CZ20022297A3 - Způsob a obvod pro použití polarizovaného zařízení ve střídavých aplikacích - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká použití polarizovaných zařízení pro uchovávání elektrického náboje ve střídavých (AC) aplikacích. Vynález se týká zvláště pod předpětím pracujících polarizovaných zařízení, jako jsou polarizované kondenzátory se stejnosměrným (DC) potenciálem, pro použití v obecně střídavých aplikacích.

Dosavadní stav techniky

Kondenzátory mají množství použití, používají se například v aplikacích uchovávání energie, spojování signálů, startování motorů, korekce účiníku, regulace napětí, ladění, rezonance a filtrace. Jak v sériových, tak paralelních zapojeních, v ustálených i přechodových stavech, přináší použití kondenzátorů v obecně střidavých sítích mnoho provozních výhod.

Zlepšením účiníku se zvýší účinnost sítě v přechodových stavech. Mezi přechodové aplikace sériových kondenzátorů patří například ochrana před rázovým napětím, startování motoru, omezování proudu, přepínací operace apod. Sériové kondenzátoiy mohou zmírnit účinky poruch střídavé sítě a jiných přechodových jevů. Například, při malém účiníku se magnetické zapinací proudy při startováni motoru, zapínací proudy transformátoru anebo poruchy sítě projeví výraznými přechodovými proudy. Sériová kapacitance zlepšuje celkový účiník a napěťovou regulaci sítě při těchto přechodových stavech. Pole sériových kondenzátorů mají díky své impedanci také určitou schopnost omezovat proud. Sníží se tím proudy při poruše a tím i nároky kladené na dimenzování generátoru, transformátoru, rozvodny, přípojnice i přenosové trasy. Kondenzátor zapojený do série s poruchou je činný jako omezovač proudu. Laděné obvody, které se skládají z cívek a kondenzátorů (LC obvody) se používají pro filtraci. Provedení se sériovým zapojením vysoké tndukčnosti mohou významně zvýšit impedanci sítě pří poruše tím, že se úmyslně vyzkratuje kondenzátorové pole. Pole sériových kondenzátorů je obvykle spojeno s transformátorem. Odpor transformátoru proti okamžité změně proudu se s výhodou zkombinuje s odporem kondenzátorů proti okamžité změně napětí. Taková charakteristika vede v důsledku použití sériových kondenzátorů k vyšší krátkodobé stabilitě napětí v síti. Druhotnými účinky jsou ochrana proti rázovému napětí, zlepšení činitele náročnosti a regulace napětí. Správným užitím kondenzátorů lze zvýšit okamžitou účinnost přenosu energie. Popsané i jiné výhody sériových kondenzátorů jsou • ·* známé a ověřené v laboratořích, ovšem vysoké náklady a velikost v podstatě brání jejich průmyslovému využití ve větším měřítku.

Použitím kondenzátorů se zlepší i vlastnosti střídavých sítí v ustáleném stavu. Vysoká sériová * kapacitance znamená nízký úbytek střídavého napětí na kondenzátorů v ustáleném stavu. Usnadní se tím použití elektrických přenosových zařízení ve spojení s poli sériových kondenzátorů. Zvýšením kapacitance se rovněž umenší deformace elektrické vlny. Mezi aplikace sériových kondenzátorů v ustáleném stavu patří například chod motoru, filtrace, korekce účiníku, efektivní přenos energie, zvyšování napětí apod. Sériové kondenzátory _k umožňují napájení indukčních motorů indukčními generátory tím, že pro obě zařízení zajišťují magnetizaci (VAr). Může se tím zvýšit i kvalita sítě při snížení nákladů na alternativní zdroje elektrické sítě, jako jsou nouzové napájecí zdroje, mobilní jednotky a přenosné generátory. Rovněž mechanické namáhání spojené se synchronním zapojováním přídavných generátorů do sítě lze snížit, pokud probíhá přes sériovou kapacitanci.

Kondenzátory lze rozdělit do dvou hlavních kategorií: na polární a nepolární zařízení, která lze každé realizovat mnoha způsoby. Polarizované kondenzátory vyžadují jednosměrné a správně orientované (dopředné) nabíjení, proto se používají zejména ve stejnosměrných aplikacích a střídavých aplikacích se slabým signálem. Polarizované kondenzátory se ve značném měřítku používají ve stejnosměrných filtračních aplikacích, například v koncových stupních stejnosměrných napájecích zdrojů. V zesilovačích slyšitelných frekvencí (hudba) se polarizované kondenzátory se stejnosměrným nabíjením používají pro spojování signálů. Druhá kategorie, nepolarizované kondenzátory, se používají v jak stejnosměrných, tak střídavých aplikacích. Bohužel se však současné nepolarizované kondenzátory, zejména v sériových zapojeních, pro mnoho aplikací jednoduše nehodí, a to jak kvůli velikosti, kapacitanci, hmotnosti, účinnosti, hustotě energie, tak i značné ceně. Použití příliš malých nepolárních kondenzátorů způsobuje významné deformace vlny a velký úbytek napětí na kondenzátorů, což znamená ztráty energie a nesnadnou regulaci střídavého napětí při zatížení.

Na druhé straně polarizované kondenzátory, stejně jako jiná polarizovaná zařízení pro uchovávání elektrického náboje (PECS - Polarised Electric Charge Storage devices), jsou levné a ve srovnání s nepolarizovanými zařízeními lehčí a menší. Těmito vlastnostmi nepolarizovaná zařízení jasně převyšují. Navíc při síťových frekvencích vykazují relativně nízkou sériovou rezistanci. Mezi zásadní nevýhody patří nutnost provozovat taková zařízení s • · kladným dopředným napětím (předpětím) vzhledem ke kladnému a zápornému pólu zařízení. Obrácené napětí významnější velikosti způsobí zkratování kondenzátoru, které obvykle ústí ve výbuch, který lze přirovnat k výbuchu ručního granátu. Například u pevných tantalových kondenzátorů vede zkratování ke spontánnímu hoření. Proto byly polarizované kondenzátory pro běžné střídavé aplikace dosud považovány za nepříliš vhodné.

Na obr. 1 je znázorněn model normálního zapojení polarizovaného hliníkového elektrolytického kondenzátoru a činnost obvodu v režimech přepětí a obráceného předpětí. Model zahrnuje sériovou cívku 101, sériový odpor 102. paralelní odpor 103. Zenerovu diodu 104 a polarizovaný kondenzátor 105. Zenerova dioda 104 modeluje stavy dopředného a zpětného zkratování, ke kterému dojde v případě, že přivedené napětí překročí zpětné předpětí 1.5 V nebo dopředně předpětí asi 50 V nad jmenovité pracovní stejnosměrné napětí (WVDC Working Voltage DC) kondenzátoru. Cívka 101 slouží pro modelování vlastní (rezonanční) frekvence kondenzátoru. Sériový odpor 102 modeluje ekvivalentní sériovou rezistanci (ESR) (malá, ιηΩ) změřenou při normální činnosti kondenzátoru. Paralelní odpor 103 modeluje ekvivalentní paralelní rezistanci (velká, ΜΩ) kondenzátoru zjištěnou při stejnosměrném proudovém svodu. Při nízkých frekvencích dopředně předpětí v rámci rozsahu pracovních napětí zařízení umožní proudovému signálu průchod směrovým kondenzátorem 105. Zpětné předpětí způsobí zkrat přes diodu 104.

Kondenzátor bude v ustáleném stavu s výhodou pracovat v rozsahu napětí od nuly voltů do jmenovitého stejnosměrného napětí. Zpětné předpětí od asi 1.5 V a jmenovité dopředně rázové předpětí tvoří vnější meze použití kondenzátoru v přechodových stavech. Provoz kondenzátoru vně této limitní obálky způsobí zkrat. Existuje ještě třetí impulsní napěťový parametr. Nadměrné dopředně napětí na kondenzátoru vyvolá zpětný proud přes Zenerovu diodu 104. Takové elektrické chování lze schématicky namodelovat zapojením Zenerovy diody 104 paralelně, ale s obrácenými póly oproti polárnímu kondenzátoru. Zkratování přes diodu 104, a to v obou směrech, způsobí nadměrný proud a ohřev, které může vést k selhání kondenzátoru. Z tohoto důvodu obvykle dojde k poruše polarizovaného kondenzátoru v normálním střídavém zapojení.

Na obr. 2 je schéma jednoduchého obvodu 250, který ukazuje typické použití stejnosměrně nabíjeného polarizovaného kondenzátoru v aplikacích spojování slabých střídavých signálů. Zapojení se v hojné míře využívá jako laboratorní cvičení pro začátečníky - studenty analogové elektroniky - a nachází uplatnění ve vícestupňových zesilovačích. Obvod 250 zahrnuje zdroj 255 střídavého signálu, který se skládá se zdrojem 260 stejnosměrného napětí, který patří k obvyklému laboratornímu vybavení. Střídavý signál je veden k zátěži 266, přičemž stejnosměrné napětí je blokováno polarizovaným kondenzátorem 262, kteiý také kladně nabíjí. Kondenzátor a stejnosměrné napětí se vyberou tak, aby složené stejnosměrné a střídavé napětí v žádném z okamžiků nepřekročilo odpovídající napěťové meze. Z výstupní části střídavého zdroje vychází celý výstup stejnosměrného zdroje a naopak. Při zvyšování intenzity střídavého signálu vzhledem ke jmenovitému stejnosměrnému pracovnímu napětí kondenzátoru dochází k deformaci vlny ve formě odřezávání. Tedy, k nejmenším deformacím vlny dochází při slabých střídavých signálech. Velikost předpětí je obvykle řádově polovina jmenovitého stejnosměrného napětí kondenzátoru. Věrnost přenosu střídavé vlny se zlepšuje se zmenšováním velikosti střídavého napěťového signálu a střídavého proudu.

Vyhlazovací nepolarizovaný kondenzátor 264 je zapojený paralelně s polarizovaným kondenzátorem 262. Nepolarizované vyhlazovací kondenzátory se používají pro jemné doladění rezonance, nastavení podílu kapacity k proudu, snížení ESR, nastavení šířky pásma, vylepšení přenosu tvaru vlny, zploštění frekvenční charakteristiky a případné zlepšení dalších parametrů podobných aplikací. Kapacita polarizovaného kondenzátoru 262 je obvykle o asi dva řády vyšší než kapacita vyhlazovacího kondenzátoru 264. Nepolarizovaný vyhlazovací kondenzátor zmenšuje zkresleni signálu.

Na obr. 3 je zobrazen obvod 300, který zahrnuje střídavý zdroj 305, antisériové polarizované kondenzátory 312.314, které budou dále dohromady označovány 310, a střídavou zátěž 320. Označení polarity naznačují okamžitý stav dopředného předpětí kondenzátoru 312 a současný okamžitý stav zpětného předpětí kondenzátoru 314. které nastanou v průběhu kladné fáze střídavého zdroje 305. Při záporné fázi se polarity samozřejmě vymění.

Antisériové zápojem' polarizovaných kondenzátorů bude pracovat v neustáleném, přechodovém režimu, Či jako omezovač proudu. Vhodně navržené antisériové uspořádání vykazuje vnitřní chování podobné výše popsané Zenerově diodě. Obvykle se používá v aplikacích startování jednofůzových motorů, ale trpí přehříváním a nízkou životností, které jsou způsobeny zkratováním zpětným předpětím. Když je kondenzátor 312 nabíjen dopředným předpětím ze střídavého zdroje, je to pro kondenzátor 314 předpětí zpětné a proud půlvlny jím projde do zátěže 320. Během další půlvlny se kondenzátor 314 nabíjí dopředným ·· « · předpětím a kondenzátor 312 je zkratován. Na tomto známém a obvyklém antisériovém uspořádání lze snadno pochopit, jak se kondenzátory nabíjí stejnosměrným napětím, které osciluje s určitou periodou.

Na obr. 4 je znázorněno zlepšené schéma zapojení antisériových polarizovaných kondenzátorů ve střídavém prostředí podle U.S. patentů 4,672,289 a 4,672,290 (Ghosh). Obvod na obr. 4 je označen 460. Obvod 460 zahrnuje polarizované kondenzátory 462.464 a diody 466.468 v sérii se střídavým zdrojem 461 pro pohon střídavé zátěže 470. Antisériové symetrické polarizované kondenzátory 462.464jsou paralelní s protilehle zapojenými antisériovými diodami 466.468. V provozu paralelní bočníková dioda (466.468) sníží maximální okamžité záporné napětí přes kondenzátor, čímž polarizovaný kondenzátor chrání před nadměrným zpětným předpětím. Ghoshův obvod poskytuje externí diskrétní diody pro svedení obrácených proudů mimo každý z kondenzátorů. Vnitřní chování podobné Zenerově diodě je omezené. Sníží se tím tepelné namáhání kondenzátorů a prodlouží předpokládaná životnost.

Bohužel toto řešení má s paralelní diodou určité nedostatky. Polarita každého z kondenzátorů je po dobu poloviny střídavé vlny vystavena plnému střídavému napětí. Při rozběhu motoru, zapínání transformátoru, nebo obdobných podmínkách, působí celé napětí střídavého zdroje na svorky, každý z antisériových kondenzátorů i sestavu diod po 50% pracovního cyklu. Součástí obvodu není dělič napětí. Tedy, maximální střídavé napětí je omezené jmenovitými napěťovými parametry diod pro danou úroveň zkreslení střídavého signálu. Dále, každý z obou polarizovaných kondenzátorů je vystaven nízkému zpětnému předpětí po asi 50% času. Diody deformují vlnu napětí střídavé sítě. Navíc, s popsaným samonabijecím obvodem nelze využít proudových mezí diod. Za podmínek ustáleného stavu lze tedy nevýhody shrnout na tepelné ztráty, deformaci vlny průběhu proudu a požadavky na velikost diod. Ještě výraznější problémy s polovodiči se objeví v přechodových stavech, poruchách, magnetizačních, rezonančních nebo spouštěcích aplikacích. Celý proud obvodu prochází každou diodou po 50% pracovního cyklu v ustáleném i přechodovém stavu. Důsledkem je značná ztráta a oteplení diod. Oscilace vlastního nabíjecího stejnosměrného napětí ruší zemnicí referenční potenciál a dále přispívají ke ztrátám. Dochází k zkreslení střídavého signálu v důsledku odřezávání části vlny způsobenému neodpovídající velikostí stejnosměrného nabíjecího napětí vzhledem k velikosti střídavého signálu. Energie potřebná pro přeformování náboje kondenzátorů v každé polovině cykluje další ztráta energie. Nakonec, toto zapojení dle • 0 •

• 0

0* ·· * • 0« ···« dosavadního stavu techniky se nehodí pro použití s jinými polarizovanými zařízeními pro uchovávání energie, jako jsou mnohé elektrochemické baterie.

Dále, při zvětšování obvodu pro větší proudová zatížení se jeho cena, jak by bylo žádoucí a obvyklé, nijak nezmenšuje. Při zdvojnásobení jmenovitého proudu kondenzátorového pole se musí zdvojnásobit i diody, chladiče apod. Při vysokých proudech jde zásadní překážku pro využití zapojení. Pokud by se vyžadovalo zvýšit pracovní napětí zapojení, přidané diody by musely mít stejnou zatížitelnost jako diody stávající. Úbytku dopředného napětí každé stávající diody musí odpovídat úbytek dopředného napětí každé přidané jednotky. Jinak řečeno, výkonové ztráty a množství generovaného tepla se zvyšují úměrně. Také pásmo necitlivosti v okolí nuly každé diody se násobí množstvím diod v sérii.

Zkreslení průběhu vlny způsobené antisériovým zapojením diod, například v Ghoshově zapojení, a vnitřní chování obdobné Zenerově diodě v obvyklém antisériovém uspořádání je prakticky neodstranitelné. Navíc Ghoshův i obvyklé obvody mají trvalý oscilační účinek na referenční stejnosměrný potenciál země systému. Kvůli uvedeným problémům se obvyklá i Ghoshovo zapojení pio obecné střídavé aplikace nehodí. Obě technologie pracují mimo oblast slabých signálů, v níž lze deformaci střídavého napětí minimalizovat.

Na obr. 5 je zobrazen obvod 500 podle německého patentu DE4401955 (Norbert) pro použití polarizovaných kondenzátorů v přechodových střídavých aplikacích. Podle Norberta je obvod 500 navržen především jako obvod pro posun fáze pro rozběh jednofázového asynchronního motoru. Obvod 500 se skládá ze střídavého zdroje 504, antísériového páru 502 kondenzátorů, odporu 503, diody 504, indukční zátěže 505 a spínače 506. Dioda 504 a odpor 503 jsou trvale připojeny ke zdroji 501 střídavého napětí, případně k jinému zdroji záporného napětí.Po čekací době s otevřeným spínačem 506 se přes kombinaci dioda/odpor za nějakou dobu pomalu nabije kondenzátorový pár. Norbertův obvod připraví kondenzátor pro start střídavé zátěže a za předpokladu, že je k dispozici odpovídající doba před startováním motoru, zvyšuje oproti Ghoshovu zapojení předpokládanou životnost zařízení. Zapojení podle Norberta využívá malých diod s nízkým jmenovitým proudem. Norbert rovněž navrhuj, aby na středový uzel antisériových kondenzátorů navazovalo přípojem vysoké impedance v ekonomickém provedení jediné součástky. Obvod by bylo nutné k provozu doplnit pouze vnější diodou, odporem a připojením střídavého zdroje.

« φ

• φ φφ • Φ*

Φ««·

Na druhé straně Norbertovo zapojení vyžaduje značnou dobu pro nabití kondenzátorů. Kondenzátory se nabijí právě pod velikost střídavého napětí (od vrcholu k nule). Proto není Norbertův obvod použitelný s polarizovanými kondenzátory s nízkým pracovním napětím ve střídavých aplikacích s vysokým napětím. Navíc nelze obvod použít s jinými polarizovanými zařízeními pro uchovávání náboje, například elektrochemickými bateriemi. Norbertův obvod je také nevhodný pro nepřetržité užívání, protože náboj v průběhu Času mizí, zejména pokud jednofázový motor nebo jiná zátěž zůstane i po startu k obvodu připojena. Obvod se poté chová stejně jako obvyklé, nenabíjené uspořádání. Norbertův obvod bude tedy kvůli předimenzování vzhledem k požadavkům slabých střídavých signálů v ustáleném stavu vykazovat odřezávání vln střídavých signálů.

Jak vyplývá z výše uvedeného popisu dosavadního stavu techniky, existuje potřeba přinést zlepšený způsob a obvod pro použití polarizovaných zařízení pro uchovávání náboje, jako jsou polarizované kondenzátory, ve střídavých aplikacích včetně střídavých aplikací pracujících v ustáleném stavu.

Podstata vynálezu

Polarizovaná zařízeni pro uchovávání elektrického náboje poskytují velkou kapacitu. Vynález se týká použití polarizovaných zařízení pro uchovávání elektrického náboje (PECS - Polarised Electrical Charge Storage), jako jsou polarizované kondenzátory nebo elektrochemické baterie, v obecně střídavých aplikacích s novou topologií obvodů. V jednom provedení je antisériové uspořádání prvního a druhého PECS zařízení použito v rámci střídavé sítě pro zlepšení činností střídavé sítě. Součástí obvodu je nejméně jeden stejnosměrný zdroj pro udržování PECS zařízení pod dopředným předpětím při jejich vystavení střídavému signálu. Střídavý signál, který se spotřebovává ve střídavé zátěži, se přivede k antísériovým zařízením. Zařízení jsou pod dostatečným předpětím z alespoň jednoho zdroje stejnosměrného napětí tak, aby pod dopředným předpětím zůstala i při připojení střídavého signálu.

Rysy a technické výhody vynálezu jsou výše uvedeny v poněkud širším smyslu. Podrobnosti budou rozvedeny v následujícím podrobném popisu vynálezu. Další rysy a výhody vynálezu budou popsány v připojených patentových nárocích. Odborníkům je zřejmé, že koncept i konkrétní provedení vynálezu lze využít k úpravám stávacích zapojení a konstrukci zapojení * » ··♦· nových tak, aby měly rysy a výhody vynálezu. Rozumí se, že takové ekvivalentní konstrukce odpovídají duchu a rozsahu vynálezu, které jsou vymezeny připojenými patentovými nároky.

Přehled obrázků

Pro lepší porozumění vynálezu a jeho výhodám bude vynález dále popsán na příkladných provedeních s odkazy na doprovodné výkresy, na nichž:

Na obr. 1 je model obvodu elektrolytického kondenzátem podle dosavadního stavu techniky.

Na obr. 2 je obvod využívající polarizované a nepolarizované kondenzátory v aplikaci spojení slabého střídavého signálu, který se obvykle používá v analogových zvukových zesilovačích, podle dosavadního stavu techniky.

Na obr. 3 je průmyslově vyráběný konvenční antisériový pár polarizovaných kondenzátorů pro spojení střídavého signálu se střídavou zátěží, který se typicky používá ke startování motorů.

Na obr. 4 je zlepšení obvodu dle obr. 3 podle dosavadního stavu techniky.

Na obr. S je také zlepšení obvodu dle obr. 3 podle dosavadního stavu techniky.

Na obr. 6A je střídavý obvod, který zahrnuje antisériové polarizované kondenzátory pracující pod dopředným předpětím podle vynálezu, stejnosměrný nabíjecí obvod není zobrazen.

Na obr. 6B je zapojení antisériových polarizovaných kondenzátorů, pracujících pod dopředným předpětím podle vynálezu, střídavé zařízení odděluje kladný stejnosměrný uzel, stejnosměrný nabíjecí obvod není zobrazen.

Na obr. 7 je znázorněna antisériová symetrická implementace polarizovaných kondenzátorů pracujících pod dopředným předpětím v omezené střídavé aplikaci podle vynálezu;

Na obr. 8 je obvod podle vynálezu;

• * * · »·

Na obr. 9 je další provedení obvodu podle vynálezu;

Na obr. 10 je jedno z provedení obvodu podle vynálezu;

Na obr, 11 je uspořádání pro kapacitní přenos výkonu využívající další provedení vynálezu;

Na obr. 12 je třífázový, třídrátový střídavý systém s antisériovými polarizovanými kondenzátory pracujícími pod dopředným předpětím podle vynálezu, stejnosměrný nabíjecí obvod není zobrazen;

Na obr. 13 je třífázový, čtyřdrátový střídavý systém zahrnující provedení vynálezu;

Na obr. 14 je alternativní třífázový, čtyřdrátový střídavý systém zahrnující další provedení vynálezu;

Na obr. 15 je další třífázový, čtyřdrátový střídavý systém zahrnující provedení vynálezu;

Na obr. 16 je obvod pro vysoké proudy se 4n+ implementací vynálezu, stejnosměrný nabíjecí obvod není zobrazen;

Na obr. 17 je jednoduché schéma vysokonapěťové realizace 4n+ polarizovaného kondenzátoru a nabíjecího systému podle vynálezu;

Na obr. 18 je alternativní realizace vynálezu;

Na obr. 19 jsou dvě vinutí střídavého indukčního motoru s pomocnou fází (rozběhovým vinutím), který je vhodný pro nepřetržitý provoz s napájením z jednofázového střídavého zdroje a využívá vynálezu;

Na obr. 20 je pásmový LC filtr s rozlaďovacím zařízením pro omezení proudu způsobeného poruchami zařízení za filtrem v dalším provedení vynálezu;

Na obr. 21 je tepelně vodivá struktura, která je zabezpečená před nebezpečným dotykem, pro regulaci teploty kondenzátoru a elektrických parametrů v dalším provedení vynálezu;

Na obr. 22 je naznačen způsob pro ustavení přenosových podmínek pro dopředný polarizovaný slabý signál při přechodových stavech; způsob je přizpůsobený pro nepřetržitý provoz v dalším provedení vynálezu;

Na obr. 23 je jednoduchý předpěťový obvod podle provedení vynálezu vhodný pro nepřetržitý provoz;

Na obr. 23 A je zjednodušené schéma předpěťového obvodu dle obr. 23;

Na obr. 24 je další provedení vynálezu s pasivním předpěťovým obvodem, který je podobný provedení dle obr. 23;

Na obr. 25 je antisériové uspořádání vynálezu, v némž střídavý zdroj odděluje záporné póly kondenzátorů a střídavá zátěž odděluje kladné póly kondenzátorů;

Na obr. 2ó je znázorněno použití jediného nízkonapěťového stejnosměrného zdroje pro vytvoření předpětí na dvou antisériových párech polarizovaných kondenzátorů, které jsou zapojeny do série, v dalším provedení vynálezu;

Na obr. 27 je stejnosměrný napájecí zdroj podle dalšího provedení vynálezu, v němž je usměrňovači můstek připojen ke střídavému napájení přes antisériové kondenzátory, které jsou nabíjeny částí stejnosměrného výstupu;

Na obr. 28 je uspořádání třífázového antisériového PECS zařízení podle dalšího provedení vynálezu, v němž je v každé střídavé fázi jeden polarizovaný kondenzátor;

Na obr. 29 je 120:240 V jednofázový systém podle vynálezu, kde jediné PECS zařízení v každé fázi tvoří část antisériového uspořádání kondenzátorů; a

Na obr. 30 je stejnosměrný zdroj pro vytváření předpětí, kteiý používá jednoduchý usměrňovač v uspořádání antisériového PECS zařízení podle vynálezu a který je vhodný pro nepřetržitý provoz.

β · · « · ·«

Příklady provedení vynálezu

Přehled

Na obr. 6A je zobrazen ideální obvod 600. který ilustruje podstatu provedení vynálezu.

Obvod 600 zahrnuje střídavý zdroj 605, který je zapojený do série s antisériovým párem 610 polarizovaných kondenzátorů a zátěží 620. která je napájená střídavým zdrojem 605. Antisériový pár 610 polarizovaných kondenzátorů zahrnuje polarizované kondenzátory 612 a 614, které jsou navzájem zapojeny do antisériového uspořádání. Jak je ukázáno na obr. 6A, jsou kondenzátory 612 a 614 udržovány pod vhodným dopředným předpětím 616.618 tak, aby na každý z kondenzátorů neustále působil kladný potenciál a tak bylo možné kondenzátory použít v obecně střídavé aplikaci.

Každé ze stejnosměrných předpětí je tak velké, aby v kombinaci s částí provozního střídavého napětí, které připadá na každý kondenzátor, vykompenzovalo záporný výkmit střídavého napětí i v nejhorším případě. Obdobně, součet kladného výkmitu střídavého napětí a stejnosměrného předpětí musí být menší než jmenovité pracovní napětí kondenzátorů. Vynucený, nepřetržitý stav stejnosměrného předpětí eliminuje nevýhody dosud známých řešení, jako jsou nekontrolovatelné ztráty, malá životnost, deformace signálu a/nebo stav oscilujícího stejnosměrného předpětí. Tedy, pokud se udržuje správný stav stejnosměrného předpětí a střídavé napětí a proud jsou menší než jmenovité parametry zařízení, je obvod 600 vhodný pro stejnosměrný provoz v ustáleném i přechodovém režimu. Podrobnosti stejnosměrného nabíjecího obvodu jsou na obr. 6A pro jednoduchost vynechány, ale budou podrobně popsány dále v textu. Obvodů pro ustavení a udržování vhodných podmínek pro stejnosměrné nabíjení kondenzátorů je mnoho. Stejnosměrné zdroje pro nabíjení antisériových, polarizovaných kondenzátorů lze odvodit z libovolného vhodného schématu zahrnujícího regulovaný nebo neregulovaný zdroj. Za povšimnutí stojí, že okamžité, aktivní nabíjení je praktické a může prodloužit životnost polarizovaných kondenzátorů.

Obvod 600 využívá té vlastnosti kondenzátorů 612.614, že blokují stejnosměrný proud. Stejnosměrná předpětí 616.618 působí na svorky dvou polarizovaných kondenzátorů. Pro účely tohoto vysvětlení se předpokládá, že stejnosměrná předpětí jsou symetrická. Pro jednoduchost se také předpokládá, že kondenzátory 612 a 614 mají stejnou kapacitanci. Obecně to v zapojení podle vynálezu ale není nutné. Velikost stejnosměrného předpětí je v tomto provedení vynálezu nejméně jedna polovina absolutního maxima (od vrcholu k nule 12 ne efektivní hodnota (RMS)) střídavého napětí působícího na antisériový pár kondenzátorů. To jest jedna čtvrtina napětí od vrcholu k vrcholu. Působící stejnosměrné předpětí se může oproti uvedené hodnotě mírně zvýšit, aby se vykompenzovaly tolerance v parametrech součástek. Stejnosměrné předpětí nemá nepříznivý vliv na střídavý provoz obvodu. Zapojení podle vynálezu umožňuje udržovat na kondenzátorech správné předpětí bez nedostatků zapojení podle dosavadního stavu techniky, jako jsou deformace průběhu střídavého napětí, zpětné předpětí na kondenzátorech, dopředně vedení diodami, nadměrné zahřívání součástek, oscilace referenčního stejnosměrného napětí a projevy předčasného stárnutí.

. V ideálním případě jsou zdroje stejnosměrného předpětí buď elektricky oddělené od střídavého zdroje, nebojsou na střídavém zdroji nezávislé. V takovém ideálním případě * okamžité stejnosměrné předpětí nebo proud připojenou střídavou síť nemohou ovlivňovat. Navíc se ve střídavé síti nemohou projevit harmonická nebo subharmonická zkreslení, které by mohly pocházet z kapacitní trasy střídavého proudu nebo nabíjecího zdroje. Stejnosměrný nabíjecí zdroj dále vykazuje nekonečnou obousměrnou střídavou impedanci a nulovou stejnosměrnou rezistenci. Obdobně trasa střídavého proudu přes polarizované kondenzátory vykazuje nulovou obousměrnou střídavou rezistenci a nekonečnou stejnosměrnou rezistenci. Střídavé a stejnosměrné napětí se chovají dle principu superpozice. Tedy, AC/DC rozhraní nezpůsobuje elektromagnetické rušení ani vzájemné, ani navazujících elektrických zařízení.

* Polarizované kondenzátory lze považovat za stejnosměrnou zátěž stejnosměrného zdroje ve střídavém přechodovém i střídavém ustáleném stavu.

Díky uvedeným zjednodušením je schéma 600 velmi názorné. Ukazuje, jak se polarizované kondenzátory mohou přímo použít ve střídavých sítích jako dělič AC napětí. Schéma naznačuje, jak je možné elegantním a jednoduchým způsobem použít polarizované kondenzátory ve střídavé síti a získat výsledky podle dosavadního stavu techniky nedostupné. V zapojení není jiná střídavá cesta než přes kondenzátory. Protože ve středovém uzlu je předpětí vůči pevnému potenciálu země, obě alternativní antisériová zapoj ení mohou s vhodným předpětím pracovat navzájem paralelně.

Na obr. 6B je obvod 650. Obvod 650 se skládá ze stejnosměrného zdroje 652, polarizovaných kondenzátorů 662.664. cívky 668 a střídavé zátěže 670. Cívka 668 fyzicky odděluje antisériové polarizované kondenzátory 662.664. Orientace polarity a stejnosměrného nabíjecího napětí kondenzátorů 662.664 ie oproti zapojení na obr. 6A obrácená. Značky polarity nad kondenzátory naznačují trvalé dopředně předpětí na kondenzátorech. V ustáleném stavuje součet stejnosměrného a střídavého napětí po obvodu roven nule. Ustálené stejnosměrné napětí na cívce je zanedbatelné, takže kladné uzly kondenzátorů mají téměř shodný stejnosměrný potenciál. Přes cívku se tedy stejnosměrný obvod uzavírá. Obdobně, střídavý zdroj 652 a střídavá zátěž 670 fyzicky oddělují záporné póly kondenzátorů a zároveň mají stejné stejnosměrné potenciály. Střídavý zdroj 652 je spojen se střídavou zátěží 670 prostřednictvím LC obvodu, který se skládá z kondenzátorů 662.664 a cívky 668. LC obvody slouží obvykle jako filtry. Střídavé parametry obvodu, jako je účiník, impedance, atd. lze měnit nastavením induktance cívky. Změny parametrů lze dosáhnout například změnou odbočky cívky nebo zkratováním cívky přes paralelní odpor.

Podrobnosti stejnosměrného zdroje předpětí jsou na obr. 6B pro jednoduchost vypuštěny. Zamýšleným účelem výkresu je naznačit, že prvky střídavého obvodu mohou ve střídavé aplikaci oddělit dopředně nabíjená antisériová PECS zařízení.

Realizace obvodu

Na obr. 7 je znázorněn obvod 750. který využívá dvou samostatných, identických zdrojů 774 a 786 stejnosměrného napětí. Každý z neuzemněných stejnosměrných zdrojů kladně nabíjí polarizovaný kondenzátor 778 a 782 přes stejnosměrný zemnicí referenční (střídavý signál blokující) odpor 788. Nepolární vyhlazovací kondenzátory 776.784 jsou zapojeny paralelně k polarizovaným kondenzátorům 778 a 782. Kondenzátory dohromady tvoří kondenzátorové sestavy 776/778 a 782/784. Střídavý signál se přenáší od střídavého zdroje 772 přes kondenzátorové sestavy k induktivní/odporové zátěži 790 a je veden přes výstupní části zdrojů stejnosměrného napětí. Antisériové uspořádání polarizovaných kondenzátorů spolu s předpětím umožňuje jejich použití ve střídavé aplikaci. Výstupní část střídavého zdroje 772 a zátěž 790 se v ustáleném stavu jeví stejnosměrnému proudu jako zkratované, takže stejnosměrné zdroje 774.786 mohou nabíjet kondenzátorové sestavy. Blokovací odpor 788 zajišťuje v tomto symetrickém, neuzemněném nabíjecím schématu stejnosměrnému proudu cestu k zápornému referenčnímu napětí. Odpor má ve srovnání s kondenzátory dostatečně vysokou střídavou impedanci, aby se střídavému signálu jevil jako v podstatě neprůchodný, otevřený obvod. Účelem zobrazeného provedení je naznačit možnost použití symetricky nabíjených antisériových polarizovaných kondenzátorů pro přenos střídavého signálu. Je ukázán rovněž princip superpozice. Kondenzátory 776 a 784 na cestě ze střídavého zdroje 772 * ♦

9« 9 » · .

,1 ··· k zátěži 790 se mohou nahradit jediným nenabíjeným, nepolarizovaným kondensátorem pro účinnější vyhlazování střídavého signálu. Celý střídavý signál prochází výstupními částmi obou zdrojů stejnosměrného napětí. Stejnosměrné napětí se rozděluje mezi kondenzátory a odpor 788. Systém lze uzemnit v libovolném uzlu. Úroveň stejnosměrného předpětí může být pro dosažení vysoké věrnosti přenosu signálu (nízké harmonické zkreslení) mnohem vyšáí než úroveň střídavého signálu.

Na obr. 8 je zobrazen obvod 800. který znázorňuje další provedení obvodu pro realizaci vynálezu. Obvod 800 zahrnuje střídavý zdroj 805. antisériové polarizované kondenzátory 812, 714, diodu 816, odpor 817, zdroj 818 stejnosměrného napětí 818 a třípolohový přepínač 819. Dvě strany antisériových kondenzátorů 812.814 se mohou zpočátku nabít sekvenčně. V zobrazeném uspořádání se s přepínačem ve střední poloze (rozpojené) dosáhne dlouhodobého stejnosměrného předpětí a blízkého přiblížení se k nekonečné střídavé impedanci otevřeného obvodu. Počáteční náboj kondenzátorů se ale postupně zmaří korónovými ztrátami a proudovými svody v kondenzátorech. Obě strany kondenzátorů mají stejná předpětí a rychlosti ztráty náboje. Přepínáním přepínače 819 mezi levou a pravou polohou se kondenzátory 812 a 814 udržují nabité. Typické střídavé zdroje jsou k zátěžím připojeny transformátorovým vinutím. Když je obvod zapojen a přepínač baterie je v některé z krajních poloh, předpětí na obou stranách se vzhledem ke středovému uzlu zvyšuje. Změna rychlosti obou napětí je různá, ale obě se zvětšují. Odborník si snadno ověří, že transformátorové vinutí (střídavý zdroj 805) a zátěž se v ustáleném stavu pro rozdíl stejnosměrného napětí jeví jako krátké spojení. Při přepínači v krajní poloze stejnosměrným zdrojem 818 (např. baterií) protéká určitý střídavý proud. Popsaná neideálnost je jednosměrná, dočasná a závisí na velikosti odporu 817 a parametrech kondenzátorů, střídavé zátěže a střídavého zdroje.

Popsané uspořádání ideálního obvodu je prakticky použitelné. Přepínač není pro práci obvodu nezbytný, ale usnadní pochopení principu činnosti zapojení a umožní údržbu zdroje stejnosměrného napětí.

Diody obecně (a dioda 816 zvlášť) jsou výborným příkladem realizace vysoké střídavé impedance v případě zpětného toku a prakticky volné cesty při toku dopředném. Dioda 816 neblokuje dopřednou půlvlnu střídavého proudu. Přepínač 819 se může realizovat jako polovodičový (pevné fáze) přepínač nebo elektromechanický prvek. Přepínačem 819 se může zdroj 818 stejnosměrného napětí k odpovídajícímu kondenzátorů 812 nebo 814 připojit buď nastálo, po danou půlvlnu, nebo se může střídavě přepínat mezi oběma stranami. Relativně

• · «

velký odpor 817 (nebo cívka) účinně spojuje zdroj 818 stejnosměrného napětí s kondenzátory 812.814, přičemž blokuje střídavý signál. Lze samozřejmě použít i jiné prvky s vysokou střídavou impedancí. Tedy, zdroj stejnosměrného předpětí se skládá z elektrického přepínače 819. zdroje 818 stejnosměrného napětí, odporu 817 a diody 816. Značně nízký střídavý odpor a relativně nízká střídavá impedance kondenzátorů vede k dobrému přenosu střídavého proudu. Když je elektrický přepínač otevřený, kladný pól zdroje stejnosměrného předpětí je elektricky odizolován od kladných svorek kondenzátorů. V typických střídavých sítích je středová (neutrální) větev spojena s uzemněním systému. Záporná svorka zdroje stejnosměrného předpětí je spojena se zápornou svorkou polarizovaných kondenzátorů 812, 814. Zdroj stejnosměrného předpětí a dva polarizované kondenzátory jsou navzájem stejnosměrně paralelní a na jejich záporných svorkách se udržuje jiné stejnosměrné napětí než ve středové a (pokud je) zemnicí větvi obvodu 800. Za povšimnutí stojí, že díky přítomnosti transformátorových vinutí v typických střídavých zdrojích mají středová a zemnici větev v podstatě stejný stejnosměrný potenciál. Tato elektrická izolovanost záporných svorek kondenzátorů od střídavého systému je zdůrazněna skutečností, že rozpojení obvodu nebo zemnicí zkrat ve zdroji a/nebo střídavé zátěži nemá vliv na stejnosměrné předpětí působící na kondenzátory. Obdobně může zemnicí zkrat nahradit zdroj stejnosměrného napětí bez účinku na stejnosměrné referenční napětí střídavých vodičů a činnost obvodu, alespoň dokud se nerozptýlí náboj kondenzátorů.

Na obr. 9 je další provedení obvodu 900 podle vynálezu. Obvod 900 zahrnuje stejnosměrný zdroj 905. antisériové polarizované kondenzátory 912.914, zdroj 926 stejnosměrného napětí, AC blokovací diodu 932. AC blokovací odpory 934.935 a střídavou zátěž 940. Střídavá středová a zemnicí větev jsou pro jednoduchost na obr. 9 vynechány. Z pohledu střídavého systému jsou odpory 934.935 zapojeny v podstatě paralelně přes polarizované kondenzátory 912 a 914 a díky malým, stejným hodnotám rezistence mohou vyrovnat rozdělení střídavého napětí vlivem odchylek mezi kondenzátory. Kladné stejnosměrné předpětí na každém polárním kondenzátorů se udržuje pomocí zdroje 926 stejnosměrného napětí, diody 932 a AC blokovacích kondenzátorů 934 a 935; tyto prvky dohromady tvoří zdroj stejnosměrného předpětí. Zdroj stejnosměrného předpětí je v podstatě paralelní s kondenzátory. AC blokovací odpory 934.935 jsou v podstatě ve střídavé sérii a díky velkým hodnotám rezistance brání tomu, aby významná Část střídavého proudu obešla antisériový pár kondenzátorů 912,914. Blokovací odpory 934.935 v sériové kombinaci s diodou 932 brání tomu, aby významná část střídavého proudu procházela stejnosměrným zdrojem 926. Odpory 934.935 mohou mít • · *· · ·« ♦ ··· • ♦ ·· ··* hodnoty například od méně než 40 Ω až po více než 100 kfí. Tedy, stejnosměrný zdroj předpětí pro obvod 900 se skládá ze zdroje 926 střídavého napětí, diody 932 a odporů 934 a 935. Další odpor pro omezení střídavého proudu zdrojem lze zařadit do série se zdrojem 926 střídavého napětí a diodou 932. V ustáleném stavuje zdroj 926 střídavého napětí vzhledem ke stejnosměrnému proudu při typických parametrech součástek v podstatě paralelní s kondenzátory 912.914. Vybrané kondenzátoiy by měly mít jmenovité napětí, které je nejméně dvojnásobkem stejnosměrného napětí zdroje 926, aby se umožnilo skládání (superpozice) stejnosměrného napětí se střídavou vlnou na kondenzátorech.

Pokud se požaduje větší střídavé proudové zatížení, mohou se paralelně s kondenzátory 912. 914 zapojit další kondenzátory. Pro větší střídavý proud nebo vyšší napětí lze přidat další pole antisériových polarizovaných kondenzátorů nebo sériové polarizované kondenzátory spojené antisériovým způsobem. Faktorem, který omezuje maximální jmenovitý proud zapojení je nabíjecí proud kondenzátorů, čili výkonové omezeni zdroje stejnosměrného napájení. Stejnosměrný zdroj lze ale navrhnout pro prakticky libovolný výkon. Rovněž tak platí, že požadavky na stejnosměrný výkon jsou jen zlomkem přenášeného výkonu střídavého. Pokud je stejnosměrný zdroj 926 napěťově regulovaným zdrojem, mohou se kondenzátory 912.914 nahradit antisériovým uspořádáním elektrochemických baterií. Na každé straně může být potřeba i několika bateriových článků v sérii a musí se počítat s časovými okny pro nabíjení a vybíjení stejnosměrného předpětí, ale realizovatelná kapacitance je obrovská. Tedy, pomocí jednoduchých kroků lze uzpůsobit pro konkrétní aplikaci libovolné PECS zařízení.

Praktickou záležitostí a zvykem obvyklým v oboru elektrických zařízení je jištění jednotlivých kondenzátorových polí samostatnými pojistkami. Tato konvence se zřejmě rozšíří i na oddělené nabíjení a jištění kondenzátorového pole.

Na obr. 10 je obvod 1000, který znázorňuje další použiti nabíjených polarizovaných kondenzátorů ve střídavých sítích. Obvod 1000 vychází z obvodu na obr. 7, nabízí však praktičtější, obecnější přístup pro výrobu, přenos a distribuci střídavé elektrické energie. Obvod 1000 se skládá ze střídavého zdroje 1011, zdrojů 1013.1027 stejnosměrného napětí, AC blokovacích odporů 1015.1025.1017 a střídavé zátěže 1031. Zdroj stejnosměrného předpětí, který se skládá ze zdroje 1013 stejnosměrného napětí a odporu 1015. je v podstatě paralelní s polarizovaným kondenzátorem 1009. Obdobně, zdroj stejnosměrného předpětí, který se skládá ze zdroje 1027 stejnosměrného napětí 1013 a odporu 1025, je v podstatě *· paralelní s polarizovaným kondenzátorem 1023. Tento obvod je podobný výše popsaným zapojením s tím rozdílem, že zálohované zdroje stejnosměrného předpětí jsou zapojeny přímo paralelně přes polarizované kondenzátory. Obvod 1000 najde použití v obecných střídavých aplikacích. Velká impedance (Ω-kO) nabíjecích (AC blokovacích) odporů 1015.1025 umožňuje stejnosměrné nabíjení, přičemž střídavému proudu se jeví jako obvod otevřený. Nabíjecí odpory 1015, 1025 se mohou nahradit cívkou (nebo jiným zařízením, které se bude střídavému proudu jevit jako otevřený obvod). Velký (kQ-ΜΩ) blokovací odpor 1017 se může nahradit otevřeným obvodem. Obdobně, blokovací odpor 1017 se může přemístit mezi středový uzel stejnosměrných zdrojů a středový uzel PECS zařízení.

•

Na obr. 11 je zobrazeno uspořádání 1100 s kapacitní výkonovou vazbou, které využívá jediný, elektricky izolovaný stejnosměrný napájecí zdroj 1115. který zajišťuje potřebné symetrické předpětí pro nepřetržitou činnost polarizovaných kondenzátorů v obecně střídavé síti. Obvod 1100 obecně zahrnuje střídavý zdroj 1105, antisériové polarizované kondenzátory 1112.1114, zdroj 1115 stejnosměrného napětí, blokovací diodu 1117, nabíjecí odpory 1119, 1121 a střídavou zátěž 1130. Elektricky izolovaný neregulovaný zdroj 1115 stejnosměrného napětí se skládá z oddělovacího transformátoru, celovlnného diodového můstku a výstupního obvodu ze dvou cívek a polarizovaného kondenzátorů 1124. Zdroj stejnosměrného předpětí se skládá ze zdroje 1115 stejnosměrného napětí, diody 1117 a odporů 1119.1121. V záporné » větvi zdroje stejnosměrného předpětí je zobrazen volitelný neočíslovaný odpor. Nabíjecí odpory 1119.1121 a dioda 1117 zajišťují vysokou střídavou impedanci, přičemž k polarizovaným kondenzátorům 1112,1114 propouští dostatečný stejnosměrný nabíjecí proud. Dioda 1117 dále brání zpětnému toku stejnosměrného proudu v případě poruchy usměrňovacího můstku ve stejnosměrném napájecím zdroji. Výstupní obvod stejnosměrného napájecího zdroje, který se skládá z cívek 1122.1123, kondenzátorů 1124 a diody 1117 lze bez ohrožení funkčnosti zapojení vynechat. Kondenzátory 1112 a 1114 tvoří v ustáleném stavu systému stejnosměrnou zátěž a vzhledem ke stejnosměrnému proudu jsou paralelní, . vzhledem k proudu střídavému jsou zapojeny antisériově. Poměr závitů oddělovacího transformátoru ve stejnosměrném napájecím zdroji se zvolí tak, aby se nastavila vhodná úroveň stejnosměrného předpětí. Transformátor je činně spojený se stejnosměrným zdrojem 1105. Stejnosměrné referenční napětí v uzlech A a B je v podstatě zemnicí potenciál střídavého systému, uzel D je zdrojem stejnosměrného předpětí udržován ještě níže.

Elektrické oddělení zdroje stejnosměrného napětí od střídavého zdroje umožňuje libovolnou orientaci kondenzátorů 1112.1114. Tím se rozumí, že kladné póly kondenzátorů se mohou při * · »

···· «

• Μ »·* obrácené polarizaci zdroje předpětí spojit v uzlu D, V takovém případě by referenční stejnosměrné napětí v uzlu D bylo vyšší, než potenciál země střídavého systému.

Výkon přenášený ke střídavé zátěži může být o mnoho řádů vyšší než požadovaný příkon zdroje předpětí. O střídavém zdroji 1105 se předpokládá, že zahrnuje jedno nebo více indukčních vinutí, např. z generátoru nebo transformátoru. V ustáleném stavu je pro stejnosměrný proud vinutí zkratem. Součet střídavé vlny a stejnosměrného předpětí by měl být menší než jmenovité stejnosměrné napětí kondenzátorů, zároveň musí být zajištěno kladné předpětí ve všech bodech vlny střídavého napětí. Aby se zmenšilo harmonické zkreslení střídavého signálu, je velikost stejnosměrného předpětí významně větší než velikost střídavého napětí. Referenční potenciál v uzlu D (záporné póly kondenzátorů) se v zobrazeném jedno fázovém střídavém systému udržuje pod potenciálem země. Velikost stejnosměrného svodového proudu přes kondenzátory je zanedbatelná. Úroveň stejnosměrného napětí ve střídavém zdroji a střídavé zátěži se může považovat za téměř shodnou s potenciálem země střídavého systému. Tedy, záporné vývody polárních kondenzátorů jsou v zobrazeném zapojení pod úrovni potenciálu země systému. Dále, polarita kondenzátorů a zároveň zdroje stejnosměrného předpětí může být obrácena. Otočení polarit zvedne potenciál kladných pólů kondenzátorů nad úroveň země střídavého systému, ale nebude mít významný vliv na přenos střídavého výkonu. Dále, lze využít zapojení s násobnými paralelními obvody se samostatnými (alternativně se společným) zdroji stejnosměrného předpětí. Obvod dle obr. 11 ukazuje, že v ustáleném stavuje vliv stejnosměrného předpětí na střídavý systém zanedbatelný. Volba antisériové orientace může záležet na uzemnění obalu kondenzátorů, bezpečnosti, konvenci, chlazení, přenosové funkci a dalších druhotných faktorech a úvahách.

Odpor 1119 zapojený do uzlu C, odpor v záporné větvi stejnosměrného obvodu a odpor 1121 zajišťují okamžité symetrické předpětí kondenzátorů. Typické indukční a odporové střídavé zátěže a zdroje představují pro stejnosměrný proud zkrat k zemi systému. Je možné umístit střídavou zátěž nebo alternativně střídavý zdroj mezi polarizované kondenzátory. Je žádoucí, aby obě strany vypínače (není zobrazen) zátěže byly v takové realizaci přes odpory spojeny se zdrojem stejnosměrného předpětí. Takové uspořádání přináší způsob, jak provozovat střídavou zátěž a střídavý zdroj při rozdílných zemnicích potenciálech. Dokud se do uzlů A, D a C nezapojí odpory, je zdroj stejnosměrného předpětí díky střídavému oddělovacímu transformátoru a celovlnnému diodovému můstku zcela nezávislý na zemi střídavého systému »

r ( v uzlu B. Nezbytnou podmínku stálého stejnosměrného předpětí lze zajistit půlvlnným usměrňováním, v takovém případě se ale do střídavého systému dostává polovina harmonické základní frekvence.

Pokud je to žádoucí, může se využít elektricky izolovaný regulovaný zdroj stejnosměrného napětí, buď s baterií nebo bez baterie. Obdobně, předpětí se může přivést na polarizované kondenzátory přenášející střídavý signál s cívkami nebo jinými prvky s malou stejnosměrnou rezistancí a velkou střídavou impedancí. Výstupní obvod zdroje 1115 stejnosměrného napětí a diodu 1117 lze vypustit, výstupní obvod by potom tvořily odpory 1121,1119 a kondenzátory 1112.1114.

Na obr. 12 je zobrazen obvod 1200. který je obecným třífázovým, třídrátovým střídavým systémem a který obsahuje provedení vynálezu. Obvod stejnosměrného předpětí je pro názornost vynechán. Obvod 1200 zahrnuje třífázový zdroj 1201 (zobrazený v zapojení do trojúhelníka), dopředně nabíjené antisériové páry polarizovaných kondenzátorů 1209A až 1209C a třífázovou střídavou zátěž 1211, která zahrnuje zátěže 1211A až 121 IC. Pro správně navržený nabíjecí systém s vysokou střídavou impedancí je obvod vhodným praktickým přiblížením. Střídavé parametry sestavy polárních kondenzátorů jsou pro analýzu střídavého obvodu naprosto postačující. Jinak řečeno, pro tyto účely nejsou detaily stejnosměrné části střídavého modelu nezbytné. Schéma na obr. 12 je tedy třífázová varianta zapojení dle obr.

6A s vypuštěnými podrobnostmi obvodu stejnosměrného předpětí. V důsledku známé vlastnosti blokování stejnosměrného napětí v kondenzátorech jsou detaily obvodu stejnosměrného napětí pro analýzu střídavého obvodu nepotřebné. Pro účely bezpečnosti a údržby se může, pokud se to požaduje, uvést pouze úroveň stejnosměrného napětí. Zobrazené zapojení je sériovou aplikací. Pokud je střídavou zátěží proud omezující zařízení, jako je 3Ω odpor, potom je taková kombinovaná zátěž paralelním korekčním zařízením účiníku pro jiné střídavé zátěže po obou stranách zdrojového transformátoru. Zařízení může být pevně zapojené nebo regulovatelné. Pokud naznačené zátěže vykonávají užitečnou práci, dosáhne se korekce účiníku bez zvýšení jmenovitého výkonu systému. Libovolná kapacitance navržená dle v této přihlášce popsaných zásad bude mít z pohledu střídavé zátěže podstatné vlastnosti nepolárních kondenzátorů. Ze schématu byly proto vynechány pro vynález nepodstatné podrobnosti týkající se návrhu, analýzy a odstraňování poruch. Podrobnosti zapojení polarizovaných kondenzátorů lze naopak považovat pro vynález za podstatné a nutné. Lze použít i obrácené zapojení, v němž budou zaměněny úsečky a oblouky označující polarizované kondenzátory. Obdobné lze zapojení rozšířit na jiné vícefázové systémy, například devítifázové. Pokud to vyžadují provozní parametry sítě, lze vynechat jeden antisériový pár kondenzátorů, například 1209B. Záporné póly kondenzátorů 1209A, 1209C lze předpětím stále udržet pod úrovní střídavého zdroje a zátěže.

Na obr. 13 je třífázový, čtyřdrátový střídavý systém se třífázovým, elektricky odděleným, neregulovaným stejnosměrným napájecím zdrojem pro nabíjení kondenzátorů. Třífázový stejnosměrný napájecí zdroj (zdroj stejnosměrného napětí) je použit jako zdroj dopředného předpětí pro páry 1309 polarizovaných kondenzátorů podle vynálezu. Napájecí zdroj 1301 obecně zahrnuje primární vinutí 1302A transformátoru, sekundární vinutí 1302B transformátoru, diodový můstek 1303, tlumivky 1304 a 1305 a v tomto příkladě polarizovaný kondenzátor 1306 a diodu 1307. Stejnosměrný napájecí zdroj spolu s odporem 1308, diodami příslušnými uzlům 4 až 10 a kombinacemi dioda-odpor příslušným uzlům 1 až 3 dohromady tvoří zdroj stejnosměrného předpětí. Diodový můstek 1303 ie třífázové, šestipulzní, celovlnné zařízení. Středové uzly 1,2 a 3 polarizovaných kondenzátorů jsou k záporné straně stejnosměrného napájecího zdroje připojeny přes sériové kombinace dioda-odpor. Uzly 4 až 9 polarizovaných kondenzátorů a středová větev 10 systému jsou připojeny ke kladné straně stejnosměrného napájecího zdroje přes odpor 1308 a diody 1310 (diody čísel 4 až 10). Antisériové diody 4 a 7 blokují střídavý proud z fáze A a stejnosměrné předpětí se na antisériové kondenzátoiy přivádí přes výše uvedený středový uzel 1. Obdobně se přivádí stejnosměrné předpětí do fází B a C. Střídavý proud se od zdroje k zátěži vede přes stejnosměrným předpětím nabíjené antisériové kondenzátory ve fázích A, B a C. Jak je ukázáno, fáze A, B a C střídavého zdroje zároveň napájí kondenzátoiy a primární stranu transformátoru. Převážná většina střídavého výkonu se dodává střídavé zátěži. Obdobně lze realizovat jiné obvody vazby kondenzátorů s vícefázovými střídavými obvody. Jak bylo již uvedeno výše, zobrazená realizace zdroje stejnosměrného předpětí je jednou z mnoha možných. V konkrétní aplikaci může být pro optimální dlouhodobou činnost výhodnější jiné zápojem stejnosměrného napájecího zdroje. Obvykle bude ve střídavých systémech neutrální uzel 10 (nula) uzemněn v jediném místě pomocí zemnícího vodiče, zemnícího odporu, cívky nebo kondenzátorů. Princip elektrického oddělení, který je vlastní zobrazenému provedení zdroje 1301 stejnosměrného napětí, poněkud ztrácí zamýšlený účinek, pokud je tento zdroj připojen ke střídavému zdroji, polarizovaným kondenzátorům, střídavé zátěži a zemi systému (pokud je použita).

* · ··« *«· ·«·

Do trojúhelníku zapojená vinutí 1302A primární strany transformátoru a vinutí střídavé zátěže (Wye, Scott Tee) tvoří paralelní větve, přes které se v ustáleném stavu v uzlech 4 až 10 udržuje jednotné referenční napětí. Cívky 1304,1305, dioda 1307 a odpor 1308 hrám průchodu (blokují) systémového střídavého proudu stejnosměrným napájecím zdrojem. Středové uzly 1,2,3 PECS zařízení stejnosměrný zdroj 1301 udržuje na nižším stejnosměrném potenciálu, čímž se pro PECS zařízení zajistí v podstatě rovnoměrné stejnosměrné předpětí. Velikost stejnosměrného předpětí se při různých způsobech uzemnění střídavého systému nemění. Všechny tři páry 1309 PECS zařízení se nabíjí předpětím z jediného stejnosměrného zdroje. Tyto kondenzátorové páry jsou navzájem v podstatě paralelní, i když se nachází ve třech různých fázích střídavého systému. Ve skutečnosti je každá strana každého kondenzátorového páru v podstatě stejnosměrně paralelní se stejnosměrným zdrojem 1301.

Na obr. 14 je alternativní třífázový, čtyřdrátový střídavý systém se třífázovým, neuzemněným, neregulovaným stejnosměrným napájecím zdrojem 1401 pro nabíjení polarizovaných kondenzátorů 1409. Na místo sestavy diod (1310) ie v zobrazeném provedení použita sestava odporů 1410. Ve standardním inženýrském přiblížení jsou rozdíly v impedancích řádově obdobné jako u předchozího obvodu. Kapacitní střídavá impedance je nízká, takže 500 Ω střídavé odpory budou vykazovat v podstatě stejné chování, ve 120:208 VAC, 60 Hz systémech, jako AC blokovací diody předchozího obvodu. Obvod využívá milíohmové ESR kondenzátorů zapojených paralelně s 500 Ω odpory propojených uzlů 1 až 10, čímž efektivně směruje střídavý proud přes kondenzátory a ne přes stejnosměrný obvod, přesně podle konvence, že elektřina proudí přednostně přes trasy nejmenšího odporu. Všechny v tomto příkladě zobrazené prvky mimo 1409 přísluší zdroji stejnosměrného předpětí. Alternativní způsob vytváření předpětí má ilustrovat, že k dosažení cílů vynálezu lze použít množství schémat s vysokou střídavou impedancí.

Na obr. 15 je alternativní indukční způsob udržování předpětí na polarizovaných kondenzátorech dle předchozích obr. 13 a 14. Obvod na obr. 15 se skládá ze sériového střídavého zdroje, zátěže a antisériových kondenzátorů označených 1509, tří diskrétních třífázových cívkových vinutí a zdroje stejnosměrného napětí 1501. Kladná větev zdroje stejnosměrného napětí je zapojena k výstupním diodám Pl a P2 a záporná větev je zapojena k proud omezující diodě s výstupem NI. Odborníkům je jistě okamžitě zřejmé, jak lze naznačená schémata dále rozšiřovat a modifikovat. Výstup NI je spojen se zápornými póly

♦ • · « * 999 polárních kondenzátorů přes cívky v uzlech 1 až 3. Pl a P2 jsou spojeny s kladnými póly 4 až 9 kondenzátorů ve třífázovém, třídrátovém (trojúhelník) střídavém systému 1509. Do stejnosměrné trasy lze dále přidat sériové odporové prvky, kterými se dále sníží průchod střídavého proudu stejnosměrným zdrojem. Na schématu chybí usměrňovači oddělovací transformátor, který byl pro jednoduchost a větší názornost vypuštěn. Pro připojení zdroje stejnosměrného napětí k polarizovaným kondenzátorům lze tedy použít správně vybraných cívek s vysokou impedancí nebo transformátorových vinutí, které se zároveň vyznačují značným AC blokovacím účinkem.

Tento jev však dává důvod k obavám. Magnetická smyčka nebo malý odpor spojující oba póly stejnosměrného napětí způsobí zkrat. Při neopatrnosti tak může dojít k destruktivnímu opačnému napětí na polarizovaných kondenzátorech. Odborníkům jsou rizika vyplývající z přepólování dobře známa. Z těchto důvodů by se měly polarizované kondenzátory používat v hotových, předem sestavených uspořádáních. Horní propusti, dolní propusti a blokovací filtry vázané ke středovému uzlu by tedy měly být používány s největší opatrností.

Motory a transformátory mají integrální vinutí. Zařízení pro přeměnu energie obvykle zahrnují oddělovací transformátory. Distribuční transformátory obvykle přes uspořádání podle vynálezu napájí jeden nebo více střídavých motorů a další paralelně zapojená zařízení. V takovém obecném příkladě existují induktivní i odporové trasy jak na zdrojové, tak spotřebičové straně kondenzátorového pole. Platí to pro fáze v uspořádáních Wye, Scott Tee, High Leg Delta, Open Delta (otevřený trojúhelník) a Delta (trojúhelník) a pro středovou větev v prvních třech případech. Dále, převažujícím druhem uzemnění ve výkonových střídavých systémech jsou pevná, indukční nebo odporová uzemnění. V normálním režimu v ustáleném stavu tedy v typických jednofázových i vícefázových elektrických sítích existují nadbytečné trasy, kterými se stejnosměrné předpětí může šířit. Vnitřní uzly kondenzátorového pole mohou být propojeny, pro vnější uzly to však vzhledem k výše uvedenému bude zřídkakdy potřeba.

Na obr. 16 je zobrazen obvod 1600, který představuje implementaci vynálezu vhodnou pro 120:240 VAC střídavý jednofázový systém, který je v současné době nejrozšířenějším modelem zásobování domácností v USA střídavým proudem. Sestava 1609 antisériových kondenzátorů je umístěna v každé fázové větvi, ve středové větvi se použít může, ale nemusí. Stejnosměrné společné uzly kondenzátorů jsou pod napětím, které je menší než úroveň země • ♦ ·

9· systému. Pro jednoduchost jsou na schématu vynechány detaily stejnosměrného napájecího zdroje a blokovací prostředky střídavého proudu. Vzhledem ke stejnosměrnému napětí v ustáleném stavu jsou zem, nula i fáze střídavého systému plochy se stejnými potenciály. Polarizované kondenzátory jsou k dispozici s různými jmenovitými střídavými proudy. Paralelní kondenzátory nebo kondenzátorové sestavy se mohou navrhnout pro libovolný jmenovitý střídavý proud. Pro určení počtu a konstrukce polárních kondenzátorů pro danou aplikaci se mohou použít parametry proudu v přechodových (impulzní a nárazový) stavech a/nebo ustáleném stavu. Na obr. 16 je paralelní sestava kondenzátorů, v níž je každý vnitřní prvek paralelní s ostatními. Paralelní zapojení může být propojené na pevno nebo může být

- regulované. Střídavá zátěž v takové aplikaci může být napájena dvěma nebo třemi vodiči 120 VAC, nebo dvěma, třemi nebo čtyřmi vodiči 240 VAC. Středové vinutí transformátoru a středová větev zátěže jsou v obvodu pevně uzemněny.

Síťových parametrů a cílů, jakým může být například rezonance, lze dosáhnout zapojováním a odpojováním kondenzátorových polí. Spínání lze provádět ručně, elektromechanicky nebo polovodičovými prostředky. V mnoha případech (například u hliníkových elektrolytických kondenzátorů) lze kapacitanci, sériovou rezistanci, střídavou impedanci, životnost, rozptylový faktor a další parametry řídit pomocí regulace okolní a vnitřní teploty. Parametry kondenzátorů a očekávaná životnost závisí na vnitřní teplotě a lze je tedy v určitém rozmezí i naladit pomocí vyvolaných změn teploty.

Je Žádoucí zajistit správné stejnosměrné předpětí na všech paralelních jednotkách. V případě regulované spínací jednotky je rovněž výhodná vysoká střídavá impedance a nízká stejnosměrná rezístance v okolí spínacího mechanismu. Ze zdrojového transformátoru vedou do každé větve, s výjimkou stejnosměrných společných uzlů, obvodu 1600 nadbytečné trasy stejnosměrného předpětí. Odolnost obvodu dle obr. 16 proti kaskádní poruše lze zvýšit zařazením samostatných pojistek do tras stejnosměrného předpětí do bočních i středového uzlu a do střídavé trasy každého PECS zařízení ve 120 V větvích 240:120 výstupu. Obvod dle obr. 16 lze dále upravit jako dělič střídavého proudu tím, že se oddělí výstupy a případně také středové uzly.

Na obr. 17 je jednoduché znázornění vysokonapěťové realizace 1700 vynálezu se 4n+ polarizovanými kondenzátory a stejnosměrným nabíjecím obvodem. Obvod 1700 obecně zahrnuje střídavý zdroj 1701, antisériové polarizované kondenzátory 1702 až 1705, střídavou φ * φ · • · • · •

φφφ • · ·«« ·· «

φ*· • ΦΦ zátěž 1716 a zdroj stejnosměrného předpětí. Zdroj stejnosměrného předpětí se skládá z odporů 1706.1707.1708.1713,1714 a zdrojů stejnosměrného napětí 1709 až 1712. Kondenzátory 1702.1703 jsou navzájem zapojené do série, stejně tak i kondenzátory 1704,1705. Kondenzátorové páry 1702.1703 a 1704,1705 jsou navzájem zapojené antisériové do střídavého obvodu. Ze stejnosměrného pohledu jsou navzájem v podstatě paralelní. Tedy, pro stejnosměrný nabíjecí proud, svodový proud a předpětí jde o paralelní uspořádání se dvěma kondenzátory v každé větvi. Střídavý signál naproti tomu prochází sestavou, která se mu jeví jako série 4 kondenzátorů. Toto je třeba mít na paměti při určování maximálních napětí na kondenzátorech s uvažováním tolerancí a chyb součástek. Obdobné uspořádání lze použit k . návrhu 6n+, 8n+ a dalších vysokonapěťových střídavých kondenzátorů s využitím polarizovaných kondenzátorů. Zapojení je celkově symetrické. V zobrazeném konkrétním zapojení je předpětí viditelně rozdělené. To sice není nezbytné, jde pouze o jeden možný způsob zajištění potřebného předpětí. Stejně jako u jiných tříd a druhů kondenzátorů, pracují kondenzátory přirozeně v rámci tolerance součástek jako napěťové děliče pro střídavé i stejnosměrné napětí. Jediný zdroj stejnosměrného napětí nebo dva zdroje stejnosměrného napětí lze nahradit odpovídajícími AC blokovacími zařízeními a změnami v zapojení. Pro zajištění vhodného rozdělení stejnosměrného předpětí a zlepšeného rozdělení střídavého napětí na kondenzátorech 1702 až 1705 lze využít vhodně uspořádaných distribučních odporů. Taková odporová stejnosměrná síť může omezit vliv rozdílů v kondenzátorech i vlivem jejich tolerancí. Impedanci, kapacitanci, ekvivalentní sériovou rezistenci (ESR) a další vlastnosti střídavé sítě lze měnit zapojováním nebo odpojováním jednoho nebo více sériových a/nebo paralelních kondenzátorů. Pouzdra hliníkových elektrolytických kondenzátorů, která obvykle slouží pro rozptyl tepla, mohou mít napětí záporného pólu namísto potenciálu uzemnění, přičemž je však nutná určitá opatrnost. Další pozornosti hodnou skutečností je to, že vzhledem k napěťovému rozdělení střídavého i stejnosměrného proudu existuje jistá využitelná asymetrie. Při postupu od shora dolů existují tři stavy dopředného předpětí. Stejný počet stavů předpětí existuje při postupu odspodu nahoru. Stejného rozdělení střídavého napětí, jako v tomto obvodě s antisériovými uspořádáními sériových kondenzátorů v každé větvi, lze dosáhnout dvěma nezávislými antisériovými sestavami PECS zařízení. Takové alternativní zápojem' umožňuje využití nižšího napětí zdroje stejnosměrného předpětí a je dalším příkladem principu využití střídavé sériové topografie spolu se stejnosměrnou paralelní topografií. Příkladem užitečnosti uvědomění si této skutečnosti je to, že dvacet pět procent střídavého napětí, které působí na kondenzátorové pole, působí na každý jednotlivý

Λ > * »»· ·· ··· • « « »·· »

t ·»· kondenzátor. V rámci tolerancí a/nebo chyb součástek lze tak sledovat přivedené střídavé napětí na snížené úrovni a také lze přímo použít předpětí vyžadované některou elektronikou.

Sériová implementace kondenzátorů se v konvenčních elektrických konstrukcích prakticky nepoužívá. Prvotním důvodem je známá skutečnost, že dva identické kondenzátory v sérii mají poloviční kapacitanci než kondenzátor jediný. Vzhledem k relativně nízké kapacitanci, která je ekonomicky dosažitelná současnými technologiemi výroby střídavých kondenzátorů, jde o značnou překážku. V zapojení podle vynálezu však jde o celkem bezvýznamný jev. Omezujícím parametrem je normálně střídavý zvlněný proud, ne kapacitance. Vynález, který využívá PECS zařízení, přináší do zapojení až nadměrnou kapacitanci.

Na obr. 18 je další realizace obvodu 1800 podle vynálezu. Obvod 1800 používá zdroje 1801 proměnného stejnosměrného napětí, jehož hodnota je úměrná střídavému napětí na antisériovém páru 1809 kondenzátorů, pro zajištění dopředného stejnosměrného předpětí na kondenzátorovém páru 1809. Zajistí se tím, že antisériový pár 1809 kondenzátorů zůstává pod dostatečným dopředným stejnosměrným předpětím i při změnách velikosti přivedeného střídavého signálu. Primární strana malého oddělovacího transformátoru je napájena napětím, které působí na antisériový pár 1809 kondenzátorů. Stoji za povšimnutí, že primární strana kondenzátem je činná jako stejnosměrný zkrat mezi kladnými póly kondenzátorů. Jak bylo uvedeno výše, takovou fyzikální vlastnost vykazuje každá cívka. Převod transformátoru z primární na sekundární stranu mezi 1:1 až 2:1 se hodí pro 1-fázovou nebo 3-fázovou implementaci zobrazeného obvodu. Na sekundární stranu transformátoru navazuje celovlnný diodový můstek s filtrem. Elektricky oddělený, filtrovaný výstup se poté přivede k antisčriovým kondenzátorům jako napájecí stejnosměrné napětí. Odpor 1803 a dioda 1802 slouží jako AC blokovací zařízení a přivádí stejnosměrné předpětí od stejnosměrného společného uzlu kondenzátorů k zápornému pólu zdroje stejnosměrného napětí. Když se ztráta střídavého napětí (přivedeného napětí) na kondenzátorech zvýší, zvýší se i napětí stejnosměrného předpětí. Pokud se ztráta střídavého napětí na kondenzátorech sníží, začne předpětí pomalu klesat. Uspořádání tedy vykazuje jistou zpětnou vazbu a dynamicky reaguje na potřebu zvýšeni stejnosměrného předpětí. Zátěžový odpor 1804 ie zobrazen jako paralelní se střídavou zátěží. Odborníkům je použití takové předběžné zátěže, která se používá k usnadnění napěťové regulace, dobře známo. Systém předpětí dle obr. 18 se může použít pro zajištění spojitého dopředného předpětí pro obě strany kondenzátorů. Je vhodný pro přechodové rezonanční požadavky střídavých systémů, samozřejmě pokud odpovídají »

* « · ··* ·· ··♦ ·· ·«·· jmenovité hodnoty součástek. Alternativní provedení může mit v kladné stejnosměrné větvi rezistanci. V mnohých aplikacích může být žádoucí zálohované napájení stejnosměrným napětím. Při návrhu příkladného obvodu dle obr. 18 bylo cílem použití minimálního počtu součástek. Analogické systémy mohou k elektrickému oddělení stejnosměrné strany použít kondenzátory.

Na obr. 19 je zobrazen střídavý indukční motor s pomocnou kapacitní fází, který využívá PECS zařízení podle vynálezu. Zobrazeny jsou střídavý zdroj 1904, vypínač 1902. PECS pár 1903 a vinutí (statorová) 1900.1901 motoru. Podrobnosti obvodu předpětí a rotoru jsou pro větší názornost vynechány. Vinutí 1900 motoru je připojeno k sestavě 1903 antisériových kondenzátorů, na které je aplikováno dostatečné dopředně předpětí. Statorové vinutí 1901 je paralelní k sériové sestavě vinutí 1900 a kondenzátorů 1903. Pomocná fáze (a/nebo kapacitní pomocná fáze) zajišťuje velký rozběhový moment a rotující elektrické pole. Sériová kombinace 1900.1903 má jednotkový nebo mírně předbíhající účiník. Proudy procházející statorovými vinutími 1900 a 1901 budou fázově posunuty o asi 90°. Vinutí 1900 se nemusí odpojovat, takže vynález je vhodný pro nepřetržitý provoz. 90° fázový posun může odstranit nebo podstatně snížit mechanické vibrace nebo pulzace na 120 Hz, které jsou charakteristické pro jednofázové motory. Alternativně se může vinutí 1901 motoru po rozběhnutí motoru odpojit. Obvod, který je volitelně blízko rezonance v průběhu startu i v ustáleném stavu, lze navrhnout pro kterýkoliv z uvedených způsobů použití vynálezu.

Na obr. 20 je laděný rezonanční sériový LC obvod 2000, který se skládá z cívky 2001 a páru 2002 PECS zařízení podle vynálezu. Polovodičový (jednostranný statický) spínač 2003 ie zobrazen jako antiparalelní pár tyristorů (SCR) zapojených paralelně s 2002. Odpor 2004 představuje zátěž v ustáleném stavu. Sériové a/nebo paralelní kombinace cívek a kondenzátorů se obvykle označují jako LC obvody a používají se zejména pro filtrační účely. Podrobnosti obvodu pro aplikaci předpětí na kondenzátory jsou pro jednoduchost vynechány. Pokud se uzavřením spínače 2005 ustaví stav poruchy obvodu, proudový detektor (torus)

2006 zjistí rychle rostoucí proud. Alternativně se pro zjištění poruchového stavu sítě může použít voltmetr, detektor poruchy uzemnění nebo jiný způsob. Signál je činně přes běžně dostupný obvod připojený k polovodičovému spínači. Když statický spínač zkratuje PECS zařízení 2002 podle vynálezu, stane se rezonanční pásmový obvod v podstatě indukčním a proud omezujícím. Reakční doba komerčních polovodičových spínačů je kratší než cyklus sítě. Obdobný spínačem se může přemostit také cívka 2001. Parametry střídavé sítě v

·· ···* • · * «· ··· ustáleném stavu tak lze doladit také vyzkratováním nadbytečné induktance. Obdobné ladicí prostředky lze postavit i pro paralelní LC obvody a hybridní konstrukce.

Na obr. 21 je zobrazena sestava 2100, která zahrnuje čtyři polarizované kondenzátory 2101 až 2104, které jsou mechanicky upevněny na nevodivých svislých závěsech 2111 a 2112 a připojeny k vodičům 2107 a 2108. Kondenzátory 2101 a 2102 jsou spojeny paralelně zápornými póly přes vodivý sloupek 2105 a vodivý výměník tepla 2107, obdobně jsou zapojeny kondenzátory 2103 a 2104 a spojeny vodiči 2106 a 2108. Propojení kladných pólů kondenzátorů a podrobnosti obvodu předpětí jsou pro větší názornost vynechány. Pro tento příklad byly pro jejich výborné vlastnosti odvodu tepla vybrány polarizované kondenzátory s integrálními upevňovacími šrouby. Vodič 2107 má v podstatě stejný potenciál jako vodič 2105 a obaly kondenzátorů 2101,2102. Obdobně, 2108 a 2106 a obaly 2103.2104 jsou na většině komerčně dostupných velkých elektrolytických kondenzátorech prakticky zkratovány. Hladina kapalného dielektrika (oleje), které slouží pro rozptyl tepla bez nutnosti uvažovat jeho elektrické vlastnosti, probíhá nad vodiči 2107 a 2108. Hladina oleje se pro maximální ochranu před nebezpečným dotykem může zvednout až nad obaly kondenzátorů, je však nutné zajistit suchá elektrická připojení a odvod plynů z kondenzátorů. Mechanické připojení vnějšího chladiče 2109 ie známo. Obr. 21 je příkladným způsobem zajištění elektrické izolace a teplotní regulace pro provoz PECS zařízení podle vynálezu v ustáleném stavu. Životnost PECS zařízení a kapacitní parametry lze měnit pomocí regulace teploty oleje. Elektrická bezpečnost je zajištěna izolačními vlastnostmi kapalného dielektrika a izolujícími upevňovacími prvky. Termín kapalné dielektrikum však nevylučuje možnosti izolace a teplotní regulace s použitím plynných nebo pevných dielektrik s vlastnostmi teplotní vodivosti, konvekce, radiace a/nebo fotonové výměny. Odborníkům jsou také známé různé izolující upevňovací mechanismy a způsoby pro zajištění dobrého elektrického kontaktu v elektrické lázni. Příklady jsou izolační kryty, podstavce, těsnění, převleky nebo odfukové trubice a/nebo suché spojovací metody a výrobky, jako jsou chico nebo silikonové tmely. Stejných výsledků zlepšeného chlazení a elektrické bezpečnosti lze dosáhnout zvětšeným průtokem vzduchu před nebezpečným dotykem zabezpečenou skříni, jako je například skříň s ochranou proti pronikání předmětů třídy IP-20. Pro další zlepšení účinnosti odvodu tepla lze použít integrální konstrukce výměníků tepla 2107 a 2108 a skříně. Vnější výměník tepla 2109 může být spojen s libovolným ohřívacím a/nebo chladicím mechanismem, jako je vodní lázeň a tepelné Čerpadlo. Přednostní provedení závisí na příkonu zařízení, okolní teplotě, optimálních parametrech kondenzátorů, ochraně před nebezpečným dotykem a podobných faktorech. PECS zařízení a kombinace PECS zařízení se mohou z důvodů lepšího odvodu nebo přívodu tepla navrhnout í s několika elektrickými polaritami přístupnými styku s chladivém, buď přes obal nebo přes výměník tepla. Takové konstrukce přispívají ke zlepšení možností regulace teploty, ovšem v kombinaci s uvažováním ochrany před dotykovým napětím. Lze důvodně očekávat, že v implementacích vynálezu najdou významné místo různé známé výrobní techniky pro regulaci teploty, jako jsou například konstrukce pouzdro v pouzdře, využití fázových změn látek a technologie využívající přenosu hmoty. Obdobně lze očekávat i konstrukce, v nichž bude výměník tepla přímo součástí obalu kondenzátorů. Výhodou takové konstrukce bude jednodušší elektrická izolace součástky.

Na obr. 22 je obvod 2200, který se skládá ze střídavého zdroje 2201, autotransformátoru 2202. odporu 2203. usměrňovače 2204. spínače 2205. polarizovaných kondenzátorů 2206, 2207 a střídavé zátěže 2208. Z autotransformátoru 2202 vystupuje střídavé napětí jiné než systémové střídavé napětí pro nabíjecí obvod, který se skládá z odporu 2203 a diody 2204. Volitelný zátěžový odpor 2209 připojuje kondenzátor 2206 k nabíjecímu obvodu. Nabíjecí obvod bude polarizované kondenzátory udržovat na libovolném stejnosměrném předpětí až do chvíle zapnutí zátěže. Schopnosti nepřetržitého provozu lze dosáhnout použitím půlvlnného nebo celovlnného usměrňovacího můstku a podobnými způsoby. Pro dosažení elektrického oddělení vhodného pro udržování nepřetržitého stejnosměrného předpětí na polarizovaných kondenzátorech lze použit alternativní způsoby. Systém se může upravit například přidáním dvou kondenzátorů mezi autotransfoímátor a střídavý napájecí zdroj, čímž se zajistí elektrické oddělení stejnosměrného obvodu. Oněmi dvěma kondenzátory mohou být antiparalelně zapojená PECS zařízení. Popsaný způsob může najít uplatnění například v aplikacích pro přeměnu energie, jako jsou usměrňovače a invertory. Obvod může být samonabíjecí, tj. bez řídicích obvodů. Obvod dle obr. 22 ilustruje použití autotransformátoru v obvodu předpětí pro dosažení vybrané úrovně stejnosměrného předpětí. Úroveň stejnosměrného předpětí lze regulovat například změnou transformátorové odbočky, pomocí regulovaného usměrňovače a podobně.

Na obr. 23 je zobrazen střídavý zdroj 2301, polarizované kondenzátory 2302.2303, regulovaný usměrňovač 2304, proud omezující odpor 2305, zátěžový odpor 2306, spínač 2307 a zátěž 2308. Regulovaný usměrňovač, jako je IGBT, tranzistor, cut-oťf SCR a podobně, může být zapojen nebo vypojen tak, aby řídil úroveň stejnosměrného předpětí. Když střídavý proud prochází kondenzátorem 2302, usměrňovačem 2304 a proud omezujícím odporem

• · · · • · t * • a a · * • 4 4 4

444 4· ····

2305, dochází k půlvlnnému usměrnění střídavého proudu. Předzátěžový odpor 2306 s vysokou impedancí lze vypustit. Zobrazený obvod je schopen vytvořit a udržovat regulované nabíjecí napětí kondenzátorů, aniž však kondenzátory přebíjí. Podrobností řídicího obvodu usměrňovače nejsou zobrazeny, protože takové řídicí obvody jsou komerčně dostupné a odborníkům dobře známé. Uspořádání dle obr. 23 může pracovat v režimu slabého signálu a je použitelné v ustáleném i přechodovém provozu. 2304 se může nahradit neregulovaným usměrňovačem (diodou). Obvod ustaví a bude udržovat na kondenzátorech 2302.2303 stejnosměrné předpětí, které bude v podstatě rovné velikosti amplitudy střídavého zdroje 2301. V ustáleném stavu je stejnosměrný proud přes odpor 2305 v podstatě rovný stejnosměrnému svodovému proudu kondenzátorů 2302.2303.

Na obr. 23 A je zjednodušený obvod dle obr. 23, který názorněji vysvětluje nabíjecí mechanismus. Součástky obvodu jsou pro názornost oproti obr. 23 přemístěny do jiného pořadí. Když se regulovaný usměrňovač 2304 zapojí, jedna polovina vlny nebo její část vyvolá usměrňovači proud a akumulaci náboje v kondenzátorů 2302. Odpor 2305 nebo podobné zařízení slouží ke sníženi přechodového (stejnosměrného nabíjecího předpětí, půlvlnného) proudu a ponechává nezobrazenou zátěž připojenu. Odporem 2305 protéká pouze zanedbatelný střídavý proud.

p Na obr. 24 je střídavý zdroj 2401, Zenerova dioda 2402. dioda 2403, polarizované kondenzátory 2404.2405, blokovací dioda 2406. blokovací odpor 2407. volitelný odpor 2408, spínač 2409, střídavá zátěž 2410 a cívka 2411. Jde o neregulovanou verzi obvodu dle obr. 23. Zenerova dioda 2402 v antisériovém zapojení s diodou 2403 a cívkou 2411 omezuje předpětí na kondenzátorů i bez řídícího obvodu. Část nadbytečného stejnosměrného napětí se ztratí na Zenerově diodě 2402, diodě 2403 a cívce 2411. Uspořádání dle obr. 24 obětuje jednoduchosti, v závislosti na hodnotách vybraných součástek, část schopnosti práce v režimu slabých signálů. Cívku 2411 lze nahradit odporem nebo jiným vhodným AC blokovacím a stejnosměrný proud rozptyluj ícím zařízením.

Na obr. 25 je zobrazen obvod 2500, který se skládá ze střídavého zdroje 2502, polarizovaných kondenzátorů 2512.2514 a střídavé zátěže 2520. Zobrazen je také zdroj stejnosměrného předpětí, který tvoří odpory 2503.2505.2507.2509, dioda 2521 a zdroj stejnosměrného napětí 2522 a který pracuje i při odpojení střídavého zdroje nebo střídavé zátěže od obvodu.

Zdroj stejnosměrného předpětí ustaví a udržuje dopředně předpětí na kondenzátorech 2512.

fc • * fcfc fcfc <··♦

2514. Odpory 2503.2505.2507.2509 a dioda 2521 mají za úkol rovnoměrně rozdělit stejnosměrné napětí na kondenzátory a také zabránit významnější části střídavého proudu obtéci kondenzátory. Každý uzel takového obvodu se může činně spojit se zemí systému. V zobrazeném provedení budou střídavý zdroj a střídavá zátěž pracovat při různých stejnosměrných referenčních napětích.

Mimo jiné zobrazený obvod ukazuje, že uspořádání antisériových PECS zařízení (na výkrese polarizované kondenzátory 2512 a 2514) mohou mít více než jeden stejnosměrný společný uzel. První stejnosměrný společný uzel, který zahrnuje střídavá zařízení 2507.2509 na kladném připojení kondenzátorů, je spojen se střídavou zátěží a druhý stejnosměrný společný uzel, který zahrnuje střídavá zařízení 2503.2505 na záporném připojení kondenzátorů, je spojen se střídavým zdrojem. Obvod také ukazuje, že protože úvahy týkající se stejnosměrného proudu mají malý vliv na přenos střídavého výkonu, může být orientace kondenzátorů zvolena a zobrazena jako kladný ke kladnému, záporný k zápornému nebo s oddělujícími střídavými zařízeními bez toho, že by to mělo v neuzemněné aplikaci bezprostřední vliv na přenos střídavého výkonu.

Na obr. 26 je obvod 2600, který se skládá ze střídavého zdroje 2602, střídavé zátěže 2622 a párů 2604.2606 a 2608.2610 polarizovaných kondenzátorů. Příslušný obvod stejnosměrného předpětí je napájen ze zdroje 2618 stejnosměrného napětí. Stejnosměrný proud se vede přes sériovou diodu 2621 a sériový odpor 2619 a přidružené distribuční odpory 2605.2615.2603, 2607.2609.2611.2613 a 2617. Odpory 2605.2615 udržují stejnoměrné stejnosměrné napětí v kladných stejnosměrných uzlech kondenzátorů 2604.2606 a 2608.2610. Obdobně, záporné stejnosměrné uzly kondenzátorů se udržují na společném stejnosměrném referenčním napětí odpory 2603.2607.2609.2611.2613.2617. Dioda 2621 a odpor 2619 brání střídavému proudu v průchodu zdrojem 2618 stejnosměrného napětí. Bod A je připojovacím místem pro obvod předpětí. Vhodně vybrané hodnoty odporů mohou snížit vliv odchylek kondenzátorů na rozdělení střídavého napětí. Obvod 2600 ilustruje použití jediného nízkonapěťového stejnosměrného zdroje pro zajištění předpětí pro dva antisériové páry polarizovaných kondenzátorů, které jsou uspořádány do série. Každý z kondenzátorů je v podstatě stejnosměrně paralelní se zdrojem stejnosměrného napětí a ostatními kondenzátory. Je zřejmé, že obdobné zapojení s jediným nízkonapěťovým stejnosměrným zdrojem s odpovídající distribuční sítí stejnosměrného předpětí lze použít i pro tři nebo více antisériových párů kondenzátorů v sériovém uspořádání.

0 « · • »

9

«· 000*

Na obr. 27 je obvod 2700. který zahrnuje střídavý zdroj 2702, oddělovací transformátor 2704 a antisériové polarizované kondenzátory 2706.2708. Dále je součástí obvodu zdroj stejnosměrného předpětí, který se skládá z tyristorového můstku 2709-2715. vinutí 2717. 2719, nabíjecích odporů 2723-2729 a filtračního kondenzátorů 2721 a který je přes uzel X zapojen ke kladnému pólu kondenzátorů 2706.2708. Zobrazeno není obdobné AC blokovací spojení stejnosměrného záporného výstupu k záporným pólům kondenzátorů 2706.2708. Usměrněná výstupní vlna se vyfiltruje v cívkách 2717.2719 a polarizovaném kondenzátorů 2721 a poté se vede ke stejnosměrné zátěži 2730. Malá část celkového stejnosměrného výkonu se použije pro vytvoření dopředného předpětí na kondenzátorech 2706,2708, přičemž odpovídající AC blokovací zařízení spojuje záporné póly kondenzátorů se záporným pólem zdroje stejnosměrného napětí. Uspořádání ilustruje, jak je stejnosměrný proud blokován polarizovanými kondenzátory ve střídavé aplikaci. Dalším rysem uspořádání je použití vytvořeného stejnosměrného napětí pro obecnou aplikaci, např. pro nabíjení baterií nebo pro napájení stejnosměrné zátěže. Antisériové kondenzátory jsou využity pro zajišťování dodávky stejnosměrného proudu pro libovolné účely. Alternativně lze pro zajištění dopředného předpětí na kondenzátorech použít samostatný zdroj stejnosměrného předpětí.

Na obr. 28 je obvod 2800. Obvod 2800 je sestaven ze třífázových oddělovacích transformátorů 2802.2814, polarizovaných kondenzátorů 2804.2806.2808, stejnosměrného zdroje 2810 a odporu 2811. Polarizované kondenzátory 2804.2806.2808 isou uspořádány antisériové, obdobně jako v jednofázových obvodech na obr. 25 a 27. Odpovídající dopředně předpětí se na kondenzátory 2804,2806.2808 přivádí přes stejnosměrné společné uzly, do kterých jsou zahrnuty cívky 2802,2814. Zdroj stejnosměrného předpětí se skládá z elektricky izolovaného zdroje 2810 stejnosměrného napětí a sériového odporu 2811. Zdroj stejnosměrného předpětí je přímo paralelní s kondenzátorem 2808 a v podstatě stejnosměrně paralelní s kondenzátory 2804.2806. Cívka (transformátorové vinutí) na primární straně 2802 působí kladným stejnosměrným referenčním napětím na kladné strany kondenzátorů 2804, 2806. Obdobně, transformátorové vinutí 2814A (neprimámí strana) spojuje záporné póly kondenzátorů se záporným pólem zdroje stejnosměrného předpětí. Pro zvýšení odolnosti (robustnosti) konstrukce lze použít zálohované zdroje stejnosměrného předpětí. Obr. 28 přináší stejnosměrné paralelní uspořádání s jediným polarizovaným kondenzátorem v každé fázové větvi vícefázového střídavého systému. Systém může mít jediný provozní zemnicí bod, není to však nezbytné. Obdobné zapojení se může použít v kombinaci motor-generátor.

Obvod také přináší vícefázové střídavé antisériové uspořádání a způsob pro aplikaci nepřetržitého dopředného stejnosměrného předpětí.

Na obr. 29 je obvod 2900, který je jednofázovým 120:240 V střídavým systémem, který tvoří obecně rozšířenou síť v amerických domácnostech. Obvod 2900 se skládá ze střídavého zdroje 2902, střídavého zdrojového transformátoru 2904, polarizovaných kondenzátorů 2906. 2908.2910, stejnosměrného zdroje 2913, střídavého blokovacího odporu 2911 a střídavých zátěží 2912,2914.2916 a 2918. Antisériové uspořádání kondenzátorů v obvodu 2900 se skládá z jediného polarizovaného kondenzátorů v každé větvi. Zdroj stejnosměrného předpětí, který tvoří zdroj 2913 stejnosměrného napětí a střídavý blokovací odpor 2911. je přes transformátorové vinutí a střídavé zátěže v podstatě paralelní s polarizovanými kondenzátory 2906.2908. Střídavé zátěže 2912.2914 jsou napájeny 120 VAC, zátěž 2916 ze tří větví 120:240 VAC a 2916 ze dvou větví 240 VAC. Obvod ilustruje alternativní antisériové uspořádání kondenzátorů k obvodu dle obr. 16. Za povšimnuti stojí, že sekundární strana zdrojového transformátoru nebo středový uzel spojený s kladným pólem kondenzátorů 2908 a zátěžemi 2912.2914.2916 se může uzemnit. V zobrazeném provedení se mohou zároveň uzemnit obě strany. Zemnicí smyčka vyzkratuje stejnosměrné předpětí. Prvky střídavého obvodu oddělují polarizované kondenzátory v uspořádání antisériových PECS zařízení a v ustáleném stavu jsou činné jako stejnosměrný zkratovací obvod. Obr. 29 je dalším příkladem stejnosměrného společného uzlu, který využívá prvky střídavého obvodu pro spojení stejnosměrných kondenzátorů.

Na obr. 30 je obvod 3000, jednofázový střídavý obvod, který k ustavení a udržování stejnosměrného předpětí na antisériovém páru kondenzátorů používá jedinou diodu. Obvod 3000 se skládá ze střídavého zdroje 3001, zdrojového transformátoru 3003. antisériového páru 3013 kondenzátorů, 3015, střídavé zátěže 3020 a obvodu stejnosměrného předpětí, který zahrnuje polarizovaný kondenzátor 3005, usměrňovač 3007 a odpory 3009.3011.

Usměrňovač 3007 a odpory 3009.3011 nabíjí kondenzátory 3005.3013.3015 a v ustáleném stavu v podstatě blokují střídavý proud. Pro jednoduchost jsou na obr. 30 vynechány podrobnosti o spojení mezi odporem 3011 a střídavou zátěží 3020. Napájecí stejnosměrný zdroj je vhodný pro nepřetržitý provoz, ale nezajišťuje plnou rektifikaci vlny. Vzhledem k malé spotřebě stejnosměrného výkonu v polarizovaných kondenzátorech v ustáleném stavu jde o velmi užitečnou a úspornou konstrukci. Primární strana střídavého zdrojového transformátoru 3003 a střídavý zdroj 3001 o stejnosměrném systému na sekundární straně « · · · *4« 4» ·»·· nebudou samozřejmě vědět. Odražené harmonické způsobené jen půlvlnným usměrněním způsobí střídavému zdroji jen malé potíže, protože v ustáleném stavuje stejnosměrný výkon předpětí oproti střídavému výkonu téměř zanedbatelný. Zapojení dle obr. 30 je jednoduchou implementací vynálezu pro nepřetržitý provoz.

Konstrukční faktory

Prvotním konstrukčním úkolem je výběr technologie a uspořádání polarizovaného zařízení pro uchovávání elektrického náboje (PECS). Zvláštní pozornost je třeba věnovat omezením rozsahu stejnosměrného napětí. Například běžné průmyslové nikl-kadmiové (NiCd) elektrochemické baterie mají jmenovité napětí 1.2 V na článek. Články mohou pracovat s vyrovnaným nabíjecím a konečným vybíjecím napětím 1.7 až 1.0 V na článek. Návrhový rozsah napětí bude obvykle 1.05 až 1.5 V na článek. Zvolený počet bateriových článků bude podle potřeby odpovídat napětí součástek a/nebo systémovému střídavému napětí a/nebo rezonančnímu střídavému napětí. Dovolený střídavý proud, který může procházet bateriovým článkem, se použije pro určení paralelního počtu bateriových článků a/nebo sad pro střídavou aplikaci. K tomu se vybere odpovídající regulované nabíjecí zařízení, které bude baterie udržovat v nabitém stavu. Každému polarizovanému zařízení pro uchovávání elektrického náboje (PECS) nebo jejích kombinaci přísluší patřičné kroky návrhu analogického stejnosměrného systému, které jsou odborníkům dobře známy. Podrobný popis kroků při návrhu hliníkových elektrolytických kondenzátorů je jako příkladný způsob součástí této přihlášky.

Zachování tvaru vlny je důležitou vlastností způsobu přenosu signálu. Věrnost tvaru vlny se významně zvyšuje při setrvání v režimu slabého střídavého signálu. Vynález je uspořádán tak, aby v tomto režimu setrvával do v podstatě libovolného stupně.

•

Typickým konstrukčním parametrem obvodové aplikace podle vynálezu je dovolený střídavý zvlněný proud. Musí se uvažovat j ak proud v ustáleném stavu, tak proud přechodové zátěže. Zvlněný proud lze ve většině případů pro účely tohoto vynálezu uvažovat jako dovolený posuvný proud. Jmenovité údaje kondenzátorů počítačové kvality se udávají pro 120 Hz. Podle kmitočtové charakteristiky se dovolený zvlněný proud při 60 Hz sníží na 0.8 jmenovité hodnoty. Vynález však přináší možnost zajištění obrovské záložní kapacitance. Střídavý proud připadající na daný kondenzátor tak lze snížit na v podstatě libovolnou úroveň.

·♦**

Dosáhne se toho jednoduše zvýšením počtu paralelně zapojených sestav polárních kondenzátorů. Paralelní kondenzátory dále sníží střídavou impedanci a mohou se, pokud je lze zapojovat a odpojovat v reálném čase, využít jako regulační mechanismus zátěžového napětí.

Významným konstrukčním parametrem obvodu je přenosová kapacita střídavého proudu. Přechodové požadavky aplikace lze považovat za klíčové pro úspěšnou aplikaci vynálezu. Zapínací proudy transformátoru a startovací proudy motorů určují velikost nabíjených polárních kondenzátorů podle vynálezu. Dalším faktorem v pořadí důležitosti je sériová impedance kondenzátorového pole. Generování tepla, jehož množství je určeno vztahem I² R, určuje životnost kondenzátorů. Nadměrné zahřívání má na polarizované kondenzátory a/nebo jiná PECS zařízení vliv přímo zničující. Určujícím parametrem velikosti zařízení obvykle nebývá kapacitance.

Většina aplikací jsou třífázové, případně jednofázové třídrátové systémy. Správné kroky návrhu systémy proto z důvodů komplikovanějšího systému nemusí být zcela zřejmé. Jeden kondenzátor v každé větvi je relativně jednoduchý případ, ale již pro antisériový pár kondenzátorů v každé větvi jsou poměry složitější. Napětí mezi zařízeními (inter-) se liší od napětí v zařízení (intra-). Například ve schématu 120:208 VAC bude při vnější poruše větevvětev (LL leg-to-leg) napětí na zařízení 104 VAC, protože obě větve jsou zapojené do série. Na druhé straně při vnitřní poruše zařízení bude napětí 208 VAC. Při poruše větev-nula bude na zapojení dle vynálezu napětí 120 VAC. Nejnepříznivější parametry se musí určit z konkrétních podmínek aplikace a elektrických a požárních norem. V rezonančním případě bude maximální napětí při vnitřní poruše zařízení přibližně 312 VACrms, což odpovídá rozdílu mezi vrcholem a nulou 442 V. To vyžaduje minimální stejnosměrné předpětí 221 VDC a jmenovité napětí kondenzátorů větší než 442 VDC (při zanedbání tolerance hodnot kondenzátorů a změny v napětí střídavého systému).

Ochrana před poruchou systému a ochrana před rázovým přepětím jsou důležitými faktory ovlivňujícími návrh systému. Mezi základní úvahy patří také možné proudy při symetrických a asymetrických poruchách sítě. Vhodné zařízení musí umožnit odstranění poruchy za zařízením dle vynálezu bez jeho nevymíceného poškození. Pro takový účel lze použít například pojistky, vypínače, přepínání, přerušovače obvodů při poruše uzemnění, proudové omezovače a polovodičová zařízení. Požadavky konkrétní aplikace určí vhodnou kombinaci ochranných prvků. Paralelně s nulou a zemí se mohou umístit MOV nebo jiné bleskojistky pro snížení rázů a špiček. Obdobně je lze zapojit paralelně s vynálezem. Sníží se tím možnost nebo rozsah poškození součástek zařízení při vysokých napětích.

Pro výpočet zařízení podle vynálezu lze použít obvyklé analyzační techniky dvoustranných obvodů, většina dvoustranných spojem'je přípustná. Tyto nástroje lze použít na vynález stejně jako na libovolné jiné implementace střídavých kondenzátorů, v nichž jsou střídavé svorky vynálezu považovány za černé skříňky. Pro použití takových technik ovšem platí obvyklá inženýrská zjednodušení, jež je nutné při posuzování výsledků analýzy vzít do úvahy a mezi které patří například aproximace prvního řádu, použití jednoduchého modelu, apod.

• Zapínací, rozběhové a poruchové proudy vykazuj í extrémně nízké účiníky okolo padesáti procent (0.5, zpožděné). V určitých případech lze velikost těchto proudů snížit nasazením sériové kapacitance. Maximální proud je důležitým parametrem pro analýzu obvodu a výběr vodičů. Obdobně je při analýze sítě a návrhu velikosti sériového kondenzátorů uvažovat s dobou trvání rozběhu motoru, uzamčení rotoru, zapínacího proudu, proudu při plném zatížení a proudu při poruše. Vynález lze analyzovat sekvenční metodou a dalšími standardními nástroji poruchové analýzy.

r Nytátez se může použít paralelně se střídavými zdroji a/nebo zátěžemi. Střídavý obvod bude vykazovat jev rezonančního proudu, který bude obdobný výše popsanému chování napětí v sériové aplikaci. Paralelní kondenzátory mají většinou omezený proud nebo dobu cyklickým řízením ve střídavé síťové aplikaci. Vysoká kapacitance vložená vynálezem zajistí lepší využití dostupných světových zdrojů jak v paralelním, tak sériovém uspořádání. Konstrukce PECS zařízení v paralelním uspořádání musí uvažovat střídavé proudy až do 150% proudu střídavého zdroje. Nízká střídavá impedance vynálezu může vést až ke zdánlivému zkratu, pokud se proud omezující způsoby ignorují. Do série s antisériovými PECS zařízeními se může ve střídavých paralelních aplikacích zařadit proud omezující zátěž, jako je například odpor. Pokud odpor koná užitečnou práci, energie není ztracená.

Rezonance je odborníky dobře definovaná a je jim srozumitelná. Dvěma nejzákladnějšími projevy tohoto jevu je sériová a paralelní rezonance. Rezonance obvodu může někdy být cílem návrhu obvodu. Při jiných příležitostech je rezonance nežádoucí a může mít zničující následky. V obvodech, v nichž dochází k rezonanci, se mohou vyskytovat proudy a/nebo • *

A ·

A A ··· a··

AA · napětí, která jsou i několikanásobně větší než při provozu mimo rezonanční oblast. Obvykle se proudová kapacita a/nebo jmenovité napětí obvodu při očekávání rezonančních stavů zvyšuje o padesát procent. Konstrukce rezonančních systémů by měla zohledňovat dodatečné tepelné zatížení vlivem vysokého napětí a/nebo proudu. Ztrátový úhel (delta) a měřitelné množství generovaného tepla jsou v takových případech důležitými konstrukčními faktory. V některých aplikacích se obvod může naladit tak, aby se dostal do rezonance pouze při nízkých napětích v systému. Umožní se tím vzrůst napětí vyvolaný sériovou rezonancí, který vykompenzuje stav nízkého napětí v systému. Analogická konstrukce se může použít pro paralelní zapojení pro udržování proudu nebo pro hybridní zapojení.

Napěťové rázy a špičky přechodových stavů sítě je také nutné uvažovat. Nárůsty napětí způsobené blesky, přepínacími operacemi a podobné události mají velký vliv na všechna zařízení. Cívky, MOV, lavinové diody a jiné bleskojistkyjsou užitečné při ochraně obvodů podle vynálezu a dalších zařízení před poškozením. Vynález prostřednictvím kapacitního odporu vůči okamžité změně napětí určitým způsobem chrání připojené zátěže před přechodovými jevy. Pokud je časová konstanta propustnosti delší než časová konstanta přenosu od MOV do země, může zátěž zůstat ušetřena. Uplatnit se mohou i standardní konstrukční opatření pro omezení proudu a ochranu obvodu. Předpokládejme sinusový průběh vlny. Podíl amplitudy (od vrcholu k nule) napětí k efektivní hodnotě (RMS) je odmocnina ze dvou. Tedy, pro 120 VAC zdroj je okamžité špičkové napětí 169.71 V. V třífázovém systému 120:208 VAC se efektivni hodnota napětí mezi dvěma fázemi liší od napětí fáze vzhledem k nule faktorem odmocniny ze tří. Ekvivalentní amplituda napětí mezi dvěma fázemi je potom 293.94 VAC.

Většina užitečných střídavých elektrických zátěží (indukční) má zpožděné (proud zaostává za napětím) účiníky. Vynález může být zařízením, které ve veřejné síti zajišťuje stabilní předbíhající účiník (proud předbíhá napětí). Při zapojení vynálezu do série s odporovou nebo induktivní zátěží lze dosáhnout stavu, kdy se z pohledu střídavého zdroje dosáhne zlepšeného, jednotkového nebo předbíhajícího účiníku. Kapacitní obvod a/nebo indukční prvky lze do sítě zapojovat neboje z ní vypojovat podle potřeby. Pole antisériových kondenzátorů se mohou řídit nezávisle a při zapojování a/nebo vypojování do obvodu se mění celkové parametry obvodu. Výsledkem je zvýšení účinnosti, regulovatelnosti a stability přenosu výkonu. Navíc lze podle potřeby zlepšit věrnost přenosu signálu a kapacitu pro uchovávání energie. Tyto vlastnosti jsou dalším oceňovaným příspěvkem veřejným rozvodným sítím.

Zapínací proudy jsou zdrojem významných problémů při regulaci napětí v elektrických sítích. Sériové kondenzátory jsou schopny zlepšit účiník při zapínacích proudech. Zlepšený okamžitý účiník sníží požadavek na okamžitý proud v připojeném zdroji nebo elektrické síti. Střídavá impedance polarizovaného kondenzátorů se, jak bylo zjištěno, zvyšuje s procházejícím proudem, což je další proud omezující vlastností vynálezu. Snížení požadavků na okamžitý výkon vede přímo ke snížení okamžitého přenášeného výkonu a tím i distribučních ztrát. Snížené přenosové a distribuční ztráty snižují požadavky na zdroj nebo připojenou síť. Tedy, snížené zapínací a startovací požadavky zvyšují okamžitou rezervu výkonu a stability sítě. Další způsoby omezení proudu jsou popsány a/nebo naznačeny v této přihlášce.

Regulace napětí v ustáleném stavuje podobnou aplikací vynálezu. Pole sériových kondenzátorů se mohou rozdělit. Jak se střídavá zátěž zvětšuje, lze zapojovat další a další kondenzátory pomocí statických spínačů, elektro-mechanických kontaktních spínačů nebo jiných mechanismů. Tímto způsobem se dosáhne snížení sériové rezistance kondenzátorového pole. Obdobně, v rezonanční aplikaci má přidání nebo odebrání kapacitance významný vliv na střídavé napětí sítě. Tedy, regulace střídavého napětí je jedním ze způsobů použití vynálezu. V některých případech mohou mít dva různé střídavé systémy různé podmínky stejnosměrného předpětí, Pokud mají společné napětí a jsou ve fázi, lze vynález použít pro jejich propojení. Vynález může posloužit také pro alternativní způsob spojování střídavých systémů. Lze očekávat, že vynález najde mnohá uplatnění.

Zařízení podle vynálezu lze použít v nepřetržitém provozu jednofázového motoru, jednofázového motoru s pomocnou fází a/nebo kapacitního střídavého indukčního motoru. Tedy, obě vinutí se mohou použít zároveň, pokud byly pro takový účel navrženy. Manipulace s proudovým vektorem definuje směr otáčení jednofázového motoru. Vynález dále odstraňuje 120 Hz vibrace, které doprovází činnost jednofázových motorů. Tato implementace dále umožní vynechat odpojovači obvod. Alternativně lze konstrukci motoru s pomocnou fází upravit tím, že se opožděné vinutí po spuštění motoru odstaví. Chytrým použitím přesně regulovaného proudového vektoru lze například ekonomicky zlepšit syntézu třífázové elektřiny z jednofázového zdroje.

• i * • 9* • · * * «99 9· *·*

Praktické realizace vynálezu mohou vyžadovat svodové odpory umístěné paralelně s polarizovanými kondenzátory. Značně se tím zvýší bezpečnost obsluhy při údržbě systému. Svodové odpory mohou být zapojené nastálo nebo se alternativně mohou do obvodu zapínat pouze po odpojení nebo vypnutí napájení. Mnohé specifikace a normy použití svodových odporů přímo vyžadují. Ačkoliv se svodovým odporům obětuje část rychlosti reakce, účinnosti i stability vynálezu, nepředstavují významnější problém. Odpory mají i druhotnou funkci v tom, Že snižují kolísání střídavého i stejnosměrného napětí vlivem tolerancí součástek a/nebo chyb na kondenzátorech. Kapacitance, impedance, svodové proudy a další parametry se mění s teplotou, věkem i podle dalších podmínek. Důležitými se tyto faktory stávají zejména při nasazení více sériových a/nebo antisériových sestav.

Pokud dochází k sériové rezonanci, je žádoucí zvýšit jmenovité napětí kondenzátorů a také velikost stejnosměrného předpětí. Přechodové rezonanční stavy ve střídavých sítích mohou vyžadovat řízené (regulované) zdroje stejnosměrného předpětí i v aplikacích, ve kterých lze jinak vystačit s neregulovaným napájením. Volitelné, neregulované plovoucí schéma zajištění stejnosměrného předpětí, které nicméně poskytuje odpovídající potenciál pro různé provozní režimy, je popsáno a nárokováno v této přihlášce. Rezistance sériové zátěže a vnitřní rezistance kondenzátorů obvykle utlumí část rezonancí. Specifikace kondenzátorů pro podmínky střídavých sítí obvykle nevyžadují vysoká jmenovitá napětí. Pokud se však polarizované kondenzátory ve střídavých aplikacích začnou používat v širším měřítku, bude nutné takovou podmínku do konstrukčního návrhu sítě zahrnout.

Dále, indukční generátory mají významné potíže při napájení indukčních motorů. Existuje podstatný nedostatek magnetízačního jalového výkonu VAR. Vynález ale přináší nadbytek kapacitní reaktance a tak podstatně zlepšuje takové aplikace. Protože indukční generátory jsou podstatně levnější než generátory synchronní, lze od vynálezu očekávat významné přínosy.

Lze uvažovat s jak rezonančními, tak nerezonančními aplikacemi (pro libovolnou frekvenci, která je nižší než vlastní frekvence polarizovaného zařízení pro uchovávání náboje).

Parametry takových aplikací lze buď změřit a/nebo vypočítat. Pro výpočet a/nebo měření lze zvolit libovolný průběh vlny. V následujícím příkladu je uvažováno s aplikací, která používá elektrolytické kondenzátory s hliníkovým obalem počítačové kvality, je nerezonanční a pracuje se sinusovou vlnou na frekvenci 60 Hz. V příkladu se provádí pouze výpočet prvního řádu.

9* ·

• 9 • 9 *

· • í * ’9 · • 9 9 · • « 9 ♦ · • 9 · «99 9* ····

Jde o jednoduchou aplikaci s distribuční zátěží s maximálním proudem v ustáleném stavu 10 A a maximálním proudem v přechodovém stavu 90 A. Trvání přechodového stavu se předpokládá za tepelně významné. Napětí systému je 120 VACrms, plus mínus 10%. Teplota okolí je zvolena 45 °C. Antisériový pár polarizovaných kondenzátorů podle vynálezu s dopředným předpětím se umístí do série s jediným zdrojem a jedinou zátěží (antisériový pár bude ve fázové větvi). Předpokládá se, že kapacitance kondenzátorů je +/-20% jmenovité hodnoty. Dále se použije výpočtová rezerva 10%. Jednoduchý výpočet prvního řádu předpokládá chlazení proudícím vzduchem bez tepelných jímek nebo jiných vylepšení chlazení. V příkladu není uvažováno s korekcí na teplotu a frekvenci a ani s výrobními tolerancemi kondenzátorů. Obdobně se zanedbává vliv napěťové rezervy pro snížení zkreslení signálu a prodloužení životnosti.

Nechť:

Vrms	= Efektivní hodnota (Root Mean Square) střídavého napětí
Vpp	= velikost vlny střídavého napětí od vrcholu k vrcholu
Vpo	- velikost vlny střídavého napětí od vrcholu k nule
Vhalf	= střídavé napětí přes jeden kondenzátor z antisériového páru
Vsurge	= jmenovité maximální stejnosměrné rázové napětí kondenzátorů
WVDC	= jmenovité stejnosměrné napětí kondenzátorů
Vbias	= předpětí kondenzátorů
Dfac	= 10% výpočtová rezerva
Cfac	= 20% odchylka kapacitance

Platí, že Vpp = 2Vpo = 2Vhalf= 2Vrms.

Je zřejmé, že okamžité složené napětí Vbias plus Vhalf musí být menší než WVDC. Je rovněž zřejmé, že pro udržení stálého dopředného předpětí na polarizovaném kondenzátorů musí být velikost Vbias rovna nebo větší než Vhalf. Dále, velikost střídavého napětí v ustáleném stavu je maximální, právě když stejnosměrné předpětí je 1/2 WVDC. Velikost střídavého rázového napětí je maximální v případě, že stejnosměrné předpětí je 1/2 maximálního stejnosměrného rázového napětí kondenzátorů. Odtud vyplývá, že (Vbias+Vhalf) musí být větší než, nebo rovno velikosti střídavého napětí systému. Rozdělení střídavého napětí je ovlivněno změnami *

t 0 ί * · * · ·.

··* okamžité kapacitance kondenzátorů. Tedy, pro 20% odchylku kapacitance a pro 10% změnu střídavého napětí systému, dostáváme:

(Vpp) x Dfac x Cfac = (169.71 x 2) x 1.10 x 1.20 = 448.03 V.

Pro jeden kondenzátor je to (Vpo) x Dfac x Cfac = (169.71) x 1.10 x 1.20 = 224.02 V.

Střídavé napětí se rozdělí na obě antisériové strany vynálezu. Na základě vypočtené hodnoty prvního řádu lze vybrat odpovídající zařízení.

Poslední katalog Comell Dubílier obsahuje model číslo DCMC123T450FG2D. Tento kondenzátor má jmenovitou kapacitu 12000 pF, ESR 13.3 mO a maximální jmenovitý střídavý zvlněný proud 24.0 A. WVDC a Vsurge jsou 450 VDC a 500 VDC. V našem případě se Vhias zvolí WVDC/2, čili 225 VDC. To odpovídá jmenovitému složenému napětí: Vhalf+WVDC/2 =449.02 V.

Volba celkem osmi kondenzátorů (4 na každé straně) zajistí proudovou zatížitelnost 96 A.

Celková jmenovitá kapacitance zařízení je 12000 x 4 / 2 = 24000 pF. Jmenovitý ESR je 6.65 πιΩ, impedance kondenzátorů je řádově 12 πιΩ a velikost impedance zátěže je 1.33 Ω a 12.0 Ω pro přechodový, resp. ustálený stav. Pokles střídavého napětí na sestavě kondenzátorů je v ustáleném stavu řádově 0.12 V a pokles napětí přes každou stranu kondenzátorového páru v nepříznivých přechodových stavech je 1.1 V. Z uvedeného příkladu je zřejmé, že až na rezonanční a poruchové stavy je jmenovité napětí kondenzátorů mnohem vyšší, než je ve skutečnosti potřeba. Výhodami, které lze získat z menších jmenovitých napětí kondenzátorů, jsou velikost, hmotnost, kapacitance a cena takových zařízení. Na druhé straně mezi nevýhody patří zničení zařízení při poruše nebo při rezonanci. Jako vždy v obdobných případech je třeba nechat rozhodnout ekonomická a bezpečnostní hlediska. Pro větší robustnost se zařízení může navrhnout s rychlými pojistkami, bleskojistkami, svodovými odpory, měřicími a vyhlazovacími kondenzátory.

i λ • ♦ »« v

• · »

··· *

«·· «·· ft ···

Inženýři a technici by měli návrhu zařízení podle vynálezu věnovat až neobvyklou pozornost. Rozšířené a obvyklé opatření odstavení z provozu vyjmutím klíče je pro bezpečnost obsluhy zařízení podle vynálezu zcela nedostatečné. Velké elektrické kondenzátory, jejichž použití lze podle vynálezu předpokládat, mohou zůstat v elektricky nabitém stavu i několik dní, samozřejmě pokud se neopatří vhodnými svodovými odpory nebo podobnými prvky. Vysoké napětí představuje život ohrožující nebezpečí. Každému, kdo bude mít co do činění s nabitými zařízeními podle vynálezu, lze proto jen doporučit nesmírnou opatrnost.

Neodbomíci by se zařízením podle vynálezu vůbec neměli dostat do styku. Například, pokus zapojit ďArsonvalův přístroj paralelně s polarizovaným kondenzátorem může vyzkratovat stejnosměrné předpětí i střídavý zdroj. Důsledkem by bylo narušení systému a vyhoření přístroje. Mohlo by dojít i ke zpětnému předpětí na kondenzátoru doprovázenému okamžitým zkratem a následným přerušením obvodu. Neodbomíci by si měli dávat pozor i na přidávání obvodových prvků. Cívka nebo malý odpor umístěný paralelně s polarizovaným kondenzátorem povede ke stejným důsledkům jako výše popsaný omyl při měření. Z uvedených důvodů by se sestavy polarizovaných kondenzátorů měly používat jako předvyrobená jednotka.

Vlastní rezonance PECS zařízení, pokud k ní dojde, se může svést do země odpovídajícím RFI filtrem nebo utlumit.

Frekvenční charakteristika obvodů s PECS zařízeními je užitečným doplňkem určitých zařízení pro změnu frekvence. Snížení efektivní kapacitance obvodu se zvyšující se frekvencí částečně vyrovnává pokles impedance se zvyšující se frekvencí. Například lze zvýšit účinnost přenosu energie pohonu s proměnnou rychlostí při zachováni proudového omezení při nízkých frekvencích. Tedy, pohon může pracovat s lepším účiníkem ve větší frekvenční oblasti.

Lze navrhnout celovlnné usměrňovače, které budou mít jedno PECS zařízení na každé svorce střídavého zdroje jakoby v antisériovém uspořádání. Středový uzel se tím rozdělí. Usměrňovači můstek a stejnosměrná výstupní část se připojí k volným koncům PECS zařízení, kde byl předtím stejnosměrný společný uzel. Stejnosměrný výstup se využije v plovoucích stejnosměrných aplikacích. Část napětí ze stejnosměrného výstupu se vede nazpět k PECS zařízením jako předpětí. Taková konstrukce nevyžaduje oddělovací transformátor pro napájení nabíječe nebo stejnosměrného napájení. Navíc, účiník usměrňovače se bude • fc fc · fcfc fc fc • fcfc fc* fc fc fc fc • fcfc «

fc • fcfc • fc· opravovat vzhledem ke zpožděnému účiníku izolačním transformátorem napájeného zařízení. Obvod lze navrhnout pro jednofázové i vícefázové aplikace. Vynález předpokládá i další podobné konstrukce pro přeměnu energie.

Existují aplikace, které využívají koncových charakteristik diskrétních součástek. Je přítomen dělič napětí a mohou se použít správně navržené filtry. Horní propustí, dolní propusti a blokovací filtry vázané ke středovému uzlu by se měli používat velmi opatrně. Předpokládá se, že konstrukční návrhy zahrnující magnetické nasycení, rezonanci, Bodeho křivky, Nyquistovy křivky a podobně, budou provádět pouze odborníci.

Mimo uvedených způsobů existuje ještě mnoho dalších realizací pro ustavení a udržování vhodného stejnosměrného předpětí na kondenzátorech. Stejnosměrný proud lze odebírat z libovolného schématu zahrnujícího neregulovaný nebo regulovaný zdroj. Nepřípustné jsou ovšem zemnicí smyčky a přivedení stejnosměrné předpětí na střídavý zdroj, ke kterému může dojít například pří použití elektrického oddělení pomocí transformátoru a neuzemněných zařízení na sekundární straně (plovoucí stejnosměrné napájení). Pro zvýšení spolehlivosti systému se mohou použít baterie. Baterie zajišťují zálohu napájení po předem určenou dobu (danou jejich návrhem). Vzhledem k pozvolné ztrátě elektrického náboje v polarizovaném kondenzátorů zajistí i malá elektrochemická baterie působeni dostatečného stejnosměrného předpětí po mnoho dní. Výběr typu baterie záleží na aplikaci. Výběr baterie ovlivňuje cena, okolní teplota, seizmické podmínky, spolehlivost střídavého napájení, ventilace, očekávaná životnost, atd. Maximální nabíjecí napětí a konečné vybíjecí napětí baterie nebo parametry stejnosměrného systému musí polarizované kondenzátory udržet mimo oblast odřezávání střídavého signálu.

Největší stejnosměrná předpětí jsou potřeba při rezonanci, poruše, startování motoru, zapínání transformátoru, přepínacích operacích, výskytu napěťových špiček a podobných podmínkách. V jiných provozních stavech lze úroveň předpětí značně snížit a tím prodloužit životnost kondenzátorů. Nastavení napětí může být automatické prostřednictvím vhodné zpětnovazební smyčky. Kvůli elektrické bezpečnosti a/nebo požadavkům konkrétní aplikace se mohou dále přidávat další prvky, jako jsou svodové odpory, zátěžové odpory, harmonická filtrace, jističe, nepolarizované vyhlazovací kondenzátory, nadproudová ochrana, ochrana proti zemnicím poruchám, přepínací mechanismy a diagnostika. Jiné aplikace mohou zahrnovat stykače, stejnosměrné přednabíjecí prvky, mechanismy pro měkký rozběh apod. Změny a úpravy podobné povahy nepředstavují významnou odchylku od zde popsaných zařízení a způsobů.

Existuje mnoho způsobů implementace vynálezu. Nejširší možnosti jsou v oblasti zdroje předpětí a AC/DC rozhraní. Vše, co se týká těchto dvou prvků je do vynálezu zahrnuto. Lze také předpokládat, že při výrobě a implementaci vynálezu budou použita různá ekonomická schémata. Například, na doprovodných výkresech jsou diody zobrazené jako diskrétní součástky. Na trhu jsou však dnes k dispozici různé kombinace diod. Dvěma nejrozšířenějšími kombinacemi jsou můstkové usměrňovače a dvojité diody se společnou katodou. Taková zařízení snižují počet diskrétních součástek a tudíž i výrobní cenu. Vícepólové kondenzátory jsou dalším způsobem snížení výrobních nákladů. Wheatstoneův můstek je obdobnou odporovou kombinací. Opravdu, snažení v oboru konstrukce mikroobvodů vede k progresivnímu snížení počtu diskrétních součástek. Všechny takové změny zde popsaných schémat vynález zahrnuje. Lze očekávat, že jednotlivá provedení vynálezu se budou odlišovat různými přístupy ke chlazení a ochraně. Vynález zahrnuje rovněž různé způsoby teplotní regulace a způsoby elektrické izolace.

Dále, ekonomickou součástí některých aplikací jsou určitá rozhraní, jiné aplikace mohou ekonomicky využívat stávající topologie vnějších obvodů. Vynález zahrnuje zařízení všech úrovní proudů, napětí a frekvencí. Obdobně vynález zahrnuje všechna polarizovaná zařízení pro uchovávání elektrického náboje. Vynález může být proveden v jiných podobách, aniž by však byly opuštěny jeho základní znaky. Je důležité upozornit, že v každém z výše zmíněných provedení se součástky mohou zvětšovat či zmenšovat podle potřeby. V této přihlášce jsou uvedeny pouze příkladná provedení zařízení a způsobů podle vynálezu. Ekonomické realizace vynálezu se mohou odlišovat mimo jiné v systémovém napětí, proudových požadavcích v ustáleném stavu, proudových požadavcích v přechodovém stavu, pravděpodobnosti rezonance, vlastnostech vybraného modelu kondenzátorů, výběru zdroje stejnosměrného předpětí, prostředí, požadavcích na zálohování, uvažování vnější poruchy, uvažování vnitřní poruchy, apod.

Další cíle, výhody a nové rysy vynálezu jsou odborníkům z textu této přihlášky jistě zřejmé nebo budou objeveny v průběhu uvádění vynálezu do praxe. Cíle a výhody vynálezu lze dosáhnou pomocí nástrojů a zvláště jejich kombinací zde uvedených, naznačených nebo odborníkům známých. Provedení vynálezu popsaná v této přihlášce jsou zamýšlena pouze ·

• 4 • 44 • 4 • 4»

444 jako příkladná, ne omezující. Různé změny, úpravy, odchylky a přídavky k popsaným provedením lze provést bez vzdálení se definovanému rozsahu vynálezu. Všechny změny, které spadají do smyslu a rozsahu ekvivalence, nároků a dalších zde uvedených skutečností, jsou považovány za zahrnuté do tohoto vynálezu. Mnoho spojitých a/nebo přechodových použití a/nebo aplikací kondenzátorů ve střídavých sítích je odborníkům známo, mimo jiné například rezonance, komutace, omezování, ferro-rezonance, ochrana před rázy, kompenzace, uchovávání energie, řízení při poruše, regulace napětí, omezení proudu, přenos řídicích signálů, apod. Všechny zde uvedené nároky a popisy byly zamýšleny tak, aby pokryly všechny takové i jiné aplikace, změny a modifikace, které spadají do ducha, rozsahu a smyslu vynálezu.

• • φ φ

φ·· φ

* φφφ • φ φ · * φ φφφ φφ φφ φφ»

PŘÍLOHA A: VYSVĚTLIVKY ODBORNÝCH TERMÍNŮ

Termínem antisériová se označují dvě nebo více PECS zařízení, která jsou spojená anodami a/nebo katodami. To znamená, že antisériová PECS zařízení mají na anodách, katodách nebo anodách i katodách stejnosměrné uzly. Uvedená definice platí v širším smyslu a zahrnuje také uspořádání s větším množstvím součástí, jakým je například zapojení anod (nebo katod) více PECS zařízení do v podstatě jediného stejnosměrného uzlu v konstrukci děliče proudu. Například, každé z pěti PECS zařízení, které jsou navzájem zapojené do hvězdy a spojené anodami, je v antisériovém zapojení s každým z ostatních zařízení. Také PECS zařízení v různých fázích vícefázového střídavého systému mohou být navzájem v antisériovém zapojení. Obdobně, při posuzování, zdaje PECS zařízení v antisériovém zapojení, může dané zařízení ve skutečnosti zahrnovat množství zařízení v paralelním uspořádání, například pro zvýšení proudové zatížitelnosti. Navíc lze antisériovým způsobem zapojit několik sérií PECS zařízení, například pro zvýšení jmenovité hodnoty střídavého napětí. Obdobně lze pro zvýšení jmenovitého napětí do série zapojit několik antisériových párů PECS zařízení. Nakonec, části střídavého systému (jako jsou střídavé zdroje a zátěže) se mohou ve skutečnosti zapojit mezi antisériová zařízení ve stejnosměrném uzlu.

Termín střídavý a střídavý zdroj je v této přihlášce použit v širším smyslu. Pod termín střídavý a střídavý zdroj spadají mimo jiné zařízení se stálou frekvencí, proměnnou frekvencí, stálou amplitudou, proměnnou amplitudou, frekvenční modulací, amplitudovou modulací a/nebo pulzní modulací. Tímto termínem se označují i další signální a/nebo komunikační techniky, jako je využívání postranních pásem a superpozice (skládání), a další lineární, nelineární, analogové či digitální signály. Střídavý zdroj může zahrnovat harmonické složky. Libovolný v čase proměnný signál lze označit jako střídavý, případně střídavý zdroj. Takové signály mohou přenášet data nebo energii. Obdobně tento termín zahrnuje ¹ hybridní střídavé zdroje, které využívají několik způsobů a/nebo režimů. Odkazem na jediný střídavý zdroj se nevylučují střídavé zdroje násobné.

Termínem AC blokovací zařízení se označuje zařízení, způsob, konstrukce nebo technologie, která má ve srovnání se souvisejícími antisériovými PECS zařízeními značnou střídavou impedanci a kterou lze zároveň uspořádat tak, aby se umožnil průchod stejnosměrného proudu pro zajištění předpětí pro taková PECS zařízení. AC blokovacím zařízením mohou být například odpory, cívky, usměrňovače, elektrické spínače apod.

«

000 • · • 4

000

004 ΐ * *

0*0 00 0··

Termín spojitý a ustálený stav neznamená, že dotčené zařízení nebo způsob nelze použít v přechodových aplikacích, jakou je například startování.

Termínem stejnosměrný, stejnosměrná elektrická energie a stejnosměrný proud se rozumí libovolná technologie, konstrukce, stav, skutečnost nebo zařízení, které vytváří, způsobuje, přispívá k, udržuje nebo upřednostňuje jednosměrný, či převážně jednosměrný, tok, posunutí, přenos a/nebo tok jednoho nebo více nosičů elektrického náboje, jako jsou mimo jiné elektrony, iony a díry. Termín zahrnuje také obousměrný pohyb opačně nabitých částic. Jako stejnosměrné se v širším smyslu označuje napětí, které se v podstatě nemění v průběhu času.

Termíny stejnosměrný zdroj, zdroj stejnosměrného napětí nebo stejnosměrný napájecí zdroj jsou použity v jejich Širším smyslu. Termín zahrnuje libovolný způsob nebo zařízení použité nebo použitelné pro generování, vytváření nebo usměrňování střídavého proudu tak, aby vznikla stejnosměrná elektrická energie. Zdroje stejnosměrného napájení zahrnují mimo jiné stejnosměrné generátory, elektrochemické baterie, fotovoltaická zařízení, usměrňovače, palivové články, stejnosměrná kvantová zařízení, určitá elektronková zařízení, apod. Patří sem regulované, neregulované, filtrované i nefiltrované typy. Stejnosměrné zdroje zahrnují usměrňovače napájené ne-elektricky oddělenými zdroji, autotransformátory, oddělovací transformátory a ferorezonanční transformátory. Obdobně sem patří DC-DC napájecí zdroje, spínané stejnosměrné napájecí zdroje, pulzní nabíječe apod. Použití termínu v jednotném čísle nevylučuje možnost využití vícenásobných stejnosměrných zdrojů v paralelním, sériovém nebo antisériovém uspořádání. Obdobně je zahrnuta schopnost nastavení úrovně stejnosměrného předpětí v reálném čase. Použití diodových srážečů a přesně regulovaných stejnosměrných napájecích zdrojů s plovoucím napětím přináší určité provozní i konstrukční výhody, zvláště tam, kde jsou pro zálohovém napájecího zdroje použity elektrochemické baterie, nebo když se využívají antisériová PECS zařízení.

Termín zdroj stejnosměrného předpětí je opět použit ve svém širším smyslu. Termín pokrývá a zahrnuje libovolný způsob, konstrukci a/nebo zařízení použité nebo použitelné pro vytvoření a přivedení stejnosměrného proudu a napětí k PECS zařízení, přičemž omezuje nebo blokuje tok proudu střídavého. Termín může mimo jiné zahrnovat nejméně jeden zdroj stejnosměrného napětí, který je v podstatě v sérii s nejméně jedním AC blokovacím • · ··· *

• · »»« ··· • * • 4 «« «

• ·· zařízením. Podle vynálezu jsou jeden nebo více zdrojů stejnosměrného předpětí zapojeny k PECS zařízením tak, aby přes tato PECS zařízení ustavily a udržovaly dopředně stejnosměrné předpětí. Zdroj stejnosměrného předpětí brání zpětnému předpětí a nadměrnému dopřednému předpětí, kterým by na PECS zařízení mohl působit střídavý zdroj. Jediný zdroj stejnosměrného napětí se může pomocí odpovídajícím způsobem zapojených zařízení, která jsou vodivá pro stejnosměrný proud a zároveň blokovací pro proud střídavý, uspořádat tak, aby sloužil jako zdroj stejnosměrného předpětí pro několik PECS zařízení. Obdobně lze využít násobných zdrojů stejnosměrného napětí a/nebo zdrojů stejnosměrného předpětí jako zálohovaných zdrojů předpětí pro antisériová PECS zařízení ve střídavé aplikaci.

Termínem stejnosměrný uzel se označuje uzel v uspořádání dvou nebo více antisériových PECS zařízení, v němž se spojují póly zařízení se stejnou polaritou. Stejnosměrný uzel může zahrnovat (ale nemusí) jedno nebo více střídavých zařízení (jako je cívka) se zanedbatelným úbytkem stejnosměrného napětí. To znamená, že v rámci stejnosměrného uzluje v podstatě stejné stejnosměrné napětí. Do stejnosměrných uzlů mohou být obdobně zapojeny obvody stejnosměrného předpětí, měřiče, indikátory, výstrahy, apod.

Termín elektrické oddělení (elektrická izolace) je použit ve svém širším smyslu. Termín obecně zahrnuje v případě střídavého proudu mimo jiné oddělovací transformátory, ferorezonanční transformátory a samostatně vytvořená, invertovaná a/nebo generovaná elektrická napájení. Stejnosměrné odděleni lze realizovat kondenzátory. Termín elektrické oddělení zahrnuje také stejnosměrná napájení, která jsou vytvořena, usměrněna nebo generována samostatně. Elektrickým oddělením se rozumí označení vlastnosti neexistence pevné zemnicí referenční úrovně, vybrané společné nuly, země, referenčního napětí nebo vlastnost střídavého výběru samostatných nul, zemí nebo referenčních napětí. Výběr může proběhnout v okamžiku zapojení nebo provozního propojení, nemusí být vrozenou vlastností konstrukce, materiálů nebo charakteristik napájení.

Termín polarizované zařízení pro uchovávání elektrického náboje (PECS)” je použit ve svém širším smyslu. Termínem se obecně rozumí libovolné vhodné polární zařízení pro uchovávání elektrického náboje, mezi která patří mimo jiné elektrolytické kondenzátory, elektrochemické baterie, určitá elektronková zařízení, polovodičová kapacitní zařízení, fotovoltaická zařízení, palivové články, zařízení pro uchovávání kvantového náboje, apod. Pro účely tohoto dokumentu může polarizovaným zařízením pro uchovávání elektrického náboje být libovolná «

444

4 4 Φ * * «44 • 44 4« 444 technologie nebo zařízení, které podporuje statické oddělení náboje, má přednostní polaritu a má schopnost vést, přesunovat a/nebo přenášet elektrický proud. Na mnoha místech tohoto dokumentu jsou v textu i na obrázcích pro názorné předvedení různých aspektů vynálezu použity polarizované kondenzátory. Na mistě polarizovaných kondenzátorů nebo jako . doplněk zobrazených polarizovaných kondenzátorů lze však použít libovolné jiné vhodné polarizované zařízeni pro uchovávání elektrického náboje. Jinak řečeno, nebylo úmyslem opominout žádnou z jiných PECS technologií.

Termín usměrňovač je opět použit ve svém širším smyslu. Každé aktivní nebo pasivní zařízení, které upřednostňuje nebo je uspořádané tak, aby upřednostňovalo, jednosměrný tok elektrického náboje, lze považovat za usměrňovač. Také obousměrný tok opačně nabitých částic je zahrnut do definice usměrňovače. Usměrňovač zahrnuje mimo jiné jednu nebo více diod, tranzistorů, křemíkových řízených usměrňovačů (SCR), omezovačích (cut-ofí) SCR, tyristorů, IGBT tranzistorů, FET tranzistorů, dělených prstenců (split ring), určitých elektronkových zařízení, apod. Uspořádání usměrňovačích obvodů zahrnuje půlvlnné, celovlnné a vícefázové usměrňovače a usměrňovače pracující na základě dělení vlny. Usměrňovači pulzy mohou v jedno fázových i vícefázových případech vzhledem ke střídavé vlně buď proudu nebo napětí být buď protilehlé, shodné nebo posunuté. Dosáhnout se toho dá například bodovou konvencí (dot convention) u oddělovacích transformátorů, způsoby vinutí pro dosažení fázového posunutí, IZO zpožděním nebo elektronicky, abychom jmenovali alespoň nejpoužívanějši způsoby.

Termínem dostatečné dopředně stejnosměrné předpětí se označují způsoby a zařízení, které udržují na PECS zařízení takové stejnosměrné předpětí, aby v podstatě zabránily škodlivému zpětnému předpětí na zařízení účinkem střídavého signálu. Na rozdíl od dosavadního stavu techniky, v nichž předpětí v rámci cyklu oscilovalo mezi dopřednou a zpětnou úrovní a/nebo kvůli značnému rozdílu mezi velikostí signálu a velikostí stejnosměrného předpětí způsobovalo zkreslení střídavého signálu, může být stejnosměrné předpětí v ustáleném stavu nastaveno na libovolnou zvolenou úroveň. Velikost dopředného stejnosměrného předpětí je omezena zejména parametry (max. pracovním napětím) vybraného PECS zařízení. Obdobně jsou zahrnuty podmínky předpětí, v nichž velikost stejnosměrného předpětí každého PECS zařízení v podstatě přesahuje velikost přivedeného střídavého signálu.

,. ; ; ί · · ;·· i p ·· ··· ··· ·· ·· ····

Termínem spínač'* nebo elektrický spínač se označuje způsob nebo zařízení, pomocí kterého lze vypnout nebo zapnout elektrický proud. Spínač zahrnuje konstrukce s vodivými mechanickými kontakty, elektromechanická zařízení, polovodičová zařízení, relé, kapalinová zařízení, jako jsou rtuťové spínače, ventily, zhášecí vypínače, hradla, kvantová zařízení, apod.

' Dále lze pod tento termín zahrnout diferenciální zařízení, jako jsou reostaty a potenciometry, které mohou sloužit jako ztlumovače a/nebo regulátory proudu i jako vypínače, apod. Termín zahrnuje také zařízení pro řízem elektrického toku, intenzity, proudu nebo vodivosti prostřednictvím stavu nebo změny stavu látky. Rovněž čidla, pohony, regulátory, relé, desky plošných spojů, čipy apod. příslušné různým technologiím spínání jsou v tomto termínu zahrnuty. Elektrický spínač a spínač mají být v tomto dokumentu chápány vždy v širším smyslu. Popsaná zařízení a způsoby jsou pouze příkladná.

Termín DC blokovací zařízení zahrnuje libovolné zařízeni, způsob, konstrukci nebo techniku, která má relativně velkou stejnosměrnou rezistenci a/nebo odpor vůči toku stejnosměrného proudu. Například, DC blokovací zařízení zahrnuje mimo jiné polarizované kondenzátory, nepolarizované kondenzátory, elektrochemické baterie, jiná PECS zařízení, odpory, usměrňovače, apod. Obdobně, oddělovací transformátory slouží jako DC blokovací zařízení, protože stejnosměrný proud se magneticky neváže. Usměrňovači můstky mají vyšší úroveň DC blokování než jednoduché usměrňovače nebo půlvlnné můstky.

Termín teplotní regulace zahrnuje řízení teploty PECS zařízení přirozeně nebo uměle napájeným prostředkem tak, aby se měnila teplota na povrchu nebo uvnitř zařízení.

Obvyklými způsoby teplotní regulace jsou vodní lázně, olejové lázně, chladivá, cirkulační systémy s chladiči a použití topných těles a výměníků tepla. Pro udržování nebo změnu teploty zařízení lze použít také tepelná čerpadla, polovodičové chladiče a jiné vhodné způsoby.

Termín přechodový neznamená, že dotčené zařízení nebo způsob nelze použít v aplikacích ustáleného stavu a spojité činnosti.

Claims (63)

1. PATENTOVÉ NÁROKY (UPRAVENÉ)

   1. Polarizované zařízení pro uchovávání náboje (PECS) pro prácí ve střídavé síti, která má střídavý zdroj a nejméně jednu zátěž, která je připojená ke střídavému zdroji, pro příjem střídavého signálu, které zahrnuje:

   nejméně první a druhé PECS zařízení v navzájem antisériovém uspořádání, přičemž antisériová PECS zařízení jsou upravena pro funkční připojení ke střídavé síti a přijetí střídavého signálu;

   nejméně jeden stejnosměrný zdroj, který je připojený k prvnímu a druhému PECS zařízení, vyznačující se tím, že nejméně jeden stejnosměrný zdroj je připojen k prvnímu a druhému PECS zařízení pro udržování obou z PECS zařízení pod nepřetržitým dopředným předpětím, když jsou vystavena střídavému signálu.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že k prvnímu a druhému zařízení je připojen nejméně jeden stejnosměrný zdroj aby střídavý signál v podstatě neprocházel nejméně jedním stejnosměrným zdrojem.
3. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že antisériové uspořádání PECS zařízení je uzpůsobeno pro v podstatě paralelní spojeni se střídavou zátěží.
4. 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že antisériové uspořádání PECS zařízení je uzpůsobeno pro v podstatě sériové zapojení mezi střídavý zdroj a střídavou zátěž.
5. 5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejméně jedna výstupní svorka nejméně jednoho stejnosměrného zdroje je uzpůsobena tak, aby byla elektricky oddělena od nejméně jednoho střídavého zdroje.
6. 6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejméně jeden stejnosměrný zdroj je neuzemněný.
7. 7. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejméně jedna výstupní svorka nejméně jednoho stejnosměrného zdroje je uzpůsobena pro funkční spojení se zemí střídavého systému.

   ·9· t 9 99 • · • * · * • 4 9 ·« 444 • 9 9

   9 « ·

   9 9 9

   4« 9949
8. 8. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že první a druhé PECS zařízení je vystaveno vzájemně symetrickému stejnosměrnému předpětí.
9. 9. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že první a druhé PECS zařízení jsou navzájem spojena ve stejnosměrném společném uzlu, přičemž zařízení dále zahrnuje nejméně jedno AC blokovací zařízení, které je zapojené mezi stejnosměrný společný uzel a stejnosměrný referenční uzel.
10. 10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že nejméně jedno AC blokovací zařízení zahrnuje odpor, který má ve srovnání s prvním a druhým PECS zařízením dostatečně vysokou impedanci, pro blokování střídavého signálu tak, aby střídavý signál v podstatě procházel PECS zařízeními.
11. 11. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, Že stejnosměrný společný uzel zahrnuje nejméně jedno střídavé zařízení mezi prvním a druhým PECS zařízením.
12. 12. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že dále zahrnuje AC blokovací zařízení mezi stejnosměrným společným uzlem a dalším uzlem prvního a druhého PECS zařízení.
13. 13. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že nejméně jeden stejnosměrný zdroj zahrnuje první a druhý stejnosměrný zdroj pro aplikaci předpětí samostatně na první a druhé PECS zařízení.
14. 14. Zařízeni podle nároku 13, vyznačující se tím, že první stejnosměrný zdroj je v podstatě paralelní s prvním PECS zařízením.
15. 15. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že dále zahrnuje AC blokovací zařízení, které je funkčně zapojené mezi první stejnosměrný zdroj a první PECS zařízení.
16. 16. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že druhý stejnosměrný zdroj je v podstatě paralelní s druhým PECS zařízením.

    · • · «· ··· ♦ ···
17. 17. Zařízení podle nároku 16, vyznačující se tím, že druhý stejnosměrný zdroj je zapojen v podstatě paralelně s nejméně druhým PECS zařízením přes nejméně jedno AC blokovací zařízení.
18. 18. Zařízení podle nároku 17, vyznačující se tím, že nejméně jedna svorka prvního stejnosměrného zdroje a nejméně jedna výstupní svorka druhého stejnosměrného zdroje jsou neuzemněné.
19. 19. Zařízení podle nároku 17, vyznaěující se tím, že nejméně jedna svorka prvního stejnosměrného zdroje a nejméně jedna výstupní svorka druhého stejnosměrného zdroje jsou vůči střídavému zdroji elektricky oddělené.
20. 20. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že nejméně jeden stejnosměrný zdroj zahrnuje první stejnosměrný zdroj, který má první a druhou výstupní svorku pro poskytování stejnosměrného potenciálu, přičemž první výstupní svorka je připojena ke stejnosměrnému společnému uzlu a druhá výstupní svorka je připojena k dalšímu uzlu prvního a druhého zařízení.
21. 21. Zařízení podle nároku 20, vyznačující se tím, že dále zahrnuje nejméně jedno AC blokovací zařízení v sérii mezi stejnosměrným společným uzlem a první výstupní svorkou.
22. 22. Zařízení podle nároku 20, vyznačující se tím, že dále zahrnuje nejméně jedno AC blokovací zařízení v sérii mezi dalším uzlem prvního a druhého PECS zařízení a druhou výstupní svorkou.
23. 23. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že střídavá síť je vícefázová střídavá síť se střídavou větví pro každou fázi sítě, kde první PECS zařízení je uzpůsobeno tak, aby bylo částí první střídavé větve, a druhé PECS zařízení je uzpůsobeno tak, aby bylo částí druhé střídavé větve.
24. 24. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že střídavá síť je vícefázová střídavá síť se střídavou větví pro každou fázi šitě, kde první a druhé PECS zařízení jsou uzpůsobena tak, aby byla částí první střídavé větve.
25. 25. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že PECS uspořádání je uzpůsobeno tak, aby bylo funkčně zapojeno do střídavé sítě pro provoz v ustáleném stavu.
26. 26. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že první a druhé PECS zařízení jsou upevněna do společné skříně.
27. 27. Zařízení podle nároku 26, vyznačující se tím, že první a druhé PECS zařízení jsou zavěšena do dielektrické tekutiny a upevněna do skříně izolovaným upevňovacím prvkem, kde skříň vytváří kontejner s elektrickou ochranou před nebezpečným dotykem.
28. 28. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zátěží je střídavý indukční motor s pomocnou fází a PECS zařízení jsou uzpůsobena pro spojení do série mezi střídavý zdroj a vinutí motoru s pomocnou fází a zůstala zapojena pro nepřetržitý provoz motoru.
29. 29. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že PECS zařízení jsou částí LC filtračního obvodu, který má cívku, LC filtrační obvod je naladěn na výkonovou základní frekvenci a navíc má spínač pro paralelní přemostění PECS zařízení v případě zjištění poruchy za LC filtračním obvodem.
30. 30. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že střídavý zdroj je prvním střídavým zdrojem, kde druhý střídavý zdroj, který má jiné střídavé napětí než první střídavý zdroj, je funkčně připojený k prvnímu PECS zařízení přes usměiňovač s proudovým omezením.
31. 31. PECS zařízení pro použití ve střídavé aplikaci, které zahrnuje:

    první PECS zařízení;

    nejméně druhé PECS zařízení, které je zapojené antisériové s prvním PECS zařízením; a nejméně jeden zdroj stejnosměrného předpětí, který je činně připojený k prvnímu a druhému PECS zařízení, vyznačující se tím, že nejméně jeden stejnosměrný zdroj je připojen k prvnímu a druhému PECS zařízení pro udržování obou z prvního a druhého PECS zařízení pod nepřetržitým dopředným předpětím tehdy, když jsou použita ve střídavé aplikaci.

    9 · ,**· ·Ι ·· ’J 1 · *

    6$ : : . ϊ • · · ί. ·· ·· ····
32. 32. Zařízení podle nároku 31, vyznačující se tím, že stejnosměrná napětí pro aplikaci předpětí na prvním a druhém zařízení se vzhledem ke střídavé aplikaci v podstatě navzájem vyruší.
33. 33. Zařízení podle nároku 31, vyznačující se tím, že dále zahrnuje střídavé elektrické zařízení, které se nachází mezi antisériovými PECS zařízeními, kde střídavé zařízení pracuje $ jinou úrovní stejnosměrného napětí než připojená střídavá aplikace.
34. 34. Zařízení podle nároku 33, vyznačující se tím, že střídavé zařízení zahrnuje stejnosměrný napájecí zdroj.
35. 35. Zařízení podle nároku 34, vyznačující se tím, že část stejnosměrného napájecího zdroje je funkčně zapojená mezi antisériová PECS zařízení pro aplikaci dopředného stejnosměrného předpětí na první a druhé zařízení.
36. 36. Zařízení podle nároku 31, vyznačující se tím, že antisériová PECS zařízení jsou použita pro spojení střídavého středového uzlu střídavé aplikace se zemnicím uzlem.
37. 37. Zařízení podle nároku 31, vyznačující se tím, že první a druhé PECS zařízení má každé kladný a záporný uzel, kde nejméně kladné nebo záporné uzly prvního a druhého zařízení jsou ze stejnosměrného pohledu v podstatě spojené dohromady.
38. 38. Zařízení podle nároku 37, vyznačující se tím, že ze stejnosměrného aspektu jsou kladné uzly prvního a druhého zařízení v podstatě spojené dohromady a záporné uzly prvního a druhého zařízení jsou v podstatě spojené dohromady.
39. 39. Zařízení podle nároku 31, vyznačující se tím, že zahrnuje jedno nebo více PECS zařízení zapojené v podstatě paralelně s druhým PECS zařízením, čímž je jedno nebo více PECS zařízení v antisériovém uspořádám s prvním PECS zařízením.
40. 40. Zařízení podle nároku 39, vyznačující se tím, že jedno nebo více PECS zařízení jsou v antisériovém uspořádání také s druhým PECS zařízením, čímž jsou první, druhé a jedno nebo více PECS zařízení ve vzájemně antisériovém uspořádání.

    • ·

    4 4 ·

    I • 44

    4 4 • 44

    4 ♦

    4444
41. 41. Zařízení podle nároku 31, vyznačující se tím, že dále zahrnuje jednu nebo více skupin antisériových PECS zařízení, na které je funkčně aplikováno dopředně předpětí a které jsou spojeny navzájem a připojeny k antisériovému uspořádání prvního a druhého zařízení ve stejnosměrném společném uzlu tak, aby tvořily dělič střídavého proudu.
42. 42. Zařízení podle nároku 31, vyznačující se tím, že dále zahrnuje nepolární kondenzátor, který je zapojený v podstatě paralelně s nejméně prvním PECS zařízením.
43. 43. Zařízení podle nároku 31, vyznačující se tím, že antisériová PECS zařízení jsou použita pro zlepšení střídavé aplikace ustáleného stavu.
44. 44. Zařízení podle nároku 31, vyznačující se tím, že nejméně jeden stejnosměrný zdroj je funkčně připojený k prvnímu a druhému zařízení tak, aby střídavý signál ze střídavé aplikace v podstatě neprocházel nejméně jedním stejnosměrným zdrojem.
45. 45. Zařízení podle nároku 31, vyznačující se tím, že antisériová první a druhé zařízení jsou zavěšena do dielektrické tekutiny a upevněna do skříně izolovaným upevňovacím prvkem, kde skříň definuje kontejner s elektrickou ochranou před nebezpečným dotykem a poskytuje elektrické kontakty pro připojení.
46. 46. Střídavá síť, která zahrnuje:

    střídavý zdroj;

    střídavou zátěž, která je funkčně spojená se střídavým zdrojem;

    první a druhé PECS zařízení v navzájem antisériovém uspořádání, která jsou funkčně připojena ke střídavému zdroji a zátěži; a nejméně jeden stejnosměrný zdroj, který je funkčně připojený k prvnímu a druhému PECS zařízení, vyznačující se tím, že nejméně jeden stejnosměrný zdroj je připojen k prvnímu a druhému PECS zařízení pro zabránění jejich poškození zpětným předpětím od střídavého zdroje tím, že udržuje první a druhé PECS zařízení pod nepřetržitým dopředným předpětím, když jsou vystavena střídavému zdroji.

    v * *

    • «

    67:

    ·· «

    • · • ♦ t · • · · ·· ··♦·
47. 47. Způsob použití PECS zařízení ve střídavé síti, která má střídavý zdroj a funkčně připojenou střídavou zátěž, způsob zahrnuje kroky:

    a) implementace nejméně prvního a druhého PECS zařízení v antisériovém uspořádaná do střídavé sítě pro zlepšení činnosti střídavé sítě, kde střídavý signál se přivádí k antisériovým zařízením; a

    b) aplikace dopředného předpětí z nejméně jednoho stejnosměrného zdroje;

    vyznačujíce se tím, že v kroku b) se obě z PECS zařízení udržují pod dopředným předpětím v průběhu činnosti střídavé sítě.
48. 48. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že stejnosměrná napětí na nejméně prvním a druhém zařízení se vzhledem ke střídavé síti v podstatě navzájem vyruší.
49. 49. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že krok implementace antisériových PECS zařízení zahrnuje implementaci prvního a druhého polarizovaného kondenzátorů.
50. 50. Způsob podle nároku 49, vyznačující se tím, že první a druhý polarizovaný kondenzátor jsou navzájem spojeny ve stejnosměrném společném uzlu, kde způsob dále zahrnuje krok zapojení AC blokovacího zařízení mezi stejnosměrný společný uzel a stejnosměrnou referenci nejméně jednoho stejnosměrného zdroje.
51. 51. Způsob podle nároku 50, vyznačující se tím, že krok implementace antisériových zařízení do střídavé sítě zahrnuje použití antisériových polarizovaných kondenzátorů v sérii mezi střídavým zdrojem a střídavou zátěží pro zlepšení ůěiníku vzhledem ke střídavému zdroji.
52. 52. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že dále zahrnuje krok nastavení impedance střídavé sítě viděné z pohledu střídavého zdroje pomocí řízeného zapojování antisériových zařízení do sítě.
53. 53. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že antisériová zařízení jsou řízené zapojována pomocí elektrického spínače.

    • · • * • · • rt• ·* • ·«

    6$ • ··
54. 54. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že parametry střídavé sítě se mění kontrolovanou změnou teploty PECS zařízení.
55. 55. Způsob podle nároku 54, vyznačující se tím, že krok kontrolované změny teploty PECS zařízení se provádí teplosměnným zařízením.
56. 56. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že dále zahrnuje krok zapojení odporového zařízení v podstatě paralelně s každým z prvního a druhého PECS zařízení pro aplikaci dopředného předpětí a pro vyvažování zařízení v aplikaci napěťového děliče.
57. 57. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že dále zahrnuje krok opatření nejméně

    J jednoho svodového odporu, který je funkčně spojený s prvním a druhým PECS zařízením, pro vybití předpětí na PECS zařízení pro účely bezpečného odstavení a údržby.
58. 58. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že velikost střídavého napětí, které působí na každé PECS zařízení, je menší než velikost stejnosměrného předpětí na každém PECS zařízení.
59. 59. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že v ustáleném stavu součet stejnosměrného předpětí a střídavého napětí, které působí na každé PECS zařízení, zůstane v rámci jmenovitého napětí každého PECS zařízení.
60. 60. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že nejméně jeden elektricky oddělený zdroj stejnosměrného předpětí je zapojený v podstatě paralelně k prvnímu PECS zařízení pro použití ve střídavé aplikaci ustáleného stavu.
61. 61. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že nejméně jeden elektricky oddělený zdroj stejnosměrného předpětí je zapojený v podstatě paralelně k prvnímu PECS zařízení pro použití ve střídavé aplikaci přechodového stavu.
62. 62. Způsob podle nároku 60, vyznačující se tím, že pro zajištění elektrického oddělení usměrněného stejnosměrného proudu pro spojité nabíjení prvního PECS zařízení se použije usměrňovacího můstku.

    69* «9 • · 4 tr·· ··» w · ’ • · · · * • * · * * «·· M ·»··
63. 63. Způsob podle nároku 62, vyznačující se tím, že nejméně jeden stejnosměrný pól zdroje stejnosměrného předpětí je elektricky oddělen od nejméně jednoho střídavého zdroje pro nepřetržitou aplikaci dopředného předpětí na první PECS zařízení.