DE3043760A1

DE3043760A1 - Ladungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3043760A1
Application number: DE19803043760
Authority: DE
Inventors: Holger Värnamo Norlyk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-12-28
Filing date: 1980-11-20
Publication date: 1981-09-10
Also published as: GB2066595A; GB2066595B; DK548780A; NO151264C; NO151264B; SE417040B; FI68743C; FI803839L; NO803455L; FI68743B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf eine Ladungsvorrichtung, die vorzugsweise, jedooh nicht aussehliesslich* zur Ladung von ortsfesten Akkumulatoren vorgesehen ist, beispielsweise zur Anwendung in Notbeleuchtungsanlagen oder dergleichchen und die mit einem kapazitiven Strombegrenzer in Reihenschaltung mit der Primärwicklung an dem Transformator versehen ist, durch dessen Sekundärwicklung und einem Gleichrichterkreis der Akkumulator seinen Ladungsstrom erhält.

Bei Ladung von Akkumulatoren verschiedener Art wird eine Anordnung zur Steuerung des Ladungsstromes während des Ladungsverlaufes benötigt, da die Polspannung während diesem stark variiert und der Ladungsstrom also ohne Steuerung zu Beginn des LadungsVerlaufes leicht allzu grosse Werte annehmen könnte. In vielen Situationen können Eigenschaften der Ladungsvorrichtung wie physische Grosse, Effektverlust, Wärmeentwicklung, Haltbarkeit oder Gewicht im grossen und ganzen als bedeutungslos angesehen werden. Dies kann beispielsweise bei solchen Ladevorrichtungen als der Fall angesehen werden, die nur zur zufälligen Aufladung von Autobatterien vorgesehen sind. Für Ladungsvorrichtungen der einleitend angedeuteten Art gilt dagegen beinahe immer, dass sie in enge Räume eingebaut werden sollen, die ausserdem schwer zu kühlen sein können und dass sie permanent an das Netz angeschlossen sind. Dies bedeutet, dass die physischen Masse so klein wie möglich sein müssen, dass der Effektverlust und damit auch die Wärmeentwicklung im grossen und ganzen gleich Null und dass die Haltbarkeit hinlänglich gross sein muss.

Was die Gestaltung der Steuervorrichtung der Ladevorrichtung anbelangt, praktisch ein Strombegrenzer zur Begrenzung der Grosse des Ladungsstromes zu Beginn des Ladungsverlaufs, ist man bisher auf eine resistive oder induktive Strombegrenzung im Primärkreis des Netztransformators oder auf eine resistive, kapazitive oder induktive Strombegrenzung im Sekundärkreis des Transformators angewiesen gewesen. Eine kapazitive Strombegrenzung im Primärkreis des Transformators hat man bisher nicht anwenden können, da es bei gewissen Betriebszuständen, vor

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allen Dingen beim Leerlauf, wegen Induktanz der Primärwicklung zur Reihenschalturigsresünartz- gekommen ist.

Bei einer Strombegrenzung im SekundärJcreis des Transformators muss der Transformator für die Summe der VA-Zahl (Volt-Ampere-Zahl) dimensionierE werden, die für die eigentliche Ladungs-funkr tion dimensionierend ist, und die VA-Zahl, die für die Steuerfunktion dimensionierend ist, in der Regel die doppelte VA-Zahl, die für die Ladungsfunkt ion galt. Natürlich wird bei einer solchen Konstruktion der Transformator grosser und auch die Wärmeentwicklung schwerer, als wenn der Strombegrenzer im Primärkreis angebracht wäre. Ausserdem gilt, falls der Strombegrenzer kapazitiver Art ist, dass aus praktischen Gründen Elektrolytkondensatoren benutzt werden müssen, wobei diese Elektrolytkondensatoren einen grossen Eigenverbrauch aufweisen, mit der Zeit die Kapazitanz ändern und keine hohe Umgebungstemperatur vertragen.

Die Anbringung des Strombegrenzers im Primärkreis ist an und für sich vorteilhaft, es gilt aber, dass sowohl die resistive als auch die induktive Strombegrenzung grössere Verluste aufweisen, als es eine kapazitive gehabt hätte, falls sie ohne Komplikationen benutzt werden könnte.

Die vorliegende Erfindung bezweckt daher die Zustandebringung einer Ladevorrichtung der vorstehend angedeuteten Art, die so gestaltet ist, dass ohne das Risiko einer Reihenschaltungsresonanz und nachfolgender, schädlicher Strombelastung eine kapazitive Strombegrenzung im Primärkreis des Netztransformators zur Anwendung kommen kann.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass eine Ladungsvorrichtung der einleitend angegebenen Art dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Begrenzung des Ladungsstromes ein Kondensator mit Reihenschaltung an die Primärwicklung des Netztransformators angeschlossen ist, wobei ebenfalls in Reihenschaltung mit dieser, ein Schutzkreis angeordnet ist, der zur Verhinderung von schädlichen Stromtransienten zwischen einem Zustand mit niedriger und einem mit hoher Leitungsresistanz

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überführbar ist,dass in Reihenschaltung mit der Sekundärwicklung des Netztransformators ein Steuernetz angeschlossen ist, das dazu dient, den Schutskreis zum Zustand mit niedriger Leitungsresistanz zu überführen, wenn ein vorausbestimmter LadungsstroTn durch die Sekundärwicklung überschritten wird.

Für eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung gilt erfindungsgemäss, dass der Schutzkreis einen Transistor umfasst, der in durchgeschaltetem Zustand den Schutzkreis in seinem Zustand mit niedriger Leitungsresistanz durch Kollektor-Emitter wesentlich kurzschliesst und der durch Kollektor-Emitter und Basis-Emitter in nicht durchgeschaltetem Zustand Strom durch den Schutzkreis in dessen Zusta-nd mit hoher Resistanz leitet , wobei das Steuernetz Verbindung mit Basis und Emitter des Transistors hat.

Ferner gilt es erfindungsgemäss als zweckmässLg, dass das Steuernetz einen zweiten Transformator hat, dessen Primärwicklung in Reihenschaltung mit der Sekundärwicklung des Netztransformators und der Gleiehrichteranordnung verbunden ist, während seine Sekundärwicklung durch einen Gleichrichterkreis an Basis und Emitter des Transistors angeschlossen ibt..

Die Erfindung eoll nachstehend durch ein Ausf ührurigsbeispiel, das auf dem anliegenden Schaltschema der Ladungsvorrichtung erläutert wird, genauer bonchrieben werden.

Die Ladungsvorrichtung umfasst in üblicher Weise einen Netztransformator mit Primärwicklung Ll, Kern Kl und Sekundärwicklung L2 · Die Primärwicklung ibt durvh einen Kondensator Cl an Netzanschluss R angeschlossen, wobei der Kondensator dazu dient, den Strom zu Beginn des Ladungsvorganges so zu begrenzen, dass der Akkumulator oder die zur Ladungsvorrichtung gehörenden Komponenten nicht von zu groosen Strömen beschädigt werden. Das andere Ende der Primärwicklung des Netstransformators ist durch einen Schutzkreis SK an den zweiten Netzanschluss M angeschlossen. Sekundärwicklung L2 am Ne t ζ trans forma tor· ist durch einen Gleichrichterkreis, der hauptsächlich aus den vier Dioden DlO, DIl, D12 und D13 besteht, mit Akkumulator B verbunden, der geladen

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werden soll. Der Gloiehrichterkreis umfasst auch andere Komponenten, deren Zweck nachstehend noch erklärt" werden soll.

Speziell beim Leerlauf würden wegen Kondensator Cl und der Induktanz in der Primärwicklung Ll des Netztransformators Resonanzphänomene entstehen, die sehr grosse Ströme verursachen würden, die die Ladungsvorrichtung beschädigen könnten. Zur Verhinderung einer solchen schädlichen Strombelastung ist in Reihenschaltung mit der Primärwicklung des Netztransformators der Schutzkreis SK angeordnet, dessen Hauptkomponente Transistor Tl und die Dioden Dl, D2, D3, D4 und D5 sowie die Resistanzen Rl und R2 sind.

Zur Steuerung des Schutzkreises ist in Reihenschaltung mit der Sekundärwicklung L2 des Netztransformators und Gleichrichterkreis D10-D13 ein Steuernetz ST eingeschaltet, das einen Transformator mit Primärwicklung L3, Kern K2 und Sekundärwicklung L4 umfasst, wobei Wicklung L3 von dem Strom durchflossen wird, der von der Sekundärwicklung L2 des Netztransformators nach dem Gleichrichterkreiü geht. Wicklung L4 ist via einer Gleichrichterbrücke mit den Dioden D6, D7, D8 und D9 mit der Plusseite an die Basis in Transistor Tl und mit der Minusseite an den Emitter angeschlossen.

Wenn eine Wechselspannung an die Netzanschlüsse R und N angeschlossen wird, fliesst ein initialer Strom von R durch Cl, Ll, Dl, Rl und D5, wonach der Strom durch Basis-Emitter an Tl und R2 verzweigt und dann via D4 wiedervereint wird. Alternativ (während der zweiten Halbperiode) fliesst der Initialstrom von N durch D3, Rl und D5, bevor er sich via Tl und R2 verzweigt und dann via D2 wieder-vereint wird und durch Ll und Cl nach R fliesst. Der InitialuLrom via Basis-Emitter in Tl ist so abgepasst, dass der Leitungszustand via Kollektor-Emitter hohe Resistanz hat und keine schädliche Strombelastung duldet. Der maximale Strom in diesem Zustand (im Leerlauf, beispielsweise mit dem Sekundärkreis des Netztransformators offen) durch den Primärkreis des Net y transformator entspricht daher der Summe des Basis-Emitter Stromes des Transistors und seines Kollektor-

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Emitter-Stromes j der· später dem Wert des Stromverstärkungsfaktors mal BasIs-Emitter-Strom entspricht. Der von Tl auf einen maximalen Wert begrenzte Initialstrom (Leerlauf) durch Ll induziex-t via Kern Kl eine Spannung in L2, deren momentaner Wert die Polspannung von Akkumulator B mit einem i^weckmässigen Betrag, überschreitet.

Wenn die Ladung erfolgen soll, d.h. wenn der Sekundärkreis des Netztransformators geschlossen ist» bewirkt die in Sekundärwicklung L2 induzierte Spannung einen Strom, der auch Wicklung L3 im Transformator des Steuernetzes durchfliesst, der dem Transistor Tl via Gleichrichter D6-D9 einen Steuerstrom zum Basis-Emitter zuführt. Dieser Steuerstrom ist so abgepasst, dass er genügend gross ist, um Transistor Tl im Kollektor-Emitter-Uebergang durchzuschalten, was im grossen und ganzen bedeutet₅ dass der Schutzkreis vom Transistor kurzgeschlossen ist, wodurch der Ladungsstrom nur vom Momentwert der Netzspannung und Kondensator Cl begrenzt ist.

Um eine Ueberladung des Akkumulators zu verhindern und eine Unterhaltungsladung zu gestatten, ist über Akkumulator B ein Spannungswächter Sv eingeschaltet, der ein optisches Signal abgibt, wenn der Akkumulator voll geladen ist. Der Spannungswächter ist optisch an einen Fotowiderstand Fm angeschlossen, der zusammen mit einem Transistor T3 und einer Resistanz R3 in der aus dem Schaltschema ei^sichtlichen Weise in den Schutzkreis eingeschaltet ist.

Wenn Akkumulator B vollgeladen ist und der Ladungsstrom also stark vermindert werden soll, gibt Spannungswächter Sv ein optisches Signal an Fotowiderstand Fm ab, der in beleuchtetem Zustand Strom via Basis-Emitter in Transister T3 leitet. Der Initialstrom (zu Beginn der Halbperioden) durch den Schutzkreis geht nun nicht langer durch Basis-Emitter in Transistor Tl, sondern wird via Kollektor-Emitter in Transister T3 abgeleitet. Dies bedeutet, dass Transistor Tl nicht den Steuerstrom erhält, der nötig ist, damit der Strom im Sekundärkreis des Netztransformators via Steuernetz ST den Steuerstrom generiert, der zur Durchschaltung von Transistor Tl nötig ist, wodurch der Ladungsstrom

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an der Erreichung seines vollen Wertes also gehindert wird. Der Strom geht nun von R via Cl, Ll, Dl, wonach er sich teils via Rl, Kollektor-Emitter in T3 und teils via Fm, Basis-Emitter in T3 sowie parallel damit via R3 verzweigt, wonach sich die Teilströme via D4 nach OH wiedervereinen. Alternativ (während der zweiten Halbperiode) fliesst der Strom von N nach D3, wo er teils via FM, Basis-Emitter in T3 und R3 und teils via Rl und Kollektor-Emitter in T3 verzweigt wird, wonach sich die Teilströme via D2 wiedervereinen und durch Ll und Dl nach R fliessen.

Durch zweckmässige Wahl von Resistanz Rl wird dem Strom durch den Netztransformator bei voll geladenem Akkumulator ein solcher Wert gegeben (im Prinzip mit Tl abgeschaltet), dass der Strom durch seinen Sekundärkreis, d.h. der Ladungsstrom, zur Unterhaltungsladung von Akkumulator B geeignet wird. Dieser Strom darf jedoch nicht so gross gewählt werden, dass die Spannung, die in Sekundärwicklung L4 im Transformator des Steuernetzes induziert wird, den Schwellwert für die Dioden D6-D9 überschreitet, da in solchem Falle Steuerstrom an Tl abgegeben würde, der hierdurch durchgeschaltet würde und wobei der Ladungsstrom wieder volle Stärke bekäme.

Wenn der Akkumulator entladen wird, beispielsweise via einer Notbeleuchtungsanlage während einer Stromunterbrechung, so sinkt seine Polspannung. Dies trifft auch mit der Zeit ein, falls er nur eine Unterhaltungsladung erhält. Wenn dies in solchem Umfange geschieht, dass ein vorherbestimmter Wert an Spannungswächter Sv unterboten wird, gibt dieser ein optisches Signal an Fotowiderstand Fm ab, der hierdurch in einen nichtleitenden Zustand übergeht, wodurch die blockierende Einwirkung von Transistor T3 unterbrochen werden kann, so dass Transistor Tl wieder Steuerstrom erhalten und der Ladungsstrom hierdurch wieder volle Stärke erreichen kann, bis der Akkumulator wieder voll geladen ist und der Verlauf wiederholt wird.

Um die Ladungsvorrichtung gegen Schaden zu schützen, die durch grosse Spannungstransienten verursacht worden sind, zu denen es kommen kann, falls der Akkumulator (aus Versehen) abgeschaltet ~

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werden sollte, wenn voller Ladungsstrom herrscht, sind in der aus dem Schaltschema hervorgehenden Weise im Gleichrichterkreis ein Kondensator C2 , ein Transistor T2 und eine Resistanz RM angeordnet. Der beim Abschalten des Akkumulators entstehende Spannungsstoss ladet Kondensator C2 via Basis-Emitter in Transistor T2 auf, der hierdurch mehr oder weniger im Kollektor-Emitter-Uebergang durchgeschaltet wird, so dass"der gefährliche Spannungstransient verhindert wird.

Die Resistanzen R2, R3 und RM- dienen dazu, die Basen in den entsprechenden Transistoren Tl, T3 bzw. T2 mit einem zur Erzie3.ung des gewünschten Basis-Emitter-Stromes geeigneten Potential zu versehen.

Die Erfindung kann im Rahmen der vorstehenden Patentansprüche modifiziert werden. Somit wäre es beispielsweise möglich, Transistor Tl durch ein Relais zu ersetzen, das eventuell mit einer Resistanz zusammengeschaltet ist. Es ist auch möglich, als Alternative an Transformator L3, LU, K2 eine optische oder akustische Ueberführung von Information über die Grosse des Ladungsstroms (durch L2) anzuordnen. Somit kann man beispielsweise Wicklung L3 gegen eine Glühbirne auswechseln, deren Licht den Strom im Ladungskreis wiederspiegelt, um: dann in Steuernetz ST ein solches Lichtsignal zwecks Steuerung seines Zustandes und damit des Zustandes von Schutzkreis SK abzufühlen.

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Claims

Patentanwälte BipL Ing. Haoe-Jürgea Müller Dr. r«. mat. Thoraas Berem« 3 G 4 3 7 6 Q Dr.-Ing. HaM Leyh LucUe-Grohn-Sira«·* D8Mli»*tn80 LADUNGSVORRI CHTUNC-] .

1.JLadungsvorrichtung zur Ladung eines elektrischen Akkumulators, zu der ein erster Transformator (Ll, Kl, L2) gehört, dessen Sekundärwicklung (L2) via einer· Gleichrichteranordnung (D 10- D 13) mit Akkumulator (B) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung des Ladungsstromes ein Kondensator (Cl) in Reihenschaltung mit der Primärwicklung (Ll) des ersten Transformators angeschlossen ist, wobei ebenfalls in Reihenschaltung mit diesem ein Schutzkreis (SK) angeordnet ist, der zur Verhinderung von Stromtransienten zwischen einem Zustand mit niedriger Leitungsresistanz und einem mit hoher Leitungsresistanz bewegbar ist, dass in Reihenschaltung mit Sekundärwicklung (1/2) des ersten Transformators ein Steuernetz (ST) angeschlossen ist, das dazu dient, den Schutzkrein zum Zustand mit niedriger Leitungsresistanz zu überführen, wenn ein vorherbestimmte!· Ladungsstrom durch Sekundärwicklung (L2) überschritten wird.

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2. LadungsVorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass Schutzkreis (SK) einen Transistor (Tl) aufweist, der den Schutzkreis in durchgeschaltetem Zustand durch Kollektor-Emitter in seinem Zustand mit niedriger Leitungsresistanz wesentlich kurzschliesst und der - wenn nicht durchgeschaltet - den Strom durch Kollektor-Emitter und Basis-Emitter durch den Schutzkreis in dessen Zustand mit hoher Leitungsresistanz leitet, wobei Steuernetz (ST) mit Basis und Emitter des Transistor's Verbindung hat.

3. Ladungsvorrichtung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass Steuernetz (ST) einen zweiten Transformator (L3, K2, LM-) aufweist, dessen Primärwicklung (L3) Reihenschaltung mit der Sekundärwicklung (L2) des ersten Transformators (Ll, Kl, L2) und Gleichrichteranordnung (DlO-D13) hat, während seine Sekundärwicklung (L4) durch einen Glexchrxchterkreis (D6, D7, D8, D9) an Basis und Emitter von Transistor (Tl) angeschlossen ist.

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