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Zur Ladung einer Batterie dienender magnetisch geregelter Gleichrichter
Die Erfindung betrifft einen zur Ladung einer Batterie dienenden magnetisch geregelten
Gleichrichter, insbesondere Trockengleichrichter. Bei solchen Anordnungen ist -es
mitunter erwünscht, eine Kennlinie, wie sie 'in Fig. i ist, auszuregeln. Hierbei
beginnt bei Batteriebelastung die Ladung mit 2 V pro Zelle bei ioo°/o Strom. Die
ZCllenspannung steigt mit abnehmender Stromstärke bis auf 2,4V an, und der Ladestrom
kippt dann auf o Amp. ab. Danach nimmt die Zellenspannung bis auf 2,2 V pro Zelle
ab, wobei wieder eingewisser Ladestrom e'inse'tzt. Ist die Batterie noch nicht voll
geladen, so reicht dieser kleine Ladestrom nicht aus, um die Batterie auf 2,2 V
Zellenspannung @zu halten, und der Ladestrom kippt auf den großen Stromwert bei
2,2 V Zellenspannung. Dieses Spiel setzt sich so lange fort, bis die Batterie voll
geladen ist und der kleine Stromw;ert ausreicht, um die Batterie auf 2,2 V Zellenspannung
zu halten. Die Erfindung betrifft besondere Mittel, mit denen es gelingt, eine solche
Laddkennlinie auszuregeln. Erfindungsgemäß liegt zu diesem Zweck in Reihe mit der
Soll- und Istgröße ein Gleichrichter, der von der Drossel gespeist wird, die gegensinnig
von einer annähernd konstanten Größe undWom Ladestrom vormagnetisiert wind. Diese
Vormagnetisierungsströme bzw. die betreffenden Windungen der Drossel werden bei
der Erfindung -so gewählt, daß -bei einem bestimmten Ladestrom, z. B. bei 5o % Ladestrom,
die Amperewindungen sich aufhelben. In diesem Fall erreicht dann die Drossel bei
diesem bestimmten
Ladestrom ihre größte Induktivität, und ein sie
durchfließender Wechselstrom erzeugt eine höchste Wechselspannung, die dem mit der
Steuerwicklung der Regeldrossel in Reihe geschalteten Gleichrichter .zugeführt wird.
Man wird vorzugsweise der Drossel eine besondere Wicklung zur Speisung des Gleichrichters
geben. Bei kleinem Ladestrom überwiegt die 'konstante Vormagnetisierung, bei großem
Ladestrom <die Vormagnetisierung ,durch den Ladestrom. In beiden Fällen wird
die Drossel stark vormagnetisiert, so daß ihre Indukti'vität und damit auch .ihre
an den zugteordnetenGleichrichter gelieferte Wechselspannung klein werden.
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Um die geregelte Spannung bei großem Lade= strom gegenüber der Spannung
bei kleinem Ladestrom herabzusetzen, kann gteamäß der weiteren Erfindung noch eine
Strombegrenzung vorgesehen sein. Dies kann beispielsweiee erreicht werden dadurch,
daß im Steuerkreis ein weiterer IElfG-gleichrichter liegt, der von einer im Wechselstromkreis
des Ladegleichrichters liegenden Drosisel gespeist wird. Es ist vorteilhaft, diese
Drossel so auszubilden, daß ihre Spannung mehr als verhältnisgleich mit der Ladestromstärke
ansteigt. Im Grenzfall genügt es aber auch, .wenn ihre Spannung sich verhältnisgleich
mit dem Ladestrom ändert. Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale werden
in den im folgenden behandelten Ausführungsbeispielen beschrieben. Fig. 2 zeigt
als Ausführungsbeispiel Bier Erfindung die Schaltung eines magnetisch geregelten
Gleichrichters, mit dem eine Kennlinie gemäß Fi.g. i ausgeregelt wird. Über eine
Regeldrossel i wird in diesem Fall aufs denn Wechselstromnetz 6 der Transformator
2 gespeist, der den Strom für den Trockengleichrichter 3 liefert. Von diesem Gleichrichter
wird ein Verbraucher, im vorliegenden Fall die Batterie 5, über die Glättungtsmittal
¢ mit Gleichstrom versorgt. Um die gewünschte Kennlinie auszuregeln, ist in erster
Linie außer einer konstanten Vergleichsgröße, die an Iden Klemmen 7, 8 als Gleichspannung
eingeführt wird, eine Hilfsspannung vorgesehen, die von idem Gleichrichter 14 geliefert
wird. Der Gleichrichter 14 liegt in Reihe mit der Steuerwicklung 9 der Regeldrossel
i und wird: von einer. Drossel 13 gespeist, die für diesen Zweck eine besondere
Wicklung 1o besitzt.
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Die Drossel 13 besitzt außer ihrer Hauptwicklung i i zwei weitere
Wicklungen 12 und, 18, die gegensinnig von einer konstanten Größe und vom Ladestrom
vormagnetisiert werden. Die Wicklung 12 wird vom Ladestrom durchflossen, während
die Wicklung 18 an die Klemmen 7, 8 der konstanten Vergleichsgröße angeschlossen
ist. Die Vormagnetisierungsströme bzw. die betreffenden Windungen dieser Steuerdrossel
13 sind in der oben beschriebenen Weise gewählt, so -daß bei einem bestimmten Ladestrom,
beispielsweise bei 5o % Ladestrom, sich .die Amperewiardungen aufheben. Bei kleinem
Ladtestrom überwiegt daher die konistante Vormagnetisierung aus der Spannungsquelle
7, 8, -bei großem Ladestrom überwiegt die Vormagnetisierang durch den Ladestrom,
so daß in beiden Fällen die Indutktivität der Drossel und ,damit die dem Gleichrichter
14 gelieferte Wechselspannung klein sind.
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Um die geregelte Spannung .bei großem Ladestrom gegenüber der Spannung
bei kleinem Ladestrom herabzusetzen, wird eine Strombegrenzung durch einen Gleichrichter
16 vorgenommen, der von einer im Wechselstromkreis des Hauptgleichrichters 3 liegenden
Drossel 19 gespeist wird. Durch geeignete Bemessung ist die Spannung der Drossel
so gewählt, daß sie sich verhältnisgleich mit Odem Ladestrom ändert. Mit größer
werdendem Ladestrom liefert ider Gleichrichter 16 dann eine gegenüber dem Widerstand
17 größer werdende negative Spannung, was einer Verschiebung des Abgriffis 2o am
Widerstand 17 nach links gleichkommt. Die Hilfsspannung am Gleichrichter 16 läßt
sich hierbei auch so bemessen, daß bei großem Ladestrom an dem Blinken Teil des
Spannungsteilens, der durch ,den Gleichrichter 16 und den Widerstand 17 gebildet
ist, negative Spannungen auftreten. Die Ladespannung erfährt also eine Erhöhung
entsprechende .der jeweiligen Höhe der Spannung des Hilfsgleichrichters 14 und eine
Absenkung entsprechend der Spannung des Gleichrichters 16 unter Berücksichtigung
der im Widerstand 17 eintretenden Spannungsänderungen. Bei entsprechender Bemessungläßt
sich mit dieser Anordnung eine Kennlinie nach Fig. i erreichen.
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In Fig.3 ist lein anderes Ausführungtsbei'spiel der Erfindung ,dargestellt.
In diesem Fall handelt es sich um eine Regelschaltung, welche dazu dient, einen
Verbraucher über einen an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Transformator 'und
Gleichrichter zu speisen, wobei für den Fall, daß die Wechselstromspeisung ausbleibt,
eine Batterie in die Schaltung einbezogen ist, die dann die Speisung .das Verbrauchers
übernimmt. Der Gleichrichter 21 wind über ,den Transformator22 gespeist und seine
Spannung so geregelt, daß die Spannung am Verbraucher 24 konstant bleibt. Zu diesem
Zweck liegt in Reihe mit .der Primärwicklung cl(es Transformators 22 eine Regeldrossel@spule
25 und eine Steuerdrosselspult 26. Diese beiden Drosselspulen bestehen ebenso wie
alle .übrigem vormagnetisierten Drosselspulen des Ausführungsbeispiels je aus zwei
Teildrosselspulen. Um die erforderliche Steuerleistung herabzusetzen, erhält .die
Spule 25 eine Gegenvormagnebisierung in Abhängigkeit von der an ihr liegenden Wechselspannung.
Hierzu sind die Wicklungen 27 über die Ventile 28 in der aus der Figur ersichtlichen
Weise in Reihe geschaltet.
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Die Einregelung auf konstante Verbraucherspannung erfolgt durch einen
magnetischen Regler 29, idem über ]die Leitungen 3o der Wert der Verbraucherspannung,und
über,die Leitungen 31 die Netzspannung zugeführt wird. Der Steuerstrom des Reglers
29 fließt durch die Leitungen 32 zur Wicklung 33 der Steuerdrossel 26. Der in die6sen
Kreis eingefügte Parallelgleichrichter 34 dient zur Verhütung .des Umikippens der
Steuerdrossel beim
Einschalten, und eine in Reihe eingefügte Dämpfiungsdrossel35
hat den Zweck, ein stabiles Arbeitendes Reglers sicherzustellen.
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Mit 36 und 37 sind: die Hauptwicklungen der beiden Drosselspulen 25
und 26 bezeichnet, deren Teilei durch Anwendung der Gleichrichter 38, 39 von je
einer Halbwelle,des Wechselstromes durchflossen werden. Mit Hilfe der Wicklung 4o
wird die Hauptwicklung 36 über die Gleichrichter 4z zusätzlich vormagnetiisiert.
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Der Verbraucher 24 ist an .dem Gleichrichter 2i über die Glättungsmittel42
angeschlossen. Dem Gleichrichter 43, welcher in Reihe zum Gleichrichter 2 r geschaltet
die Ladung der Batterie 5 x besorgt, wind die erforderliche Wechselspannung aus
einer Wicklung 44 einer Regeldrossel 45 entnommen. Für die Einregelung der
gewünschten Kennlinie der Batterieladung sind außer dieser Regeldrossel 45 noch
die Steuerdrossel 46 und eine weitere Drossd147 vorgesehen. Die Hauptwicklungen
48 bis 5o dieser drei zuletzt genannten Drosseln liegen im Stromkreis der Primärwicklung
des Transformators 22 am Wechselstromnetz 23. Abgesehen von der zur Gleichrichterspeisung
dienenden Wicklung 44 oind die Drosseln 45 und 46 so geschaltet wie die Drosseln
25 und 26. Die Vormagnetisierungswicklung 52 der Drossel 46 wird einmal über den
Spannungsteilerwiderstand 53, 54 und den Widerstand 66 von der Verbraucherspannung
24 beeinflußt, und andererseits wirkt auf diese Wicklung über denGleichrichter 55
ein Strom ein, der von der Wicklung 56 der Drossel 47 geliefert wird.
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Die abgegebene Gleichspannung nimmt hierbei um den Betrag,der im Gleichrichter
55 abgegebenen Gleichspennung zu, so daß sich je nach der Höhe dieser Zusatzspannung
eine mehr oder weniger große Ladespannung ergibt. Erfolgt die Vormagnetisierung
der Dros'sel47 gegensinnig vom Ladestrom und, einer konstanten Größe und ist die
Vormagnetisierung derart, daß 'bei 5o °/o Ladestrom sich .die maximale Spannung
an .der Drossel 47 ergibt, so liefert tu idiesem Zeitpunkt auch der Gleichrichter
55 .die größte Spannung in den Steuerkreis, während bei größeren und kleineren Ladeströmen
diese Zusatzspannung verhältnismäßgklein bleebt. Eine Verschiebung der höchsten
Ladespannung nach kleineren Ladeströmen erscheint zweckmäßig, wenn der Gesamtstrom
der Anlage, ider sich zusammensetzt aus dem Strom, der von dem Verbraucher 24 benötigt
wird, und dem Ladestrom, ein gewisses Maß erreicht hat bzw. Überschreitet. Eine
solche Verschiebung ist möglich, wenn die konstante Vormagnetisierung der Drossel
47 verkleinert wird. Dies erfolgt in dem Ausführungsbeispiel .dadurch, @daß über
einen Stromwandler 57 ein Gleichrichter 58 gespeist wird, der in Reihe mit einen
Widerstand 59 parallel zur Vormagnetisierungswicklung 6o liegt. In dem Gleichrichter
58 entsteht ;dann mit zunehmender Belastung eine zunehmende Spannung, die !der Spannung
im Widerstand 59 entgegengerichtet ist, .so d-aß bei Erreichen eines betimmten Gesamtstromes
.die Spannung an der Vormagnetisierungswicklung6o Null wird, womit auch der Vormagnetisierungsstrom
auf Null zurückgeht. Damit dieser Fall sich nicht als Kurzschluß der Verbraucherspannung24
auswirkt, ist der Vormagneti-sierungswicklung6o ein Widerstand 64 vorgeschaltet,
so daß an der Vormagnetisierungswicklung nur ein Bruchteil' der Gesamtspannung auftreten
kann.
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Bei Erreichen einer bestimmten Gesamtbelastung ist es fernerhin erwünscht,
die Ladespannung auf etwa 2 V pro Zelle herabzusetzen. Zu diesem Zweck ist über
eine Stromdrössel6r ein Gleichrichter 62 angeschlossen, .der in Reihe mit dem Spannungsteülerwiderstand
54 liegt. Am Gleichrichter 62 entsteht daher eine Spannung, die mit zunehmender
Gesamtbelastung zunimmt und sich gegenüber der Spannung am Widi:rstand 54 negativ
verhält. Der rechte Teil des Spannungsteilers, bestehend aus dem Widerstand 54 und
62, erfährt dadurch eine Veränderung . bis auf den Gesamtwiderstand Null, so daß
idie Batteriespannung entsprechend herabgeregelt wird.
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Eine solche Strombegrenzung kann auch dadurch herbeigeführt werden,
@daß an die Stromdrossel 61 ein Gleichrichter 63 angeschlossen wind, der im Steuerstromkreis
in Reihe mit dem Gleichrichter 55 liegt und diesem entgegengeschaltet ist. Damit
der Steuerstrom auch entgegen .dieser Gleichrichterspannung fließen kann, ist ein
Widerstand 66 vorgesehen.
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Um den zu den Glätbungsmitteln 42 gehörigen Hauptkondensator 67 zu
überwachen, kann man ein Bimetallrelais 65 vorsehen, ,das beim Überschreiten eines
bestimmten Stromwertes in diesem Kreis anspricht und den Gleichrichter 21 vom Netizi
und vom Verbraucher abschaltet und -letzteren auf Speisungaus der Batterie umschaltet.
Selche Bimeballrelais sind auch besonders vorteilhaft bei dreiphasiger Ausführung
der Gleichrichterschaltung, da sie dann auch beim Ausfall irgendeiner Phase infolge
des Anstieges der Welligkeit zum Ansprechen kommen.