ES2647014T3 - Multiplicación de energía eléctrica - Google Patents
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Abstract
Un multiplicador (200, 250) de energía, que comprende: una red (203, 253) multiplicadora de energía que comprende un circuito inhibidor de velocidad, conectado de manera múltiple, construido a partir de una serie de elementos concentrados, en el que el circuito inhibidor de velocidad, conectado de manera múltiple, está configurado para multiplicar energía e inhibir una velocidad de propagación de una onda electromagnética a través de la red multiplicadora de energía y el número de elementos (216) concentrados comprende una serie de elementos eléctricos concentrados, discretos, de dos terminales, y una red (206) de lanzamiento; y un acoplador (209) direccional que acopla la red (206) de lanzamiento a la red (203, 253) multiplicadora de energía.
Description
entonces la longitud θ eléctrica compleja de la parte predefinida de la línea 101 de transmisión hipotética se calcula como
donde I es la longitud física de la parte predefinida de la línea 101 de transmisión hipotética. Dadas la impedancia Z0 característica, la constante γ de propagación compleja de la línea de transmisión y la longitud θ eléctrica de la parte predefinida de la línea 101 de transmisión hipotética, las impedancias Z1 y Z2 en serie, y la impedancia Z3 en paralelo de la red 183 T (Fig. 6A) pueden ser calculadas de la manera siguiente:
De manera alternativa, las impedancias ZA y ZB en paralelo, y la impedancia ZC media de la red 186 π pueden ser calculadas de la manera siguiente:
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Una vez conocidas las impedancias Z1 y Z2 en serie, y la impedancia Z3 en paralelo de la red 183 T, o las impedancias ZA y ZB en paralelo, y la impedancia ZC media de la red 186 π, entonces pueden determinarse los valores correspondientes para L y C. Suponiendo, por ejemplo, que se han calculado las impedancias ZA y ZB en paralelo, y la impedancia ZC media de la red 186 π, entonces la inductancia L asociada con la impedancia ZC media puede ser calculada a partir de las
20 mismas, donde
Además, la capacitancia C asociada a las impedancias ZA y ZB en paralelo puede ser calculada, donde
25 Puede darse un caso en el que L y C sean demasiado grandes para ser representados de manera práctica en forma de un elemento 216 concentrado. Si es el caso, entonces puede realizarse un cálculo inverso o un mapeo inverso usando valores conocidos para L y C para determinar qué parte de la línea 101 de transmisión hipotética puede ser representada mediante una red 183 T o una red 186 π determinadas. En este sentido, puede determinarse cuántas redes 183 T o redes
30 186 π pueden ser empleadas necesariamente en una red 203 multiplicadora de energía determinada. En este sentido, pueden elegirse valores para L y C en vista de los valores calculados para L y C identificados anteriormente.
Suponiendo que las impedancias Z1 y Z2 en serie, y la impedancia Z3 en paralelo de la red 183 T se calculan a partir de valores predeterminados para L y C, entonces la impedancia Z0 característica y la constante γ de propagación compleja de la línea de transmisión pueden ser calculadas de la manera siguiente:
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De manera alternativa, suponiendo que las impedancias ZA y ZB en paralelo, y la impedancia ZC media de la red 186 π se calculan a partir de valores predeterminados para L y C, entonces la impedancia Z0 característica y la constante γ de propagación compleja de la línea de transmisión v pueden ser calculadas como sigue:
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energía eléctrica de todo el mundo que funcionan, por ejemplo, a 50 Hz, 60 Hz, 400 Hz u otras frecuencias bajas. La naturaleza inhibidora de velocidad de la red 203 multiplicadora de energía facilita la creación de un multiplicador 200 de energía que puede funcionar a frecuencias de generación de energía tan bajas con una reducción de tamaño sorprendente. Es decir, donde la teoría anterior enseñaba que los multiplicadores de energía que funcionan a las frecuencias de generación de energía convencionales requerirían una guía de ondas hipotética que se extendería a lo largo de miles de kilómetros tal como se ha descrito con referencia a la Fig. 3, ahora puede crearse en un tamaño compacto que puede alojarse, por ejemplo, en una habitación pequeña.
La velocidad de propagación de la onda progresiva a través de la red 203 multiplicadora de energía con relación a la velocidad de una onda progresiva a través del espacio vacío se describe en la presente memoria como el factor de velocidad. La naturaleza inhibidora de velocidad de la red 203 multiplicadora de energía permite factores de velocidad que son del orden de 1/1.000.000, aunque pueden conseguirse factores de velocidad todavía más pequeños.
Además, el multiplicador 200 de energía puede incluir además un número de redes 206 de lanzamiento, en el que cada red 206 de lanzamiento está acoplada a la red 203 multiplicadora de energía mediante un acoplador 209 direccional. Dicha configuración facilitaría un aumento correspondiente en la velocidad a la que la energía de la onda progresiva se acumula durante el funcionamiento del multiplicador 200 de energía.
En una realización alternativa, la onda progresiva puede ser una onda solitaria que se propaga alrededor de la red 203 multiplicadora de energía. Con el fin de propagar una onda solitaria alrededor de la red 203 multiplicadora de energía, la red 203 multiplicadora de energía está construida de manera que incluya elementos no lineales tales como, por ejemplo, diodos, transistores u otros componentes activos de manera que sea no lineal y dispersiva. De esta manera, los componentes no lineales se definen aquí como componentes que proporcionan una salida que tiene una amplitud que no es linealmente proporcional a la entrada, tal como pueden apreciar las personas con conocimientos ordinarios en la materia. Mediante la construcción de la red 203 multiplicadora de energía a partir de una red adecuada de elementos no lineales y/o una combinación de elementos lineales y no lineales, puede propagarse una onda solitaria alrededor de la red 203 multiplicadora de energía. En este sentido, la fuente 213 de energía sería un generador de impulsos que genera y lanza una onda progresiva de excitación a la red 206 de lanzamiento. Para conseguir la multiplicación de energía, una onda progresiva de excitación solitaria tendría que estar espacialmente sincronizada con la onda progresiva solitaria. Además, la red 206 de lanzamiento, el acoplador 209 direccional y el desplazador 219 de fase pueden construirse para incluir elementos que son de naturaleza no lineal y dispersiva para facilitar la propagación de las ondas solitarias a través de la misma.
Debería apreciarse que, a medida que aumenta la ganancia de la red 203 multiplicadora de energía, su factor Q de calidad aumenta y su ancho BW de banda se estrecha alrededor de la frecuencia de funcionamiento. En una realización, esta puede ser una característica deseable para un sistema estrictamente monocromático. Si se desean anchos BW de banda más amplios, el ancho BW de banda eléctrico de la red 203 multiplicadora de energía puede ser adaptado a la aplicación específica. Por ejemplo, pueden construirse redes 203 multiplicadoras de energía de baja pérdida con bandas de paso más amplias y de formas controladas siguiendo diversos diseños de filtro eléctrico. Véase, por ejemplo, Matthaei,
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En otra realización, el multiplicador 200 de energía descrito anteriormente puede construirse también incorporando las denominadas técnicas de diseño de "Filtro de seguimiento" de manera que la banda de paso eléctrica del multiplicador 200 de energía pueda ser controlada dinámica y automáticamente para seguir de manera coherente las variaciones de frecuencia y de fase de la fuente 213 de energía mientras se mantienen las propiedades operativas deseadas descritas anteriormente. En la implementación de un multiplicador 200 de energía con una banda de paso eléctrica dinámica, la frecuencia de la fuente 213 de energía es controlada y comparada con la frecuencia de resonancia de la red 203 multiplicadora de energía. Puede generarse una señal de error a partir de dicha comparación y puede ser empleada en un circuito de retroalimentación para modificar dinámicamente los parámetros de los componentes del anillo tales como los elementos concentrados de la red 203 multiplicadora de energía para sintonizarla con las variaciones espectrales de la fuente 213 de energía. En ese caso, los elementos concentrados descritos anteriormente pueden ser paramétricamente dinámicos con parámetros variables tal como puede apreciarse.
Con referencia a continuación a la Fig. 9, se muestra un esquema que proporciona un ejemplo del desplazador 219 de fase según un aspecto de la presente invención. El desplazador 219 de fase comprende una red 183a T (Fig. 7A), aunque también puede emplearse una red 186a π. En este sentido, el desplazador 219 de fase incluye inductancias LT en serie y una capacitancia CT en paralelo. En este sentido, el desplazador 219 de fase está construido a partir de elementos concentrados como parte de la red 203 multiplicadora de energía.
Las inductancias LT en serie y la capacitancia CT en paralelo se especifican de manera que resulten en un desplazamiento Φs de fase. Las inductancias LT en serie y/o la capacitancia CT en paralelo (suponiendo que se emplea una red 186a T)
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desplazador 219 de fase, se entiende que pueden emplearse también otros diseños de circuito y estructuras de circuito, estando dichos diseños alternativos incluidos dentro del alcance de la presente invención.
Con referencia a continuación a la Fig. 12, se muestra el multiplicador 200 de energía acoplado a una red 300 de distribución de energía según una realización de la presente invención. Aunque el multiplicador 200 de energía que emplea la red 203 multiplicadora de energía se muestra en la Fig. 12, se entiende que pueden emplearse otras realizaciones de multiplicadores de energía tal como se describe en la presente memoria tal como el multiplicador 250 de energía, donde el multiplicador 200 de energía y la red 203 multiplicadora de energía se describen aquí simplemente como un ejemplo.
La red 300 de distribución de energía puede ser, por ejemplo, una red eléctrica tal como la red eléctrica de América del Norte u otras redes eléctricas en cualquier parte del mundo. Tal como se muestra en la Fig. 12, la red 206 de lanzamiento está acoplada a la red 300 de distribución de energía. La salida del desviador 223 está acoplada también a la red 300 de distribución de energía.
El desviador 223 recibe una realimentación 303 de carga que puede comprender, por ejemplo, una señal de realimentación de carga generada en base a una carga eléctrica actual en la red 300 de distribución de energía. El acoplador 209 direccional puede ser acoplado selectivamente a la red 206 de lanzamiento, o la red 206 de lanzamiento puede ser acoplada selectivamente a la red 300 de distribución de energía para facilitar una entrada de energía controlada a la red 203 multiplicadora de energía desde la red 300 de distribución de energía, resultando de esta manera en el almacenamiento de energía en la red 203 multiplicadora de energía del multiplicador 200 de energía. De manera alternativa, el acoplador 209 direccional puede estar configurado para controlar la velocidad a la que se introduce energía a la red 203 multiplicadora de energía. En virtud del hecho de que la red 206 de lanzamiento y el desviador 223 están acoplados a la red 300 de distribución de energía, la red 203 multiplicadora de energía puede ser empleada para almacenar energía desde la red 300 de distribución de energía y para suministrar energía a la red 300 de distribución de energía según se desee.
El desviador 223 puede estar configurado para controlar la salida de la red 203 multiplicadora de energía en respuesta a la realimentación 303 de carga. En este sentido, la energía almacenada en la red 203 multiplicadora de energía puede ser suministrada, por ejemplo, a la red 300 de distribución de energía para proporcionar energía cuando se produce un aumento abrupto en la carga eléctrica asociada con la red 300 de distribución de energía.
Debido a que las instalaciones que suministran energía a las redes 300 de distribución de energía pueden experimentar desajustes severos entre las demandas de carga máxima y media, la red 203 multiplicadora de energía puede ser empleada de manera ventajosa para llevar a cabo un "suavizado de energía". Por ejemplo, la red 203 multiplicadora de energía puede ser empleada en ubicaciones locales a las cargas eléctricas que pueden estar alejadas de las estaciones de generación de energía para “suavizar" las caídas de tensión y los apagones debidos a instalaciones con grandes demandas de carga pico-a-promedio. En este sentido, la red 203 multiplicadora de energía puede ser acoplada a varias ubicaciones de las redes 300 de distribución de energía para proporcionar una transición suave controlada local entre los estados de carga, permitiendo un almacenamiento de energía temporal que puede ser aprovechado según sea necesario.
Esto puede reducir el estrés electromecánico sobre los equipos de generación de energía existentes en las estaciones de generación eléctrica. Específicamente, cuando se producen grandes oscilaciones de carga y transitorios en los sistemas 300 de distribución de energía, pueden producirse tensiones electromecánicas significativas sobre la maquinaria rotativa usada en la generación de energía. Por ejemplo, la ocurrencia individual de un gran transitorio o las ocurrencias repetidas de transitorios más pequeños a lo largo del tiempo pueden resultar en el fallo catastrófico de los ejes y de otros componentes mecánicos de los generadores eléctricos. Además, pueden producirse fallos del cableado eléctrico en los generadores y en otros puntos en los sistemas de distribución eléctrica. Además, las oscilaciones y los transitorios de carga pueden afectar a la estabilidad de la frecuencia y la fase de los generadores eléctricos ya que reaccionan a los cambios en las cargas eléctricas. La red multiplicadora de energía puede ser empleada para eliminar dichas tensiones sobre los equipos de generación y distribución de energía, y puede garantizar la estabilidad de la frecuencia y la fase en las redes 300 de distribución de energía existentes.
En circunstancias en las que existe un punto de carga eléctrico intermedio tal como una ciudad entre estaciones de generación eléctrica y una carga remota, es posible que, durante tiempos de carga pesada, la capacidad demandada no pueda ser transportada desde la estación de generación eléctrica a la carga remota a través del punto de carga eléctrica intermedio. De esta manera, puede emplearse un multiplicador 200 de energía que incluye la red 203 multiplicadora de energía, por ejemplo, para abordar el problema de congestión de tráfico eléctrico durante "horas punta" alrededor de dicho punto de carga intermedio. Por ejemplo, la red 203 multiplicadora de energía puede estar acoplada a la red 300 de distribución de energía cerca del punto de carga intermedio para permitir el almacenamiento de energía a la que puede accederse en dichos tiempos de tráfico intenso, suavizando de esta manea la demanda y previniendo la pérdida de servicio en la carga remota.
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