СПОСОБ И СХЕМА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО УСТРОЙСТВА ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

СПОСОБ И СХЕМА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО УСТРОЙСТВА ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


RU (11) 2249285 (13) C2

(51) 7 H02J3/18, H02H7/18 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
к патенту Российской Федерации 
Статус: по данным на 05.02.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2005.03.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2002118335/09 
(22) Дата подачи заявки: 2000.12.06 
(30) Приоритетные данные: 60/174,433 2000.01.04 US 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.12.06 
(43) Дата публикации заявки: 2004.01.10 
(45) Опубликовано: 2005.03.27 
(56) Аналоги изобретения: US 4672290 А, 09.06.1987. RU 2015597 C1, 30.06.1994. RU 2027273 C1, 20.01.1995. SU 1354373 А, 23.11.1982. SU 1541718 А1, 07.02.1990. US 4672289 А, 09.07.1987. DE 1588519 А, 10.12.1970. WO 90/10338 А1, 07.09.1990. 
(72) Имя изобретателя: ДАФФ Уильям Б. Мл. (US) 
(73) Имя патентообладателя: ДАФФ Уильям Б. Мл. (US) 
(85) Дата соответствия ст.22/39 PCT: 2002.08.05 
(86) Номер и дата международной или региональной заявки: US 00/33524 (06.12.2000) 
(87) Номер и дата международной или региональной публикации: WO 01/50568 (12.07.2001) 
(98) Адрес для переписки: 107023, Москва, ул. Б.Семеновская, 49, оф.404, Центр "ИННОТЭК", пат.пов. О.В.Аргасову 

(54) СПОСОБ И СХЕМА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО УСТРОЙСТВА ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для накопления энергии, запуска двигателя, в сетях переменного тока. Техническим результатом является повышение эффективности и экономичности использования поляризованных устройств накопления заряда во всех случаях их применения. В способе и схеме для использования поляризованного устройства при применении переменного тока в качестве поляризованных устройств накопления электрического заряда используются поляризованные конденсаторы или электрохимические батареи в обычных применениях переменного тока с новой топологией схем. В одном варианте осуществления встречно-последовательная конфигурация первого и второго поляризованных устройств используется в сети переменного тока для улучшения работы сети переменного тока. По меньшей мере один источник постоянного тока обеспечен для поддержания поляризованных устройств смещенными в прямом направлении, когда они подвергаются действию сигнала переменного тока. Сигнал переменного тока, который возбуждает нагрузку переменного тока, прикладывается к встречно-последовательным устройствам. Эти устройства достаточно смещены по меньшей мере одним источником напряжения постоянного тока таким образом, что они остаются смещенными в прямом направлении при соединении с сигналом переменного тока. 4 н. и 59 з.п. ф-лы, 32 ил.






ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Данное описание заявляет преимущество предварительной заявки с регистрационным номером 60/174433, озаглавленной “Method and Circuit for Using Polarized Device in AC Applications”, поданной 4 января 2000 г., и патентной заявки США, поданной 9 ноября 2000 г.

Техническая область изобретения

Данное изобретение, в общем, относится к использованию поляризованных устройств накопления электрического заряда при применении переменного тока. В частности, данное изобретение относится к смещающим поляризованным устройствам, таким как поляризованные конденсаторы с постоянным напряжением для использования в обычных применениях переменного тока.

Предпосылки

Конденсаторы используются для множества целей, включающих в себя накопление энергии, взаимодействие сигналов, запуск двигателя, коррекцию коэффициента мощности, регулировку напряжения, настройку, резонанс и фильтрацию. В последовательных и параллельных реализациях имеется много эксплуатационных преимуществ, как переходного, так и установившегося состояния (режима), для реализации конденсаторов в обычных сетях переменного тока.

Эффективность сети возрастает с улучшением коэффициента мощности, во время переходных условий. Переходные применения последовательных конденсаторов включают в себя защиту от повышения напряжения, запуск двигателя, ограничение токов, операции переключения и т.п. Последовательные конденсаторы могут смягчать эффекты повреждений (коротких замыканий) сети переменного тока и других переходных условий. Например, переходные токи с низким коэффициентом мощности связаны с бросками тока намагничивания, обусловленными запуском двигателя, бросками и короткими замыканиями токов трансформатора. Последовательная емкость улучшает общий коэффициент мощности и регулировку напряжения сети во время этих переходных условий. Батареи последовательных конденсаторов также демонстрируют некоторую степень ограничения тока, обусловленного продольным полным сопротивлением конденсатора. Это уменьшает токи короткого замыкания и тем самым уменьшает требования к размерам генератора, трансформатора, распределительного устройства, шины и линии передачи. Конденсатор, подключенный последовательно к месту короткого замыкания, действует как устройство ограничения тока. Настраиваемые схемы, составленные из катушек индуктивности и конденсаторов (LC-схемы), используются для фильтрации. Последовательная версия высокой индукции может значительно увеличивать полное сопротивление в месте короткого замыкания сети посредством умышленного закорачивания батареи конденсаторов. Батарея последовательных конденсаторов обычно подключается к трансформатору. Противодействие трансформатора мгновенному изменению тока сочетается с противодействием конденсатора мгновенному изменению напряжения. Эти характеристики ведут к большей мгновенной стабильности напряжения сети в результате повышенного применения батарей последовательных конденсаторов. Вторичные эффекты включают в себя защиту от повышения напряжения, улучшение коэффициента потребляемой мощности и регулировку напряжения. Мгновенная эффективность передачи мощности может быть улучшена путем правильного использования конденсаторов. Хотя эти многие преимущества последовательных конденсаторов хорошо известны и доказаны в лаборатории, себестоимость единицы продукции и требования к размерам препятствовали их общей реализации.

Характеристики установившегося состояния сети переменного тока также улучшаются через включение конденсаторов. При последовательных применениях с высокой емкостью прикладывается низкое напряжение установившегося состояния переменного тока к конденсатору. Это полезно при использовании устройств электрической передачи в соединении с батареями последовательных конденсаторов. Электрическое искажение волны подобным же образом снижается с увеличением емкости. Применения последовательных конденсаторов установившегося состояния включают в себя запуск двигателя, фильтрацию, коррекцию коэффициента мощности, эффективную передачу мощности, повышение напряжения и т.п. Батареи последовательных конденсаторов позволяют асинхронным генераторам снабжать энергией асинхронные двигатели посредством обеспечения требуемого намагничивания [варисторы] для обоих устройств. Это может также улучшить качество мощности при снижении стоимости альтернативных источников электрического напряжения сети, аварийных источников электропитания, мобильного оборудования и портативных генераторов. Механическое напряжение, связанное с внесением дополнительной генерирующей мощности на линию, для синхронной работы, может быть смягчено присутствием последовательной емкостной связи.

Двумя основными категориями конденсаторов является полярная и неполярная категории. Существует множество реализаций каждой категории. Благодаря требованиям однонаправленного смещения, смещения в прямом направлении, поляризованные конденсаторы большей частью используются при применении постоянного тока и малого сигнала переменного тока. Поляризованные конденсаторы широко используются при применении фильтрации постоянного тока, таком как выходные стадии источников электропитания постоянного тока. Усилители слышимой (музыкальной) частоты используют смещенный поляризованный конденсатор для соединения сигналов. Наоборот, неполяризованные конденсаторы обычно являются полезными как при применении постоянного тока, так и в обычных применениях переменного тока. К сожалению, неполяризованные конденсаторы - особенно в последовательных применениях - не являются хорошо подходящими для многих применений переменного тока и постоянного тока из-за их ограничений в размере, емкости, весе, эффективности, плотности энергии и стоимости. Использование батарей неполярных конденсаторов недостаточного размера вызывает значительное искажение формы волны тока и большое падение напряжения на конденсаторе, которое приводит к потерям мощности и плохой регулировке напряжения переменного тока на нагрузке переменного тока.

Наоборот, поляризованные конденсаторы так же, как и другие поляризованные устройства накопления электрического заряда (PECS), имеют низкую стоимость на единицу емкости так же, как и меньшую массу и размеры, по сравнению с неполярными конденсаторами. Эти характеристики отдают предпочтение их использованию перед неполяризованными конденсаторами. Они также проявляют относительно низкое последовательное сопротивление переменного тока при частотах сети. Однако они могут эффективно эксплуатироваться только с положительными “прямыми” напряжениями относительно их положительного и отрицательного полюсов. Обращенное напряжение любой значительной величины вызывает короткое замыкание конденсатора, которое обычно приводит к взрыву, который может быть сравнен со взрывом ручной гранаты. Фактически, в случае конденсаторов из твердого тантала, этот режим короткого замыкания включает в себя спонтанное сгорание. Таким образом, поляризованные конденсаторы, большей частью, не подходили для обычных применений переменного тока.

Фиг.1 моделирует нормальную работу поляризованного оксидного конденсатора из алюминия так же, как и работу схемы в режиме перенапряжения и режиме напряжения смещения в обратном направлении. Эта модель состоит из последовательной катушки индуктивности 101, последовательного резистора 102, параллельного резистора 103, диода 104 Зенера и поляризованного конденсатора 105. Диод 104 Зенера моделирует условие прямого и обратного короткого замыкания, присутствующее, когда приложенное напряжение превышает напряжение обратного смещения на 1,5 В или состояние прямого смещения приблизительно на 50 В выше номинального рабочего напряжения постоянного тока (WVDC) конденсатора. Катушка индуктивности 101 подходит для моделирования собственной частоты колебаний конденсатора. Последовательный резистор 102 моделирует (малое, мОм) эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), измеряемое при работе конденсатора. Параллельный резистор 103 моделирует (большое, МОм) эквивалентное параллельное сопротивление, измеряемое при явлении тока утечки постоянного тока конденсатора. При работе на низких частотах смещенное вперед напряжение в пределах условий рабочего напряжения устройства позволит току сигнала протекать через направленный конденсатор 105. Условия обратного смещения приведут к короткому замыканию через диод 104.

Конденсатор будет непрерывно работать соответствующим образом между нулем вольт и номинальным рабочим напряжением постоянного тока. Напряжение обратного смещения до около 1,5 В постоянного тока до номинального импульсного напряжения прямого смещения определяет внешние пределы соответствующего использования конденсатора в переходном режиме. Работа конденсатора за пределами этой более широкой огибающей напряжения вызовет условия короткого замыкания. Обычно это третий, более высокий параметр импульсного напряжения. Избыточное прямое напряжение на конденсаторе вызовет обратный ток через диод 104 Зенера. Такое электрическое поведение схематично моделируется посредством изображения диода 104 Зенера в параллельном соединении, но с противоположной настройкой полярности по сравнению с полярным конденсатором. Закорачивание через диод 104 в любом направлении вызывает избыточный ток, выделение тепла, которое кончается повреждением конденсатора. Вот почему единственный поляризованный конденсатор отказывает при нормальной работе переменного тока.

На фиг.2 показана реализация простой схемы 250, которая иллюстрирует типичное для известного уровня техники применение смещенного поляризованного конденсатора постоянного тока в случае взаимодействия малых сигналов переменного тока. Эти схемы обычно используются в качестве лабораторного упражнения для студентов-старшекурсников, изучающих аналоговую электронику, и применяются в многокаскадных усилителях. Схема 250 включает в себя источник 255 сигнала переменного тока, наложенный на источник 260 напряжения смещения постоянного тока, что является способностью лабораторных источников электропитания. Сигнал переменного тока соединен с нагрузкой 266; в то время как напряжение смещения постоянного тока блокировано поляризованным конденсатором 262 и положительно смещает его. Конденсатор и напряжение смещения постоянного тока выбраны таким образом, что совмещенные напряжения переменного тока и постоянного тока все время находятся в правильном интервале напряжения. Выходная часть источника переменного тока проводит весь выходной сигнал источника электропитания постоянного тока и наоборот. Поскольку сигнал переменного тока возрастает по величине относительно номинального рабочего напряжения постоянного тока конденсатора, происходит искажение формы волны в форме одностороннего ограничения. Таким образом, самое низкое искажение формы волны происходит для малых сигналов переменного тока. Величина напряжения смещения обычно составляет порядок половины номинального рабочего напряжения постоянного тока конденсатора. Верность передачи формы волны переменного тока улучшается по мере снижения величин сигнала напряжения переменного тока и сигнала переменного тока.

Неполяризованный конденсатор 264 показан подключенным параллельно к поляризованному конденсатору 262 для “полирования”. Неполяризованные полирующие конденсаторы могут использоваться для тонкой настройки резонанса, регулировки отношения емкости к току, снижения эквивалентного последовательного сопротивления, регулировки диапазона рабочих частот, улучшения передачи формы волны, выравнивания амплитудно-частотной характеристики и усовершенствования других конкретных аспектов такого применения. Емкость поляризованного конденсатора 262 обычно может превышать емкость полирующего конденсатора 264 приблизительно на два порядка величины. Неполяризованный конденсатор работает для уменьшения искажения сигнала.

На фиг.3 показана схема 300, которая включает в себя источник 305 переменного тока, встречно-последовательные поляризованные конденсаторы 312, 314, коллективно обозначаемые как 310, и нагрузку 320 переменного тока. Знаки полярности, выше конденсаторов, показывают мгновенное состояние прямого смещения конденсатора 312 и одновременное состояние обратного смещения конденсатора 314, которое имеет место во время положительной фазы источника 305 переменного тока. (Конечно, полярности были бы обращены во время отрицательной фазы.)

Встречно-последовательные конфигурации поляризованных конденсаторов будут работать в переходном режиме или в ограниченных током применениях. Такая стандартно реализованная, встречно-последовательная конфигурация использует поведение, подобное ранее описанному внутреннему диоду Зенера. Она обычно используется при включениях запуска однофазного двигателя и беспокоит перегревом и коротким сроком службы из-за закорачивания обратного смещения. Когда конденсатор 312 смещен в прямом направлении источником переменного тока, конденсатор 314 смещен в обратном направлении и закорачивает ток полуволны на нагрузку 320. На следующей полуволне конденсатор 314 смещен в прямом направлении, тогда как конденсатор 312 закорочен. Эта стандартная встречно-последовательная конфигурация является значительной для состояния смещения постоянного тока, которое колеблется на основе подцикла (полуцикла).

Со ссылкой на фиг.4 в патентах США №4672289 и 4672290 Ghosh описывается усовершенствованная схема для реализации встречно-последовательных, поляризованных конденсаторов в окружении переменного тока. Схема 460 показана на фиг.4. Схема 460 включает в себя поляризованные конденсаторы 462, 464 и диоды 466, 468, последовательно соединенные с источником 461 переменного тока для возбуждения нагрузки 470 переменного тока. Встречно-последовательные симметричные поляризованные конденсаторы 462, 464 параллельно подключены к противоположно выравненным встречно-последовательным диодам 466, 468. При работе параллельный “шунтирующий” диод (466, 468) ограничивает максимальное мгновенное отрицательное напряжение через каждый конденсатор, что защищает каждый поляризованный конденсатор от избыточного обратного смещения. Схема Ghosh обеспечивает внешние дискретные диоды для шунтирования обратных токов от каждого конденсатора. Поведение, подобное внутреннему диоду Зенера, уменьшено. Это снижает выделение тепла в конденсаторах и продлевает их ожидаемый срок службы.

К сожалению, однако, это решение шунтирующего диода имеет определенные существенные недостатки. Полярность каждого конденсатора подвержена действию полного напряжения переменного тока через этот блок в течение полуволны переменного тока. Таким образом, для короткого замыкания, запуска двигателя, бросков тока трансформатора и тому подобных состояний полное напряжение источника переменного тока прикладывается к выводам каждого встречно-последовательного конденсатора и блока диодов с 50%-ным рабочим циклом. Делитель напряжения отсутствует. Таким образом, реализуемое пульсирующее напряжение переменного тока ограничено достижимыми номинальными напряжениями диодов для заданного уровня искажения сигнала переменного тока. Кроме того, каждый поляризованный конденсатор подвергается действию состояния обратного смещения низкого напряжения приблизительно 50% времени. Диоды искажают форму волны напряжения сети переменного тока. Кроме того, схемы автоматического смещения не поддаются ограничению диодного тока. Таковы проблемы в условиях установившегося состояния, обусловленные потерями тепла, искажением формы волны тока и требованиями к размерам диодов. Существуют даже более значительные проблемы для полупроводников при применении в переходных режимах, при повреждениях, бросках намагничивания, резонансе и/или запуске. Весь ток схемы проходит через каждый диод с 50%-ным рабочим циклом как в установившемся состоянии, так и в переходном режиме. Это ведет к значительным потерям тепла через диоды. Также, колебание напряжения автоматического смещения постоянного тока нарушает опорное рабочее заземление и дополнительно повышает рассеяние тепла. Присутствует искажение сигнала переменного тока из-за одностороннего ограничения в результате неадекватного напряжения смещения постоянного тока относительно размера сигнала переменного тока. Мощность, требуемая для повторного образования заряда конденсатора на половину цикла, является дополнительной потерей мощности. Кроме того, это решение известного уровня техники не подходит для использования с другими поляризованными устройствами накопления электрического заряда, такими как многие электрохимические батареи. 

Кроме того, схема проявляет отсутствие экономии масштаба для повышенных требований к току. Если номинальная сила тока в амперах батареи конденсаторов удваивается, то же самое должно происходить и для диодов, радиаторов и т.п. Это составляет самые важные затраты при применении переменного тока с большими токами. Если дополнительные последовательные диоды требуются для увеличения реализуемого уровня напряжения, то дополнительные диоды должны иметь ту же самую допустимую токовую нагрузку в амперах, что и имеющиеся диоды. Прямое падение напряжения на каждом существующем диоде согласуется с прямым падением напряжения на каждом дополнительном диоде. Таким образом, потери мощности и образование тепла увеличиваются пропорционально. Также, глухая зона около нуля, каждого диода, умножается на число диодов в последовательности.

Это искажение формы волны из-за встречно-последовательного расположения диодов, например, в схеме Ghosh и поведение внутреннего диода Зенера в стандартном встречно-последовательном расположении является, таким образом, неподатливым. Кроме того, схемы Ghosh и стандартные схемы имеют продолжительное колебательное действие на исходное рабочее заземление постоянного тока. Эти проблемы делают стандартные устройства и устройства Ghosh неподходящими для общих применений переменного тока. Эти две технологии действуют за пределами режима малых сигналов, в котором искажение напряжения переменного тока может быть минимизировано.

Со ссылкой на фиг.5 в патенте Германии №DE 4401955 Norbert описывается схема 500 для использования поляризованных конденсаторов в переходных применениях переменного тока. Как описывает Norbert, схема 500 сконструирована такой, чтобы быть прежде всего фазовращателем для запуска асинхронных однофазных двигателей. Схема 500 состоит из источника 501 переменного тока, встречно-последовательной пары 502, резистора 503, диода 504, индуктивной нагрузки 505 и выключателя 506. Диод 504 и резистор 503 постоянно подключены к источнику 501 напряжения переменного тока или иначе к другому источнику отрицательного напряжения. После скрытого периода при открытом выключателе 506 комбинация диод/резистор будет постепенно смещать в прямом направлении пару конденсаторов. Схема Norbert заранее обуславливает конденсатор для правильного запуска нагрузки переменного тока и увеличивает ожидаемый срок службы по сравнению со схемой Ghosh, когда адекватный скрытый период доступен перед запуском двигателя. Norbert позволяет использовать малые допустимые токовые нагрузки в амперах по сравнению с Ghosh. Norbert также предлагает соединение высокого полного сопротивления с центральным узлом встречно-последовательных конденсаторов, в экономичной конфигурации единой оболочки. Только внешние соединения диода, резистора и источника переменного тока требуются для приведения схемы в состояние готовности к использованию.

К сожалению, схема Norbert требует значительного времени для смещения конденсатора. Конденсаторы заряжаются в точности до величины ниже величины напряжения переменного тока (от максимума до нуля). По этой причине схема Norbert несовместима с использованием поляризованных конденсаторов с низким рабочим напряжением при применении высокого напряжения системы переменного тока. Кроме того, эта схема не подходит для использования с другими поляризованными устройствами носителей заряда, такими как электрохимические батареи. Кроме того, схема Norbert не подходит для непрерывного использования, так как повторное образование заряда имеет тенденцию к ухудшению во времени, если однофазный двигатель или другая нагрузка остаются подключенными при следующем запуске. Эта схема будет затем вести себя идентично стандартной, незаряженной встречно-последовательной конфигурации. Таким образом, схема Norbert будет проявлять недостаток одностороннего ограничения формы сигнала переменного тока из-за превышения требования малых сигналов переменного тока в случае установившегося состояния. 

Соответственно, остается необходимость в усовершенствованном способе и схеме для использования поляризованных устройств накопления заряда, таких как поляризованные конденсаторы при применении переменного тока, включая применение установившегося состояния переменного тока.

Краткое изложение сущности изобретения 

Поляризованные устройства накопления электрического заряда экономично обеспечивают высокую доступную емкость. Данное изобретение непосредственно использует поляризованные устройства накопления электрического заряда (PECS), такие как поляризованные конденсаторы или электрохимические батареи при обычных применениях переменного тока с новой топологией схемы. В одном варианте осуществления, встречно-последовательная конфигурация первого и второго устройств PECS используется в сети переменного тока для улучшения работы сети переменного тока. По меньшей мере один источник постоянного тока предусмотрен для поддержания устройств PECS смещенными в прямом направлении в то время, когда они подвергаются действию сигнала переменного тока. Сигнал переменного тока, который возбуждает нагрузку переменного тока, прикладывается к встречно-последовательным устройствам. Эти устройства достаточно смещаются по меньшей мере одним источником напряжения постоянного тока таким образом, что они остаются смещенными в прямом направлении при взаимодействии с сигналом переменного тока.

Вышеизложенное довольно широко очертило отличительные признаки и технические преимущества данного изобретения для того, чтобы следующее подробное описание изобретения могло бы быть лучше понято. Дополнительные отличительные признаки и преимущества изобретения будут описаны ниже и образуют предмет формулы изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что описываемые концепция и конкретный вариант осуществления могут быть легко использованы как основа для модификации и конструирования других структур для осуществления тех же задач данного изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что такие эквивалентные конструкции не выходят за рамки сущности и объема изобретения, изложенных в прилагаемой формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания данного изобретения и его преимуществ, теперь делается ссылка на следующие описания, взятые в сочетании с сопутствующими чертежами, в которых:

фиг.1 является моделью схемы известного уровня техники для оксидных конденсаторов.

Фиг.2 показывает схему известного уровня техники, использующую поляризованные и неполяризованные конденсаторы в случае взаимодействия малых сигналов переменного тока, обычно присутствующую в аналоговых звуковых усилителях.

Фиг.3 показывает коммерчески доступную пару стандартных встречно-последовательных поляризованных конденсаторов, соединяющих сигнал переменного тока с нагрузкой переменного тока, обычно используемую в случае запуска двигателя.

Фиг.4 показывает усовершенствование известного уровня техники схемы фиг.3.

Фиг.5 также показывает усовершенствование известного уровня техники схемы фиг.3.

Фиг.6А показывает схему переменного тока, содержащую смещенные в прямом направлении, встречно-последовательные поляризованные конденсаторы данного изобретения, в которой игнорируются детали схем смещения постоянного тока.

Фиг.6В изображает конфигурацию смещенных в прямом направлении, встречно-последовательных поляризованных конденсаторов данного изобретения с устройством переменного тока, отделяющим положительный узел соединения постоянного тока, в которой детали смещения опущены.

Фиг.7 иллюстрирует встречно-последовательную симметричную реализацию смещенных постоянным током поляризованных конденсаторов в ограниченном применении переменного тока данного изобретения.

Фиг.8 изображает одну схему данного изобретения.

Фиг.9 изображает другой вариант осуществления схемы данного изобретения.

Фиг.10 показывает один вариант осуществления схемы для реализации данного изобретения.

Фиг.11 иллюстрирует устройство связывания емкостной мощности, использующее другой вариант осуществления данного изобретения.

Фиг.12 показывает последовательное изображение трехфазной, трехпроводной системы переменного тока, включающей в себя смещенные в прямом направлении, встречно-последовательные поляризованные конденсаторы данного изобретения, в котором игнорируются детали схем смещения постоянного тока.

Фиг.13 показывает трехфазную, четырехпроводную систему переменного тока, включающую в себя вариант осуществления данного изобретения.

Фиг.14 показывает другую трехфазную, четырехпроводную систему переменного тока, включающую в себя другой вариант осуществления данного изобретения.

Фиг.15 иллюстрирует дополнительную трехфазную, четырехпроводную систему переменного тока, включающую в себя вариант осуществления данного изобретения.

Фиг.16 иллюстрирует схему большого тока с реализацией 4n+ данного изобретения, в которой детали источника напряжения постоянного тока опущены. 

Фиг.17 показывает простое представление реализации высокого напряжения 4n+ поляризованного конденсатора и системы смещения согласно данному изобретению.

Фиг.18 иллюстрирует другую реализацию данного изобретения.

Фиг.19 изображает две обмотки асинхронного двигателя переменного тока с расщепленной фазой, подходящие для непрерывной работы от однофазного источника переменного тока, использующие вариант осуществления текущего изобретения. 

Фиг.20 показывает полосовой LC-фильтр с расстраивающим устройством для ограничения токов, вызываемых повреждениями по ходу тока в другом варианте осуществления данного изобретения. 

Фиг.21 изображает безопасную в отношении электрических контактов, теплопроводную структуру для регулировки температур конденсаторов и электрических параметров в другом варианте осуществления данного изобретения.

Фиг.22 иллюстрирует способ для установления состояния передачи смещенного в прямом направлении малого сигнала, подходящего для переходных применений и адаптируемого для непрерывной работы в другом варианте осуществления данного изобретения.

Фиг.23 изображает простую управляемую схему смещения в другом варианте осуществления данного изобретения, подходящую для непрерывной работы.

Фиг.23А является упрощенной схемой зарядного механизма фиг.23.

Фиг.24 изображает другой вариант осуществления данного изобретения с пассивной схемой смещения, подобной фиг.23. 

Фиг.25 изображает встречно-последовательную конфигурацию данного изобретения, в которой источник переменного тока разделяет отрицательные выводы конденсаторов, а нагрузка переменного тока разделяет положительные выводы конденсаторов.

Фиг.26 иллюстрирует использование единственного источника низкого напряжения постоянного тока для смещения двух пар встречно-последовательных поляризованных конденсаторов, которые расположены последовательно друг за другом, в другом варианте осуществления данного изобретения.

Фиг.27 иллюстрирует источник электропитания постоянного тока в другом варианте осуществления данного изобретения, в котором выпрямительный мост подключен к источнику переменного тока через встречно-последовательные конденсаторы, которые в свою очередь смещаются частью выхода постоянного тока.

Фиг.28 показывает трехфазную конфигурацию встречно-последовательных устройств PECS в другом варианте осуществления данного изобретения, в которой в каждой ветви переменного тока, подключенной к источнику питания, присутствует единственный поляризованный конденсатор.

Фиг.29 показывает однофазную систему 120:240 В данного изобретения, в которой единственное устройство PECS в каждой ветви служит в качестве части конфигурации встречно-последовательных конденсаторов.

Фиг.30 показывает источник смещения постоянного тока, использующий единственный выпрямитель в конфигурации встречно-последовательных устройств PECS данного изобретения, подходящий для непрерывной работы.

Подробное описание

Обзор

На фиг.6А показана идеальная схема 600, которая концептуально иллюстрирует некоторый вариант осуществления данного изобретения. Схема 600 включает в себя источник 605 переменного тока, последовательно соединенный с парой 610 встречно-последовательных, поляризованных конденсаторов и нагрузкой 620, которая возбуждается источником 605 переменного тока. Пара 610 поляризованных, встречно-последовательных конденсаторов включает в себя поляризованные конденсаторы 612 и 614, подключенные друг к другу встречно-последовательно. Как показано на фиг 6А, каждый из конденсаторов 612 и 614 соответствующим образом смещается в прямом направлении напряжениями 616, 618 постоянного тока таким образом, что чистое положительное напряжение непрерывно прикладывается к каждому конденсатору, что позволяет использовать их при обычных применениях переменного тока.

Каждое напряжение смещения постоянного тока достаточно велико в соединении с долей рабочего напряжения переменного тока каждого конденсатора для компенсации худшего случая отрицательного размаха переменного тока. Положительный размах напряжения переменного тока, наложенного на напряжение смещения постоянного тока, подобным же образом меньше, чем номинальное рабочее напряжение конденсатора. Принудительное, непрерывное состояние смещения постоянного тока устраняет недостатки известного уровня техники, такие как жесткие потери тепла, короткий срок службы, искажение сигнала и/или колебательное состояние напряжения смещения постоянного тока. Таким образом, когда поддерживается правильное состояние смещения постоянного тока и напряжение переменного тока и ток малы относительно допусков устройств, эта схема является подходящей для работы переменного тока в установившемся состоянии или в переходном состоянии. Детали схем суперпозиции смещения постоянного тока для простоты опущены на этом чертеже, но будут рассматриваться более подробно ниже. Существует много реализаций схем, подходящих для установления и поддержания правильного состояния смещения конденсаторов постоянного тока. Источники постоянного тока для смещения встречно-последовательных, поляризованных конденсаторов могут быть выведены из любой соответствующей схемы, включающей в себя как регулируемые, так и нерегулируемые источники. Альтернативно заметим, что мгновенное активное смещение является практичным и может повысить срок службы поляризованных конденсаторов.

Схема 600 использует блокирующие характеристики постоянного тока конденсаторов 612, 614. Напряжения 616, 618 постоянного тока прикладываются к выводам двух поляризованных конденсаторов. Для целей этого обсуждения, предположим, что прикладывается симметричное напряжение смещения постоянного тока. Ради простоты также предположим, что конденсаторы 612 и 614 равны по емкости друг другу. Однако эти условия не являются необходимыми для данного изобретения. В этом варианте осуществления величина каждого напряжения смещения постоянного тока равна по меньшей мере половине абсолютного максимума (не RMS) напряжения переменного тока от пика до нуля на встречно-последовательной паре конденсаторов. Это составляет одну четвертую величины приложенного напряжения от пика к пику. Чтобы объяснить вариацию компонентов и поддерживать режим малого сигнала, приложенное напряжение смещения постоянного тока было бы несколько увеличено. Напряжения смещения постоянного тока не влияют неблагоприятно на работу переменного тока схемы. Это обеспечивает правильное прямое смещение и дает возможность непрерывной работы без искажения напряжения переменного тока, обратного смещения конденсаторов, прямой проводимости диодов, выделения тепла на компонентах, колебаний опорного напряжения постоянного тока и преждевременных коротких замыканий, характерных для применений известного уровня техники.

В идеальной конфигурации источники смещения постоянного тока электрически изолированы (независимы) от источника переменного тока. Соответственно, никакое напряжение смещения постоянного тока или ток не будет возмущать соединенную сеть переменного тока в этом идеальном случае. Кроме того, никакое гармоническое или субгармоническое искажение не было бы передано сети переменного тока ни емкостным путем переменного тока, ни источником смещения. Кроме того, этот источник смещения постоянного тока проявляет бесконечный двунаправленный импеданс переменного тока и нулевое сопротивление постоянного тока. Подобным же образом, путь переменного тока через поляризованные конденсаторы проявляет нулевое двунаправленное сопротивление переменного тока и бесконечное сопротивление постоянного тока. Напряжения переменного тока и постоянного тока присутствуют в соответствии с принципом суперпозиции. Таким образом, интерфейс (согласование) переменный ток/постоянный ток не вызывает электромагнитного возмущения одного другим или смежного электрического оборудования. Поляризованные конденсаторы могут рассматриваться как нагрузка постоянного тока для источника электропитания постоянного тока как в случае переходного состояния переменного тока, так и в случае установившегося состояния переменного тока.

Простота схемы 600 является информативной. Она служит, в основном, для иллюстрации того, что поляризованные конденсаторы могут быть непосредственно использованы в сетях переменного тока и служат в качестве делителя напряжения переменного тока. Это составляет элегантно простую реализацию использования полярного конденсатора в сетях переменного тока и обеспечивает прежде неизвестные результаты. Не существует возможного электрического пути, кроме как через конденсаторы. Поскольку центральный узел смещен относительно фиксированного опорного заземления, две другие встречно-последовательные реализации могут работать параллельно друг другу с соответствующим напряжением смещения.

На фиг.6В изображена схема 650. Схема 650 состоит из источника 652 переменного тока, поляризованных конденсаторов 662, 664, катушки 668 индуктивности и нагрузки 670 переменного тока. Катушка 668 индуктивности физически разделяет пару встречно-последовательных поляризованных конденсаторов 662, 664. Отметим, что ориентация полярности и напряжение смещения постоянного тока конденсаторов 662, 664 обращены по отношению к показанным на фиг.6А. Знаки полярности над конденсаторами указывают непрерывное прямое смещение конденсаторов. Можно верифицировать в установившемся состоянии, что напряжения постоянного тока и переменного тока складываются в ноль по контуру схемы. Напряжение постоянного тока установившегося состояния на катушке индуктивности является незначительным, поэтому положительные узлы конденсаторов имеют фактически идентичный потенциал постоянного тока. Таким образом, узел соединения постоянного тока поддерживает непрерывность через катушку индуктивности. Отметим, что источник 652 переменного тока и нагрузка 670 переменного тока подобным же образом физически разделяют отрицательные полюсы конденсаторов, оставаясь при этом при том же самом потенциале постоянного тока. Источник 652 переменного тока связан с нагрузкой 670 переменного тока посредством LC-схемы, состоящей из конденсаторов 662, 664 и катушки индуктивности 668. LC-схемы обычно используются в качестве фильтров. Параметры переменного тока схемы, такие как коэффициент мощности, полное сопротивление и т.п. не могли бы быть изменены посредством настраиваемого управления индуктивностью катушки индуктивности. Это могло бы быть выполнено посредством переключения ответвлений или закорачивания катушки индуктивности через низкое сопротивление, помещенное параллельно. Детали источника смещения постоянного тока на чертеже опущены для простоты. Этот чертеж служит для иллюстрации того, что элементы схемы переменного тока могут разделять смещенные в прямом направлении встречно-последовательные устройства PECS при применении переменного тока.

Реализации схем

На фиг.7 показана схема 750, которая использует два явных, идентичных источника 774 и 786 напряжения постоянного тока. Каждый незаземленный источник напряжения постоянного тока положительно смещает поляризованный конденсатор 778 и 782, соответственно, через резистор 788 опорного заземления постоянного тока (блокирования переменного тока). Неполярные полирующие конденсаторы 776, 784 подсоединены параллельно к поляризованным конденсаторам 778 и 782 соответственно; для образования соответствующих наборов конденсаторов 776/778 и 782/784. Сигнал переменного тока передается от источника 772 переменного тока через наборы конденсаторов к индуктивной/резистивной нагрузке 790 и проводится через выходные участки источников напряжения постоянного тока. Встречно-последовательное расположение полярных конденсаторов, вместе со смещением, позволяет использовать их в этом применении сигнала переменного тока. Как выходной участок источника 772 переменного тока, так и нагрузка 790 функционируют как цепи короткого замыкания постоянного тока установившегося состояния, что позволяет источникам 774, 786 постоянного тока смещать наборы конденсаторов. Блокирующий резистор 788 обеспечивает путь постоянного тока к отрицательному полюсу уровня опорного напряжения в этой симметричной, незаземленной схеме смещения постоянного тока. Резистор имеет достаточно высокий импеданс переменного тока относительно конденсаторов для того, чтобы выступать по существу в качестве разомкнутой цепи для сигнала переменного тока. Этот вариант осуществления схемы служит, в основном, для иллюстрации применения симметрично смещенных встречно-последовательных поляризованных конденсаторов для передачи сигнала переменного тока. Принцип суперпозиции явно показан. Отметим, что единственный, несмещенный, неполяризованный конденсатор от источника 772 переменного тока до нагрузки 790 может быть подставлен вместо конденсаторов 776 и 784 для более эффективного полирования передачи сигнала переменного тока. Следует отметить, что весь сигнал переменного тока проходит через выходные участки двух источников электропитания постоянного тока. Напряжение постоянного тока делится между конденсаторами и резистором 788. Отметим, что эта система может быть произвольно заземлена в любом единственном узле. Уровень напряжения смещения постоянного тока может быть установлен намного большим, чем размер сигнала переменного тока для хорошей верности передачи сигнала (низкого гармонического искажения).

На фиг.8 изображена схема 800, которая является одним вариантом осуществления схемы для реализации данного изобретения. Схема 800 включает в себя источник 805 переменного тока, встречно-последовательные поляризованные конденсаторы 812, 814, диод 816, резистор 817, источник 818 напряжения постоянного тока и трехпозиционный переключатель 819. Два крыла встречно-последовательных конденсаторов 812, 814 могут первоначально быть правильно последовательно смещенными. Посредством изображенной конфигурацией схемы и переключателем в центральной позиции (разомкнутой) достигается устойчивое напряжение смещения постоянного тока и близкое приближение к бесконечному импедансу переменного тока (разомкнутая цепь). Однако первоначально заряженное напряжение смещения постоянного тока будет ухудшаться из-за коронирования и токов утечки через конденсаторы. Отметим, что два крыла поддерживают идентичные напряжения смещения и скорости убывания заряда. Таким образом, посредством перебрасывания переключателя 819 назад и вперед конденсаторы 812, 814 могут поддерживать свой заряд. Отметим, что обычный источник переменного тока питает нагрузку посредством обмотки трансформатора. Когда цепь замкнута, и переключатель батареи переброшен на любое крыло, напряжение смещения обоих крыльев возрастает относительно центрального узла. Скорость изменения этих двух напряжений различна, но оба возрастают. Короче говоря, два крыла имеют равные напряжения смещения постоянного тока. Специалист в данной области техники легко может проверить, что обмотка трансформатора (источник 805 переменного тока) и нагрузка действовали как цепь короткого замыкания установившегося состояния на разницу напряжений смещения постоянного тока. Когда переключатель находится в боковой позиции, некоторый переменный ток протекает через источник 818 постоянного тока (например, батарею). Эта неидеальность является однонаправленной, временной и зависимой от величины резистора 817, конденсатора, нагрузки переменного тока и параметров источника переменного тока. В этом случае идеальная конфигурация схемы работает до любой произвольной степени. Переключатель не является необходимым для работы схемы, но полезен для иллюстрации принципа работы и имеет полезность для целей поддержания источника напряжения постоянного тока.

Диоды вообще (и диод 816, в частности) являются великолепной реализацией высокого импеданса переменного тока, в случае обратного потока, и в то же время позволяют прямому постоянному току свободно протекать. Диод 816 не блокирует прямую полуволну переменного тока. Переключатель 819 может быть реализован как твердотельный переключатель или как электромеханическое устройство. Переключатель 819 может связывать источник 818 напряжения постоянного тока с соответствующим конденсатором 812 или 814, непрерывно, в течение заданной полуволны или может просто скачкообразно подключаться к любой стороне. Относительно большой резистор 817 (или катушка индуктивности) эффективно связывает источник 818 напряжения постоянного тока с конденсаторами 812, 814 при блокировании сигнала переменного тока. Однако могут использоваться и другие элементы схемы с высоким импедансом переменного тока. Таким образом, источник смещения постоянного тока состоит из электрического переключателя 819, источника 818 напряжения постоянного тока, резистора 817 и диода 816. Исключительно низкое сопротивление переменного тока и относительно низкий импеданс переменного тока конденсаторов будет эффективно шунтировать переменный ток. При разомкнутом электрическом переключателе положительный полюс источника смещения постоянного тока электрически изолирован от положительных выводов конденсаторов. В обычной сети переменного тока нейтральная линия подсоединена к рабочему заземлению. Отрицательный вывод источника смещения постоянного тока подсоединен к отрицательному выводу поляризованных конденсаторов 812, 814. Источник смещения постоянного тока и два поляризованных конденсатора находятся в параллельном соединении постоянного тока друг с другом и поддерживают отличающийся уровень напряжения постоянного тока на своих отрицательных выводах, чем провод, подключенный к источнику питания, нейтральный провод и (если оно есть) заземление схемы 800. Отметим, что из-за присутствия обмоток трансформатора в обычных источниках переменного тока нейтральный провод, подключенный к источнику питания, и провод заземления по существу находятся при одном и том же потенциале постоянного тока. Эта электрическая изоляция отрицательного вывода конденсаторов от переменного тока усиливается посредством того факта, что ни разомкнутая цепь, ни глухое короткое замыкание в источнике переменного тока и/или в нагрузке переменного тока не будут иметь какого-либо влияния на напряжение смещения постоянного тока, приложенное к конденсаторам. Подобным же образом, глухое короткое замыкание может заменить источник напряжения постоянного тока без какого-либо влияния на уровень опорного напряжения постоянного тока линий переменного тока или на работу схемы, пока заряд конденсатора не рассеется.

На фиг.9 показан другой вариант осуществления схемы 900 данного изобретения. Схема 900 включает в себя источник 905 переменного тока, встречно-последовательные поляризованные конденсаторы 912, 914, источник 926 напряжения постоянного тока, диод 932 блокирования переменного тока, резисторы 934, 935 блокирования переменного тока и нагрузку 940 переменного тока. Нейтраль переменного тока и/или путь заземления на этом чертеже для простоты опущены. Ввиду перспективы переменного тока резисторы 934, 935 по существу подсоединены параллельно к поляризованным конденсаторам 912 и 914 и для малых, равных значений сопротивлений могут корректировать деление напряжения переменного тока из-за вариации компонентов конденсаторов. Положительное смещение постоянного тока поддерживается на каждом полярном конденсаторе источником 926 напряжения постоянного тока через диод 932 и резисторы 934 и 935 блокирования переменного тока, которые коллективно функционируют как источник смещения постоянного тока. Источник смещения постоянного тока в сущности подсоединен параллельно к конденсаторам. Отметим, что резисторы 934, 935 блокирования переменного тока по существу находятся в последовательном соединении цепи переменного тока и для больших значений сопротивлений препятствуют течению какого-либо значительного переменного тока из обхода пути встречно-последовательных конденсаторов 912, 914. Блокирующие резисторы 934, 935 в последовательной комбинации с диодом 932 предотвращают протекание значительного переменного тока через источник 926 постоянного тока. Любая соответствующая величина сопротивления резисторов, например, от менее чем 40 Ом до более чем 100 кОм была бы подходящей для резисторов 934, 935. Таким образом, источник смещения постоянного тока для схемы 900 состоит из источника 926 напряжения постоянного тока, диода 932 и резисторов 934, 935. Дополнительное сопротивление может быть помещено последовательно с источником 926 напряжения постоянного тока и диодом 932 для уменьшения протекания переменного тока через источник. В установившемся состоянии источник 926 напряжения постоянного тока по существу подсоединен параллельно к конденсаторам 912, 914 относительно постоянного тока для обычных значений компонентов. Выбранные конденсаторы могут потребовать номинального напряжения, которое по меньшей мере вдвое больше значения источника 926 напряжения постоянного тока для того, чтобы была возможность суперпозиции волны переменного тока подобной величины на конденсаторах.

Если желательны дополнительные амперы переменного тока, то к конденсаторам 912, 914 могут быть параллельно подсоединены дополнительные конденсаторы. Дополнительные батареи смещенных встречно-последовательных конденсаторов, или последовательные поляризованные конденсаторы, соединенные встречно-последовательно, могут быть также добавлены для увеличения предельно допустимого переменного тока или напряжения соответственно. Фактором, который будет в конечном счете ограничивать максимальный номинальный ток этой схемы, являются требования к току смещения, а именно пределы мощности источника электропитания постоянного тока. Однако в этом случае нет существенного предела, так как источники постоянного тока могут иметь любой произвольный размер. Также, требования к мощности постоянного тока обычно являются малой частью номинальной мощности переменного тока данного изобретения. Если источником 926 напряжения постоянного тока является источник регулируемого напряжения, то вместо конденсаторов 912, 914 могут быть поставлены электрохимические батареи во встречно-последовательном расположении. Потребуется несколько расположенных последовательно элементов батареи на каждое крыло, и рассматриваются интервалы напряжения смещения постоянного тока для зарядки/разрядки, но реализуемый прирост емкости является большим. Таким образом, посредством конкретных стадий конструирования простого применения любое устройство PECS может быть приспособлено для использования в этой схеме. 

С точки зрения практики, в области изготовления электрических устройств является стандартным отдельно предохранять батареи конденсаторов. Это соглашение вероятно будет распространено на отдельное смещение и предохранение батарей конденсаторов.

На фиг.10 показана схема 1000, иллюстрирующая другое применение смещенных, поляризованных конденсаторов в сети переменного тока. Являясь адаптацией схемы фиг.7, схема 1000 обеспечивает более практичное решение для общей генерации, передачи и распределения мощности переменного тока. Схема 1000 содержит источник 1005 переменного тока, встречно-последовательные поляризованные конденсаторы 1009, 1023, неполяризованный полирующий конденсатор 1011, источники 1013, 1027 напряжения постоянного тока, резисторы 1015, 1025, 1017 блокирования переменного тока и нагрузку 1031 переменного тока. Источник смещения постоянного тока, состоящий из источника 1013 напряжения постоянного тока и резистора 1015, по существу параллельно соединен с поляризованным конденсатором 1009. Подобным же образом, источник смещения постоянного тока, состоящий из источника 1027 напряжения постоянного тока и резистора 1025, по существу паралелльно соединен с поляризованным конденсатором 1023. Эта схема подобна ранее описанным схемам, за исключением того, что избыточные источники смещения постоянного тока подключены непосредственно параллельно к поляризованным конденсаторам. Эта схема полезна в общих случаях применения переменного тока. Смещающие (блокирующие переменный ток) резисторы 1015, 1025 с большим импедансом (Ом-кОм) позволяют происходить смещению постоянного тока, и при этом оказываются разомкнутой цепью для целей переменного тока. Катушка индуктивности (или другое устройство разомкнутой цепи переменного тока) может заменить смещающие резисторы 1015, 1025. Большой (кОм, МОм) блокирующий резистор 1017 может быть заменен разомкнутой цепью. Подобным же образом, блокирующий резистор 1017 может быть перемещен в место между центральными узлами источников постоянного тока и центральным узлом устройства PECS.

На фиг.11 иллюстрируется устройство 1100 связывания емкостной мощности, использующее единственный электрически изолированный источник 1115 электропитания постоянного тока для обеспечения необходимого, симметричного, активного напряжения смещения постоянного тока для непрерывной работы поляризованных конденсаторов при обычном применении сети переменного тока. Схема 1100 обычно включает в себя источник 1105 переменного тока, встречно-последовательные поляризованные конденсаторы 1112, 1114, источник 1115 напряжения постоянного тока, блокирующий диод 1117, резисторы 1119, 1121 смещения и нагрузку 1130 переменного тока. Электрически изолированный нерегулируемый источник 1115 напряжения постоянного тока состоит из изолирующего трансформатора, двухполупериодного выпрямительного диодного моста и выходного участка двух катушек индуктивности и поляризованного конденсатора 1124. Источник смещения постоянного тока состоит из источника 1115 напряжения постоянного тока, диода 1117 и резисторов 1119, 1121. Произвольный и непронумерованный резистор показан в отрицательной ветви источника смещения постоянного тока. Резисторы 1119, 1121 смещения и диод 1117 обеспечивают высокий импеданс переменного тока, допуская при этом удовлетворительный зарядный постоянный ток к поляризованным конденсаторам 1112, 1114. Диод 1117 дополнительно препятствует обратному постоянному току в случае повреждения диодного моста в источнике питания постоянного тока. Выходной участок источника питания постоянного тока, состоящий из катушек индуктивности 1122, 1123, конденсатора 1124 и диода 1117, может быть опущен без компрометирующей функции. Конденсаторы 1112 и 1114 составляют нагрузку постоянного тока системы в установившемся состоянии и подключены параллельно относительно постоянного тока, но встречно-последовательно относительно переменного тока. Коэффициент трансформации по соотношению витков изолирующего трансформатора в источнике питания постоянного тока устанавливает уровень напряжения смещения постоянного тока и оперативно (при работе) подключен к источнику 1105 переменного тока. Отметим, что уровень опорного напряжения постоянного тока узлов А и В по существу находится на рабочем заземлении переменного тока, тогда как узел D удерживается ниже заземления источником смещения постоянного тока. Электрическая изоляция источника напряжения постоянного тока от источника переменного тока позволила бы использовать любую ориентацию конденсаторов 1112, 1114. А именно положительные полюсы конденсаторов могли бы быть соединены в узле D при условии, что полярность источника мощности смещения обращена. В этом случае опорное напряжение постоянного тока узла D было бы выше уровня рабочего заземления переменного тока.

Мощность, подаваемая к нагрузке переменного тока, может быть на много порядков больше, чем требуемая мощность источника питания смещения. Предполагается, что источник 1105 переменного тока включает в себя один или несколько индуктивных обмоток, например от генератора или трансформатора. Это обеспечивает установившееся состояние короткого замыкания постоянного тока. Наложенные волна переменного тока и напряжение смещения постоянного тока должны быть меньше, чем номинальное напряжение постоянного тока конденсатора, и все же должны поддерживать положительное смещение во всех точках сигнала напряжения переменного тока. Величина напряжения смещения постоянного тока значительно превышает величину сигнала приложенного напряжения переменного тока для уменьшения гармонического искажения сигнала переменного тока. Уровень опорного напряжения в точке D, представляющий отрицательные полюсы конденсаторов, поддерживается ниже заземления в показанной однофазной системе переменного тока. Следует отметить, что величина постоянного тока утечки через конденсаторы незначительна. Принимается, что уровень напряжения постоянного тока источника переменного тока и нагрузки переменного тока фактически идентичны рабочему заземлению переменного тока. Таким образом, отрицательные соединения полярных конденсаторов находятся ниже рабочего заземления в этой реализации. Кроме того, полярность конденсаторов и источника смещения постоянного тока могут быть одновременно обращены. Это обращение подняло бы положительные полюса полярных конденсаторов над опорным заземлением, но не имеет значительного эффекта первого порядка на передачу мощности переменного тока. Кроме того, могут использоваться множественные, параллельные схемы с уникальным (или, альтернативно, общим) напряжением смещения. Это демонстрирует то, что имеет место незначительное смещение постоянного тока установившегося состояния схемы переменного тока. Выбор встречно-последовательной ориентации может быть связан с заземлением корпуса конденсатора, безопасностью, условиями, охлаждением, функцией передачи и другими вторичными соображениями и вопросами.

Резистор 1119, соединенный с узлом С, резистор в отрицательной ветви постоянного тока и резистор 1121 обеспечивают мгновенное симметричное смещение постоянного тока конденсаторов. Отметим, что обычные индуктивные и резистивные нагрузки и источники переменного тока обеспечивают короткое замыкание постоянного тока на рабочее заземление. Физически допустимо поместить нагрузку переменного тока, или альтернативно, источник переменного тока между поляризованными конденсаторами. Предпочтительно, чтобы обе стороны выключателя (не показан) нагрузки были резистивно подключены к источнику смещения постоянного тока в этой реализации. Эта конфигурация обеспечивает способ для управления источником переменного тока и нагрузкой переменного тока в различных точках опорного заземления. Отметим, что до тех пор, пока резисторы не будут подключены к узлам A, D и С, источник напряжения смещения постоянного тока является совершенно независимым от рабочего заземления переменного тока в узле В. Это обусловлено изолирующим трансформатором переменного тока и двухполупериодным выпрямительным мостом. Необходимое условие непрерывного смещения постоянного тока может быть предоставлено путем выпрямления полуволны, но 1/2 гармоник основной частоты затем подается в сеть переменного тока. Электрически изолированный регулируемый источник питания постоянного тока с батареей или без нее может использоваться там, где это желательно. Подобным же образом, напряжение смещения может быть связано с поляризованными, несущими сигнал переменного тока конденсаторами при помощи катушек индуктивности или других элементов схемы с низким сопротивлением постоянного тока и высоким импедансом переменного тока. Выходной участок источника 1115 напряжения постоянного тока так же, как и диод 1117, может быть устранен, что позволяет использовать резисторы 1121, 1119 и конденсаторы 1112, 1114 в качестве упрощенного выходного участка.

Фиг.12 иллюстрирует схему 1200, которая вообще показывает трехфазную, трехпроводную систему переменного тока, включающую в себя вариант осуществления данного изобретения с опущенными деталями смещения постоянного тока. Схема 1200 включает в себя трехфазный источник 1201 (показанный в дельта-конфигурации), пары 1209А-1209С смещенных в прямом направлении встречно-последовательных поляризованных конденсаторов и трехфазную нагрузку 1211 переменного тока, которая включает в себя нагрузки 1211А-1211С. Для правильно смещенной системы смещения с высоким импедансом переменного тока это подходящее техническое приближение. Параметры переменного тока блока смещенных полярных конденсаторов являются достаточными для анализа схем переменного тока. Для этой цели явно не нужно показывать детали постоянного тока в моделях схем переменного тока. Фиг.12 является, таким образом, трехфазной версией фиг.6А с опущенными указаниями напряжения смещения. Известная характеристика блокирования напряжения постоянного тока превращает детали смещения в ненужные для анализа схем переменного тока. Однако, если это желательно, для целей безопасности и поддержания может быть отмечен уровень напряжения смещения постоянного тока системы. Заметим, что это показано в виде последовательного применения. Если показанной нагрузкой переменного тока является устройство ограничения тока, такое как резистор в 3 Ом, то эта комбинированная нагрузка становится шунтирующим устройством коррекции коэффициента мощности для других нагрузок переменного тока на каждой стороне трансформатора источника. Это устройство может иметь жесткий монтаж или быть управляемым. Если указанная нагрузка выполняет полезную работу, то коррекция коэффициента мощности осуществляется без подъема мощности системы в ваттах. Любая емкость схемы, сконструированная согласно описываемому здесь процессу, по существу будет проявлять характеристики выводов неполярного конденсатора, видимого от источника переменного тока. Такая схематичность, таким образом, сберегает ненужные подробности в конструировании, анализе и поиске неисправностей. Подробности реализации поляризованных конденсаторов могут быть упомянуты по мере необходимости. Другая схема с обращенными характеристиками и линиями могла бы использоваться для показа противоположной настройки конденсатора, если это желательно. Другие многофазные конфигурации, включая девятифазные и т.п., могут быть легко представлены. Отметим, что можно было бы опустить встречно-последовательную пару конденсаторов, такую как 1209В в случае, если рабочие параметры сети требовали бы этого. Отрицательные полюса конденсаторов 1209А, 1209С могли бы все же быть смещены ниже уровня источника и нагрузок переменного тока.

На фиг.13 показана трехфазная, четырехпроводная система переменного тока с трехфазным, электрически изолированным, нерегулируемым источником питания постоянного тока для смещения конденсаторов. Трехфазный источник питания постоянного тока (источник напряжения постоянного тока) 1301 используется для смещения в прямом направлении пары 1309 поляризованных конденсаторов согласно данному изобретению. Источник питания 1301 обычно включает в себя первичную обмотку трансформатора 1302А, вторичную обмотку трансформатора 1302В, диодный мост 1303, дроссели 1304 и 1305 и поляризованный конденсатор 1306 и диод 1307 в этом примере. Источник питания постоянного тока вместе с резистором 1308, диодами, связанными с узлами 4-10, и диодными, резисторными комбинациями, связанными с узлами 1-3, содержит источник смещения постоянного тока. Диодный мост 1303 является трехфазным, шестиимпульсным, двухполупериодным устройством. Последовательные элементы диодов/резисторов соединяют отрицательную ветвь источника питания постоянного тока соответственно с центральными узлами поляризованных конденсаторов 1, 2 и 3, как показано. Положительная ветвь источника питания постоянного тока соединена через резистор 1308 и диоды 1310 (диоды 4-10) с узлами 4-9 поляризованных конденсаторов и с нейтральным проводом 10 системы. Встречно-последовательные диоды 4 и 7 блокируют переменный ток от ветви А, в то же время смещая постоянным током встречно-последовательные конденсаторы через вышеперечисленный центральный узел 1. Ветвь В и ветви С подобным же образом смещены постоянным током. Переменный ток подается от источника к нагрузке через смещенные постоянным током встречно-последовательные конденсаторы в ветвях А, В и С. Как показано, ветви А, В и С источника переменного тока одновременно питают конденсаторы и первичную обмотку трансформатора. Наибольшая часть мощности переменного тока доставляется к нагрузке переменного тока. Подобным же образом может быть реализована схема соединения конденсаторов другой, многофазной системы переменного тока. Как указано выше, иллюстрированная реализация смещающего источника питания постоянного тока является произвольной. Конкретные применения могут потребовать других реализаций источника питания постоянного тока для оптимальной долгосрочной работы. Обычно в системах переменного тока нейтральный узел 10 был бы заземлен в единственной точке через жесткое заземление, заземляющий резистор, катушку индуктивности или конденсатор. Отметим, что электрическая изоляция конструкции, характеризующая источник питания 1301 постоянного тока, несколько теряет свой эффект при соединении с источником переменного тока, поляризованными конденсаторами, нагрузкой переменного тока и рабочим заземлением, если оно присутствует.

Первичные обмотки 1302А дельта-трансформатора и обмотки источника переменного тока (Wye, Scott Tee) обеспечивают избыточные пути и обуславливают унифицированное опорное напряжение постоянного тока установившегося состояния системы в узлах 4-10. Катушки индуктивности 1304, 1305, диод 1307 и резистор 1308 препятствуют проведению (блокируют) переменного тока системы через источник питания постоянного тока. Центральные узлы 1,2,3 устройства PECS удерживаются источником 1301 постоянного тока при более низком потенциале постоянного тока, учитывающем по существу однородное напряжение смещения постоянного тока устройства PECS. Эта величина напряжения смещения постоянного тока не изменяется условиями рабочего заземления переменного тока. Отметим, что единственный источник постоянного тока смещает три пары устройств PECS, показанные в 1309. Эти пары конденсаторов по существу находятся в параллельном соединении постоянного тока и все же находятся в трех отдельных ветвях переменного тока. Фактически, каждое крыло каждой емкостной пары по существу находится в параллельном соединении постоянного тока с источником постоянного тока 1301.

На фиг.14 показана альтернативная трехфазная, четырехпроводная система переменного тока с трехфазным, незаземленным, нерегулируемым источником питания 1401 постоянного тока для смещения поляризованных конденсаторов 1409. Вместо диодной магистрали (1310) в показанном варианте осуществления используется резистивная магистраль. В стандартном техническом приближении порядок различий величины импеданса функционально подобен предыдущей схеме. Емкостной импеданс переменного тока является низким, так что резисторы переменного тока в 500 [Ом] будут проявлять по существу то же поведение выводов, в 120:208 В [напряжение переменного тока], системе 60 Гц, что и блокирующие переменный ток диоды предыдущей схемы. Эта схема использует эквивалентное последовательное сопротивление конденсаторов в миллиОм (мОм), паралельно с соединенными с резистором в 500 [Ом] узлами 1-10 для эффективного направления переменного тока через конденсаторы, а не схемы постоянного тока, при условии, что электричество проходит по пути наименьшего сопротивления. Все показанные компоненты, за исключением 1409, составляют источник смещения постоянного тока в этом примере. Другой способ смещения используется для иллюстрации того, что может быть выполнено много таких схем смещения с высоким импедансом переменного тока для осуществления целей изобретения.

Фиг.15 иллюстрирует другой индуктивный способ смещения поляризованных конденсаторов, ранее показанных на фигуре 13 и фиг.14. Фиг.15 состоит из последовательного источника переменного тока, нагрузки и встречно-последовательных конденсаторов, отмеченных 1509, трех дискретных трехфазных катушек индуктивности и источника 1501 напряжения постоянного тока. Положительная ветвь источника напряжения постоянного тока соединена с выходными диодами Р1 и Р2, тогда как отрицательная ветвь соединена с ограниченным током диодом с выходом N1. По этим линиям, как будет ясно специалистам в данной области техники, здесь предлагается много дополнительных схем смещения. Отметим, что выход N1 соединен с отрицательными выводами полярных конденсаторов через катушки индуктивности в узлах 1-3, тогда как Р1 и Р2 соединены с положительными полюсами 4-9 конденсаторов, в этой трехфазной, трехпроводной (дельта) системе переменного тока, обозначенной 1509. Последовательные резистивные элементы на пути постоянного тока могут быть добавлены для дополнительного уменьшения переменного тока через источник постоянного тока. Также отметим, что выпрямительный изолирующий трансформатор в этой схеме для простоты опущен. Правильно выбранные катушки индуктивности или обмотки трансформатора с высоким импедансом могут таким образом использоваться для связывания источника напряжения постоянного тока с поляризованными конденсаторами при обеспечении энергосистемы общего пользования блокирующей переменный ток.

Это явление порождает некоторую осторожность. Магнитная катушка или малое сопротивление, помещенное поперек напряжения смещения постоянного тока, создает короткое замыкание. Это может вызвать разрушительное состояние обратного напряжения на поляризованных конденсаторах, если не были приняты меры предосторожности. Опасности обратной полярности хорошо известны специалистам в данной области техники. По этой причине нормальным ходом должно быть использование узла поляризованных конденсаторов как блока. Следует попытаться использовать фильтры верхних частот, фильтры нижних частот, полосовые фильтры и блокирующие фильтры, связанные с центральным узлом, с исключительной предосторожностью по этим же самым причинам. 

Вспомним, что двигатели и трансформаторы имеют интегральные катушки. Еще вспомним, что оборудование преобразования мощности обычно включает в себя изолирующие трансформаторы. Рассмотрим трансформатор уровня распределения, управляющий одним или несколькими двигателями переменного тока, по данному изобретению, и параллельно другим оборудованием. В этом общем случае катушки индуктивности и цепи резисторов присутствуют как на источнике, так и на сторонах нагрузки батареи конденсаторов. Это выполняется для линий, подключенных к источнику питания, для соединений типа звезда (Wye), Scott Tee, High Leg Delta, разомкнутый треугольник (Open Delta) и типа дельта (треугольник), а также для нейтральных линий только в первых трех случаях. Также отметим, что преобладающими заземлениями в энергосистемах переменного тока являются заземления твердого, резистивного или индуктивного типов. В обычном установившемся режиме работы, мы таким образом имеем избыточные пути смещения постоянного тока для проводников в обычной однофазной и многофазной электрических сетях. Внутренние узлы батареи конденсаторов могут быть избыточно соединены; однако из-за вышеуказанного условия это будет редко рассматриваться необходимым для внешних узлов. 

Фиг.16 иллюстрирует схему 1600, которая обеспечивает реализацию данного изобретения, соответствующую однофазной системе 120:240 [вольт переменного тока]. Это наиболее общепринятая бытовая схема распределения мощности переменного тока, используемая в США. Отметим, что блок 1609 встречно-последовательных конденсаторов присутствует в каждой ветви подсоединенной к источнику питания, хотя мог бы быть включен и нейтральный блок. Узлы соединения постоянного тока блока конденсаторов смещены ниже рабочего заземления. Подробности источника питания постоянного тока и блокирования переменного тока на схеме опущены для простоты. Рабочее заземление переменного тока, нейтральная и ветви, подключенные к источнику питания являются эквипотенциальными поверхностями относительно установившегося состояния постоянного тока. Поляризованные конденсаторы доступны с дискретными пульсирующими номинальными переменными токами. Параллельные конденсаторы или блоки конденсаторов могут потребоваться для реализации произвольных номинальных переменных токов. Параметры тока переходного (импульса и броска) и/или установившегося состояния могут использоваться для определения числа и конструкции полярных конденсаторов, требуемых при данном применении. Фиг.16 показывает параллельный блок конденсаторов, размещенных параллельно с каждым внутренним элементом. Параллельные соединения могут быть из жесткого провода или управляемыми. Нагрузки переменного тока для такого применения могут питаться двух- или трехпроводным напряжением переменного тока 120, или двух-, трех- или четырехпроводным напряжением переменного тока 240. Центральная обмотка трансформатора и нейтральный провод нагрузки жестко заземлены в данной схеме. 

Параметры и цели сети, такие как резонанс, могут быть осуществлены посредством переключения внутрь и наружу батареи конденсаторов. Это переключение может быть осуществлено вручную, электромеханически или твердотельными средствами. Во многих случаях (включая без ограничения алюминиевые оксидные конденсаторы) емкость, последовательное сопротивление, импеданс переменного тока, срок службы, коэффициент рассеяния и т.п. могут также управляться посредством регуляции внешней и внутренней температуры. Эти параметры и ожидаемый срок службы конденсаторов изменяются с внутренней температурой и могут быть настроены в некоторой степени посредством намеренного изменения температуры.

Желательно поддерживать правильное смещение постоянного тока параллельных блоков. Также полезно обеспечить высокий импеданс переменного тока и соединения с низким сопротивлением постоянного тока вокруг переключающего механизма в случае управляемых переключающих блоков. Отметим также, что исходный трансформатор обеспечивает избыточный путь смещения постоянного тока для каждой ветви схемы 1600, за исключением узлов соединения постоянного тока. Схема фиг.16 может быть выполнена менее чувствительной к повреждению каскада посредством отдельного предохранения пути смещения постоянного тока к крыльям и центральным узлам так же, как и пути переменного тока каждого устройства PECS в ветвях 120 [В] выхода 240:120 [В]. Схема фиг.16 может быть дополнительно преобразована в схему делителя переменного тока посредством разделения выходов и, если это желательно, центральных узлов.

Фиг.17 показывает простое представление реализации высокого напряжения поляризованного конденсатора 4n+ и схемы 1700 смещения. Схема 1700 обычно содержит источник 1701 переменного тока, встречно-последовательные поляризованные конденсаторы 1702-1705 и нагрузку 1716 переменного тока так же, как и схемы смещения постоянного тока. Источник смещения постоянного тока состоит из резисторов 1706, 1707, 1708, 1713, 1714 и источников 1709-1712 напряжения постоянного тока. Конденсаторы 1702, 1703 соединены последовательно, как и конденсаторы 1704, 1705. Пары конденсаторов 1702, 1703 и 1704, 1705 соединены во встречно-последовательную конфигурацию переменного тока. Они также по существу соединены параллельно друг другу. Таким образом, зарядный постоянный ток, ток утечки и напряжение смещения “видят” параллельные, двухконденсаторные конфигурации. Сигнал переменного тока, однако, проходит через то, что в действительности является последовательной конфигурацией из 4 конденсаторов. Этот момент является значительным в определении максимальных напряжений конденсаторов при учете допуска или ошибки компонента. Эта система может быть расширена для допуска конструкции из 6n+, 8n+ конденсаторов и конденсаторов более высокого напряжения с использованием поляризованных конденсаторов. Отметим, что поддерживается общая симметрия. В этой конкретной реализации, напряжение смещения явно разделено извне. Это не является существенным, но является иллюстрацией только одного способа смещения. Как это имеет место с другими классами и типами конденсаторов, конденсаторы внутренне действуют как делитель напряжения как для переменного тока, так и для постоянного тока в пределах ошибки компонента. Единственный источник напряжения постоянного тока или два источника напряжения постоянного тока могут быть заменены соответствующими устройствами блокирования переменного тока и устройствами смещения. Резисторы распределения могут иметь конфигурацию для обеспечения соответствующего деления напряжения смещения постоянного тока и усовершенствованного деления напряжения переменного тока через конденсаторы 1702-1705. Эта резистивная сеть смещения может уменьшить эффекты различий допусков компонентов конденсаторов. Импеданс сети переменного тока, емкость, эквивалентное последовательное сопротивление и т.п. могут быть изменены посредством переключения внутрь или наружу одного или нескольких конденсаторов, подключенных последовательно или параллельно. Корпусы алюминиевых оксидных конденсаторов, обычно конструируемые для целей рассеяния тепла, могут находиться при напряжении отрицательного полюса, а не рабочего заземления, что требует некоторой степени осторожности. Другой рассматриваемой областью является то, что используемая асимметрия присутствует относительно деления напряжения переменного тока и постоянного тока. От верха до низа существует три смещенных в прямом направлении состояния. Подобные величины смещающих состояний существуют и от низа до верха. Отметим, что та же самая цель деления напряжения переменного тока может быть достигнута посредством двух независимых встречно-последовательных конфигураций устройств PECS, осуществленных в этой схеме встречно-последовательной конфигурацией последовательных конденсаторов на крыло. Этот другой способ обеспечивает источник более низкого напряжения смещения постоянного тока и содержит более расширенный пример принципа последовательной топографии переменного тока, конкурирующей с параллельной топографией постоянного тока. Примером полезности вышеуказанного наблюдения является то, что двадцать пять процентов напряжения переменного тока, приложенного к батарее конденсаторов, присутствует на любом заданном конденсаторе. В пределах допусков и ошибок компонентов можно управлять приложенным напряжением переменного тока при уменьшенном напряжении, и может быть непосредственно использована любая электроника, требующая смещения.

Последовательные реализации конденсаторов исключены, где это возможно, в стандартной электрической конструкции. Основной причиной является то, что два идентичных последовательных конденсатора проявляют половину емкости единственного конденсатора. Это критическая ситуация, с доступными в настоящее время технологиями конденсаторов переменного тока, обусловленная низким экономично реализуемым уровнем емкости. Это явление, однако, является незначительным для данного изобретения. Обычно ограничивающим параметром данного изобретения является пульсирующий переменный ток, а не емкость. Данное изобретение обеспечивает здесь избыточную емкость посредством использования устройств PECS.

Фиг.18 иллюстрирует другую реализацию схемы 1800 данного изобретения. Схема 1800 использует источник 1801 регулируемого напряжения постоянного тока, величина которого пропорциональна напряжению переменного тока на паре 1809 встречно-последовательных конденсаторов, для пары 1809 смещающих в прямом направлении конденсаторов. Это обеспечивает то, что пара 1809 встречно-последовательных конденсаторов остается достаточно смещенной в прямом направлении на основе размера приложенного сигнала переменного тока. Показана первичная обмотка малого изолирующего трансформатора; она питается напряжением на механическом блоке 1809 встречно-последовательных конденсаторов. Отметим, что первичная обмотка трансформатора действует как короткое замыкание постоянного тока на положительные полюса конденсаторов. Как обсуждалось ранее, любая катушка индуктивности проявляет эту физическую характеристику. Отношение первичной обмотки трансформатора к вторичной между 1:1 и 2:1 является подходящим для 1 Ом или 3 Ом реализаций изображенной схемы. Двухполупериодный диодный мост с фильтром подключен к вторичной обмотке трансформатора. Электрически изолированный, отфильтрованный выход затем подается во встречно-последовательные конденсаторы в качестве источника напряжения постоянного тока. Резистор 1803 и диод 1802 служат в качестве устройства блокирования переменного тока и соединения смещения постоянного тока от узла m соединения постоянного тока конденсаторов к отрицательному полюсу источника напряжения постоянного тока. Поскольку падение напряжения (приложенное напряжение) переменного тока возрастает, напряжение смещения постоянного тока будет возрастать. Если падение напряжения на конденсаторе уменьшается, то напряжение смещения начнет медленно снижаться. Таким образом, эта конфигурация имеет особенность обратной связи и динамически отвечает необходимости в увеличенном напряжении смещения постоянного тока. Резистор 1804 нагрузки показан соединенным параллельно с нагрузкой переменного тока. Это резистор предварительной нагрузки, который широко используется для улучшения регулировки напряжения специалистами в данной области техники. Это смещение фиг.18 может использоваться для обеспечения смещения в прямом направлении для обоих крыльев конденсаторов. Оно является подходящим для управления переходными требованиями к резонансному смещению системы переменного тока, если номинальные характеристики компонентов являются соответствующими. Различные реализации могут включать в себя сопротивление в положительной ветви смещения постоянного тока. Отметим, что во многих применениях может быть желательным избыточный источник смещения постоянного тока. Усилие для уменьшения числа компонентов является целью электрической конструкции фиг.18. Может быть сконструирована аналогичная система, в которой электрическая изоляция постоянного тока обеспечена конденсаторами.

Фиг.19 показывает асинхронный двигатель (или двигатель с расщепленной фазой), использующий реализацию устройств PECS данного изобретения. Показаны источник 1904 переменного тока, выключатель 1902, пара 1903 устройств PECS и обмотки 1900, 1901 (статора) двигателя. Схемы смещения постоянного тока и детали ротора опущены. Обмотка 1900 двигателя соединена с блоком 1903 смещенных в прямом направлении встречно-последовательных конденсаторов. Обмотка 1901 двигателя (статора) параллельно соединена с блоками 1900, 1903. Выключатель 1902 замкнут для соединения с источником 1904 переменного тока. Двигатели с расщепленной фазой (и/или конденсаторные асинхронные двигатели) обеспечивают пусковой момент и вращающееся поле. Последовательная комбинация 1900, 1903 обеспечивает единство или слегка опережающий коэффициент мощности. Это вызовет то, что токи через катушки (обмотки двигателя) 1900 и 1901 будут не в фазе приблизительно на 90°. Нет необходимости разъединять обмотку 1900 двигателя для того, чтобы данное изобретение было подходящим для непрерывной работы. Этот фазовый сдвиг на 90° может отменить или уменьшить механическую вибрацию (пульсацию) 120 герц, характерную для однофазных двигателей. С другой стороны, обмотка 1901 двигателя может быть разъединена при следующем запуске. Любой способ может использоваться для конфигурации схемы, которая произвольно близка к резонансу во время установившегося состояния и/или запуска.

Фиг.20 показывает настраиваемую резонансную последовательную LC-схему 2000, состоящую из катушки индуктивности 2001 и пары 2002 устройств PECS данного изобретения. Твердотельный (односторонний статический) выключатель 2003, состоящий на этом чертеже из встречно-последовательных тиристоров (кремниевых управляемых тиристоров), параллельно соединен с 2002. Резистор 2004 изображает нагрузку установившегося состояния. Последовательные и/или параллельные комбинации катушек индуктивности и конденсаторов обычно называются LC-схемами в данной области техники и широко используются для целей фильтрации. Детали смещения постоянного тока для простоты опущены. Когда состояние повреждения цепи установится посредством замыкания выключателя 2005, детектор тока (тор) 2006 обнаружит резко возрастающий ток. С другой стороны, механизм потенциального считывания, детектирование повреждения заземления или другие способы могут быть использованы для детектирования состояний повреждения сети. Этот сигнал оперативно подключен к твердотельному выключателю, через коммерчески доступные схемы. Когда статический выключатель закорачивает устройство 2002 PECS данного изобретения, резонансная полосовая схема 2002 становится сильно индуктивной и ограничивающей ток. Временем отклика коммерческого твердотельного выключателя является подцикл. Отметим, что выключатель, подобный 2003, может быть помещен по существу параллельно к катушке индуктивности 2001. Это обеспечило бы способность настройки параметров установившегося состояния сети переменного тока посредством закорачивания избыточной индуктивности. Подобные механизмы настройки и выведения из настроенного состояния могут быть сконструированы для шунтирующих LC-схем и гибридных конструкций.

Фиг.21 изображает блок 2100, который включает в себя четыре поляризованных конденсатора 2101-2104, механически подвешенные посредством непроводящих вертикальных лент 2111 и 2112, соединенные с проводниками 2107, 2108. Конденсаторы 2101 и 2102 параллельно соединены через проводник 2105 отрицательного зажима и проводящий теплообменник 2107, как и конденсаторы 2103 и 2104, соединенные посредством проводников 2106 и 2108. Подключение положительного полюса конденсаторов и детали схем смещения для простоты опущены. Для этого примера выбраны поляризованные конденсаторы с болтами с интегральным основанием из-за их способности проводить тепло. Проводник 2107 имеет по существу тот же потенциал, что и проводник 2105 и оболочки 2101 и 2102. Подобно 2108 и 2106, оболочки 2103, 2104 находятся в фактическом коротком замыкании в большинстве коммерчески доступных оксидных конденсаторов с большой оболочкой. Уровень жидкого диэлектрика (масло) находится выше проводников 2107 и 2108 для рассеяния тепла без необходимости в рассмотрении электрических соединений. Уровень масла может быть поднят выше корпусов конденсаторов для максимизации безопасности электрического контакта, если поддерживаются сухие соединения и ясные отверстия давления конденсаторов. Показана механическая трубка упрощенного внешнего теплообменника 2109. Эта простая конструкция раскрывает способ обеспечения электрической изоляции и регулировки температуры для установившегося состояния работы устройств PECS. Ожидаемый срок службы устройств PECS и емкостные параметры могут варьироваться посредством регулировки температуры масла. Электрическая безопасность обеспечивается посредством характеристик изоляции жидкого диэлектрика и изолирующих зажимов. Термин “жидкий диэлектрик” не предназначен для исключения изоляции и регулировки тепла через газообразные или твердые диэлектрики с проводимостью температуры, конвекцией, излучением и/или способностью передачи фононов, и является иллюстративным, а не ограничивающим. Различные изолирующие зажимные механизмы и способы поддержания хорошего электрического контакта в масляных ваннах знакомы специалистам в данной области техники. Примерами являются изолирующая крышка, защитная оболочка, герметизация, трубка или вентиляционная выхлопная труба и/или способы и продукты сухого соединения, такие как “chico” и кремний. Эта же самая цель повышенного охлаждения и электрической безопасности может быть осуществлена посредством повышенного воздушного потока в оболочке безопасного контакта, такой как технические условия IP-20 внутренней защиты от проникновения. Конструкции интегрального теплообменника могут использоваться в 2107, 2108 и оболочке для дополнительного повышения эффективности передачи тепла. Отметим, что внешний теплообменник 2109 может быть подключен к различным механизмам нагревания и/или охлаждения, таким как водяные ванны или тепловые насосы. Предпочтительная реализация варьируется с уровнем мощности устройства, температурой окружающей среды, оптимальными параметрами конденсаторов, безопасностью контакта и подобными факторами. Кроме того, устройства PECS и комбинации устройств PECS могут быть сконструированы с множественными электрическими полярностями, выставленными для прикосновения человека по причинам проведения тепла, через оболочку или иначе через модернизации теплообменника. Эти конструкции дополняют вопросы безопасности контакта и дополнительно увеличивают полезность регулировки температуры в сочетании с вопросами безопасности электрических контактов. Ожидается, что различные способы изготовления, использующие конструкции “оболочка внутри оболочки”, различные состояния вещества, перенос массы и т.п. имеют значительную полезность в регулировке тепла для реализация данного изобретения. Подобным же образом, непосредственная вставка элемента теплообменника в корпус конденсатора является возможной при использовании электрической изоляции конструкции.

Фиг.22 показывает схему 2200, составленную из источника 2201 переменного тока, автотрансформатора 2202, резистора 2203, выпрямителя 2204, выключателя 2205, поляризованных конденсаторов 2206, 2207 и нагрузки 2208 переменного тока. Автотрансформатор 2202 настраивает напряжение переменного тока системы на схему зарядки, составленную из резистора 2203 и диода 2204, при другом напряжении, чем напряжение переменного тока системы. Произвольный нагрузочный резистор 2209 соединяет конденсатор 2206 со схемой зарядки. Схема зарядки будет поддерживать поляризованные конденсаторы при любом произвольном напряжении смещения постоянного тока до тех пор, пока не будет подключена нагрузка. Также можно достичь способности непрерывной работы посредством использования полупериодного или двухполупериодного выпрямительного моста и других подобных способов. Могут быть использованы другие способы достижения электрической изоляции, подходящей для поддержания непрерывного напряжения смещения постоянного тока на поляризованных конденсаторах. Эта система может быть сконструирована повторно для обеспечения электрической изоляции постоянного тока посредством подключения автотрансформатора к источнику питания переменного тока через два конденсатора. Далее отметим, что эти два конденсатора могут быть встречно-последовательным набором устройств PECS. Этот способ имеет возможности в приложениях преобразования энергии, таких как выпрямители и инверторы. Схема может быть схемой автоматического смещения, т.е. без необходимости в управляющей схеме. Эта схема, в основном, иллюстрирует использование автотрансформатора в схеме смещения для достижения избранного уровня напряжения смещения. Для регулировки уровня напряжения смещения постоянного тока можно включить выключатели ответвлений, управляемые выпрямители и т.п.

Фиг.23 показывает источник 2301 переменного тока, поляризованные конденсаторы 2302, 2303, управляемый выпрямитель 2304, токоограничивающий резистор 2305, нагрузочный резистор 2306, выключатель 2307 и нагрузку 2308. Управляемый выпрямитель, такой как IGBT, транзистор, кремниевый управляемый тиристор отсечки и т.п. может быть открыт или заперт для управления уровнем напряжения смещения постоянного тока. Полупериодное выпрямление вызывается, когда переменный ток протекает через конденсатор 2302, выпрямитель 2304 и токоограничивающий резистор 2305. Резистор 2306 предварительной нагрузки с высоким импедансом может быть опущен. Эта схема имеет способность повышать и поддерживать регулируемый заряд смещения конденсаторов без излишней зарядки конденсаторов. Детали управляющих схем выпрямителя опущены, так как такие управляющие схемы коммерчески доступны и способы их конструирования известны специалистам в данной области техники. Отметим, что эта конфигурация будет работать в режиме малого сигнала и используется в работе переходного и/или установившегося состояния. Далее отметим, что вместо 2304 может быть подставлен неуправляемый выпрямитель (диод). Эта схема установит и будет поддерживать напряжение смещения постоянного тока на конденсаторах 2302, 2303, по существу равное величине напряжения от пика до нуля источника 2301 переменного тока. Постоянный ток установившегося состояния через резистор 2305 по существу равен постоянному току утечки конденсаторов 2302, 2303.

Фиг.23А показывает упрощенную схему 23 для более ясного понимания механизма зарядки. Элементы схемы переупорядочены для сокращения вплоть до пробного испытания. Когда управляемый выпрямитель 2304 отперт, его полупериод или его часть вызывает повышение выпрямительного тока и заряда на конденсаторе 2302. Резистор 2305 или подобное устройство служит для уменьшения переходного тока (зарядного постоянного тока смещения, полупериода) и оставляет нагрузку (не показана) соединенной. Через резистор 2305 не протекает никакой значительный переменный ток установившегося состояния.

Фиг.24 показывает источник 2401 переменного тока, диод 2402 Зенера, диод 2403, поляризованные конденсаторы 2404, 2405, блокирующий диод 2406, блокирующий резистор 2407, произвольный резистор 2408, выключатель 2409, нагрузку 2410 переменного тока и катушку индуктивности 2411. Это неуправляемая версия схемы фигуры 23. Диод 2402 Зенера во встречно-последовательной конфигурации с диодом 2403 и катушка индуктивности 2411 будут ограничивать напряжение смещения конденсаторов без использования управляющих схем. Часть избыточного напряжения смещения постоянного тока проводится и рассеивается через диод 2402 Зенера, диод 2403 и катушку индуктивности 2411. Отметим, что эта конфигурация может пожертвовать способностью работать в режиме малого сигнала, в зависимости от выбранных величин компонентов. Также отметим, что катушка индуктивности 2411 может быть заменена резистором или другим соответствующим компонентом, блокирующим переменный ток и рассеивающим постоянный ток.

Фиг.25 показывает схему 2500, состоящую из источника 2502 переменного тока, поляризованных конденсаторов 2512, 2514 и нагрузки 2520 переменного тока. Также показан источник смещения постоянного тока, составленный из резисторов 2503, 2505, 2507, 2509, диода 2521 и источника 2522 напряжения постоянного тока, который функционирует, даже когда источник или нагрузка переменного тока отключены от схемы. Источник смещения постоянного тока устанавливает и поддерживает напряжение смещения в прямом направлении на конденсаторах 2512, 2514. Резисторы 2503, 2505, 2507, 2509 и диод 2521 будут равномерно распределять напряжение постоянного тока на конденсаторах и препятствовать протеканию какого-либо значительного переменного тока от обхода конденсаторов. Отметим, что любой единственный узел этой схемы может быть при работе соединен с рабочим заземлением. В этой иллюстрации нагрузка переменного тока и источник переменного тока будут работать при различных опорных напряжениях постоянного тока.

Среди других вопросов, чертеж этой схемы иллюстрирует то, что конфигурация встречно-последовательных устройств PECS (поляризованных конденсаторов 2512 и 2514 на чертеже) может иметь более одного узла соединения постоянного тока. Первый узел соединения постоянного тока, который включает в себя устройства 2507, 2509 переменного тока на положительных соединениях конденсаторов, связан с нагрузкой переменного тока, а второй узел соединения постоянного тока, который включает в себя устройства 2503, 2505 переменного тока на отрицательных соединениях конденсаторов, связан с источником переменного тока. Схема дополнительно показывает, что ориентация конденсаторов может быть произвольно изображена как положительный к положительному, отрицательный к отрицательному, или с разделяющими устройствами переменного тока без влияния первого порядка на передачу мощности переменного тока в незаземленном приложении в том, что вопросы постоянного тока имеют малое отношение к передаче мощности переменного тока.

Фиг.26 изображает схему 2600, составленную из источника 2602 переменного тока, нагрузки 2622 переменного тока и пар поляризованных конденсаторов 2604, 2606 и 2608, 2610. Соответствующая схема смещения постоянного тока снабжается энергией источника 2618 напряжения постоянного тока и проводится последовательным диодом 2621 и последовательным резистором 2619 и связанными распределительными резисторами 2605, 2615, 2603, 2607, 2609, 2611, 2613 и 2617. Отметим, что резисторы 2605, 2615 поддерживают однородное напряжение постоянного тока в положительных узлах постоянного тока конденсаторов 2604, 2606 и 2608, 2610. Подобным же образом, отрицательные узлы постоянного тока конденсаторов удерживаются при обычном опорном напряжении постоянного тока резисторами 2603, 2607, 2609, 2611, 2613, 2617. Диод 2621 и резистор 2619 служат для блокирования переменного тока от прохождения через источник 2618 напряжения постоянного тока. Точка А показывает точку соединения с верхними схемами смещения. Правильно выбранные значения резисторов могут служить уменьшению эффектов вариации компонентов конденсаторов в делении напряжения переменного тока. Схема 2600 иллюстрирует использование единственного источника низкого напряжения постоянного тока для смещения двух пар встречно-последовательных поляризованных конденсаторов, расположенных в последовательном порядке. Каждый из конденсаторов по существу расположен в параллельном соединении постоянного тока с источником напряжения постоянного тока и другими конденсаторами. Ясно, что три или более пар встречно-последовательных конденсаторов в последовательной конфигурации могли бы подобным же образом быть смещены единственным источником низкого напряжения с соответствующей сетью распределения напряжения смещения.

Фиг.27 показывает схему 2700, включающую в себя источник 2702, изолирующий трансформатор 2704 и встречно-последовательные поляризованные конденсаторы 2706, 2708. Также включен источник смещения постоянного тока, составленный из тиристорного моста 2709-2715, катушек индуктивности 2717, 2719, смещающих резисторов 2723-2729 и фильтрующего конденсатора 2721, подключенного к положительному полюсу напряжения конденсаторов 2706, 2708 через узел X. Не показано подобное соединение блокирования переменного тока отрицательного выхода постоянного тока с отрицательными полюсами конденсаторов 2706, 2708. Выпрямленная выходная волна фильтруется катушками индуктивности 2717, 2719 и поляризованным конденсатором 2721 и проводится к нагрузке 2730 постоянного тока. Малая часть доступной мощности постоянного тока используется для смещения в прямом направлении конденсаторов 2706, 2708, когда соответствующие устройства блокирования переменного тока соединяют отрицательные полюса конденсаторов с отрицательным полюсом источника напряжения постоянного тока. Эта конфигурация иллюстрирует особенность блокирования постоянного тока поляризованных конденсаторов при применении переменного тока. Также показан способ приложения произведенного напряжения постоянного тока для использования при обычном применении, таком как зарядное устройство или источник питания постоянного тока. Встречно-последовательные конденсаторы используются для обеспечения источника напряжения постоянного тока для общих полезных целей. С другой стороны, отдельный источник смещения постоянного тока может использоваться для смещения в прямом направлении конденсаторов.

Фиг.28 показывает схему 2800. Схема 2800 собрана из трехфазных изолирующих трансформаторов 2802, 2814, поляризованных конденсаторов 2804, 2806, 2808, источника 2810 постоянного тока и резистора 2811. Поляризованные конденсаторы 2804, 2806, 2808 находятся во встречно-последовательной конфигурации, аналогичной однофазным схемам фиг.25, 27. Соответствующее напряжение смещения в прямом направлении приложено к конденсаторам 2804, 2806, 2808 через узлы соединения постоянного тока, которые включают в себя катушки 2802, 2814 индуктивности. Источник смещения постоянного тока состоит из электрически изолированного источника 2810 напряжения постоянного тока и последовательного резистора 2811. Источник смещения постоянного тока находится непосредственно в параллельном соединении с конденсатором 2808 и по существу в параллельном соединении постоянного тока с конденсаторами 2804, 2806. Катушка индуктивности (обмотка трансформатора) на первичной стороне 2802 прикладывает положительное опорное напряжение смещения постоянного тока к положительным сторонам конденсаторов 2804, 2806. Подобным же образом, обмотка трансформатора 2814А (не первичная сторона) соединяет отрицательные полюса конденсаторов с отрицательным полюсом источника смещения постоянного тока. Избыточные источники смещения постоянного тока могут использоваться для повышения надежности конструкции. Этот чертеж показывает устройство с шунтом постоянного тока, использующее единственный поляризованный конденсатор в каждой ветви подключенной к источнику питания, многофазной системы переменного тока. Как показано, эта система совместима с единственной точкой заземления для работы, но не требует этого. Подобное проводное устройство могло бы использоваться в комбинации двигателя-генератора. Эта схема дополнительно показывает многофазную встречно-последовательную конфигурацию переменного тока и способ для непрерывного смещения в прямом направлении постоянного тока. 

Фиг.29 показывает схему 2900, которая является однофазной сетью однофазного напряжения переменного тока 240:120, обычно используемая в населенных пунктах США. Схема 2900 составлена из источника 2902 переменного тока, трансформатора 2904 источника переменного тока, поляризованных конденсаторов 2906, 2908, 2910, источника 2913 постоянного тока, резистора 2911 блокирования переменного тока и нагрузок 2912, 2914, 2916, 2918 переменного тока. Встречно-последовательная система конденсаторов в схеме 2900 составлена из единственного поляризованного конденсатора в каждой ветви. Источник смещения постоянного тока, составленный из источника 2913 напряжения постоянного тока и резистора 2911 блокирования переменного тока, находится в параллельном соединении с поляризованным конденсатором 2910 и по существу параллельно соединен с поляризованными конденсаторами 2906, 2908 посредством обмоток трансформатора и нагрузок переменного тока. Отметим, что нагрузки 2912, 2914 переменного тока снабжаются энергией напряжения переменного тока 120 (В), нагрузка 2916 - трехпроводного напряжения переменного тока 120:240 (В) и 2918 снабжается энергией двухпроводного напряжения переменного тока 240 (В). Эта схема иллюстрирует другую встречно-последовательную конфигурацию конденсаторов, чем показанная на фиг.16. Отметим, что вторичная обмотка трансформатора источника или нейтральный узел, соединенный с положительным полюсом конденсатора 2908 и нагрузок 2912, 2914, 2916, может быть заземлен. Отметим, что в этой конфигурации, обе стороны не могут быть одновременно заземлены. Контур заземления закорачивал бы напряжение смещения постоянного тока. Отметим, что элементы схемы переменного тока разделяют поляризованные конденсаторы в этой встречно-последовательной конфигурации устройств PECS и действуют в качестве цепей короткого замыкания постоянного тока установившегося состояния. Это дает другой пример узла соединения постоянного тока, включающего в себя элементы схемы переменного тока в пределах соединения конденсаторов постоянного тока.

Фиг.30 показывает схему 3000, однофазную схему переменного тока, использующую единственный диод для установления и поддержания напряжения смещения постоянного тока, приложенного к паре встречно-последовательных конденсаторов. Схема 3000 составлена из источника 3001 переменного тока, трансформатора 3003 источника, пары 3013, 3015 встречно-последовательных конденсаторов, нагрузки 3020 переменного тока и схем смещения постоянного тока, включающих в себя поляризованный конденсатор 3005, выпрямитель 3007 и резисторы 3009, 3011. Выпрямитель 3007 и резисторы 3009, 3011 будут заряжать конденсаторы 3005, 3013, 3015 и по существу блокировать переменный ток в установившемся состоянии. Детали соединения между резистором 3011 и нагрузкой 3020 переменного тока для простоты опущены. Источник питания постоянного тока является подходящим для непрерывной работы, но не обеспечивает двухполупериодного выпрямления. Малые требования поляризованных конденсаторов к мощности постоянного тока установившегося состояния воспроизводят эту очень полезную и экономичную конструкцию. Первичная сторона трансформатора 3003 источника переменного тока и источник 3001 переменного тока конечно “не увидят” никакого постоянного тока от вторичной стороны. Отраженные гармоники из-за полупериодного выпрямления вызовут небольшую трудность для источника переменного тока из-за очень маленькой нагрузки мощности смещения установившегося состояния относительно нагрузки переменного тока. Фиг.30 дает простую реализацию схемы, подходящую для непрерывной работы.

Соображения по конструированию 

Первичным соображением по конструированию является выбор технологии и конфигурации поляризованного устройства накопления электрического заряда (PECS). Ограничения диапазона напряжения постоянного тока должны быть подробно рассмотрены. Например, промышленные никелекадмиевые (Nicad) электрохимические батареи имеют номинальное напряжение 1,2 В на (гальванический) элемент. Элементы могут работать с напряжениями уравнивающей зарядки и конечной разрядки 1,7 и 1,0 В на элемент соответственно. Диапазон напряжения конструкции обычно составлял бы 1,05-1,5 В на элемент. Выбираемое количество элементов батареи тогда зависело бы от напряжения переменного тока компонента, и/или системы, и/или подходящего резонансного напряжения переменного тока. Пульсирующий переменный ток, допускаемый элементами батареи, использовался бы для определения числа параллельных элементов батареи и/или гирлянд (изоляторов), необходимых для приложения переменного тока. Регулируемое устройство зарядки батареи было бы затем выбрано для соответствующего поддержания электрохимической батареи в заряженном состоянии. Каждое поляризованное устройство накопления электрического заряда или комбинация устройств потребовала бы аналогичных стадий конструирования напряжения системы постоянного тока, которые знакомы специалистам в данной области техники. Более подробное описание стадий конструирования для алюминиевых оксидных конденсаторов обеспечено здесь.

Верность передачи формы волны является важным и заметно повышается посредством нахождения в пределах режима малого сигнала переменного тока. Данное изобретение имеет конфигурацию нахождения в пределах этого режима в любой произвольной степени.

Типичным ограничивающим конструкцию параметром данного изобретения при применении схем является допустимый пульсирующий переменный ток. Следует рассматривать как ток установившегося состояния, так и переходный ток нагрузки. Пульсирующий ток может рассматриваться для большинства целей как допустимый ток смещения в данном изобретении. Номинальные данные конденсаторов компьютерной категории основаны на 120 Гц. Частотная характеристика, пульсирующий ток, коэффициент замедления для типичного конденсатора компьютерной категории, работающего при 60 [Гц], составляет 0,8. Данное изобретение обеспечивает избыточную емкость для расходования. Таким образом, можно уменьшить переменный ток через заданный конденсатор до любой произвольной величины. Это осуществляется простым способом увеличения числа блоков полярных конденсаторов, находящихся в параллельном соединении. Шунтирующие конденсаторы дополнительно уменьшат импеданс переменного тока и могут использоваться в качестве регулирующего напряжение нагрузки механизма, регулируемого в реальном времени.

Параметром конструкции схемы, подлежащим рассмотрению, является несущая способность переменного тока. Переходные требования применения следует рассматривать как ключ к успешному использованию данного изобретения. Броски тока трансформатора и токи запуска двигателя являются основным соображением в выборе размера смещенных полярных конденсаторов данного изобретения. Вторичным и связанным соображением является продольное полное сопротивление батареи конденсаторов. Образование тепла из-за потерь I2R является первостепенным для срока службы конденсатора. Избыточное образование тепла является разрушительным для поляризованных конденсаторов и/или других устройств PECS. Обычно нет необходимости рассматривать емкость устройства как параметр размера.

Многие применения являются трехфазными или однофазными, трехпроводными системами. Таким образом, некоторое отсутствие ясности может последовать за соответствующими стадиями конструирования. Единственный конденсатор на ветвь был бы относительно ясен, но встречно-последовательная пара или конфигурация в каждой ветви имела бы различающиеся напряжения между устройствами и внутри устройств. Например, в схеме напряжения переменного тока 120:208 В повреждение между устройствами от ветви к ветви (LL) составило бы 104 [напряжение переменного тока] из-за последовательной комбинации двух ветвей. С другой стороны, короткое замыкание внутри устройства могло бы составить 208 В [напряжение переменного тока]. Короткое замыкание от ветви к нейтрали было бы 120 В [напряжение переменного тока] по данному изобретению. Специфика применения, электрические коды и коды сгорания определят, следует ли применять параметры конструкции наихудшего случая. В резонансном случае требование к напряжению для короткого замыкания внутри устройств составило бы приблизительно 312 В [действующее напряжение переменного тока], что соответствует 442 В от пика до нуля. Это потребовало бы минимального напряжения смещения постоянного тока 221 В [напряжение постоянного тока] и номинального напряжения конденсатора выше 442 В [напряжение постоянного тока], если игнорировать ошибку компонентов конденсатора и изменение напряжения системы переменного тока.

Отметим, что защита от коротких замыканий схемы и защита от выбросов являются важными параметрами конструкции для всех применений. Основные соображения также включают в себя допустимые для сети симметричные и асимметричные токи коротких замыканий. Соответствующее оборудование должно быть обеспечено для отключения коротких замыканий по ходу тока без ненужного вреда для данного изобретения. Предохранители, автоматические выключатели, переключение, прерыватели замыкания цепи на землю, токоограничивающие устройства и твердотельные устройства принимаются во внимание для этой работы. Специфика приложения определит соответствующую комбинацию элементов защиты. Металлооксидные варисторы и другие разрядники для защиты от перенапряжений могут быть помещены в параллельное соединение к нейтрали и заземлению для снижения бросков и пиков напряжения. Подобным же образом, они могут быть помещены параллельно данному изобретению. Это подобным же образом уменьшит вред для компонентов устройств в условиях высокого напряжения.

Применяются способы анализа параметров двухвыводных схем, и допускается большинство двухвыводных межсоединений. Эти инструменты применяются к данному изобретению; как и с другими реализациями конденсаторов переменного тока, когда выводы переменного тока данного изобретения трактуются как черный ящик. Отметим, что при использовании таких способов обычно формулируется набор отказов технической аппроксимации. Они включают в себя, в пределах технической аппроксимации, аппроксимацию первого порядка, простую модель и т.п.

Броски тока, токи запуска и короткого замыкания проявляют исключительно низкие коэффициенты мощности запаздывания, порядка пятидесяти процентов (0,5, запаздывание). В некоторых случаях величина этих токов может быть уменьшена присутствием последовательной емкости. Максимальный ток является важным конструкционным соображением в анализе схем и выборе проводников. Продолжительность запуска двигателя, блокировка ротора, броски тока, токи полной нагрузки и токи короткого замыкания должны подобным же образом приниматься во внимание при анализе схем и размера последовательных конденсаторов. Данное изобретение является подходящим для анализа коротких замыканий с использованием способа последовательности и других стандартных вычислений коротких замыканий.

Данное изобретение является подходящим для использования в параллельном соединении с нагрузками и/или источниками переменного тока. Схема переменного тока проявит явление резонансного тока, подобное явлению, детализированному относительно напряжения в последовательных применениях. Шунтирующие конденсаторы обычно являются ограниченными током или временем посредством циклических управлений в приложениях сети переменного тока. Высокая емкость, обеспечиваемая данным изобретением, обеспечит усовершенствование доступных мировых применений в параллельных конфигурациях так же, как и в последовательных применениях. Конструкции устройств PECS в параллельных конфигурациях включают в себя переменные токи до 150% тока, обеспечиваемого источником переменного тока. Низкий импеданс переменного тока данного изобретения может создать фактическое короткое замыкание, если токоограничивающие способы игнорируются. Токоограничивающая нагрузка, такая как резистор, может быть помещена последовательно с конфигурацией встречно-последовательных устройств PECS в параллельных применениях переменного тока. Если резистор делает полезную работу, то энергия не теряется.

Резонанс хорошо определен и понятен специалистам в данной области техники. Двумя основными проявлениями этого явления являются последовательный и параллельный резонанс. Резонанс схемы иногда является целью конструирования. В других случаях, резонанс является незапланированным и разрушительным. Схемы с явлением резонанса будут показывать токи и/или напряжения, сильно превосходящие токи и напряжения, имеющиеся при нерезонансной работе. Обычным является увеличение пропускной способности по току и/или номинальных напряжений более чем на пятьдесят процентов, когда ожидаются состояния резонанса. Конструирование резонансных систем должно включать в себя дополнительные меры по рассеянию тепла из-за состояний высокого напряжения и/или тока. Угол потерь (дельта) и измеренное образование тепла становятся важными критериями конструирования в таких случаях. В некоторых приложениях схема может быть настроена на резонирование только во время состояний низкого сетевого напряжения. Это позволяет подъему напряжения, связанному с последовательным резонансом, сдвигать состояние низкого сетевого напряжения. Аналогичная конструкция могла бы быть использована для поддержания тока шунтом или гибридной резонансной конструкцией.

Переходные броски и пики напряжения сети должны быть также рассмотрены с данным изобретением. Такие подъемы напряжения из-за молнии, операций переключения и подобных событий имеют большое влияние на все оборудование. Катушки индуктивности, металлооксидные варисторы, лавинные диоды и другие разрядники для защиты от перенапряжений могут иметь некоторую полезность в защитных схемах данного изобретения и в другом подключенном оборудовании от короткого замыкания. Данное изобретение обеспечивает некоторую переходную защиту для подсоединенных нагрузок посредством емкостного противодействия мгновенному изменению напряжения. Если постоянная времени передачи превосходит постоянную металлооксидного варистора для заземления, то нагрузка может быть затрачена. Также следует использовать стандартные постоянные конструкции, относящиеся к ограничению тока и защите схемы. Например, возьмем случай синусоидальной формы волны. Величина напряжения от пика до нуля превышает величину действующего напряжения с коэффициентом корня два. Таким образом, для источника в 120 В [напряжение переменного тока] фактическое значение напряжения от пика до нуля составляет 169,71 В. В трехфазном случае (120:208 В [напряжение переменного тока]) последнего чертежа имеется линейное действующее напряжение, которое отличается от фазного напряжения на коэффициент корня 3. Эквивалентное линейное напряжение от пика до нуля, таким образом, составляет 293,94 В [напряжение переменного тока].

Большинство полезных электрических нагрузок переменного тока имеют коэффициенты мощности при отстающем (индуктивном) токе. Данное изобретение может добавить к общественной полезности устройство со стабильным коэффициентом мощности при опережающем (емкостном) токе. При последовательном соединении с резистивными нагрузками и/или нагрузками с коэффициентами мощности при отстающем (индуктивном) токе для источника переменного тока может быть реализован улучшенный коэффициент мощности, равный единице, или коэффициент мощности при опережающем (емкостном) токе. Емкостные схемы и/или индуктивные элементы могут быть при необходимости включены в сеть или отключены от нее. Батареи встречно-последовательных конденсаторов могут управляться раздельно, и при включении в сеть или отключении от нее, параметры полной сети изменяются. Чистым результатом является улучшенная эффективность, контроль и стабильность передачи мощности. Кроме того, при необходимости могут быть повышены верность передачи сигнала и накопление энергии. Это ценные добавления к общественной полезности.

Броски тока создают значительные проблемы в регулировке напряжения электрической сети. Последовательные конденсаторы имеют способность улучшения коэффициента мощности бросков тока. Улучшенный мгновенный коэффициент мощности снижает требования к мгновенной величине тока, на подключенном источнике или энергосистеме общего пользования. Наблюдается увеличение импеданса переменного тока поляризованных конденсаторов с проводимым током, что является еще одной токоограничивающей особенностью данного изобретения. Сниженные требования к мгновенному току уменьшают мгновенные потери передачи и распределения мощности. Таким образом, мы видим, что сниженные требования к броскам и запуску увеличивают мгновенную резервную мощность и стабильность сети. Другие способы ограничения тока описаны здесь и/или упомянуты и заявлены здесь.

Регулировка напряжения установившегося состояния является подобным приложением данного изобретения. Последовательная батарея конденсаторов может быть разделена. С увеличением нагрузки переменного тока, дополнительные конденсаторы могут быть внесены в электрическую цепь через статический выключатель, электромеханический контактор или другие механизмы. Посредством этого способа последовательное сопротивление батареи конденсаторов снижается. Подобным же образом, в резонансном приложении, добавление или вычитание емкости может иметь сильное влияние на напряжение сети переменного тока. Таким образом, регулировка напряжения переменного тока может быть одним из применений данного изобретения. В некоторых случаях две системы переменного тока имеют различные состояния смещения постоянного тока. Если они имеют общую величину и фазовую синхронизацию, то данное изобретение может быть использовано для связывания их друг с другом. Данное изобретение может обеспечить другой изолирующий переменный ток способ соединения. Ожидается, что много приложений последует из этой полезности.

Данное устройство может быть использовано в однофазном двигателе с расщепленной фазой непрерывной работы и/или емкостном асинхронном двигателе переменного тока. Таким образом, обе обмотки могут использоваться непрерывно, будучи намотанными для такой работы. Это векторное управление током задаст направление вращения однофазного двигателя. Оно будет дополнительно служить устранению вибрации 120 Гц (фона), которая присутствует в однофазных двигателях. Эта реализация позволит устранить схемы разъединения. С другой стороны, конструкция двигателя с расщепленной фазой может быть обращена посредством устранения из работы обмотки отставания после запуска. Разумное применение точно регулируемых векторных токов может использоваться для экономичного усовершенствования синтеза трехфазного электричества из однофазного источника.

Практические реализации данного изобретения могут потребовать стабилизирующих нагрузочных резисторов или чего-либо подобного в параллельном соединении с поляризованными конденсаторами. Это обеспечит повышенную безопасность персонала во время операций технического обслуживания. Стабилизирующие нагрузочные резисторы могут быть устройствами полного времени, или иначе могут подключаться в схему, когда блочный источник питания был отсоединен или разобран. Многие электрические технические условия явно нуждаются в стабилизирующих нагрузочных резисторах. Хотя некоторая чувствительность, эффективность и стабильность теряются при добавлении стабилизирующих нагрузочных резисторов, они не создают значительной проблемы работы с данным изобретением. Такие резисторы служат дополнительной цели снижения вариации напряжения переменного тока и постоянного тока, приложенного к конденсаторам, из-за допуска и/или ошибки компонентов конденсаторов. Отметим, что емкость, импеданс, токи утечки и т.п. изменяются с температурой, сроком службы и другими условиями службы. Такие факторы становятся важными, когда используются множественные последовательные и/или встречно-последовательные блоки.

Когда встречаются условия резонанса напряжений, будет желательно увеличить номинальные напряжения конденсаторов и величины напряжений смещения постоянного тока. Переходные условия резонанса в сетях переменного тока могут потребовать управляемого (регулируемого) источника питания смещения постоянного тока в приложениях, обслуживаемых в других случаях неуправляемыми источниками. Произвольная, неуправляемая работающая в буферном режиме схема смещения постоянного тока, которая тем не менее обеспечивает подходящий потенциал для различных режимов работы, обсуждается и заявляется здесь. Последовательное нагрузочное сопротивление и внутренние сопротивления конденсаторов обычно будут гасить некоторые резонансные явления. Технические условия конденсаторов в условиях сети переменного тока обычно не требуют таких высоких номинальных напряжений. Это может стать более преобладающим требованием к конструкции с распространением широкого применения поляризованных конденсаторов в сетях переменного тока.

Кроме того, асинхронные генераторы имеют значительную проблему при снабжении энергией асинхронных двигателей. Это существенный дефицит намагничивающих варисторов. Данное изобретение обеспечивает большой избыток емкостного сопротивления и, таким образом, существенно улучшает такие применения. В этом асинхронные генераторы по существу менее дороги, чем синхронные генераторы, в результате ожидается получение большой экономической выгоды.

Как резонансные, так и нерезонансные применения могут быть рассмотрены (для любой частоты ниже собственной частоты колебаний поляризованного устройства накопления заряда) и могут быть рассчитаны и/или измерены. Подобным же образом, другие применения с произвольной формой волны могут быть выбраны для вычисления и/или измерения. В следующем примере рассматривается применение, использующее оксидные конденсаторы компьютерной категории, с большим алюминиевым корпусом, в нерезонансном синусоидальном случае с частотой 60 [Гц]. В этом примере должны быть выполнены простые вычисления первого порядка.

Рассмотрим простое приложение распределения нагрузки, где максимальный ток установившегося состояния равен 10 [А], а максимальное переходное состояние составляет 90 [А]. Предполагается, что длительность переходного состояния является значительной с точки зрения выделения тепла. Напряжение системы равно 120 В [действующее напряжение переменного тока], плюс или минус 10%. Выбранная температура окружающей среды равна 45 [°С]. Пара смещенных в прямом направлении встречно-последовательных поляризованных конденсаторов данного изобретения будет помещена в последовательное соединение с единственным источником и нагрузкой. (Встречно-последовательная пара будет помещена в ветви, подключенной к источнику питания). Предполагается, что емкость составляет +/-20% от номинала. Будет применен расчетный коэффициент, равный 10%. Простые вычисления первого порядка будут предполагать условия движущегося воздуха без радиатора или другой тепловой конструкции конденсаторов или теплового усовершенствования применения. Коррекции температуры и частоты и промышленные допуски конденсаторов в этом примере игнорируются. Подобным же образом, границы напряжения для уменьшенного искажения сигнала и увеличения срока службы игнорируются. Пусть 

Vrms = действующее напряжение переменного тока

Vpp = величина волны напряжения переменного тока, от пика до пика 

Vpo = величина волны напряжения переменного тока, от пика до нуля

Vhalf = напряжение переменного тока на одном конденсаторе из последовательности встречно-последовательной пары

Vsurge = номинальное максимальное перенапряжение постоянного тока конденсатора 

WVDC = номинальное напряжение постоянного тока конденсатора 

Vbias = напряжение смещения постоянного тока конденсатора 

Dfac = расчетный коэффициент 10%

Cfac = вариация емкости 20%

Отметим, что

Vpp=2Vpo=2Vhalf=2Vrms(корень из двух)

Видно, что мгновенная суперпозиция Vbias плюс Vhalf должна оставаться ниже WVDC. Также отметим, что величина Vbias должна равняться или превышать Vhalf для поддержания состояния непрерывного положительного напряжения смещения постоянного тока на поляризованном конденсаторе. Далее отметим, что величина установившегося состояния напряжения переменного тока становится максимальной, когда напряжение смещения составляет 1/2 величины WVDC. Величина броска переменного тока является максимальной, когда напряжение смещения постоянного тока составляет 1/2 диапазона напряжения конденсатора при максимальном броске постоянного тока. Далее отметим, что величина установившегося состояния напряжения переменного тока Vbias+Vhalf должно быть больше или равно (GE), величины напряжения переменного тока системы. На деление напряжения переменного тока влияет вариация в фактической емкости конденсаторов. Следовательно, с допущением 20% для вариации емкости и для 10% вариации величины напряжения системы, имеем:

(Vpp)×Dfac×Cfac=(169,71×2)×1,10×1,20=448,03 В

Для одного конденсатора, получаем

(Vpo)×Dfac×Cfac=(169,71)×1,10×1,20=224,02 В

Напряжение переменного тока будет разделено между двумя встречно-последовательными крыльями данного изобретения. Таким образом, мы можем сделать выбор устройства первого порядка из этой информации.

Недавний каталог Cornell Dubilier имеет в списке модель номер DCMC123T450FG2D. Этот конденсатор перечислен с величиной номинальной емкости 12000 мкФ, эквивалентным последовательным сопротивлением 13,3 мОм и максимальным номинальным пульсирующим переменным током 24,0 A. WVDC и Vsurge равны 450 В (напряжение постоянного тока) и 500 В (напряжение постоянного тока) соответственно. Для этого случая Vbias будет выбрана равным WVDC/2 или 225 В постоянного тока. Это будет соответствовать номинальному напряжению суперпозиции:

Vhalf+WVDC/2=449,02 В.

Выбор восьми полных конденсаторов (4 на сторону) обеспечит номинальный ток 96 А.

Полная номинальная емкость устройства равна 12000×4/2=24000 мкФ. Номинальное эквивалентное последовательное сопротивление равно 6,65 мОм, импеданс конденсатора имеет порядок 12 мОм, и величина импеданса нагрузки равна 1,33 Ом и 12,0 Ом для переходного и установившегося состояний соответственно. Падение напряжения установившегося состояния переменного тока на блоке конденсаторов имеет порядок 0,12 В, а падение напряжения на каждом емкостном крыле равно 1,1 В в более сильном переходном состоянии. В этом примере, мы видим, что за исключением состояний резонанса и короткого замыкания, номинальное напряжение конденсатора гораздо выше, чем это необходимо. Преимуществами рассмотрения более низких напряжений конденсатора являются размер, вес, емкость и стоимость. Недостатком являются разрушение устройства в условиях короткого замыкания или резонанса. Как всегда, экономика применения и соображения безопасности нормально разрешат этот вопрос. Это устройство могло бы быть сконструировано с использованием быстрых предохранителей, разрядников для защиты от перенапряжений, стабилизирующих нагрузочных резисторов, дозирующих и полирующих конденсаторов для более надежной конструкции.

Специалистам следует соблюдать высокую степень осторожности в обращении со схемами, конструируемыми здесь в соответствии с проектными нормативами. Наиболее широко распространенный электрический промышленный стандарт “выключение, разъединение” является недостаточным для безопасности. Большие электрические конденсаторы, которые могут быть использованы в данном изобретении, могут оставаться электрически заряженными в течение многих дней, если не предусмотрены соответствующие стабилизирующие нагрузочные резисторы и т.п. Наличие условий высокого напряжения ясно составляет угрожающую сроку службы опасность. Поэтому исключительная степень предосторожности рекомендуется любому, имеющему дело с заряженными устройствами данного изобретения. Неспециалистам в данной области техники следует избегать контакта со схемами и элементами схем. Например, измеритель d’Arsonval, параллельно соединенный с поляризованным конденсатором, может закорачивать напряжение смещения постоянного тока так же, как и источник переменного тока. Это полностью разрушит процесс и может привести к сгоранию амперметра. Это может также вызвать обратное смещение конденсатора с сопутствующим закорачиванием и последующим разрушением. Неспециалистам в конструкции данных схем следует соблюдать исключительную осторожность при добавлении элементов схемы. Катушка индуктивности или малый резистор, параллельно соединенный с поляризованным конденсатором, удвоит результаты вышеупомянутой ошибки с измерителем. По этой причине нормальным ходом должно быть использование узла поляризованных конденсаторов как блока.

Явление саморезонанса устройств PECS может быть шунтировано на заземление соответствующим фильтром (подавления) радиопомех или смягчено, если оно имеет место.

Частотная характеристика схем устройств PECS обеспечивает здесь полезное добавление к определенным устройствам с переменной частотой. Уменьшение эффективной емкости схемы с увеличением частоты частично смещает падение импеданса с увеличением частоты. Например, эффективность передачи мощности в пределах привода с переменной скоростью (вращения) может быть повышена, хотя обеспечивается ограничение тока низкой частоты. Таким образом, этот привод может работать с улучшенным коэффициентом мощности на расширенном частотном диапазоне.

Двухполупериодные выпрямители могут быть сконструированы посредством соединения единственного устройства PECS с каждым выводом источника питания переменного тока, как будто во встречно-последовательной конфигурации. Тогда центральный узел является разомкнутым. Выпрямительный мост и выходной участок постоянного тока соединяются тогда со свободными концами устройств PECS, где находился узел соединения постоянного тока. Выход постоянного тока затем используется в применениях постоянного тока, работающих в буферном режиме. Часть деления напряжения выхода постоянного тока подается обратно к устройствам PECS для целей смещения. Эта конструкция устраняет необходимость в изолирующем трансформаторе для снабжения энергией зарядного устройства или источника питания постоянного тока. Кроме того, коэффициент мощности выпрямителя будет скорректирован относительно коэффициента мощности при отстающем (индуктивном) токе устройства, снабжаемого энергией изолирующего трансформатора. Эта схема может быть сконструирована в однофазном или многофазном приложениях. Здесь могут быть представлены и другие подобные конструкции преобразования энергии.

Существуют приложения, использующие характеристики выводов дискретных компонентов. Имеется делитель напряжения, и могут использоваться правильно сконструированные фильтры. Фильтры верхних частот, фильтры нижних частот, полосовые и блокирующие фильтры, соединенные с центральным узлом, должны применяться с исключительной осторожностью и с защитой персонала. Считается, что соображения о конструкции схемы, включающие в себя магнитное насыщение, резонанс, графики Боде, диаграммы Найквиста и т.п. хорошо известны специалистам в данной области техники. 

Вдоль этих линий существует много реализаций схем, подходящих для установления и поддержания правильного состояния смещения конденсатора постоянного тока. Постоянный ток может быть выведен из любой соответствующей схемы, включающей в себя как регулируемый, так и нерегулируемый источники. Принимаются меры предосторожности для избежания контуров заземления и смещения постоянного тока источника переменного тока; обычно, через использование электрической изоляции через трансформатор и незаземленные вторичные обмотки (источники питания постоянного тока, работающие в буферном режиме). Кроме того, в системе могут использоваться батареи для повышения надежности. Питание от батарей или аккумуляторов обеспечивает избыточное электропитание в течение периода их спроектированного резервирования. Малые, электрохимические батареи обеспечат много дней достаточно активного электропитания смещения постоянного тока, основанного на медленном убывании заряда в поляризованных конденсаторах. Выбор технологии батареи зависит от специфики применения. Факторы, включающие в себя цену, температуру окружающей среды, сейсмические условия, надежность мощности переменного тока, вентиляцию, ожидаемый срок службы и т.п. диктуют выбор батареи. Максимальное зарядное напряжение и конечное остающееся напряжение батареи или конструкция системы постоянного тока должны удерживать поляризованный конденсатор вне диапазонов (одностороннего) ограничения сигнала переменного тока.

Самые высокие уровни напряжения смещения постоянного тока необходимы в условиях резонанса, короткого замыкания, запуска двигателя, бросков тока трансформатора, операций переключения, пиков напряжения системы и тому подобных условиях. Более низкое напряжение смещения может использоваться в других условиях работы для увеличения срока службы конденсатора. Такая регулировка напряжения может быть автоматической с соответствующей системой обратной связи. Дополнительные элементы схемы, такие как стабилизирующие нагрузочные резисторы, нагрузочные резисторы, гармоническая фильтрация, разрядники для защиты от перенапряжений, неполяризованные полирующие конденсаторы, защита от избыточного тока, защита от короткого замыкания на землю, механизмы переключения, диагностика и т.п. могут быть добавлены, по мере необходимости, для вопросов электрической безопасности и конкретных применений. Другие реализации могут включать в себя контакторы, предварительную зарядку постоянного тока, механизмы мягкого запуска и т.п. Изменения и приспособления такого рода не составляют существенное отклонение от процесса, представленного здесь.

Существует много способов реализации данного изобретения. Двумя самыми широкими областями являются источник смещения и интерфейс переменный ток/постоянный ток. Считается, что широта этих тем заключена здесь. При изготовлении и реализациях данного изобретения ожидается, что будут приниматься различные схемы экономии. Например, дискретные диоды показаны здесь на чертежах. Сегодня на рынке имеются различные комбинации диодов. Двумя такими комбинациями являются мостовой выпрямитель и обычный двухкатодный диод. Такие устройства снижают отсчет дискретных компонентов и, тем самым, стоимость изготовления. Многополярные конденсаторы являются другим способом снижения числа стадий соединения в блок. Мост Уитстона является подобной резистивной комбинацией. Фактически, тема экономичности конструкций микросхем была прогрессивным уменьшением дискретных компонентов. Такие выгоды экономии трудоемкости явно представлены здесь. Дополнительно утверждается, что различные стратегии охлаждения конденсаторов и системы защиты от опасности ударов будут использоваться в вариантах осуществления данного изобретения. Такие способы и конструкции тепловой регуляции и электрической изоляции явно представлены здесь.

Кроме того, в некоторые применения наиболее экономично включены явные интерфейсы, тогда как другие применения будут использовать существующую внешнюю топологию схем. Все уровни производительности устройств, измеряемые силой тока, напряжением и/или частотной характеристикой, включены в данное изобретение. Подобным же образом, здесь охвачены все соответствующие поляризованные устройства накопления электрического заряда. Это изобретение может быть воплощено в других конкретных формах, без выхода за рамки его сущности или существенных характеристик. Важно отметить, что в каждом из вышеупомянутых вариантов осуществления, компоненты могут быть масштабированы вверх или вниз, по размеру. Очерчены представительные конструкции схем и способ их изготовления. Наиболее экономичная реализация будет варьироваться согласно переменным приложений, включая, но не только: напряжение системы, требования к току установившегося состояния, требования к переходному току, вероятность резонанса, характеристики модели выбранного конденсатора, выбор электропитания смещения, окружающую среду, требования к избыточности, соображения внешнего короткого замыкания, соображения внутреннего короткого замыкания и т.п.

Дополнительные цели, преимущества и новые признаки изобретения изложены здесь или явствуют для специалистов в данной области техники из исследования этого описания или могут быть изучены посредством практики изобретения. Цели и преимущества изобретения могут быть реализованы и достигнуты посредством пользования приборами и комбинаций, конкретно указанных, подразумеваемых здесь и/или знакомых специалистам в данной области техники. Предполагается, что варианты осуществления данного изобретения, описанные здесь, должны восприниматься в иллюстративном, а не в ограничительном смысле. Различные замены, модификации, изменения и добавления могут быть произведены в отношении этих вариантов специалистами в данной области техники без отхода от объема данного изобретения, определенного здесь. Таким образом, предполагается, что все изменения, которые находятся в пределах значения и диапазона эквивалентности, данной формулы изобретения и других описаний, приведенных здесь, охватываются формулой изобретения. Многие непрерывные и/или переходные применения и/или приложения конденсаторов в сетях переменного тока известны специалистам в данной области техники, включая, но не только: резонанс, коммутацию, отрезание, ферромагнитный резонанс, защиту от перенапряжений, компенсацию, накопление энергии, контроль короткого замыкания, регулировку напряжения, ограничение тока, передачу управляющего сигнала и т.п. Дополнительно предполагается, что формула изобретения и описания будут интерпретироваться таким образом, чтобы охватывать все такие приложения, изменения и модификации, попадающие в рамки истинной сущности, объема и значения изобретения.

Приложение A: глоссарий терминов

Термин “встречно-последовательный” (anti-series) относится к двум или нескольким устройствам PECS, соединенным вместе своими анодами и/или своими катодами. А именно, встречно-последовательные устройства PECS имеют узел соединения постоянного тока в своих анодах, катодах или как в своих катодах, так и в анодах. Это будет рассматриваться в своем широком смысле, и не будет, например, исключать магистральные конфигурации большого числа компонентов, таких как множественные устройства PECS с анодами (или катодами), соединенными по существу вместе в узле соединения постоянного тока в конструкциях делителя тока. Например, пять устройств PECS, в конфигурации звезды со своими анодами, соединенными вместе, были бы по отдельности в встречно-последовательной конфигурации друг с другом. Отметим, что устройства PECS в различных ветвях многофазной системы переменного тока могут также быть в встречно-последовательной конфигурации друг с другом. Подобным же образом, при идентификации устройства PECS в встречно-последовательной конфигурации, любое заданное устройство может фактически включать в себя множественные шунтирующие устройства, например, для увеличения допустимой токовой нагрузки (кабеля) в амперах. Кроме того, несколько последовательных устройств PECS могут быть соединены вместе встречно-последовательным образом для увеличения эффективного номинального напряжения переменного тока. Подобным же образом, несколько пар встречно-последовательных устройств PECS могут быть сами соединены последовательно для увеличения эффективного номинального напряжения. Наконец, отметим, что компоненты системы переменного тока (такие, как источники или нагрузки переменного тока) могут быть фактически подключены между встречно-последовательным устройствами в узле соединения постоянного тока.

Термины “переменный ток” и “источник переменного тока” используются в своем широком смысле. Термины “переменный ток” и “источник переменного тока” будут включать в себя, но не только: заданную частоту, переменную частоту, заданную амплитуду, переменную амплитуду, частотную модуляцию, амплитудную модуляцию и/или широтно-импульсную модуляцию переменного тока. Явно включены и другие сигналы и/или способы связи, включающие в себя боковую полосу (частот) и суперпозицию, так же, как и другие линейные, нелинейные, аналоговые или цифровые сигналы и т.п. Источники переменного тока могут включать в себя гармонические компоненты. Предполагается, что переменный ток и источник переменного тока относятся к изменяющимся во времени сигналам. Эти сигналы могут содержать данные и/или мощность. Подобным же образом включены гибридные источники переменного тока, различающиеся по множественным способам и/или режимам. Ссылки на единственный источник переменного тока не будут толковаться для исключения множественных источников переменного тока.

Термин “устройство блокирования переменного тока” будет включать в себя любое устройство, способ, конструкцию или технологию, которая обеспечивает относительно большой импеданс переменного тока, по сравнению со связанными встречно-последовательными устройствами PECS, и в то же время может иметь конфигурацию для обеспечения пути постоянного тока для смещения таких устройств PECS. Например, устройство блокирования переменного тока могло бы включать в себя, но не только: резисторы, катушки индуктивности, выпрямители, электрические выключатели и т.п.

Термины “непрерывное и установившееся состояние”, при использовании здесь, не предназначены для указания какого-либо несоответствия для переходных приложений, таких как запуск и т.п.

Термины “постоянный ток”, “электричество постоянного тока” могут подразумевать любую технологию, конструкцию, состояние, физическое состояние или устройство, создающее, вызывающее, способствующее, поддерживающее или отдающее предпочтение однонаправленному или преимущественно однонаправленному потоку, перемещению, передаче и/или потоку одного или нескольких носителей электрического заряда, включая, но не только, электроны, ионы и дырки. Это не будет толковаться для исключения двунаправленного движения противоположно заряженных частиц. Постоянный ток будет относиться в широком смысле к напряжению установившегося состояния, которое по существу не изменяется со временем.

Термины “источник постоянного тока”, “источник напряжения постоянного тока” или “источник питания постоянного тока” применяются в их широком смысле. Этот термин обычно охватывает и включает в себя любой способ и устройство, используемое или полезное в генерации, производстве или выпрямлении переменного тока для производства электричества постоянного тока. Источники питания постоянного тока явно включают в себя, но не только, генераторы постоянного тока, электрохимические батареи, фотогальванические устройства, выпрямители, топливные элементы, квантовые устройства постоянного тока, устройства определенных трубок и т.п. Они будут включать в себя регулируемые, нерегулируемые, фильтруемые и нефильтруемые типы. Источники постоянного тока будут явно включать в себя, но не только, выпрямители, снабжаемые энергией от неэлектрически изолированных источников, автотрансформаторов, изолирующих трансформаторов и феррорезонансных трансформаторов. Подобным же образом включены источники “переменный ток - переменный ток”, переключающие источники питания постоянного тока, импульсные зарядные устройства и т.п. Единичный термин не будет толковаться для исключения множественных и/или резервных источников постоянного тока в параллельной, последовательной и/или встречно-последовательной конфигурациях. Включены однофазные и многофазные источники и/или зарядные устройства постоянного тока. Подобным же образом включена способность регулировать уровень смещения постоянного тока в реальном времени. Использование “устройств отключения диодов” и точно регулируемых напряжений источников питания постоянного тока, работающих в буферном режиме, может обеспечить эксплуатационные и конструкционные выгоды, особенно, когда для резервирования источников питания включены электрохимические батареи или когда используются встречно-последовательные устройства PECS.

Термин “источник смещения постоянного тока” используется в широком смысле. Этот термин обычно охватывает и включает в себя любой способ, конструкцию и/или устройство, используемое или полезное в производстве и распределении напряжения постоянного тока и тока к устройствам PECS при ограничении и/или блокировании потока переменного тока. Термин “источник смещения постоянного тока” может включать в себя, но не только, по меньшей мере один источник напряжения постоянного тока, по существу последовательно соединенный по меньшей мере с одним устройством блокирования переменного тока. В данном изобретении один или несколько источников смещения постоянного тока подключены к устройствам PECS с целью установления и поддержания напряжения смещения постоянного тока в прямом направлении на указанных устройствах PECS. Источник смещения постоянного тока предохранит источник переменного тока от обратного смещения или избыточного смещения в прямом направлении подключенного устройства PECS. Единственный источник напряжения постоянного тока может иметь конфигурацию для его использования в качестве источника смещения постоянного тока для многочисленных устройств PECS посредством соответствующим образом подключенных проводящих постоянный ток устройств блокирования переменного тока. Подобным же образом, множественные источники напряжения постоянного тока и/или источники смещения постоянного тока могут иметь конфигурацию для обеспечения резервных источников напряжения смещения для встречно-последовательных устройств PECS при применении переменного тока.

Термин “узел соединения постоянного тока” соответствует узлу в конфигурации из двух или нескольких встречно-последовательных устройств PECS, где узлы устройств одинаковой полярности соединены вместе. Следует отметить, что узел соединения постоянного тока может (или не может) включать в себя одно или несколько устройств переменного тока (такое как катушка индуктивности) с незначительным напряжением постоянного тока на устройстве переменного тока. А именно по существу в узле соединения постоянного тока нет разницы напряжения постоянного тока. Подобным же образом, схемы смещения постоянного тока, измерители, индикаторы, сигнализаторы и т.п. могут быть подключены к узлам соединения постоянного тока.

Термин “электрическая изоляция” применяется в его широком смысле. Этот термин обычно включает в себя, но не только, изолирующие трансформаторы, феррорезонансные трансформаторы и отдельно изготовленные, преобразованные и/или сгенерированные электрические источники питания в случае переменного тока. Изоляция постоянного тока может быть выполнена посредством использования конденсаторов. Термин “электрическая изоляция” будет включать в себя источники питания постоянного тока, которые изготовлены, выпрямлены или сгенерированы отдельно. Предполагается, что электрическая изоляция передает способность не иметь фиксированного опорного заземления, выбирать обычную нейтраль, заземление, опорное напряжение или, с другой стороны, выбирать особые нейтрали, заземления или опорное напряжение. Этот выбор происходит во время соединения или действующего соединения и не обязательно является присущим схеме, конструкции, материалам или характеру источников питания.

Термин “поляризованное устройство накопления электрического заряда” (“PECS”) используется в широком смысле. Этот термин обычно охватывает любое соответствующее полярное устройство и/или прибор накопления электрического заряда, который включает в себя, но не только, оксидные конденсаторы, электрохимические батареи, определенные устройства электрических трубок, полупроводниковые емкостные устройства, фотогальванические устройства, топливные элементы, устройства накопления квантованного заряда и т.п. Для целей этого документа поляризованным устройством накопления электрического заряда может быть любая технология или устройство, поддерживающее статическое разделение заряда, предпочтительную полярность накопления заряда и способность проводить, перемещать и/или передавать электрический ток. Во многих частях этого документа поляризованные конденсаторы используются - как в описании, так и через иллюстрацию - для демонстрации различных аспектов данного изобретения. Однако следует осознавать, что любое соответствующее устройство PECS может использоваться как вместо, так и во взаимодействии с представленными поляризованными конденсаторами. А именно, предполагается, что не исключается ни одна из других упомянутых или описанных технологий PECS.

Термин “выпрямитель” используется здесь в своем широком смысле. Любое активное или пассивное устройство и/или прибор, поддерживающий или имеющий конфигурацию для поддержки однонаправленного потока носителей электрического заряда, будет считаться выпрямителем. Двунаправленный поток противоположно заряженных частиц явно включен в определение выпрямителя. Выпрямитель включает в себя, но не только, один или несколько диодов, транзисторов, триодных тиристоров, триодных тиристоров отсечки, тиристоров, IGBT, полевых транзисторов, колец разделения, определенных устройств трубок и т.п. Конфигурации выпрямительных схем включают в себя, но не только, полупериодные, двухполупериодные, многофазные выпрямители и выпрямители расщепления волны. Импульсы выпрямления могут быть сдвинуты по фазе для противопоставления, совпадения или сдвига колебаний либо переменного тока, либо напряжения переменного тока в однофазном или многофазном случае. Это может быть выполнено посредством точечного соглашения изолирующего трансформатора, способами обмотки с фазовым сдвигом, отставания входа/выхода или электронными способами, если назвать лишь немногие из обычных способов.

Термин “достаточное смещение постоянного тока в прямом направлении” относится к способам, устройствам и/или приборам, описанным или подразумеваемым здесь, для поддержания напряжения смещения постоянного тока на устройстве PECS по существу для того, чтобы помешать вредному обратному смещению устройства сигналом переменного тока. Напряжение смещения постоянного тока может быть фиксировано в любой произвольной степени в установившемся состоянии. Это контрастирует с колебательными схемами смещения известного уровня техники, которые характерно изменяются между напряжением смещения постоянного тока в прямом направлении и напряжением смещения постоянного тока в обратном направлении на основе подцикла и/или приводят к искажению сигнала переменного тока из-за избыточного размера сигнала относительно величины напряжения смещения постоянного тока. Соображения смещения постоянного тока включают в себя работу в пределах применимых к устройству PECS ограничений прямого напряжения. Подобным же образом, включены состояния смещения, в которых величина напряжения смещения постоянного тока каждого устройства PECS значительно превышает величину приложенного сигнала переменного тока.

Термины “выключатель” и/или “электрический выключатель” относятся к способам, устройствам и/или приборам, посредством которых электрический ток может быть включен или выключен. Выключатель будет включать в себя механические конструкции контакта проводников, электромеханические устройства, полупроводниковые устройства, реле, жидкостные контактные устройства, такие как ртутные выключатели, молекулярные выключатели, устройства ионизации, электровакуумные приборы, гасители, вентили, квантовые устройства и т.п. Кроме того, включены различные устройства, такие как реостаты, потенциометры, которые могут служить в качестве регуляторов силы света и/или регуляторов потока так же, как устройства включения/выключения и т.п. Предполагается, что любое состояние предмета и/или изменение в состоянии предмета, используемое для воздействия на управление электрическим потоком, током или электропроводностью, перемещением и т.п. включены в термин “выключатель”. Подобным же образом включены датчики, механизмы конечного выключателя, воздействующего на контакты, управления, реле, печатные платы, чипы и т.п., связанные с выключателями различных технологий. Электрический выключатель и выключатель при использовании в этом документе будет толковаться в широком смысле. Устройства и способы, описанные здесь, являются иллюстративными, а не ограничивающими.

Термин “устройство блокирования постоянного тока” будет включать в себя любое устройство, способ, конструкцию, прибор и/или технологию, которая обеспечивает относительно большое сопротивление постоянного тока и/или противодействие потоку постоянного тока. Например, устройство блокирования постоянного тока могло бы включать в себя, но не только, поляризованные конденсаторы, неполяризованные конденсаторы, электрохимические батареи, другие устройства PECS, резисторы, выпрямители и т.п. Подобным же образом, изолирующий трансформатор служит в качестве устройства блокирования постоянного тока в том, что постоянный ток не является магнитно связанным. Отметим, что выпрямительные мосты обеспечивают более высокий порядок блокирования постоянного тока, чем блокирование постоянного тока, обеспечиваемое единственным выпрямителем или полупериодным мостом.

Термин “регулировка температуры” будет означать управление температурой устройства PECS естественно или искусственно снабжаемыми энергией средствами для изменения поверхностной и/или внутренней температуры устройства. Типичные способы регулировки температуры включают в себя водяные ванны, масляные ванны, охладители, системы циркуляции с радиаторами и использование нагревательных элементов и теплообменников. Тепловые насосы, твердотельное охлаждение и другие такие способы являются подходящими для поддержания и/или изменения температуры устройства. 

Термин “переходный” при использовании здесь не предназначен для указания несоответствия для применений установившегося состояния и непрерывных применений.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Поляризованное устройство накопления электрического заряда для работы в сети переменного тока, имеющей источник переменного тока и по меньшей мере одну нагрузку, подключенную к источнику переменного тока для приема сигнала переменного тока, содержащее по меньшей мере первое и второе указанные поляризованные устройства, соединенные во встречно-последовательной конфигурации друг с другом и выполненные с возможностью подключения при работе к сети переменного тока и воздействия на них сигнала переменного тока, и по меньшей мере один источник постоянного тока, подключенный к первому и второму поляризованным устройствам, отличающееся тем, что указанный по меньшей мере один источник постоянного тока подключен к первому и второму поляризованным устройствам с обеспечением непрерывного смещения в прямом направлении напряжений обоих поляризованных устройств, когда на них действует сигнал переменного тока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один источник постоянного тока при работе подключен к первому и второму поляризованным устройствам таким образом, что сигнал переменного тока, по существу, не проходит по меньшей мере через этот источник постоянного тока.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что встречно-последовательная конфигурация поляризованных устройств выполнена с возможностью параллельного соединения с нагрузкой переменного тока.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что встречно-последовательная конфигурация поляризованных устройств выполнена с возможностью последовательного подключения между источником переменного тока и нагрузкой переменного тока.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один выходной вывод по меньшей мере одного источника постоянного тока выполнен электрически изолированным по меньшей мере от одного источника переменного тока.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один источник постоянного тока является незаземленным.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один выходной вывод по меньшей мере одного источника постоянного тока выполнен с возможностью подключения при работе к рабочему заземлению переменного тока.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что напряжения первого и второго поляризованных устройств симметрично смещены постоянным током относительно друг друга.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первое и второе поляризованные устройства соединены друг с другом в узле соединения постоянного тока, причем устройство дополнительно включает в себя по меньшей мере одно устройство блокирования переменного тока, подключенное между узлом соединения постоянного тока и опорным узлом постоянного тока.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что по меньшей мере одно устройство блокирования переменного тока содержит резистор, имеющий достаточно высокое сопротивление по сравнению с первым и вторым поляризованными устройствами для блокирования сигнала переменного тока таким образом, чтобы он, по существу, проходил через поляризованные устройства.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что узел соединения постоянного тока включает в себя по меньшей мере одно устройство переменного тока между первым и вторым поляризованными устройствами.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит устройство блокирования переменного тока между узлом соединения постоянного тока и другим узлом от первого и второго поляризованных устройств. 

13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что по меньшей мере один источник постоянного тока включает в себя первый и второй источники постоянного тока для отдельного смещения напряжений первого и второго поляризованных устройств.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что первый источник постоянного тока, по существу, параллельно соединен с первым поляризованным устройством. 

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит устройство блокирования переменного тока, подключенное при работе между первым источником постоянного тока и первым поляризованным устройством.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что второй источник постоянного тока, по существу, соединен параллельно со вторым поляризованным устройством.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что второй источник постоянного тока, по существу, соединен параллельно по меньшей мере со вторым поляризованным устройством по меньшей мере через одно устройство блокирования переменного тока.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что по меньшей мере один вывод первого источника постоянного тока и по меньшей мере один выходной вывод второго источника постоянного тока являются незаземленными.

19. Устройство по п.17, отличающееся тем, что по меньшей мере один вывод первого источника постоянного тока и по меньшей мере один выходной вывод второго источника постоянного тока электрически изолированы от источника переменного тока.

20. Устройство по п.9, отличающееся тем, что по меньшей мере один источник постоянного тока включает в себя первый источник постоянного тока, имеющий первый и второй выходные выводы для обеспечения потенциала постоянного тока, причем первый выходной вывод соединен с узлом соединения постоянного тока, а второй выходной вывод соединен с другим узлом от первого и второго поляризованных устройств.

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по меньшей мере одно устройство блокирования переменного тока, последовательно соединенное между узлом соединения постоянного тока и первым выходным выводом.

22. Устройство по п.20, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по меньшей мере одно устройство блокирования переменного тока, последовательно соединенное между другим узлом первого и второго поляризованных устройств и вторым выходным выводом.

23. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сеть переменного тока является многофазной сетью переменного тока с ветвью переменного тока для каждой фазы сети, в которой первое поляризованное устройство выполнено в виде части первой ветви переменного тока, а второе поляризованное устройство выполнено в виде части второй ветви переменного тока.

24. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сеть переменного тока является многофазной сетью переменного тока с ветвью переменного тока для каждой фазы сети, в которой первое и второе поляризованные устройства выполнены в виде части первой ветви переменного тока. 

25. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конфигурация поляризованного устройства выполнена с возможностью монтажа при работе в сети переменного тока для работы в установившемся режиме. 

26. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первое и второе поляризованные устройства смонтированы в общем корпусе. 

27. Устройство по п.26, отличающееся тем, что первое и второе поляризованные устройства подвешены в диэлектрической жидкости и прикреплены к корпусу изолированным зажимом, причем корпус представляет собой электробезопасный для контакта контейнер. 

28. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагрузкой является асинхронный двигатель переменного тока с расщепленной фазой, а поляризованные устройства выполнены с возможностью последовательного подключения между источником переменного тока и обмоткой указанного двигателя с расщепленной фазой и остаются подключенными для непрерывной работы двигателя.

29. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поляризованные устройства являются частью схемы LC-фильтра, имеющего катушку индуктивности, причем схема LC-фильтра настроена на основную частоту сети и дополнительно имеет выключатель для шунтирования поляризованных устройств при обнаружении короткого замыкания ниже по ходу тока.

30. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник переменного тока является первым источником переменного тока, при этом устройство снабжено вторым источником переменного тока, имеющим напряжение переменного тока, отличное от напряжения первого источника переменного тока, и подключенным при работе к первому поляризованному устройству через токоограничивающий выпрямитель.

31. Поляризованное устройство накопления электрического заряда для использования при включении переменного тока, содержащее первое поляризованное устройство, по меньшей мере второе поляризованное устройство, подключенное встречно-последовательно относительно первого указанного поляризованного устройства, и по меньшей мере один источник смещения постоянного тока, подключенный при работе к указанным первому и второму поляризованным устройствам, отличающееся тем, что указанный по меньшей мере один источник смещения постоянного тока подключен к первому и второму поляризованным устройствам с обеспечением непрерывного смещения в прямом направлении напряжений обоих указанных первого и второго поляризованных устройств при их использовании при включении переменного тока.

32. Устройство по п.31, отличающееся тем, что напряжения постоянного тока для смещения первого и второго поляризованных устройств, по существу, нейтрализуют друг друга относительно включения переменного тока. 

33. Устройство по п.31, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит электрическое устройство переменного тока, размещенное между встречно-последовательно соединенными поляризованными устройствами и работающее при отличном уровне напряжения постоянного тока по сравнению с подключенным переменным током.

34. Устройство по п.33, отличающееся тем, что устройство переменного тока включает в себя источник питания постоянного тока.

35. Устройство по п.34, отличающееся тем, что часть источника питания постоянного тока подключена при работе между встречно-последовательно соединенными поляризованными устройствами для смещения в прямом направлении напряжений указанных первого и второго поляризованных устройств. 

36. Устройство по п.31, отличающееся тем, что встречно-последовательно соединенные поляризованные устройства используются для соединения нейтрального узла переменного тока при включении переменного тока с узлом заземления.

37. Устройство по п.31, отличающееся тем, что каждое из первого и второго поляризованных устройств имеет положительный и отрицательный узел, при этом по меньшей мере положительные или отрицательные узлы от первого и второго поляризованных устройств, по существу, соединены вместе относительно постоянного тока.

38. Устройство по п.37, отличающееся тем, что положительные узлы от первого и второго поляризованных устройств, по существу, соединены вместе, а отрицательные узлы от первого и второго поляризованных устройств, по существу, соединены вместе относительно постоянного тока.

39. Устройство по п.31, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит одно или несколько поляризованных устройств, по существу параллельно подключенных ко второму поляризованному устройству и находящихся во встречно-последовательной конфигурации с первым поляризованным устройством.

40. Устройство по п.39, отличающееся тем, что одно или несколько поляризованных устройств находятся во встречно-последовательной конфигурации со вторым поляризованным устройством, при этом первое, второе и одно или несколько поляризованных устройств находятся во встречно-последовательной конфигурации друг с другом.

41. Устройство по п.31, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит один или несколько наборов встречно-последовательных поляризованных устройств, напряжения которых смещены при работе в прямом направлении, соединенных друг с другом и с конфигурацией первого и второго встречно-последовательных поляризованных устройств в узле соединения постоянного тока для образования магистрали делителя переменного тока.

42. Устройство по п.31, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит неполярный конденсатор, подключенный, по существу, параллельно по меньшей мере к первому поляризованному устройству.

43. Устройство по п.31, отличающееся тем, что встречно-последовательно соединенные поляризованные устройства используются для улучшения установившегося режима переменного тока.

44. Устройство по п.31, отличающееся тем, что по меньшей мере один источник постоянного тока подключен при работе к первому и второму поляризованным устройствам таким образом, что сигнал переменного тока при включении переменного тока, по существу, не проходил по меньшей мере через один источник постоянного тока.

45. Устройство по п.31, отличающееся тем, что встречно-последовательно соединенные первое и второе поляризованные устройства подвешены в диэлектрической жидкости и прикреплены к корпусу изолированным зажимом, причем корпус представляет собой электробезопасный для контакта контейнер и обеспечивает электрические контакты для соединения.

46. Сеть переменного тока, содержащая источник переменного тока, нагрузку переменного тока, подключенную при работе к источнику переменного тока, первое и второе поляризованные устройства накопления электрического заряда, соединенные во встречно-последовательной конфигурации друг к другу и подключенные при работе к указанным источнику и нагрузке переменного тока, и по меньшей мере один источник постоянного тока, подключенный при работе к указанным первому и второму поляризованным устройствам, отличающаяся тем, что по меньшей мере один источник постоянного тока подключен к первому и второму поляризованным устройствам с обеспечением непрерывного смещения их напряжения в прямом направлении, когда они подвергнуты действию источника переменного тока, и предотвращения нежелательного смещения их напряжений в обратном направлении указанным источником переменного тока.

47. Способ использования поляризованных устройств накопления электрического заряда для улучшения работы сети переменного тока, имеющей источник переменного тока и подключенную при работе нагрузку переменного тока, предусматривающий: а) реализацию по меньшей мере первого и второго указанных поляризованных устройств во встречно-последовательной конфигурации в сети переменного тока для улучшения работы сети переменного тока, при этом сигнал переменного тока приложен к встречно-последовательным устройствам, и b) смещение в прямом направлении напряжений поляризованных устройств по меньшей мере одним напряжением постоянного тока, отличающийся тем, что на стадии b) напряжение обоих поляризованных устройств поддерживают непрерывно смещенными в прямом направлении во время работы сети переменного тока.

48. Способ по п.47, отличающийся тем, что напряжения постоянного тока по меньшей мере на первом и втором поляризованных устройствах, по существу, нейтрализуют друг друга относительно сети переменного тока.

49. Способ по п.47, отличающийся тем, что реализация встречно-последовательных устройств включает в себя реализацию первого и второго поляризованных конденсаторов.

50. Способ по п.49, отличающийся тем, что первый и второй поляризованные конденсаторы соединяют друг с другом в узле соединения постоянного тока, причем способ дополнительно предусматривает обеспечение устройства блокирования переменного тока между узлом соединения постоянного тока и опорным сигналом постоянного тока по меньшей мере одного источника постоянного тока.

51. Способ по п.50, отличающийся тем, что реализация встречно-последовательных поляризованных устройств в сети переменного тока включает в себя использование соединенных встречно-последовательно поляризованных конденсаторов, последовательно подключенных между источником переменного тока и нагрузкой переменного тока для улучшения коэффициента мощности относительно источника переменного тока.

52. Способ по п.47, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает регулировку полного сопротивления сети переменного тока относительно источника переменного тока посредством подключения с возможностью регулирования встречно-последовательных поляризованных устройств к сети.

53. Способ по п.47, отличающийся тем, что встречно-последовательные поляризованные устройства с возможностью регулирования соединяют с электрическим выключателем.

54. Способ по п.47, отличающийся тем, что параметры сети переменного тока изменяют посредством контролируемого изменения температуры поляризованных устройств.

55. Способ по п.54, отличающийся тем, что контролируемое изменение температуры поляризованных устройств выполняют устройством теплообмена.

56. Способ по п.47, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает обеспечение резистивного устройства, по существу, параллельно соединенного с каждым из первого и второго поляризованных устройств для смещения напряжений в прямом направлении и уравновешивания указанных поляризованных устройств при использовании их в делителе напряжения.

57. Способ по п.47, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает обеспечение по меньшей мере одного стабилизирующего нагрузочного резистора, подключенного при работе к первому и второму поляризованным устройствам для разрядки напряжения смещения на поляризованных устройствах для безопасного выключения и технического обслуживания и ремонта.

58. Способ по п.47, отличающийся тем, что величина напряжения переменного тока, приложенного к каждому поляризованному устройству, меньше, чем величина напряжения смещения постоянного тока на каждом поляризованном устройстве. 

59. Способ по п.47, отличающийся тем, что суперпозиция установившегося режима напряжения смещения постоянного тока и напряжения переменного тока, приложенных к каждому поляризованному устройству, остается в пределах номинального напряжения каждого поляризованного устройства.

60. Способ по п.47, отличающийся тем, что по меньшей мере один электрически изолированный источник смещения постоянного тока, по существу, подключен параллельно к первому поляризованному устройству для использования в установившемся режиме переменного тока.

61. Способ по п.47, отличающийся тем, что по меньшей мере один электрически изолированный источник смещения постоянного тока, по существу, подключен параллельно к первому поляризованному устройству для использования в переходном режиме переменного тока.

62. Способ по п.60, отличающийся тем, что используют выпрямительный мост для обеспечения электрической изоляции выпрямленного постоянного тока для непрерывной зарядки первого поляризованного устройства.

63. Способ по п.62, отличающийся тем, что по меньшей мере один полюс постоянного тока источника смещения постоянного тока электрически изолирован по меньшей мере от одного источника питания переменного тока для непрерывного смещения в прямом направлении напряжения первого поляризованного устройства.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru