 sind der Anker 3 des Generators 4 eines Gleichstrom-Gleichstrom-Ausgleichumformers 3, 4j 6 und die Meßwiderstände 10 und 11 eingeschaltet. Bei Netzbetrieb steht der Anker 3 des Generators 3, 4 still. Schützkontakt 7 schließt die Reihenschaltung von Anker 3 und Meßwiderstand 10 kurz. Durch nicht dargestellte Mittel wird dafür Sorge getragen, daß der Ausgleichumformer 3<j 4, 6 bei Netzausfall anläuft. Die Erregung des Generators 3, 4 erfolgt über die Erregerwicklung 4, wobei der Regler 5 den Erregerstrom so

Claims (7)

einstellt, daß der im Anker 3 des Generators 3, 4 fließende Strom gleich oder nahezu gleich dem Strom im Verbraucher8 wird. Zum Stromvergleich werden der Ankerstrom und der Verbraucherstrom oder an den Meß widerständen 10 und 11 abgegriffene Teilströme über die Wicklungen des polarisierten Relais oder Kontaktvoltmeters 9 geführt. Der Kontakt des polarisierten Relais oder Kontaktvoltmeters 9 steuert dabei den Regler 5. Wenn nun der Strom im Anker 3 auf den gleichen Wert wie der Strom im Verbraueher 8 eingeregelt ist, ist auch der Strom über den Kurzschlußkontakt 7 zu Null oder nahezu Null geworden. Dieser wird nun durch nicht dargestellte Mittel selbsttätig geöffnet, ohne daß eine merkliche Spannungsänderung auftritt. Gleichzeitig schließt im Regler 5 ein nicht dargestellter Hilfskontakt des Kurzschluß schützes und schaltet den Regler auf Spannungsregelung um. Der Regler stellt den Erregerstrom nunmehr so ein, daß die vom Generator 3, 4 erzeugte Ausgleichspannung die Batteriespannung auf einen konstanten Ausgangswert ergänzt, unabhängig davon, ob die Batterie 2 entladen oder geladen wird. Im Ausführungsbeispiel Fig. 3 werden nicht Ankerstrom und Verbraucherstrom miteinander verglichen, sondern die magnetische Kraft des Stromes über den Schützkontakt 7 oder eines am Meßwiderstand 12 abgegriffenen Teilstromes wird im polarisierten Relais oder Kontaktvoltmeter 13 mit einer Federkraft verglichen. Bei geeigneter Federkrafteinstellung, z. B. polarisiertes Relais oder Kontaktvoltmeter mit Nullstellung, wird der Regler 5 wieder so gesteuert, daß der Strom über den Schützkontakt 7 gegen Null geht. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 werden Ankerstrom und Verbraucherstrom oder die an den Meßwiderständen 10 und 11 abgegriffenen Teilströme in den Steuerwicklungen eines magnetischen Reglers 14 miteinander verglichen. Damit der Generator 3 seine Polarität ändern kann, besitzt er zwei Erregerwicklungen 15, 16, die von dem magnetischen Regler in Gegentakt gesteuert werden. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird schließlich der Strom über den Kurzschlußkontakt 7 oder der am Meßwiderstand 12 abgegriffene Teilstrom über eine Steuerwicklung eines magnetischen Reglers 14 geführt. Die magnetische Wirkung dieses Stromes wird im Regler mit einer nicht dargestellten Konstantmagnetisierung verglichen. Damit der Generator seine Polarität ändern kann, besitzt er eine Erregerwicklung 15., in der ein aus der Batterie- oder Verbraucherspannung abgeleiteter Erregerstrom fließt, und eine Erregerwicklung 16, die in entgegengesetzter Richtung vom Ausgangsstrom des magnetischen Reglers durchflossen wird. Die zur Speisung des magnetischen Reglers erforderliche Wechselspannung wird dem Anker des Motors 6 über Schleifringe entnommen. Patentansprüche:

1. Stromversorgungsanlage, insbesondere für Verstärkerämter, mit den Netzgleichrichtern parallel geschalteten Akkumulatorenbatterien, die bei

Notbetrieb, insbesondere bei Netzausfall, die Speisung der nachgeschalteten Einrichtungen unterbrechungslos übernehmen und bei der durch einen über einen Regler gesteuerten Gleichstrom-Gleichstrom-Ausgleichumformer, 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 in die Zuleitung vom Generator zum Verbraucher und/oder in den Kurzschlußkreis des Generators ein oder mehrere Meßwiderstände bzw. Relais eingeschaltet sind, von denen aus der für die Steuerung des Ausgleichumformers zur Regelung auf konstante Verbraucherspannung vorgesehene Regler während des Notbetriebes so lange, bis der Kurzschluß aufgehoben ist, derart gesteuert wird, daß der über den Kurzschlußkontakt geleitete Verbraucherstrom durch einen vom Generator gelieferten, gleich großen, aber entgegengesetzt gerichteten Strom kompensiert wird.

2. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, bei der der Anker des Generators in die Zuleitung von der Batterie zum Verbraucher eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßwiderstand (10) bzw. eine Relais wicklung in Serie mit dem Anker (3) des Generators (3, 4) und ein zweiter Meßwiderstand (11) bzw. eine weitere Relaiswicklung in Reihe mit dem Verbraucher (8) liegt (Fig. 1).

3. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, bei der der Anker des Generators in die Zuleitung von der Batterie zum Verbraucher eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Meßwiderstand (12) vorgesehen ist und daß dieser Meßwiderstand (12) bzw. eine Relaiswicklung in Serie mit dem Kurzschlußkontakt (7) liegt (Fig. 3).

4. Stromversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwicklungen eines magnetischen Reglers (14) direkt als Meßwiderstände (10, 11 bzw. 12) dienen (Fig. 4 und 5).

5. Stromversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung, daß der für den Ausgleichgenerator vorgesehene Kurzschlußkontakt in Abhängigkeit von der Stromlosigkeit des Kurzschlußkreises geöffnet wird.

6. Stromversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung, daß der Ausgleichgenerator nach dem Schließen des Kurzschlußkontaktes selbsttätig zweipolig abgeschaltet wird.

7. Stromversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umschaltung der Steuerung des Reglers ein Hilfskontakt des den Kurzschluß bewirkenden Schaltschützes benutzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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