DE1063266B - Power supply system - Google Patents
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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.The invention relates to a power supply system, particularly amplifier and telephone exchanges Accumulator batteries connected in parallel to the mains rectifiers, which are used in emergency operation, in particular in Power failure, take over the supply of the downstream equipment without interruption.
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.In power supply systems for amplifier offices where the required anode voltage is above Mains rectifier is taken from the alternating current network, the mains rectifier accumulator batteries are known to be connected in parallel, which immediately supplies the downstream equipment in the event of a power failure and take over completely. To keep the battery fully charged and a To achieve a long service life of the same, it must be buffered with a voltage of 2.15 ... 2.2 V per cell will. In the event of a power failure, the battery voltage quickly goes to 2 V per cell and during the Discharge slowly back to 1.8 V per cell.
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.To generate an anode voltage of z. B. 212 V it was usual to use a battery with 115 lead cells should be used, which is kept at 253 V (that is 115-2.2 V) during normal operation. By consumer coal pressure regulator this buffer voltage was reduced from 253 to 212 V. In the event of a power failure, the Battery voltage quickly to 230 V and then slowly back to 216 V during discharge, the Consumer carbon pressure regulator compensate for the drop in voltage. In the event of a further discharge, it could the official voltage is no longer kept constant because of the minimum voltage drop at the coal pressure regulator will. This mode of operation was very uneconomical because, on the one hand, the battery required a higher voltage designed and on the other hand by consumer carbon pressure regulator on the excessively high voltage again the permissible value for the telecommunications equipment had to be reduced. The power supply system worked continuously with low efficiency.
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 StromversorgungsanlageA much more economical solution is obtained if the number of cells in the battery is 115 to 98, whereby the buffer voltage of the battery is made equal to the load voltage. The consumer coal pressure regulators that degrade the efficiency of the power system so much, can then fall away. So that the sensitive amplifier devices also during the feed get the same anode voltage from the battery as with mains operation, it is advisable to use a to provide a regulator-controlled compensation converter, the motor of which is fed by the battery and whose generator is connected upstream of the consumer. During the standstill, the generator, e.g. B. by a contactor, short-circuited. In the event of a power failure, the equalizing converter starts up first, and the Power supply system
Anmelder:Applicant:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 2Siemens & Halske Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, Munich 2, Wittelsbacherplatz 2
x5 Peter Koth, Adolf Müller und Dipl.-Ing. Erich Ganzer, x 5 Peter Koth, Adolf Müller and Dipl.-Ing. Erich Ganzer,
München,
sind als Erfinder genannt wordenMunich,
have been named as inventors
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.The short-circuit of the generator is then canceled. An additional voltage is then generated by the compensation converter each of such polarity and size generated that the load voltage is approximately or remains exactly constant. The compensation converter is normally idle during mains operation; however, e.g. B. by charging, the battery voltage is greater than the consumer voltage, so the compensation converter can also be used to generate a corresponding counter voltage will. By using the equalizing converter, you can achieve a higher level of economy, because on the one hand, in the event of a power failure, the battery can be completely discharged regardless of voltage maintenance and on the other hand, a large voltage drop can be allowed on the supply lines. The latter allows weaker line cross-sections, so that there is a noticeable saving in material.
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 nurThe power supply system with compensation converter described above, however, still has one Disadvantage that affects highly sensitive consumers, e.g. B. in carrier frequency devices, disturbing can affect. When the contactor opens, which normally short-circuits the equalization generator holds, the consumer current is suddenly pushed over the armature of the generator. This erratic A change in current induces a voltage in the armature's inductance which is opposite to the battery voltage is directed. When the contactor contact opens quickly and without sparking, the induction voltage assume a high value and thus significantly reduce the consumer voltage for a short time. Even if only the resulting voltage drop
909 607/172909 607/172
einige Millisekunden andauert, so können doch Verstümmelungen in der Nachrichtenübertragung auftreten. lasts a few milliseconds, corruptions can occur in the message transmission.
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. To avoid this disadvantage, it has already been proposed to have an electric valve in parallel in this way to switch to the armature of the generator that when switching on the equalizing converter as a result of cancellation no induction voltage can arise due to the short circuit. When the contactor contact opens, the consumer current flows then first via the electric valve, which is a dry rectifier element, z. B. a Selenium, germanium or silicon rectifiers can be, and will be with increasing armature voltage, whereby a gradual blocking of the valve occurs, taken over steadily by the armature. Is before opening the Contactor contact the short-circuit current of the generator is less than the consumer current, so is the polarity of the induction voltage is opposite to the battery voltage, and, as explained above, a short voltage dip. If, on the other hand, the short-circuit current of the Generator greater than the consumer current, the induction voltage has the same polarity as the Battery voltage, and there is a brief voltage spike.
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.With this type of construction of the circuit arrangement, the power supply system already works in essentially satisfactory. However, if the special case occurs that such a power supply system is temporarily only loaded with a very small fraction of the normal load, e.g. B. in that a If a large part of the consumer is switched off, a voltage drop can occur when switching over if the setting is unauthorized the setpoint for the voltage regulator has been changed. For example, at very low Load on the battery and improperly low setpoint adjuster of the voltage regulator into the incorrect end position can be controlled, which leads to a break-in when the contactor contact opens in the valve circuit can result in consumer voltage.
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.To completely avoid voltage dips and voltage peaks in the consumer voltage during the switchover are therefore, according to the invention, in the supply line from the generator to the consumer and / or in the armature circuit of the DC generator short-circuited during normal operation one or more measuring resistors or relays switched on, of which the one for the control of the equalizing converter for regulating to constant consumer voltage during emergency operation until the short circuit is removed, is controlled in such a way that the over the short-circuit contact conducted by a consumer current supplied by the generator of the same size, but opposing current is compensated. The short-circuit contact is in this type of Arrangement open with a delay in the event of a power failure. It is advantageous that the already existing and required Controller is used for another control function. Furthermore, the parallel connection is not necessary an electric valve for short-circuit contact. The switchover to emergency operation also takes place then without voltage drop or without voltage increase at the moment the short-circuit is removed This is when a large number of consumers are switched off and when the setpoint for the Voltage regulator has been changed without authorization.
Lediglich während der Zeit vom Netzausfall bis zur Ausregelung durch den Ausgleichgenerator tritt eineOnly during the time from the power failure until the compensation generator is compensated for it does it occur
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.slight drop in battery voltage. This lowering can still be done in a manner known per se by using a second battery, from which the compensation converter and any other existing ones Start up machines, largely mitigated.
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.The regulator that is already available for voltage regulation is thus activated when an emergency operation occurs initially used to set the current in the generator armature to the value of the consumer current and thus regulating the current through the short-circuit contact towards zero. During the subsequent, delayed opening of the short-circuit contact can so no or almost no current change in the armature inductance and so that no or almost no voltage change occurs. An auxiliary contact of the short-circuit contactor switches the controller to constant voltage control of the consumer voltage. That has the other The advantage that if the short-circuit contactor fails, the short-circuit current is always set to the value of the Consumer current is regulated and the converter is thus protected from overload.
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.In a further embodiment of the invention, in a power supply system in which the armature of the Generator is switched on in the supply line from the battery to the consumer, a measuring resistor or a relay winding in series with the armature of the generator and a second measuring resistor or another Relay winding placed in series with the consumer. As a result, the regulation can be known per se Way to build on an equivalent stress method. It is also possible to have only one measuring resistor or only one relay winding in series with the short-circuit contact can be provided. In this case the Control is also based on a differential voltage method in a manner known per se.
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.Either mechanical controllers or magnetic controllers, so-called Magnetic amplifier, can be used. The mechanical regulator is mostly used via intermediary Control relay. When using magnetic regulators, it is advisable for small consumer currents to to use their control windings directly as measuring resistors.
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.Furthermore, you can train the power supply system so that the short-circuit contact of the compensation generator is canceled depending on the currentlessness of the short circuit. To an increased To avoid stress on the insulation of the collector and armature, it is advantageous to use the equalization generator automatic two-pole disconnection after closing the contactor.
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.The invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 1 and 3 to 5 explained. Fig. 2 shows the course of the without application of the invention when opening the short-circuit contact occurring induction voltage.
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 soIn an arrangement according to FIG. 1, the buffer charging rectifier 1 holds the Battery 2 on trickle charge. In the connection line between battery 2 and consumer 8 are the armature 3 of the generator 4 of a direct current-direct current equalizing converter 3, 4j 6 and the measuring resistors 10 and 11 switched on. During mains operation, the armature 3 of the generator 3, 4 is at a standstill. Contactor contact 7 short-circuits the series connection of armature 3 and measuring resistor 10. By not shown Means are taken to ensure that the compensation converter 3 <j 4, 6 starts up in the event of a power failure. The excitement of the generator 3, 4 takes place via the excitation winding 4, the controller 5 controlling the excitation current in this way
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