CN1285151C - 用于衰减高频瞬态过程的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本文提供了一种用于衰减AC输电线上的高频瞬态过程的装置和方法，防止损坏电力负载中联结到AC输电线上的灵敏的电力和电子电路。AC输电线具有地线，并且电力负载具有电力负载地线。连续衰减器电路用于衰减高频瞬态过程，其中连续衰减器电路电联结到地线和电力负载地线之间。连续衰减器电路包括多个环形铁心和一股单一的连续导线，对于多个环形铁心的每一个，导线独自连续地缠绕几圈。
Description
技术领域
一般地，本发明涉及瞬间不稳定态消除器或抑制系统，并且更特别地，本发明涉及一种改进的装置和方法，用于衰减AC输电线上范围从50kHz到200MHz的高频瞬态过程，防止损坏灵敏的电力和电子电路，其中包含联结到AC输电线上的电力和电子电路的设备。
背景技术
一般地，在现有技术中，已知设备中现代的电力和电子电路，即在微处理器和计算机系统中使用的电路，可以被浪涌电压、瞬态过程、大气放电(即闪电触击)和其它形式的不利的电力噪声毁坏或损坏，这些电力噪声由能够产生干扰的发动机、发电机等所产生。为此，迄今为止发展了多种类型的瞬态过程抑制装置，用于消除不利的瞬态过程电压或电流，并用于隔离AC外部输电线上出现的类似瞬态过程，来保护灵敏的电力和电子设备，及联结到外部输电线上的设备。
与本申请主题直接相关的现有技术的研究结果可以在美国专利和商标局(U.S.Patent and Trademark Office)授权发布的如下美国专利中找到：
1,730,881 5,650,908
4,019,122 5,671,110
4,802,055 5,737,161
5,532,897
在1996年7月2日授权公告的Carpenter，Jr.的美国专利5,532,897中，讲授了一种高压变电站级的浪涌抑制系统，它包括高能电涌放电器和低能电涌放电器。浪涌拦截器连接到两个电涌放电器之间。浪涌拦截器包括与高能电阻并联的电感器。
在1997年9月23日授权公告的McCartney等人的美国专利5,671,110中，发明了一种装置，用于保护非隔离的数据通讯电缆，避免受AC电源发生接地不对称的不利影响。电流相加变压器联结到AC电源上。电流相加变压器包括一个单变压器铁心和多个线圈。在AC电源中，每个线圈分别与每相、零线和地线连接。在一个或多个非隔离数据电缆的数据电缆地线中，电流相加变压器对浪涌电流提供了高阻抗。
在1998年4月7日授权公告的Thomas的美国专利5,737,161中，发明了一种过流保护设备，它包括一个继电器和一个PTC设备，其中继电器的两个线圈绕在普通的磁心上，PTC设备与继电器触点并联。第一线圈是低阻抗电流线圈，而第二线圈是高阻抗电压线圈。
上面列出但没有在这里特别讨论的其它专利，可以认为是具有一般的重要性的现有技术，其中使用的瞬态过程电涌放电器由线圈和铁心组成。
进一步，在1997年11月18日授权公告的Carlson的美国专利5,689,130中讲授了隔离电源，它用于保护电力设备避免瞬态过程电压和电流。提供的滤波器包括环形铁心和电阻，电阻用于连接拦截器变压器。滤波器联结在变压器的副边零线接头和副边地线接头之间，来旁路电流或电压火花。铁氧体磁珠连接到地线和接线端之间，用于过滤70-200kHz范围的电流。
然而，上面讨论的现有技术都没有讲述本发明那样的装置，本发明的装置用于衰减AC输电线上的高频瞬态过程，本发明包括一个连续衰减器电路，用于衰减频率在50kHz到200MHz频率的高频瞬态过程，其中连续衰减器电路联结在地线和电力负载地线之间。本发明对于上面讨论的现有技术进行了显著的改进。
发明内容
由此，本发明的一般目的是提供改进的装置，用于衰减高频瞬态过程，其适用的频率范围比传统技术中的频率范围更宽。
本发明的一个目的是提供一种改进的方法和装置，用于衰减AC输电线上范围从50kHz到200MHz的高频瞬态过程，防止损坏联结到AC输电线上的灵敏的电力和电子电路及设备。
本发明的另一个目的是提供一种改进的方法和装置，用于衰减高频瞬态过程，这个装置包括由多个环形铁心形成的连续衰减器电路。
本发明还有一个目的是提供一种改进的方法和装置，用于衰减高频瞬态过程，这个装置包括隔离变压器和连续衰减器电路。
本发明仍有一个目的是提供一种改进的方法和装置，用于衰减高频瞬态过程，这个装置包括接地故障断路器和连续衰减器电路。
根据本发明的优选实施例，提供了衰减AC输电线上高频瞬态过程的装置，防止损坏电力负载中灵敏的电力和电子电路，其中电力负载联结到AC输电线上。AC输电线具有地线，并且电力负载具有电力负载地线。提供的隔离变压器具有原边绕组和副边绕组。原边绕组具有原边电源接头、原边零线接头和原边静电屏蔽接头。副边绕组具有副边电源接头、副边零线接头和副边静电屏蔽接头。原边电源接头、原边零线接头和原边静电屏蔽接头与AC输电线电联结。
副边电源接头、副边零线接头和副边静电屏蔽接头与电力负载电联结。原边静电屏蔽接头与副边静电屏蔽接头电连接到一起，并连接到地线上。连续衰减器电路用于衰减频率范围从50kHz到200MHz的高频瞬态过程，连续衰减器电路电联结在地线和电力负载之间。
根据本发明，提供一种用于衰减AC输电线上的高频瞬态过程的装置，防止损坏电力负载中联结到AC输电线上的灵敏的电力和电子电路，所述AC输电线具有地线，并且所述电力负载具有电力负载地线，所述装置包括：一个隔离变压器，具有原边绕组和副边绕组，所述原边绕组具有原边电源接头、原边零线接头和原边静电屏蔽接头，所述副边绕组具有副边电源接头、副边零线接头和副边静电屏蔽接头；所述原边电源接头、原边零线接头和原边静电屏蔽接头电联结到所述AC输电线上；所述副边电源接头、副边零线接头和副边静电屏蔽接头电联结到所述电力负载上；所述原边静电屏蔽接头和所述副边静电屏蔽接头电连接到一起，并连接到所述地线上；并且连续衰减器装置用于衰减高频瞬态过程，所述连续衰减器装置电联结到所述地线和所述电力负载地线之间，其中所述连续衰减器装置由多个环形铁心和一股单一的连续导线形成，对于多个所述环形铁心的每一个，导线独自连续地缠绕几圈，所述一股导线使它的第一端连接到所述地线上，并使它的第二端连接到所述电力负载地线上。
根据本发明，还提供一种用于衰减AC输电线上的高频瞬态过程的装置，防止损坏电力负载中联结到AC输电线上的灵敏的电力和电子电路，所述AC输电线具有地线，并且所述电力负载具有电力负载地线，所述装置包括：接地故障断路器，具有输入接头和输出接头，在第一操作模式下用于将所述输出接头电联结到所述输入接头上，并且在第二操作模式下用于将所述输出接头从所述输入接头上电隔离；所述输入接头电联结到所述AC输电线上；所述输出接头电联结到所述电力负载上；所述接地故障断路器电连接到所述地线上；并且连续衰减器装置用于衰减高频瞬态过程，其中连续衰减器装置电联结到所述地线和所述电力负载地线之间，其中所述连续衰减器装置由多个环形铁心和一股单一的连续导线形成，对于多个所述环形铁心的每一个，导线独自连续地缠绕几圈，所述一股导线使它的第一端连接到所述地线上，并使它的第二端连接到所述电力负载地线上。
根据本发明，还提供一种用于衰减AC输电线上的高频瞬态过程的方法，防止损坏电力负载中联结到AC输电线上的灵敏的电力和电子电路，所述AC输电线具有地线，并且所述电力负载具有电力负载地线，所述方法包括步骤：将一隔离设备的输入接头电联结到所述AC输电线上；将所述隔离设备的输出接头电联结到所述电力负载上；将所述隔离设备电联结到所述地线上；并且衰减连续衰减器电路中的高频瞬态过程，其中连续衰减器电路电联结到所述地线和所述电力负载地线之间，其中所述连续衰减器电路包括多个环形铁心和一股单一的连续导线，对于多个所述环形铁心的每一个，导线独自连续地缠绕几圈，所述一股导线使它的第一端连接到所述地线上，并使它的第二端连接到所述电力负载地线上。
附图说明
当联系下面的附图阅读本文时，从后面的具体描述中可以看到，本发明的这些及其它目的与优点变得更充分明显，其中相似的参考数字指示所有附图中的相应部分，其中：
图1是示意性的电路图，显示了用于衰减高频瞬态过程的装置，它根据本发明的原理构成。
图2是示意性的电路图，显示了本发明第二实施例的装置，它用于衰减高频瞬态过程；并且
图3是具体图示，显示了多个环形铁心形成的连续衰减器电路，它在图1或图2的装置中使用。
具体实施方式
现在具体参考图示，在图1中显示了改进的装置110的示意性电路图，装置110根据本发明的原理构成，用于衰减高频瞬态过程。装置110用于衰减范围从50kHz到200MHz的高频瞬态过程，并用于隔离由于外部AC(alternating current，即交流)电源114在电力负载112上发生的瞬态过程。装置110包括隔离变压器116，它具有原边绕组118和副边绕组120。典型地，原边绕组与副边绕组的匝数比为1∶1。
外部AC电源114通过标准三管脚电力插头122，连接到变压器116的原边绕组118上。隔离变压器116具有：原边电源接头124，连接到插头122的线接头L上；原边零线接头126，连接到插头122的线接头N上；和原边静电屏蔽接头128，它连接到插头122的线接头EG上。隔离变压器116还具有：副边电源端130、副边零线接头132和副边静电屏蔽接头134。原边静电屏蔽接头128和副边静电屏蔽接头134连接到一起，并连接到线接头136上，线接头136作为原边地线GND。
金属氧化物可变电阻(MOV)138的两端，分别连接到隔离变压器116的副边电源接头130和副边零线接头132上。金属氧化物可变电阻138用于箝住一个高压，这个高压可以通过变压器的副边绕组联结到电力负载112上。滤波电容140并联到MOV138上，并且滤波电容的两端分别连接到隔离变压器116的副边电源接头130和副边零线接头132上。使用电容140的目的是，衰减100kHz频率范围内的高频电压和电流脉冲。
进一步，电容140的一端连接到电力负载112的负载电源接头142上，而它的另一端在接点A连接到电力负载112的负载零线接头144上。接点A还通过接头线146连接到原边地线GND上。电力负载的电力负载地线148连接到接点B上，接点B通过接头线150连接到浮动地FG上。
为了衰减高频瞬态过程电压和电流，防止它直接返回给变压器的原边绕组，其中高频瞬态过程电压和电流由电力负载112的电力负载线148产生，本发明的连续衰减器电路152连接到接点B的浮动地FG，与接点A的原边地线GND之间。不像前述现有技术的130专利，现有技术使用铁氧体磁珠、电阻和铁环形成的滤波电路，用于在70-200kHz的范围内对电流滤波，本发明的快速连续衰减器电路152，在高频瞬态过程到达变压器的副边绕组之前，对范围从50kHz到200MHz的高频瞬态过程进行滤波。
现在参考图3，显示了连续衰减器电路152的具体图示，连续衰减器电路152包括多个部分154a、154b和154c。第一部分154a包括三个串联的铁环T1、T2和T3，它们被调谐到50kHz到100kHz的频率范围。第二部分154b包括两个串联的铁环T4和T5，它们被调谐到100MHz的频率。第三部分154c包括两个串联的铁环T6和T7，它们被调谐到200MHz的频率。
铁环T1到T7的每一个具有环形铁心，典型地，它们顺序地具有从1英寸到6英寸的直径。每个铁环的直径决定于被衰减的高频瞬态过程的量级。虽然铁心显示环形，但明显也可以使用其它形状的铁心。进一步，铁环可以是开环形的，环形铁心由磁性材料形成，如铁和铁氧体，它们被环氧树脂包裹起来。一股单一的连续铜导线156，对于铁环T1-T7的每个铁心独自连续地缠绕几圈，其中铁环T1-T7以或者一端接着一端的方式、或者一侧接着一侧的方式、或者叠合的方式彼此靠近放置。以这种方式，通过使用导线156的不间断的和连续的一股铜线，实现编织导线的效果。
如后所述，铜导线156靠近铁环T1的一端连接到接线片158上，而靠近铁环T7的另一端连接到接线片160上。收缩管162可以包围铁环T1-T7放置，将它们包装在单一的容器中。在优选实施例中，线的尺寸以美国导线规格(AWG，即American Wire Gauge)度量，应该为12、14或16号尺寸，并且最好为16号尺寸。然而，本技术领域的专业人士应该清楚地理解，可以使用不同的导线尺寸、匝数和铁心尺寸，来适应瞬态过程电压和电流的各种量级和频率。连续衰减器电路152的总阻抗服从于国家电子编码(NEC，即National Electronic Code)和保险商实验室(UL，即Underwriter Laboratories)的要求，使之对于电子产品的接地导线是安全的。
在图2中，说明了本发明第二实施例的装置210，它用于衰减高频瞬态过程。装置210在其结构上实质与图1的装置110相同，除了使用了接地故障断路器(GFCI，即Ground Fault Current Interruptor)216代替隔离变压器116。GFCI216的输入电源接头224连接到插头122的线接头L上；它的输入零线接头225连接到插头的线接头N上；它的接地故障线228连接到插头的线接头EG上。GFCI216还具有输出电源接头230和输出零线接头232，它们联结到电力负载114上。
在第一操作模式下，GFCI216将输出电源和零线接头电联结到输入电源和零线接头上；在第二操作模式下，输出电源和零线接头与输入电源和零线接头电隔离。除了这些差别，用于衰减高频瞬态过程的装置210的操作和功能，与前面关于图1描述的方式相同。这样，元件互连和它们操作的具体描述不再重复。
这样，从前面的具体描述可以看到，本发明提供了改进的方法和装置，用于衰减AC输电线上的高频瞬态过程，防止损坏电力负载中灵敏的电力和电子电路，其中电力负载联结到AC输电线上。AC输电线具有地线，并且电力负载具有电力负载地线。用于衰减范围从50kHz到200MHz高频瞬态过程的连续衰减器电路，电联结到地线和电力负载地线之间。
在本发明的优选实施例中，已经说明并描述了当前考虑的问题，本技术领域的专业人士应该明白，可以进行各种变化和修改，并且相应部分可以被所需的其它元件替换，而没有脱离本发明的范围。而且，根据本发明的讲述，可以进行很多基于其基本构思的改进来适应各种情况和材料。这样，本发明不限于上述本发明的特定实施例，这个实施例不被限定为实施本发明的最佳形式，而是使本发明包括所有可能的实施例，这些实施例均落入所附权利要求书的限定范围之内。
Claims (17)
1.一种用于衰减AC输电线上的高频瞬态过程的装置，防止损坏电力负载中联结到AC输电线上的灵敏的电力和电子电路，所述AC输电线具有地线，并且所述电力负载具有电力负载地线，所述装置包括：
一个隔离变压器，具有原边绕组和副边绕组，所述原边绕组具有原边电源接头、原边零线接头和原边静电屏蔽接头，所述副边绕组具有副边电源接头、副边零线接头和副边静电屏蔽接头；
所述原边电源接头、原边零线接头和原边静电屏蔽接头电联结到所述AC输电线上；
所述副边电源接头、副边零线接头和副边静电屏蔽接头电联结到所述电力负载上；
所述原边静电屏蔽接头和所述副边静电屏蔽接头电连接到一起，并连接到所述地线上；并且
连续衰减器装置用于衰减高频瞬态过程，所述连续衰减器装置电联结到所述地线和所述电力负载地线之间，
其中所述连续衰减器装置由多个环形铁心和一股单一的连续导线形成，对于多个所述环形铁心的每一个，导线独自连续地缠绕几圈，所述一股导线使它的第一端连接到所述地线上，并使它的第二端连接到所述电力负载地线上。
2.如权利要求1所述的一种装置，其中所述多个环形铁心的前三个调谐到50kHz到100kHz的频率范围，所述多个环形铁心的之后两个调谐到100MHz的频率，所述多个环形铁心的再之后两个调谐到200MHz的频率。
3.如权利要求2所述的一种装置，进一步包括高压箝位装置，它联结到所述隔离变压器的所述副边电源接头和所述副边零线接头之间，用于将其间的电压箝在预定水平上。
4.如权利要求3所述的一种装置，其中所述箝位装置是金属氧化物可变电阻。
5.如权利要求4所述的一种装置，进一步包括滤波电容装置，它也联结在所述隔离变压器的所述副边电源接头和所述副边零线接头之间，用于衰减高频电压和电流脉冲。
6.一种用于衰减AC输电线上的高频瞬态过程的装置，防止损坏电力负载中联结到AC输电线上的灵敏的电力和电子电路，所述AC输电线具有地线，并且所述电力负载具有电力负载地线，所述装置包括：
接地故障断路器，具有输入接头和输出接头，在第一操作模式下用于将所述输出接头电联结到所述输入接头上，并且在第二操作模式下用于将所述输出接头从所述输入接头上电隔离；
所述输入接头电联结到所述AC输电线上；
所述输出接头电联结到所述电力负载上；
所述接地故障断路器电连接到所述地线上；并且
连续衰减器装置用于衰减高频瞬态过程，其中连续衰减器装置电联结到所述地线和所述电力负载地线之间，
其中所述连续衰减器装置由多个环形铁心和一股单一的连续导线形成，对于多个所述环形铁心的每一个，导线独自连续地缠绕几圈，所述一股导线使它的第一端连接到所述地线上，并使它的第二端连接到所述电力负载地线上。
7.如权利要求6所述的一种装置，其中所述多个环形铁心的前三个调谐到50kHz到100kHz的频率范围，所述多个环形铁心的之后两个调谐到100MHz的频率，所述多个环形铁心的再之后两个调谐到200MHz的频率。
8.如权利要求7所述的一种装置，进一步包括高压箝位装置，它联结到所述隔离变压器的所述副边电源接头和所述副边零线接头之间，用于将其间的电压箝在预定水平上。
9.如权利要求8所述的一种装置，其中所述箝位装置是金属氧化物可变电阻。
10.如权利要求9所述的一种装置，进一步包括滤波电容装置，它也联结在所述隔离变压器的所述副边电源接头和所述副边零线接头之间，用于衰减高频电压和电流脉冲。
11.一种用于衰减AC输电线上的高频瞬态过程的方法，防止损坏电力负载中联结到AC输电线上的灵敏的电力和电子电路，所述AC输电线具有地线，并且所述电力负载具有电力负载地线，所述方法包括步骤：
将一隔离设备的输入接头电联结到所述AC输电线上；
将所述隔离设备的输出接头电联结到所述电力负载上；
将所述隔离设备电联结到所述地线上；并且
衰减连续衰减器电路中的高频瞬态过程，其中连续衰减器电路电联结到所述地线和所述电力负载地线之间，
其中所述连续衰减器电路包括多个环形铁心和一股单一的连续导线，对于多个所述环形铁心的每一个，导线独自连续地缠绕几圈，所述一股导线使它的第一端连接到所述地线上，并使它的第二端连接到所述电力负载地线上。
12.如权利要求11所述的一种方法，其中所述多个环形铁心的前三个调谐到50kHz到100kHz的频率范围，所述多个环形铁心的之后两个调谐到100MHz的频率，所述多个环形铁心的再之后两个调谐到200MHz的频率。
13.如权利要求11所述的一种方法，其中所述隔离设备是隔离变压器。
14.如权利要求13所述的一种方法，进一步包括将高压箝位装置联结到所述隔离变压器的副边电源接头和副边零线接头之间，用于将其间的电压箝在预定水平上。
15.如权利要求14所述的一种方法，其中所述箝位装置是金属氧化物可变电阻。
16.如权利要求15所述的一种方法，进一步包括将滤波电容装置联结在所述隔离变压器的所述副边电源接头和所述副边零线接头之间，用于衰减高频电压和电流脉冲。
19.如权利要求11所述的一种方法，其中所述隔离设备是接地故障断路器。
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