DE1136764B

DE1136764B - Circuit arrangement for direct current supply of a consumer from the alternating current network

Info

Publication number: DE1136764B
Application number: DEST13360A
Authority: DE
Inventors: Max Joachim Balkow; Walter Helmut Janker
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1958-01-21
Filing date: 1958-01-21
Publication date: 1962-09-20
Also published as: GB904226A

Description

Schaltungsanordnung zur Gleichstromversorgung eines Verbrauchers aus dem Wechselstromnetz Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Gleichstromversorgungsanlage, die aus einem Wechselstromnetz gespeist wird und eine Batterie enthält, von der die Verbraucher bei Netzausfall versorgt werden.Circuit arrangement for the direct current supply of a consumer the alternating current network The invention relates to a circuit arrangement for a direct current supply system, which is fed from an alternating current network and contains a battery from which the consumers are supplied in the event of a power failure.

In solchen Anlagen wird die Batterie während des normalen Betriebes, d. h. während die Verbraucher über ein Gleichrichtergerät aus dem Wechselstromnetz gespeist werden, durch besondere Geräte ständig aufgeladen in Reserve gehalten. Bisher war es üblich, einen sog enannten Pufferbetrieb dadurch zu verwirklichen, daß Gleichrichtergerät, Batterie und Verbraucher parallel geschaltet werden. Wenn das Wechselstromnetz ausfällt, übernimmt die Batterie unterbrechungslos die Stromlieferung. Auch bei Belastungsspitzen, die über die Nennleistung des Gleichrichtergerätes hinausgehen, wird aus der Batterie Strom entnommen.In such systems, the battery is used during normal operation, d. H. while the consumers via a rectifier device from the alternating current network are fed, kept constantly charged in reserve by special devices. So far it has been common practice to implement a so-called buffer operation by that rectifier device, battery and consumer are connected in parallel. if the AC grid fails, the battery takes over the power supply without interruption. Even with load peaks that exceed the rated power of the rectifier device, current is drawn from the battery.

Diesem Vorteil des Pufferbetriebes stehen folgende Nachteile gegenüber: Nach einem Netzausfall muß das Gleichrichtergerät den Verbraucherstrom und den hohen Ladestrom für die Batterie liefern. Um die Rufladung der Batterie vollständig durchzuführen, muß ihre Spannung auf etwa 2,4 V pro Zelle gebracht werden. Zur Erhaltung der Ladung genügt dann eine Spannung von 2,2 V pro Zelle. Übernimmt die Batterie die Versorgung des Verbrauchers bei Netzausfall, so sinkt ihre Spannung im Laufe der Entladung auf etwa 1,8 V pro Zelle. Bei reinem Pufferbetrieb schwankt also die Verbraucherspannung etwa zwischen 2,4 und 1,8 V pro Zelle.This advantage of buffer operation is offset by the following disadvantages: After a power failure, the rectifier device must reduce the consumer current and the high Provide charging current for the battery. To fully charge the battery, their voltage must be brought to about 2.4 V per cell. To maintain the load A voltage of 2.2 V per cell is then sufficient. The battery takes over the supply of the consumer in the event of a power failure, their voltage drops in the course of the discharge to about 1.8 V per cell. In pure buffer operation, the consumer voltage fluctuates approximately between 2.4 and 1.8 V per cell.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bekannt, zwischen Batterie und Verbraucher Widerstände, auch nichtlineare Widerstände, einzuschalten, mit denen eine Spannungsdifferenz zwischen Batterie und Verbraucher erzeugt wird, damit am Verbraucher eine möglichst konstante Spannung auftritt. Man hat schließlich auch zwei getrennte Gleichrichtergeräte vorgesehen, von denen das eine normalerweise den Verbraucher speist und das andere die Rufladung und Ladungserhaltung der Batterie entweder in Reihenschaltung mit dem ersten oder selbständig übernimmt. In dieser Anordnung ist die Batterie höchstens einpolig mit dem Verbraucher direkt verbunden. Um einen unterbrechungsfreien Übergang auf Batteriebetrieb bei Netzausfall sicherzustellen, wird entweder der andere Pol über nichtlineare Widerstände oder Ventile oder ein entsprechender Abgriff der Batterie an den Verbraucher gelegt. Im ersten Augenblick nach einem Netzausfall wird die Spannung am Verbraucher über diese Schaltelemente aufrechterhalten, bis ein Schütz die Widerstände kurzschließt bzw. die restlichen Zellen der Batterie dazuschaltet. Diese Anordnung gestattet zwar, die Batterie mit der für sie geeigneten Kennlinie aufzuladen und später die Ladung zu erhalten, ein Pufferbetrieb ist damit aber nicht mehr möglich. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die sogenannte Spannungsschleuse - das sind die nichtlinearen Widerstände oder die Ventile -während der Ladeperiode für die Aufnahme einer Spannungsdifferenz von 0,4 V pro Zelle ausgelegt sein muß, da die konstant zu haltende Verbraucherspannung 2 V pro Zelle beträgt. Nach der Ladung wird die Spannung an der Batterie auf 2,2 V pro Zelle herabgesetzt und, um im Falle eines Netzausfalles den Spannungseinbruch am Verbraucher möglichst gering zu halten, die Spannungsschleuse auf die jetzt nur noch herrschende Differenz von 0,2 V pro Zelle umgeschaltet.To avoid these disadvantages, it is known between battery and consumer resistors, including non-linear resistors, with which to turn on a voltage difference between battery and consumer is generated so that on Consumers a constant voltage as possible occurs. After all, you also have two separate rectifier devices are provided, one of which is normally feeds the consumer and the other feeds the call charge and charge retention of the battery either in series with the first or independently. In this Arrangement, the battery is connected directly to the consumer at most single-pole. To ensure an uninterrupted transition to battery operation in the event of a power failure, is either the other pole via non-linear resistors or valves or a appropriate tap of the battery placed on the consumer. In the first moment after a power failure, the voltage at the consumer is reduced via these switching elements maintained until a contactor short-circuits the resistors or the remaining ones Cells of the battery are switched on. This arrangement allows the battery with to charge the characteristic curve suitable for them and to receive the charge later However, buffer operation is no longer possible. Another disadvantage is that the so-called voltage lock - these are the non-linear resistances or the valves -during the charging period to accommodate a voltage difference of 0.4 V per cell must be designed because the consumer voltage to be kept constant 2 V per cell. After charging, the voltage on the battery will increase to 2.2 V per cell and to avoid the voltage drop in the event of a power failure to keep the voltage lock on the consumer as low as possible, now only still prevailing difference of 0.2 V per cell switched.

Der Aufwand an Schaltmitteln ist bei einer solchen Anordnung verhältnismäßig groß. Berücksichtigt man noch, daß an den meist verwendeten Trockengleichrichterelementen nur eine Spannung von höchstens 0,9 V pro Platte abfällt, so wird deutlich, daß eine Anlage nach dem geschilderten Prinzip verhältnismäßig teuer ist.The cost of switching means is proportionate in such an arrangement great. If one also takes into account that the most commonly used dry rectifier elements only a voltage of at most 0.9 V per plate drops, it is clear that a system based on the principle described is relatively expensive.

Es ist schließlich bekannt, die Anschaltung der Batterie an den Verbraucher bei Netzausfall mittels eines Relais vorzunehmen. Hierbei erfolgt die Umschaltung jedoch nicht unterbrechungsfrei, und der dabei auftretende Spannungseinbruch am Verbraucher ist bei vielen Stromversorgungsanlagen nicht tragbar.After all, it is known to connect the battery to the consumer to be carried out by means of a relay in the event of a power failure. The switchover takes place here but not uninterrupted, and the resulting voltage drop on the In many power supply systems, the consumer is not portable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden, ihre Vorteile jedoch auszunutzen. Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindun Gleichstromversorgung eines Verbrauchers aus Wechselstromnetz, enthaltend einen an den Verbraucher angeschlossen ist, eine Batterie zur Speisung des Verbrauchers bei Netzausfall und einen zweiten Gleichrichter zur Ladungserhaltung und Aufladung der Batterie ist dadurch gekennzeichnet, daß zur unterbrechungsfreien Anschaltung der Batterie an den Verbraucher ein Transistor mit Emitter und Kollektor zwischen die Batterie und den Verbraucher geschaltet ist, dessen Basispotential sich in Abhängigkeit von der Netzspannung der Verbraucherspannung und dem Ladezustand der Batterie ändert.The invention is based on the object of avoiding the disadvantages of the known arrangements with little effort, but of utilizing their advantages. The circuit arrangement according to the invention DC power supply of a consumer off AC network, containing one connected to the consumer, a battery for feeding the consumer in the event of a power failure and a second rectifier for maintaining and charging the battery is characterized in that for uninterrupted connection of the battery to the consumer, a transistor with emitter and collector between the battery and the load is connected, the base potential of which changes depending on the line voltage, the load voltage and the state of charge of the battery.

Die Erfindung soll mit Hilfe der Fig. näher erläutert werden. Mit 1 ist das Gleichrichtergerät bezeichnet, von dem im normalen Betrieb der Verbraucher 2 gespeist wird. Die Batterie 3 liegt mit ihrem negativen Pol am Gleichrichtergerät 1 und am Verbraucher 2. Das Gleichrichtergerät 4 lädt bzw. erhält die Ladung der Batterie 3 nach einer optimalen Kennlinie. Der positive Pol der Batterie ist über den Transistor 5 mit dem Verbraucher 2 verbunden.The invention is to be explained in more detail with the aid of the figure. With 1 the rectifier device is referred to, from which the consumer in normal operation 2 is fed. The negative pole of the battery 3 is connected to the rectifier device 1 and at the consumer 2. The rectifier device 4 charges or receives the charge of the Battery 3 according to an optimal characteristic. The positive pole of the battery is over the transistor 5 is connected to the consumer 2.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird der Transistor 5 bei Netzausfall durch das Steuergerät 6 geöffnet. Dieses Steuergerät kann in verschiedener Weise aufgebaut werden. Bei Netzausfall erzeugt es am Transistor eine Vorspannung, die einen Stromübergang zwischen Emitter und Kollektor ermöglicht; es enthält also z. B. eine Hilfsspannungsquelle. Im Augenblick des Netzausfalls wird der bis dahin gesperrte Transistor sofort durch das Steuergerät 6 geöffnet. Die Batterie 3 ist damit über den sehr kleinen Widerstand des Transistors mit dem Verbraucher verbunden, und zwar so lange, bis über ein Schütz die Verbindung direkt hergestellt ist. Das Schütz ist im Steuergerät 6 enthalten und nicht besonders dargestellt. Die Umschaltung des Verbrauchers auf Batteriebetrieb bei Netzausfall geschieht also unterbrechungslos, und wegen des geringen Widerstandes des geöffneten Transistors ist der Spannungseinbruch am Verbraucher während der Ansprechzeit des Schützes sehr klein. Neben diesen Vorteilen gegenüber nichtlinearen Widerständen oder Ventilen hat die Transistorschleuse noch den Vorzug, im gesperrten Zustand praktisch keinen Strom zu führen.In the embodiment of Fig. 1, the transistor 5 is in the event of a power failure opened by the control unit 6. This control device can be used in various ways being constructed. In the event of a power failure, it generates a bias voltage on the transistor, which enables a current transfer between emitter and collector; so it contains z. B. an auxiliary voltage source. At the moment of the power failure it will be The blocked transistor is opened immediately by the control unit 6. The battery 3 is connected to the consumer via the very small resistance of the transistor, until the connection is established directly via a contactor. That Contactor is contained in control unit 6 and is not shown separately. The switchover of the consumer on battery operation in the event of a power failure is therefore uninterrupted, and because of the low resistance of the opened transistor, the voltage drop is very small at the consumer during the response time of the contactor. Besides these advantages compared to non-linear resistors or valves, the transistor lock still has the advantage of practically no electricity when it is locked.

Tritt im normalen Betrieb eine Stoßbelastung des Gleichrichtergerätes durch den Verbraucher auf, so bricht infolge der Trägheit der in diesen Geräten üblichen Regeleinrichtungen die Spannung zusammen. Mit Hilfe der in Fig. 2 dargestellten Transistorschleuse kann die Batterie auch zur Deckung dieser Spitzenlast herangezogen werden, bis das Gleichrichtergerät nachgeregelt ist. Die Vorspannung des Transistors wird gemäß der Schaltung Fig. 2 in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung automatisch erzeugt. Ein Teil der Verbraucherspannung wird über einen Spannungsteiler 7, 8, ein Teil der Batteriespannung über einen Spannungsteiler 9, 10 abgegriffen. Die Abgriffe der beiden Spannungsteiler sind über Widerstände 11, 12 mit einen Potentiometer 13 verbunden, dessen Anzapfung an die Basis des Transistors angeschlossen ist. Die Potentiometer 8, 10 sind so eingestellt, daß im normalen Betrieb, d. h. wenn am Verbraucher die Sollspannung liegt, kein Spannungsunterschied zwischen den Abgriffen der Spannungsteiler auftritt. Wenn die Verbraucherspannung sinkt, wird auch die stände 11, Mund s " ötentiome er ' , üiä damit entsteht eine Vorspannung am Transistor, deren Höhe durch das Potentiometer 13 einstellbar ist. Der Transistor wird geöffnet. Auf diese Weise werden dem ursprünglichen Pufferbetrieb ähnliche Verhältnisse erzielt, ohne daß die bekannten Nachteile auftreten. Bei Netzausfall oder länger andauernden Belastungsspitzen kann, wie im Beispiel der Fig. 1, der Transistor durch einen Schützkontakt überbrückt werden.If the rectifier device is subjected to a shock load during normal operation by the consumer, the voltage collapses due to the inertia of the control devices used in these devices. With the aid of the transistor lock shown in FIG. 2, the battery can also be used to cover this peak load until the rectifier device is readjusted. The bias of the transistor is automatically generated according to the circuit of FIG. 2 as a function of the load voltage. Part of the consumer voltage is tapped off via a voltage divider 7, 8, and part of the battery voltage is tapped off via a voltage divider 9, 10. The taps of the two voltage dividers are connected via resistors 11, 12 to a potentiometer 13, the tap of which is connected to the base of the transistor. The potentiometers 8, 10 are set so that in normal operation, ie when the target voltage is applied to the consumer, no voltage difference occurs between the taps of the voltage divider. If the consumer voltage drops, so will the stand 11, mouth s "ötentiome er ', üiä with it a bias voltage is created on the transistor, the level of which can be adjusted by means of the potentiometer 13. The transistor is opened. In this way, conditions similar to the original buffer mode are achieved without the known disadvantages occurring. In the event of a power failure or prolonged load peaks, the transistor can be bridged by a contactor, as in the example in FIG. 1.

Um das Öffnen des Transistors zu verhindern, wenn die Batterie stark entladen ist, können Schaltmittel vorgesehen werden, die die Vorspannung vom Transistor fernhalten. Auf einfache Weise kann dies z. B. mit einem relaisbetätigten Schalter im Basiskreis des Transistors verwirklicht werden.To prevent the transistor from opening when the battery is strong is discharged, switching means can be provided which bias the transistor keep away. In a simple way this can be done, for. B. with a relay operated switch can be realized in the base circuit of the transistor.

Falls die Aufladung und Ladungserhaltung der Batterie von einem Zusatzgleichrichter in Reihe mit dem Gleichrichtergerät 1 übernommen werden soll, so wird dieser Zusatzgleichrichter zwischen Emitter und Kollektor des Transistors eingeschaltet. Bei der Schaltung nach Fig. 2 kann zur Begrenzung des Stromes dieses Zusatzgleichrichters ein Widerstand in Reihe mit dem Zusatzgleichrichter geschaltet werden.In case the battery is charged and maintained by an additional rectifier is to be taken in series with the rectifier device 1, then this additional rectifier switched on between the emitter and collector of the transistor. When switching According to FIG. 2, a resistor can be used to limit the current of this additional rectifier be connected in series with the additional rectifier.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Circuit arrangement for direct current supply a load from the AC network, containing a rectifier, the is connected to the consumer, a battery to power the consumer in the event of a power failure, and a second rectifier for charge retention and charging the battery, characterized in that for uninterrupted connection of the Battery to the consumer a transistor with emitter and collector between the Battery and the consumer is switched, the base potential of which is dependent changes from the mains voltage, the consumer voltage and the state of charge of the battery.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the base potential of the transistor changes in the event of a power failure so that the transistor of the blocked is switched to the conductive state, at least until the Transistor is bridged by a mechanical switch.

3. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the base potential of the transistor is tapped by a resistor at which both the consumer voltage and the battery voltage is also present, so that the transistor is in the conductive state is switched when the consumer voltage is lower than the battery voltage.

4. Circuit arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that inadequate charged battery adjusts the base potential of the transistor so that the Transistor is blocked. Publications considered: German Patent Specifications No. 628 377, 687 255; British Patent No. 744 401.