JP3902951B2 - Ａｃの印加において極性デバイスを用いる方法および回路 - Google Patents

Description

【０００１】
（説明）
本明細書は、２０００年１月４日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｉｎ ＡＣ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」という名称の仮出願第６０／１７４，４３３号および２０００年１１月９日に出願された米国特許出願第＿＿／＿＿＿，＿＿＿号の利益を主張する。
【０００２】
（発明の技術分野）
本発明は、概して、ＡＣ印加における分極された電荷蓄積デバイスの使用に関する。具体的には、本発明は、バイアス分極デバイス、例えば、一般的なＡＣ印加で用いられる、ＤＣ電位を有する分極コンデンサに関する。
【０００３】
（背景）
コンデンサは、種々の目的、例えば、エネルギー蓄積、信号結合、モーター開始、力率修正、電圧レギュレーション、同調、共鳴およびフィルタリングのために用いられる。直列および分路を用いて、一般的なＡＣ回路網でコンデンサを実施する、過渡状態および定常状態の両方における動作上の利点が多くある。
【０００４】
回路網の効率は、過渡状態の間、力率が向上すると共に向上する。直列コンデンサへの過渡的な印加は、電圧サージの防止、モーター開始、限流、切替動作などを含む。直列コンデンサは、ＡＣ回路網の故障および他の過渡状態の影響を緩和し得る。例えば、低力率の過渡電流は、モーター開始、変圧器突入および障害電極電流に起因して、磁気突入電流と関連付けられる。直列容量は、これらの過渡状態の間、全力率および回路網の電圧調節を向上させる。直列のコンデンサバンクも、コンデンサの直列インピーダンスに起因した限流の程度も示す。これにより、障害電極電流が減少し、したがって、生成器、変圧器、スイッチギヤー、バスおよび伝送線サイズの必要条件が減少する。この障害電極電流と直列のコンデンサは限流デバイスとして作動する。インダクタおよびコンデンサから構成された、同調された回路（ＬＣ回路）はフィルタリングに用いられる。高い誘導率の直列のバージョンは、コンデンサバンクを故意に短絡させることによって、回路網故障インピーダンスを動的に増加させ得る。直列のコンデンサバンクは通常、変圧器に結合される。瞬時電流変化を抑える変圧器は、瞬時電圧変化を抑えるコンデンサと組み合わされる。これらの特徴により、直列のコンデンサバンクの使用が増加した結果、瞬時回路網電圧の安定性がより増加する。副次的効果は、電圧サージの防止、需用率の向上および電圧レギュレーションを含む。瞬時の電力伝送の効率は適切にコンデンサを使用することにより向上され得る。これらの多くの直列コンデンサの利点は周知でありそして実験室において証明されているが、ユニット価格およびサイズの必要条件により一般的な実施は阻まれている。
【０００５】
ＡＣ回路網の定常状態の特徴は、コンデンサを組み込むことによっても向上される。高容量の直列接続された電源は、コンデンサに低い定常状態のＡＣ電圧をかける。これは、電気伝送デバイスが直列のコンデンサバンクと共に用いられる場合に有用である。電気波の歪みはコンデンサが増加すると共に対応するように減少する。定常状態の直列コンデンサの適用は、モーターの起動、フィルタリング、力率修正、効率的な電力伝送、電圧ブーストなどを含む。直列のコンデンサバンクにより、誘導生成器が誘導モーターに電力供給して、両方のデバイスに必要な磁化［ＶＡＲ］を提供することが可能になる。これにより電力供給の効率も向上し、一方、電子グリッドの別の電源、緊急電源、可動装置および携帯の生成器の価格が減少する。さらなる生成容量を線上の同期動作にもたらすことと関連付けられた機械的応力は、直列容量結合が存在することによって緩和され得る。
【０００６】
二つの主なコンデンサカテゴリーは分極および非分極である。各カテゴリーを実施させるものには多くある。その単方向で順方向のバイアスの必要条件に起因して、分極コンデンサはほとんどの場合ＤＣおよび小さいＡＣ信号の用途において用いられる。分極コンデンサは、ＤＣフィルタリング用途、例えば、ＤＣ電源の出力ステージにおいて広く用いられる。可聴音（音楽）のアンプは、ＤＣバイアスがかけられた分極コンデンサを用いて信号を結合する。逆に、非分極コンデンサは、ＤＣおよび一般的なＡＣ印加の両方において一般的に有用である。残念ながら、非分極コンデンサは、−−特に直列接続された電源において−−そのサイズ、容量、重量、効率、エネルギー密度および価格の制限に起因して、多くのＡＣおよびＤＣの使用にあまり適さない。標準より小さい非分極コンデンサバンクを用いると、著しく電流波形が歪み、コンデンサにわたって大きな電圧降下が生じ、この結果、エネルギー損失が生じ、そしてＡＣ負荷におけるＡＣ電圧レギュレーションが低下する。
【０００７】
逆に、分極コンデンサおよび他の極性電荷蓄積（ＰＥＣＳ）デバイスは、非分極コンデンサと比較した場合、容量ユニットごとの価格が低く、質量および寸法も小さい。これらの特徴により、非分極コンデンサより分極コンデンサおよび他の極性電荷蓄積（ＰＥＣＳ）デバイスを用いることが好まれる。分極コンデンサおよび他の極性電荷蓄積（ＰＥＣＳ）デバイスはさらに、電力周波数で比較的低い直列ＡＣ抵抗も提示する。しかし、分極コンデンサおよび他の極性電荷蓄積（ＰＥＣＳ）デバイスは、その正極および負極に対する正の「順方向の」電圧を用いてのみ効果的に動作され得る。任意の有意な大きさの逆の電圧により、コンデンサが短絡するようになり、この結果、通常、手榴弾の爆発に匹敵し得る爆発が生じる。実際、固体のタンタルコンデンサを用いる場合、この短絡回路の故障モードは自然燃焼を含む。したがって、分極コンデンサは、たいていの場合、一般的なＡＣ印加に適用可能ではなかった。
【０００８】
図１は、分極のアルミニウムの電解コンデンサの通常の動作、および過電圧および逆方向のバイアスの電圧モードでの回路動作をモデリングする。モデルは、直列インダクタ１０１、直列レジスタ１０２、並列レジスタ１０３、ツェナーダイオード１０４および分極コンデンサ１０５から構成される。ツェナーダイオード１０４は、印加された電圧が１．５Ｖの逆方向のバイアス電圧を越えるか、またはコンデンサの定格動作ＤＣ電圧（ＷＶＤＣ）より約５０ボルト高い順方向のバイアス状態を越える場合に存在する順方向および逆方向の短絡状態をモデリングする。インダクタ１０１はコンデンサの自己共鳴振動数のモデリングに適する。直列レジスタ１０２は、コンデンサ動作で測定される（小さい、ｍ□）等価な直列抵抗（ＥＳＲ）をモデリングする。並列レジスタ１０３は、コンデンサＤＣ漏れ電流の現象で測定される（大きい、Ｍ□）等価な並列抵抗をモデリングする。低い周波数の動作において、デバイスの動作電圧状態で順方向にバイアスがかけられた電圧により、信号電流が方向コンデンサ１０５を流れることが可能になる。逆方向のバイアス状態はダイオード１０４を介して短絡を引き起こす。
【０００９】
コンデンサは０ボルトと定格動作ＤＣ電圧との間で適切に連続的に動作する。定格の順方向のバイアスサージ電圧に対する約１．５ボルトＤＣまでの逆方向のバイアス電圧は、コンデンサの適切で過渡的な使用のギリギリの限度を規定する。この、より広い電圧エンベロープ外のコンデンサの動作により短絡回路の状態が生じる。通常、第三のより高いインパルス電圧パラメータがある。コンデンサ上の過度の順方向の電圧により、逆電流がツェナーダイオード１０４を流れるようになる。この電気の振る舞いを、ツェナーダイオード１０４を並列、しかし分極コンデンサと反対の極性に位置合わせして示すことによって概略図にモデリングする。ダイオード１０４を介していずれかの方向に短絡させると、過度の電流および熱が生成され得るようになり、最終的にはコンデンサが故障する。これゆえに、一つの分極コンデンサが通常のＡＣ動作に失敗する。
【００１０】
図２は、簡単な回路の実施２５０を示し、これはＤＣバイアスがかけられた分極コンデンサを小さいＡＣ信号結合の用途において用いる通常の従来技術の使用を示す。この回路部は、アナログ電気を学ぶ学部生の実験室の演習として通常用いられ、そして複数ステージのアンプに用いられる。回路２５０は、ＤＣバイアスがかけられた電圧源２６０と重ね合わされたＡＣ信号源２５５、および実験室の電源供給機能を含む。ＡＣ信号は負荷２６６に結合され、一方、ＤＣバイアス電圧は分極コンデンサ２６２によって阻止され、そして分極コンデンサ２６２に正のバイアスをかける。コンデンサおよびＤＣバイアス電圧は、重ね合わされたＡＣ電圧およびＤＣ電圧が常に適切な電圧ウィンドウ（ｗｉｎｄｏｗ）内にあるように選択される。ＡＣ電源出力部分は全ＤＣ電源出力を行い、そして全ＤＣ電源出力部分は全ＡＣ電源出力を行う。ＡＣ信号の大きさがコンデンサの定格ＤＣ動作電圧に対して増加する場合、波形の歪みがクリッピングの形態で生じる。したがって、最も低い波形の歪みは小さいＡＣ信号に対して生じる。バイアス電圧の大きさは、通常、定格コンデンサのＤＣ動作電圧の半分のオーダである。移動したＡＣ波の波形の忠実度は、ＡＣ電圧信号の大きさおよびＡＣ電流が減少するにつれ向上する。
【００１１】
非分極コンデンサ２６４を「研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）」用に分極コンデンサ２６２と並列で示す。非分極の研磨コンデンサは、微同調共鳴、コンデンサの電流比への調整、ＥＳＲの減少、帯域幅の調整、波形移動の向上、周波数応答の平坦化、および他のこのような特定用途のアスペクトに用いられ得る。分極コンデンサ２６２の容量は、通常、研磨コンデンサ２６４の容量を約２のオーダの大きさだけ越え得る。非分極の研磨コンデンサは動作して信号の歪みを減少させる。
【００１２】
図３は、ＡＣ電源３０５、逆直列の分極コンデンサ３１２、３１４（まとめて３１０およびＡＣ負荷３２０と呼ぶ）を含む回路３００を示す。キャップの上の極性マークは、コンデンサ３１２の瞬時の順方向のバイアス状態、およびコンデンサ３１４の同時の逆方向のバイアス状態を示す。この逆方向のバイアス状態は、ＡＣ電源３０５の正の位相の間に生じる（もちろん、極性は負の位相の間には逆になる）。
【００１３】
分極コンデンサの逆直列の構成は、過渡的に動作するか、または電流が制限される用途で動作する。このような従来から実施されていた逆直列の構成は、上述した内部ツェナーダイオードのような振る舞いを利用する。逆直列の構成は、通常、単相のモーター開始用途において用いられ、そして逆方向のバイアスの短絡に起因した過熱および短命を被る。コンデンサ３１２がＡＣ電源によって順方向にバイアスがかけられた場合、コンデンサ３１４は逆方向にバイアスがかけられて、負荷３２０への半波の電流を短絡させる。次の半波において、コンデンサ３１４は順方向にバイアスがかけられて、コンデンサ３１２は短絡される。この従来の逆直列の構成は、ＤＣバイアス状態（下位サイクル（半サイクル）ベースで振動する状態）にとって注目に値する。
【００１４】
図４を参照して、Ｇｈｏｓｈに対する米国特許第４，６７２，２８９号および第４，６７２，２９０号は、ＡＣ環境において逆直列の分極コンデンサを実施する、向上した方式を教示する。回路４６０を図４に示す。回路４６０は、ＡＣ負荷４７０を駆動させるＡＣ電源４６１と直列の分極コンデンサ４６２、４６４およびダイオード４６６、４６８を含む。逆直列の対称の分極コンデンサ４６２、４６４は、逆に位置合わせされた逆直列のダイオード４６６、４６８と並列である。動作中、並列の「分路」ダイオード（４６６、４６８）は、各コンデンサにわたって瞬時の負の最大電圧を固定させ、これにより、各分極コンデンサに過度の逆方向のバイアスがかけられることを防ぐ。Ｇｈｏｓｈの回路は、外部の別々のダイオードを提供して、各コンデンサから離れる方向の逆電流を分路する。内部のツェナーダイオードのような振る舞いは減少する。これにより、コンデンサ内の熱生成が減少し、そしてその予想寿命が延びる。
【００１５】
しかし、残念ながら、この分路ダイオードの解決方法は特定の物質的な弱点を有する。各コンデンサの極性は、ＡＣ波形の半波に対して、アセンブリにわたって全ＡＣ電圧の影響を受ける。したがって、短絡回路、モーター開始、変圧器突入または同様の状態に関して、全ＡＣ電源の電圧が、各逆直列のコンデンサの端子およびダイオードアセンブリにわたって、５０％のデューティサイクルでかけられる。ボルト分圧器は存在しない。したがって、実施可能なＡＣリプル電圧は、所与のレベルのＡＣ信号の歪みに対して利用可能なダイオードの電圧定格に限定される。さらに、それぞれの分極コンデンサは、時間中の約５０％の時間、低電圧、逆方向のバイアス状態の影響を受ける。ダイオードはＡＣ回路網の電圧波形を歪める。さらに、セルフバイアス回路部はダイオードの限流の対象とならない。これらは熱損失、電流波形の歪み、およびダイオードサイズの必要条件に起因した定常状態の問題である。これらは、過渡的、故障、磁気突入、共鳴および／または開始用途における半導体のさらに著しい問題である。全回路の電流は、定常状態および過渡的な場合の両方において、５０％のデューティサイクルで各ダイオードを通過する。この結果、ダイオードを介する著しい熱損失が生じる。さらに、セルフバイアスのＤＣ電圧の振動により、システムの接地基準（ｇｒｏｕｎｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）が揺らぎ、さらに熱放散が増加する。ＡＣ信号の歪みはＡＣ信号のサイズに対する不十分なＤＣバイアス電圧の結果のクリッピングに起因して存在する。半サイクルごとのコンデンサ電荷の再編成に必要なエネルギーはさらなるエネルギー損失である。さらに、この従来技術の解決方法は、多くの電子化学的バッテリーなどの他の分極された電荷蓄積デバイスでの使用に適さない。
【００１６】
さらに、回路は電流の必要条件の増加に対して経済的効果が無いことを提示する。コンデンサバンクのアンペア数定格を二倍にした場合、ダイオード、熱溶なども二倍にする必要がある。これは高電流のＡＣ印加における主な資本支出を構成する。さらなる直列ダイオードが実施可能な電圧レベルを増加させるために必要である場合、さらなるダイオードは既存のダイオードと同じアンペア容量を有する必要がある。それぞれの既存のダイオードの順方向の電圧降下は、それぞれの追加のユニットの順方向の電圧降下と一致する。したがって、電力損失および熱生成は比例して増加する。さらに、各ダイオードの約０の不感帯は直列のダイオード数だけ乗算される。
【００１７】
したがって、この波形の歪みは逆直列のダイオードの配置、例えば、Ｇｈｏｓｈ回路における配置に起因し、そして従来の逆直列の配置における内部ツェナーダイオードの振る舞いは処理しにくい。さらに、Ｇｈｏｓｈおよび従来の回路は、システムのＤＣ接地基準に進行性の振動効果を与える。これらの問題により、従来およびＧｈｏｓｈのデバイスが一般的なＡＣ印加で不向きになる。これら二つの技術は小さい信号体制の外部で動作し、ＡＣ電圧の歪みが最小限に留められ得る。
【００１８】
図５を参照して、Ｎｏｒｂｅｒｔに対するドイツ特許第ＤＥ４４０１９５５号は、過渡的なＡＣ印加で分極コンデンサを用いる回路５００を開示する。Ｎｏｒｂｅｒｔによって教示されるように、回路５００は単相の非同期式モーターを開始する移相器であるように主に設計される。回路５００は、ＡＣ電源５０１、逆直列ペア５０２、レジスタ５０３、ダイオード５０４、誘導負荷５０５およびスイッチ５０６から構成される。ダイオード５０４およびレジスタ５０３は、永久にＡＣ電圧源５０１に接続されるか、または交替して異なる負の電圧源に接続される。スイッチ５０６が開である待ち時間期間の後、ダイオード／レジスタの組み合わせはコンデンサのペアに徐々に順方向にバイアスをかける。Ｎｏｒｂｅｒｔの回路は、ＡＣ負荷を適切に開始するためにコンデンサを前提条件とし、そして十分な待ち時間期間がモーター開始の前に利用可能な場合、Ｇｈｏｓｈ回路よりも予想寿命を増加させる。Ｎｏｒｂｅｒｔにより、Ｇｈｏｓｈに対して小さいダイオードのアンペア容量を用いることが可能になる。Ｎｏｒｂｅｒｔは、缶が一つの経済的な構成（ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｓｉｎｇｌｅ ｃａｎ）において、逆直列のコンデンサの中心ノードへの高インピーダンスの接続も提案する。回路を使用可能な状態にするために、外部ダイオード、レジスタおよびＡＣ電源接続のみが必要である。
【００１９】
残念ながら、Ｎｏｒｂｅｒｔの回路はコンデンサにバイアスをかけるために相当の時間を必要とする。コンデンサは、ＡＣ電圧の大きさのちょうど下まで充電される（ピークツー０）。この理由のため、Ｎｏｒｂｅｒｔの回路は、高いＡＣシステムの電圧印加で低い動作電圧の分極コンデンサを用いることに適しない。さらに、回路は他の分極充電キャリアデバイス、例えば、電気化学バッテリとの使用に不適切である。さらに、Ｎｏｒｂｅｒｔの回路は、単相のモーターまたは他の負荷が次の開始にも接続されたままである場合、再形成された電荷が時間が経つと低下する傾向にあるため連続的な使用には不適切である。次いで、回路は従来の充電されていない逆直列の構成に一致して動作する。したがって、Ｎｏｒｂｅｒｔの回路は、定常状態の場合の小さいＡＣ信号の必要条件を越えることに起因して、ＡＣ波形信号をクリッピングする弱点を提示する。
【００２０】
したがって、分極された電荷蓄積デバイス、例えば、定常状態のＡＣ印加を含むＡＣ印加における分極コンデンサを用いる改良した方法および回路の必要性が残る。
【００２１】
（発明の要旨）
分極された電荷蓄積デバイスは、利用可能な高い容量を経済的に提供する。本発明は、極性電荷蓄電（ＰＥＣＳ）デバイス、例えば、分極コンデンサまたは電気化学バッテリーを、新規な回路トポロジーを有する一般的なＡＣ印加において直接用いる。一実施形態において、第一のＰＥＣＳデバイスおよび第二のＰＥＣＳデバイスの逆直列の構成をＡＣ回路網内で用いて、ＡＣ回路網の動作を高める。少なくとも一つのＤＣ電源は順方向にバイアスがかけられたＰＥＣＳデバイスを維持するために提供され、一方、上記ＰＥＣＳデバイスはＡＣ信号の影響を受ける。上記ＡＣ信号（これはＡＣ負荷を駆動させる）は、上記逆直列デバイスに付与される。上記デバイスは、上記少なくとも一つのＤＣ電圧源によって十分にバイアスがかけられ、この結果、上記デバイスは順方向にバイアスがかけられたまま上記ＡＣ信号を結合する。
【００２２】
上述の説明は、以下に続く本発明の詳細な説明がよりよく理解され得るように、本発明の特徴および技術的利点をかなり広く概略した。本発明のさらなる特徴および利点を以下に説明する。この説明は本発明の特許請求の範囲の主題を形成する。開示する概念および特定の実施形態は、本発明の同じ目的を実行する他の構造を改変または設計するための基礎として容易に利用され得ることが当業者によって理解されるべきである。このような均等物の構築は上掲の特許請求の範囲に記載したような本発明の意図および範囲から逸脱しないことが当業者によって実施されるべきである。
【００２３】
（詳細な説明）
本発明および本発明の利点をより完全に理解するために、添付の図面と共に以下の説明を参照する。
【００２４】
（概要）
図６Ａは、本発明の一実施形態を概念的に示す理想的な回路６００を示す。回路６００は、逆直列の分極コンデンサのペア６１０と直列に接続されたＡＣ電源６０５、およびＡＣ電源６０５によって駆動される負荷６２０を含む。分極の逆直列のコンデンサのペア６１０は、相互に対して逆直列に接続された分極コンデンサ６１２および６１４を含む。図６Ａに示すように、コンデンサ６１２および６１４はそれぞれ、ＤＣ電圧６１６、６１８を用いて適切にそして順方向にバイアスがかけられ、これにより、正味の正の電位が各コンデンサにわたって連続的にかけられ、これにより、コンデンサ６１２および６１４を一般的なＡＣ印加において用いることが可能になる。
【００２５】
各ＤＣバイアス電圧は、各コンデンサの動作ＡＣ電圧シェア（ｓｈａｒｅ）と接続するだけに十分に大きく、より悪い場合の負のＡＣスイングを補償する。ＤＣバイアス電圧に重ね合わされたＡＣ電圧の正のスイングは、同様に、コンデンサの定格動作電圧より低い。強制的な連続ＤＣバイアス状態は、処理しにくい熱損失、短い寿命、信号の歪みおよび／または振動のＤＣバイアス電圧状態という従来技術の欠点を排除する。したがって、適切なＤＣバイアス状態が維持され、そしてＡＣ電圧および電流がデバイスの許容値に対して小さい場合、この回路は定常状態および／または過渡的ＡＣ動作に適する。この図面においては簡略にするためにＤＣバイアスの重畳回路部の詳細を省略するが、以下においてはより詳細に説明する。適切なＤＣコンデンサバイアス状態を確立して維持するのに適切な多くの回路の実施がある。逆直列の分極コンデンサにバイアスをかけるＤＣ電源は、規則化された電源および規則化されていない電源の両方を含む任意の適切な方式から得られ得る。あるいは、瞬時のアクティブなバイアシングは実用的で、かつ、分極コンデンサの寿命を増長させ得る。
【００２６】
回路６００は、コンデンサ６１２、６１４のＤＣ阻止特徴を利用する。ＤＣ電圧６１６、６１８は二つの分極コンデンサの端子にかけられる。この説明を目的として、対称のＤＣバイアス電圧がかけられると仮定する。説明を簡略にするために、コンデンサ６１２および６１４はお互い容量が等しいことも仮定する。しかし、これらの条件は本発明の必要条件ではない。この実施形態において、各ＤＣバイアス電圧の値は、逆直列のペアのコンデンサにわたる、絶対最大値（ＲＭＳではない）のピークツー０のＡＣ電圧の少なくとも半分である。これはかけられたピークツーピークの電圧の大きさの四分の一である。コンポーネントの変形を説明し、そして小さい信号体制を維持するために、印加されたＤＣバイアス電圧は多少増加する。ＤＣバイアス電圧は回路のＡＣ動作に悪影響を与えない。これは適切な順方向のバイアスを提供し、そしてＡＣ電圧の歪み、コンデンサの逆方向のバイアス、ダイオードの順方向の伝導、コンポーネントにおける熱生成、ＤＣ基準電圧振動および従来技術の用途の早発性の故障特徴なく、連続的な動作を可能にする。
【００２７】
理想的な構成において、ＤＣバイアス電源はＡＣ電源から絶縁されている（分離している）。したがって、この理想的な場合、瞬時のＤＣバイアス電圧または電流は接続されたＡＣ回路網を妨害する。さらに、高調波または低調波の歪みは、容量性のＡＣ電流パスまたはバイアス電源のいずれかによってＡＣ回路網に付与されない。さらに、このＤＣバイアス電源は、無限の双方向ＡＣインピーダンスおよび０ＤＣ抵抗を提示する。同様に、分極コンデンサを通るＡＣ電流パスは、０の双方向ＡＣ抵抗および無限のＤＣ抵抗を提示する。ＡＣおよびＤＣ電圧は重ね合わせの原理に従って存在する。したがって、ＡＣ／ＤＣインターフェースによって、相互または隣接した電気機器に電磁的な妨害が生じない。分極コンデンサは、ＡＣ過渡状態およびＡＣ定常状態の場合の両方におけるＤＣ電源のＤＣ負荷であると考えられ得る。
【００２８】
回路６００を簡略にすると得られる情報が多くなる。これは、主に分極コンデンサがＡＣ回路網で直接用いられ得、そしてＡＣ電圧分割機として機能し得ることを示すように機能する。これは、ＡＣ回路網での優雅に簡単に実施された極性コンデンサの使用を構成し、そして従来には知られていなかった結果を提供する。コンデンサを介してのみＡＣ電気的パスは存在し得る。中心ノードが固定された接地基準に対してバイアスがかけられるため、二つの別々の逆直列の実施は相互に並列で、適切なバイアス電圧を用いて動作され得る。
【００２９】
図６Ｂは回路６５０を示す。回路６５０は、ＡＣ電源６５２、分極コンデンサ６６２、６６４、インダクタ６６８およびＡＣ負荷６７０から構成される。インダクタ６６８は、逆直列の分極コンデンサのペア６６２、６６４を物理的に分離する。極性の方向およびコンデンサ６６２、６６４のＤＣバイアス電圧は図６Ａに示すものとは逆であることに留意されたい。コンデンサの上の極性マークは、コンデンサの連続的な順方向のバイアスを示す。定常状態で回路の周囲においてＤＣおよびＡＣ電圧を足して０にされることが検証され得る。インダクタにわたる定常状態のＤＣ電圧は無視できる程度であり、したがって、コンデンサの正のノードは事実上同一のＤＣ電位を有する。したがって、ＤＣ接合ノードはインダクタを介した連続性を維持する。ＡＣ電源６５２およびＡＣ負荷６７０はコンデンサの負極を単に物理的に分離しながら、同じＤＣ電位のままにあることに留意されたい。ＡＣ電源６５２は、コンデンサ６６２、６６４およびインダクタ６６８から構成されるＬＣ回路によってＡＣ負荷６７０に結合される。ＬＣ回路は通常、フィルタとして用いられる。回路ＡＣパラメータ、例えば、力率、インピーダンスなどは、インダクタのインダクタンスを調整可能に制御することによって変更され得る。これはタップを変更したり、または分路に配置された低い抵抗を介してインダクタを短絡させることによって達成され得る。ＤＣバイアス電源の詳細は説明を簡単にするために図面から省略される。この図面は、ＡＣ回路の要素がＡＣ印加の順方向にバイアスがかけられた逆直列のＰＥＣＳデバイスを分離し得ることを示すように機能する。
（回路の実施）
図７は、二つの明示的な同一のＤＣ電圧源７７４および７８６を用いる回路７５０を示す。それぞれの接地されていないＤＣ電圧源は、ＤＣ接地基準（ＡＣ阻止）レジスタ７８８を介して、分極コンデンサ７７８および７８２にそれぞれバイアスをかける。非分極研磨コンデンサ７７６、７８４は分極コンデンサ７７８および７８２それぞれにわたって並列で接続されて、対応するコンデンサの組７７６／７７８および７８２／７８４を形成する。ＡＣ信号はＡＣ電源７７２からコンデンサの組を介して誘導／抵抗負荷７９０に伝送され、そしてＤＣ電圧源の出力部分を介して伝導される。極性コンデンサの逆直列の配置は、バイアスと共に、このＡＣ信号の用途に用いることを可能にする。ＡＣ電源７７２の出力部分および負荷７９０の両方は、定常状態のＤＣ短絡回路として機能し、これにより、ＤＣ電源７７４、７８６がコンデンサの組にバイアスをかけることが可能になる。阻止レジスタ７８８は、この対称の接地されていないＤＣバイアス方式で、負の極性の基準電圧レベルにＤＣ電流パスを提供する。レジスタはコンデンサに対して十分に高いＡＣインピーダンスを有して、実質的にＡＣ信号にとって開回路として見える。この回路の実施形態は、対称にバイアスがかけられた逆直列の分極コンデンサを用いて、ＡＣ信号を伝送することを主に示すように機能する。重ね合わせの原理を明示的に示す。ＡＣ電源７７２と負荷７９０との間の一つのバイアスがかけられていない非分極コンデンサがコンデンサ７７６および７８４と置換されて、より効果的にＡＣ信号の伝送を研磨し得ることに留意されたい。全ＡＣ信号が二つのＤＣ電源の出力部分を通過することに留意されたい。ＤＣ電圧はコンデンサとレジスタ７８８との間で分割される。システムは任意の一つのノードに任意に接地され得ることに留意されたい。ＤＣバイアス電圧レベルは、よい信号伝送の忠実度（低調波の歪み）のためにＡＣ信号のサイズよりも相当高く設定され得る。
【００３０】
図８は、本発明を実施する回路の一実施形態である回路８００を示す。回路８００は、ＡＣ電源８０５、逆直列の分極コンデンサ８１２、８１４、ダイオード８１６、レジスタ８１７、ＤＣ電圧源８１８および三位置型スイッチ８１９を含む。逆直列のコンデンサ８１２、８１４の二つのウィング（ｗｉｎｇ）は最初に適切に順次、バイアスがかけられ得る。図示する回路の構成を用いて、そしてスイッチを中央位置（開）にして、持続性のあるＤＣバイアス電圧および無限のＡＣインピーダンス（開回路）の近似が達成される。しかし、最初に電荷が与えられたＤＣバイアス電圧は、コロナ効果およびコンデンサを通る漏れ電流に起因して悪化する。二つのウィングは同一のバイアス電圧および電荷が減衰する速度を維持することに留意されたい。したがって、スイッチ８１９を前後にすることによって、コンデンサ８１２、８１４はその充電を維持し得る。通常のＡＣ電源が変圧器の巻線によって負荷に供給されることに留意されたい。回路が用いられる場合、バッテリスイッチはいずれか一方のウィングに入れられ、両方のウィングのバイアス電圧が中心ノードに対して上昇する。二つの電圧の変化速度は異なるが、両方とも増加する。すなわち、二つのウィングは等しいＤＣバイアス電圧を有する。当業者であれば、変圧器巻線（ＡＣ電源８０５）および負荷が定常状態の短絡回路として動作して、ＤＣバイアス電圧差をなくすことが容易に検証され得る。スイッチが横方向の位置にある場合、所定のＡＣ電流がＤＣ電源８１８（例えば、バッテリ）を流れる。この場合、理想的には、単一方向で一時的でなく、そしてレジスタ８１７の大きさ、コンデンサ、ＡＣ負荷およびＡＣ電源のパラメータに依存しない。この場合、理想的な回路構成は任意の程度まで動作する。スイッチは回路の動作に必要ではないが、動作の原理を説明するために有用であり、そしてＤＣ電圧源を保持する目的にユーティリティを有する。
【００３１】
ダイオードは概して（そして特にダイオード８１６は）逆方向のフローの場合には、高いＡＣインピーダンスをみごとに実施し、一方、順方向のＤＣ電流が自由に流れることを可能にする。ダイオード８１６は順方向のＡＣ電流の半波を阻止しない。あるいは、スイッチ８１９は、固体スイッチまたはエレクトロメカニカルデバイスとして実施され得る。スイッチ８１９は、所与の半波に対して、連続的にＤＣ電圧源８１８を適切なコンデンサ８１２または８１４にリンクし得たり、またはいずれかの側に単に断続的に接続し得る。比較的大きなレジスタ８１７（またはインダクタ）は、ＤＣ電圧源８１８をコンデンサ８１２、８１４に効果的にリンクしながら、ＡＣ信号を阻止する。しかし、他の高いＡＣインピーダンスの回路要素が用いられ得る。したがって、ＤＣバイアス電源は、電気スイッチ８１９、ＤＣ電圧源８１８、レジスタ８１７およびダイオード８１６から構成される。コンデンサの極端に低いＡＣ抵抗および比較的低いＡＣインピーダンスはＡＣ電流を効果的に分路する。電気スイッチが開である場合、ＤＣバイアス電源の正極はコンデンサの正の端子から絶縁される。通常のＡＣ回路網において、ニュートラル線はシステムの接地に接続される。ＤＣバイアス電源の負の端子は分極コンデンサ８１２、８１４の負の端子に接続される。ＤＣバイアス電源および二つの分極コンデンサは相互にＤＣ分路を介し、そして、負の端子において、回路８００のホット、ニュートラル、そして（ある場合には）接地とは異なるＤＣ電圧レベルを維持する。通常のＡＣ電源内に変圧器巻線が存在することに起因して、ホットワイヤ、ニュートラルワイヤおよび接地ワイヤは実質的に同じＤＣ電位であることに留意されたい。ＡＣからコンデンサの負の端子を絶縁することは、ＡＣ電源および／またはＡＣ負荷における開回路または完全短絡のいずれもがコンデンサにわたってかけられたＤＣバイアス電圧にいかなる影響も有さない点によって強調される。同様に、完全短絡は、コンデンサの電荷量が散逸するまで、ＡＣ線のＤＣ基準電圧レベルまたは回路の動作に影響を与えずにＤＣ電圧源を交換し得る。
【００３２】
図９は、本発明の別の回路の実施形態９００を示す。回路９００は、ＡＣ電源９０５、逆直列の分極コンデンサ９１２、９１４、ＤＣ電圧源９２６、ＡＣ阻止ダイオード９３２、ＡＣ阻止レジスタ９３４、９３５およびＡＣ負荷９４０を含む。ＡＣのニュートラルパスおよび／または接地パスは説明を簡単にするためにこの図面から省略する。ＡＣから見て、レジスタ９３４、９３５は、分極コンデンサ９１２および９１４の反対側に実質的に並列に接続され、そして小さく等しい抵抗値の場合に、レジスタ９３４、９３５は、コンデンサのコンポーネントの変形に起因してＡＣボルト分割を修正し得る。正のＤＣバイアスは各極性コンデンサにわたって維持され、これはＤＣ電圧源９２６を用いて、ダイオード９３２ならびにＡＣ阻止レジスタ９３４および９３５（これらはまとめてＤＣバイアス電源として機能する）を介して行われる。ＤＣバイアス電源は実質的にコンデンサと分路を介する。ＡＣの阻止レジスタ９３４、９３５は実質的にＡＣ直列であり、そして大きい抵抗値に関しては、任意の有意なＡＣ電流が逆直列のコンデンサ９１２、９１４のパスを回避することを防止する。ダイオード９３２と直列に組み合わされた阻止レジスタ９３４、９３５は、著しいＡＣ電流がＤＣ電源９２６を流れることを防止する。任意の適切なレジスタサイズ（例えば、４０□より下から１００ｋ□より上のサイズ）はレジスタ９３４、９３５に適切である。したがって、回路９００用のＤＣバイアス電源は、ＤＣ電圧源９２６、ダイオード９３２およびレジスタ９３４、９３５から構成される。さらなる抵抗は、ＤＣ電圧源９２６およびダイオード９３２と直列に配置されて、電源を介してＡＣ電流を減少させ得る。定常状態において、ＤＣ電圧源９２６は、通常のコンポーネント値のＤＣに対して、コンデンサ９１２、９１４と実質的に分路を介する。選択されたコンデンサは、ＤＣ電圧源９２６の値の少なくとも二倍の電圧定格を必要とし、コンデンサにわたって同様の大きさのＡＣ波の重ね合わせを可能にし得る。
【００３３】
追加のアンプのＡＣ電流が所望される場合、追加のコンデンサは、コンデンサ９１２、９１４にわたって並列に追加され得る。追加のバイアスがかけられた逆直列のコンデンサバンクまたは逆直列の様式で接合された直列の分極コンデンサも、増加したＡＣ電流または電圧容量用にそれぞれ追加され得る。この方式の最大アンペア定格を最終的に制限する要因は、バイアス電流の必要条件、すなわちＤＣ電源の電力制限である。しかし、ＤＣ電源は任意のサイズに構築され得るため、この場合に存在するような本質的な制限がない。さらに、ＤＣ電力の必要条件は、通常、本発明のわずかなＡＣ電力定格である。ＤＣ電圧電源９２６が電圧が規則化された電源である場合、逆直列に配置された電気化学バッテリがコンデンサ９１２、９１４に置換され得る。ウィングごとにいくつかの直列のバッテリ電池が必要であり、そして充電／放電ＤＣバイアス電圧ウィンドウが考慮されるが、実施可能な容量ゲインは莫大である。したがって、簡単な特定用途の設計工程を用いて、任意のＰＥＣＳデバイスがこの回路において用いられるように適合され得る。
【００３４】
現実的な問題として、電気製造の技術分野内においてコンデンサのバンクを別々にヒューズする（ｆｕｓｅ）ことが慣例である。この慣例は、コンデンサバンクに別々にバイアスをかけそしてヒューズするようにも拡張される可能性が高い。
【００３５】
図１０は、ＡＣ回路網におけるバイアスがかけられた、分極コンデンサの別の使用を示す回路１０００を示す。図７の回路を適合すると、回路１０００は、一般的なＡＣ電力生成、伝送および分配のより実際的な解決方法を提供する。回路１０００は、ＡＣ電源１００５、逆直列の分極コンデンサ１００９、１０２３、非分極の研磨コンデンサ１０１１、ＤＣ電圧源１０１３、１０２７、ＡＣの阻止レジスタ１０１５、１０２５、１０１７およびＡＣ負荷１０３１を含む。ＤＣバイアス電源は、ＤＣ電圧源１０１３から構成され、そしてレジスタ１０１５は分極コンデンサ１００９と実質的に分路を介する。同様に、ＤＣバイアス電源は、ＤＣ電圧源１０２７から構成され、そしてレジスタ１０２５は分極コンデンサ１０２３と実質的に分路を介する。この回路は、上述した回路と類似し、冗長なＤＣバイアス電源が直接、分極コンデンサにわたって並列に接続されている点のみが異なる。この回路は、一般的なＡＣ印加においてユーティリティを有する。大きいインピーダンス（□−ｋ□）のバイアス（ＡＣ阻止）レジスタ１０１５、１０２５により、ＤＣバイアスが生じて、ＡＣを目的とした開回路として存在することを可能にする。インダクタ（または他のＡＣの開回路のデバイス）は、バイアスレジスタ１０１５、１０２５と置換され得る。大きい（ｋ□Ｍ□）阻止レジスタ１０１７は開回路によって置換され得る。同様に、阻止レジスタ１０１７は、ＤＣ電源の中心ノードとＰＥＣＳデバイスの中心ノードとの間に再配置され得る。
【００３６】
図１１は、一つの絶縁されたＤＣ電源１１１５を用いて、必要な対称のアクティブＤＣバイアス電圧を提供する、一般的なＡＣ回路網の用途における分極コンデンサの連続的な動作のための容量性の電力結合の構成１１００を示す。回路１１００は概して、ＡＣ電源１１０５、逆直列の分極コンデンサ１１１２、１１１４、ＤＣ電圧源１１１５、阻止ダイオード１１１７、バイアスレジスタ１１１９、１１２１およびＡＣ負荷１１３０を含む。絶縁され、規則化されていないＤＣ電圧源１１１５は、分離変圧器、全波のダイオードブリッジおよび二つのインダクタの出力部分、ならびに分極コンデンサ１１２４から構成される。ＤＣバイアス電源は、ＤＣ電圧源１１１５、ダイオード１１１７およびレジスタ１１１９、１１２１から構成される。オプションの番号の付いていないレジスタをＤＣバイアス電源の負の鉄心脚に示す。バイアスレジスタ１１１９、１１２１およびダイオード１１１７は、高いＡＣインピーダンスを提供しながら、分極コンデンサ１１１２、１１１４への良好なＤＣ充電電流を可能にする。ダイオード１１１７は、ＤＣ電源においてダイオードブリッジが故障した場合のＤＣ電流の逆流をさらに防ぐ。インダクタ１１２２、１１２３、コンデンサ１１２４およびダイオード１１１７から構成されるＤＣ電源の出力部分は、機能を妥協することなく省略され得る。コンデンサ１１１２および１１１４は、定常状態システムのＤＣ負荷を構成し、そしてＤＣに対して分路を介するが、ＡＣに対して逆直列である。分離変圧器は、ＤＣ電源セット内の比をＤＣバイアス電圧レベルに変換し、そしてＡＣ電源１１０５に実施可能に接続される。ノードＡおよびノードＢのＤＣ基準電圧レベルは実質的にＡＣシステムの接地電圧であり、ノードＤはＤＣバイアス電源によって接地より下に保持される。ＡＣ電源からＤＣ電圧源を分離すると、コンデンサ１１１２、１１１４のいずれかの方向を用いることが可能になる。すなわち、バイアス電源の極性が逆にされると仮定すると、コンデンサの正極がノードＤで接続され得る。この場合、ノードＤの基準ＤＣ電圧は、ＡＣシステムの接地レベルより上である。
【００３７】
ＡＣ負荷に送達された電力は、バイアス電源の電力の必要条件より大きいオーダを有するものが多くあり得る。ＡＣ電源１１０５は、一つ以上の誘導巻線、例えば、生成器から変圧器への誘導巻線を含むと仮定される。これは、定常状態のＤＣ短絡回路を提供する。重ね合わされたＡＣ波およびＤＣバイアス電圧は、コンデンサ定格ＤＣ電圧より低い必要があるが、ＡＣ電圧波形におけるすべての点で正のバイアスを維持する必要がある。ＤＣバイアス電圧の大きさは、かけられたＡＣ電圧波形の大きさを著しく越えて、ＡＣ信号の高調波の歪みを減少させる。負のコンデンサの極性を示す点Ｄにおける基準電圧レベルは、図示する単相のＡＣシステムにおいて接地より下に保持される。コンデンサを通るＤＣ漏れ電流の大きさが極めて小さいことに留意されたい。ＡＣ電源およびＡＣ負荷のＤＣ電圧レベルは、ＡＣシステムの接地と事実上同一であるように仮定される。したがって、極性コンデンサの負の接続がこの実施においてシステムの接地より下である。さらに、コンデンサの極性およびＤＣバイアス電源は同時に逆にされ得る。この逆転は、極性コンデンサの正極を接地基準より上に上げるが、ＡＣ電力の伝送には有意な一次的な影響を全く与えない。さらに、一意の（または共通のバイアス電圧）を備えた複数の並列回路が用いられ得る。これは、ＡＣ回路のさほど重要でない定常状態のＤＣバイアスが生じることを示す。逆直列の方向選択の選択は、コンデンサの場合の接地、安全、慣例、冷却、伝送機能および他の二次的な考慮および問題に関連し得る。
【００３８】
ノードＣに接続するレジスタ１１１９、負のＤＣ鉄心脚内のレジスタおよびレジスタ１１２１は、コンデンサの瞬時の対称のＤＣバイアスを提供する。通常の誘導および抵抗のＡＣ負荷および電源はＤＣ短絡をシステムの接地に提供することに留意されたい。分極コンデンサ間にＡＣ負荷またはＡＣ電源を配置することが物理的に可能である。負荷の両側のｏｎ／ｏｆｆスイッチ（図示せず）はこの実施においてＤＣバイアス電源に抵抗を有するように接続されることが好適である。この構成は、ＡＣ電源およびＡＣ負荷を異なるＤＣ接地基準点で動作させる方法を提供する。レジスタがノードＡ、ＤおよびＣに接続されるまで、ＤＣバイアス電圧源がノードＢにおけるＡＣシステムの接地から完全に独立していることに留意されたい。これは、ＡＣ分離変圧器および全波の整流器ブリッジに起因する。連続的なＤＣバイアスに必要な条件は、半波の整流器を供給されることであり得るが、次いで、１／２の基本振動数の高調波がＡＣ回路網内に注入される。
【００３９】
絶縁され、規則化されたＤＣ電源は、バッテリの有無に関係無く、所望の場所に用いられ得る。同様に、バイアス電圧は、インダクタまたは他の低いＤＣ抵抗、高いＡＣインピーダンス回路要素を備えたコンデンサを有する分極のＡＣ信号に結合され得る。ＤＣ電圧源１１１５およびダイオード１１１７の出力部分は排除され得て、レジスタ１１２１、１１１９およびコンデンサ１１１２、１１１４が簡略化された出力部分として機能することを可能にする。
【００４０】
図１２は、本発明の一実施形態を組み込んだ三相で三つのワイヤのＡＣシステムを概して示す回路１２００の図であって、ＤＣバイアスの詳細は省略された図を示す。回路１２００は、三相の電源１２０１（デルタの構成で示す）、順方向にバイアスがかけられた逆直列の分極コンデンサのペア１２０９Ａ〜１２０９Ｃ、および三相のＡＣ負荷１２１１（これは負荷１２１１Ａ〜１２１１Ｃを含む）を含む。適切にバイアスがかけられた高いＡＣインピーダンスバイアスシステムに関して、これは工学的目的において適切な近似である。バイアスがかけられた極性コンデンサアセンブリのＡＣパラメータはＡＣ回路を分析するだけに十分である。この目的からＡＣ回路モデルにおけるＤＣの詳細を示すことは明らかに不必要である。したがって、図１２は、図６Ａの三相のバージョンのバイアス電圧表示を省略したものである。コンデンサにおけるＤＣ電圧阻止の公知の特徴により、バイアスの詳細がＡＣ回路を分析するために不必要になる。しかし、所望の場合、システムのＤＣバイアス電圧レベルは安全および保持の目的から留意され得る。これは直列接続された電源として示されることに留意されたい。図示するＡＣ負荷が限流デバイス、例えば、３□レジスタである場合、この組み合わされた負荷は、電源変圧器のいずれかの側で他のＡＣ負荷用の分路力率修正デバイスになる。このデバイスはハードワイヤードまたは制御可能であり得る。表示された負荷が有用な動作を実行する場合、力率修正はシステム内のワット数を増加させることなく達成される。本明細書に記載するプロセスに従って構築された任意の回路容量は、ＡＣ電源から見られるように、非分極コンデンサの端子特徴を実質的に提示する。したがって、概略図は、設計、分析および故障探究において不必要な詳細を割愛する。分極コンデンサの実施の詳細は必要に応じて参照され得る。逆の曲線と線とが交互になる概略図は用いられて、所望の場合には、逆のコンデンサの配置を示し得る。他の多相の構成、例えば、九相などは同様に示され得る。コンデンサの逆直列のペア、例えば、イベント回路網の動作パラメータがコンデンサの逆直列のペア１２０９Ｂの省略を必要とした場合、これを省略し得ることに留意されたい。コンデンサ１２０９Ａ、１２０９Ｃの負極は、依然、ＡＣ電源および負荷のレベルより下にバイアスがかけられ得る。
【００４１】
図１３は、コンデンサにバイアスをかけるための、三相で絶縁され、規則化されていないＤＣ電源を備えた、三相で四つのワイヤのＡＣシステムを示す。三相のＤＣ電源（ＤＣ電圧源）１３０１は用いられて、本発明に従って分極コンデンサのペア１３０９に順方向にバイアスをかける。電源１３０１は、概して、変圧器一次コイル１３０２Ａ、変圧器二次コイル１３０２Ｂ、ダイオードブリッジ１３０３、チョーク１３０４および１３０５、ならびに分極コンデンサ１３０６、ならびにこの実施例においてはダイオード１３０７を含む。ＤＣ電源とレジスタ１３０８、ノード４〜１０と関連付けられたダイオード、およびノード１〜３と関連付けられたダイオードとレジスタとの組み合わせは、ＤＣバイアス電源を含む。ダイオードブリッジ１３０３は、三相で六パルスの全波デバイスである。ダイオード／レジスタ直列要素は、図示するように、ＤＣ電源の負の鉄心脚をそれぞれ分極コンデンサの中心ノード１、２および３に接続する。ＤＣ電源の正の鉄心脚は、レジスタ１３０８およびダイオード１３１０（ダイオード＃４〜１０）を介して、分極コンデンサノード４〜９およびシステムニュートラルワイヤ１０に接続される。逆直列ダイオード４および７は、Ａ鉄心脚からのＡＣ電流を阻止しながら、上にリストした中心ノード１を介して逆直列のコンデンサにＤＣバイアスをかける。Ｂ鉄心脚およびＣ鉄心脚は同様にＤＣバイアスがかけられる。ＡＣ電流は電源からＡ鉄心脚、Ｂ鉄心脚およびＣ鉄心脚内のＤＣバイアスがかけられた逆直列のコンデンサを介して負荷に供給される。図示するように、ＡＣ電源のＡ鉄心脚、Ｂ鉄心脚およびＣ鉄心脚はコンデンサおよび変圧器の一次コイルに同時に供給する。ＡＣ電力の広いマジョリティがＡＣ負荷に送達される。他の多相のＡＣシステムのコンデンサ結合回路部は、同様に実施され得る。上に示したように、バイアスＤＣ電源の例示の実施は任意である。特定の用途は、最適の長期の実行を実施する別のＤＣ電源を必要とし得る。通常、ＡＣシステムにおいて、ニュートラルノード１０はハードグラウンド、接地レジスタ、インダクタまたはコンデンサを介して一つの点で接地される。ＤＣ電圧源１３０１を特徴とする設計絶縁（ｄｅｓｉｇｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）は、ＡＣ電源、分極コンデンサ、ＡＣ負荷およびシステムの接地（存在する場合）に接続された場合に所定の効果を失うことに留意されたい。
【００４２】
第一の側のデルタ変圧器の巻線１３０２ＡおよびＡＣ電源（Ｗｙｅ、Ｓｃｏｔｔ Ｔｅｅ）の巻線は、冗長のパスを提供し、そしてノード４〜１０において統一システムの定常状態のＤＣ基準電圧を規定する。インダクタ１３０４、１３０５、ダイオード１３０７およびレジスタ１３０８は、システム（ブロック）ＡＣ電流がＤＣ電源に伝導することを防ぐ。ＰＥＣＳデバイスの中央ノード１、２、３は、実質的に均一のＰＥＣＳデバイスのＤＣバイアス電圧を提供するＤＣ電源１３０１によってより低いＤＣ電位に保持される。このＤＣバイアス電圧の大きさは、ＡＣシステムの接地の慣例によって変化しない。一つのＤＣ電源は１３０９に示す三つのＰＥＣＳデバイスのペアにバイアスをかけることに留意されたい。これらのコンデンサのペアは、実質的にＤＣ分路を介しているが、三つの別々のＡＣ鉄心脚内にある。実際、各容量のペアの各巻線は、ＤＣ電源１３０１と実質的にＤＣ分路を介する。
【００４３】
図１４は、別の三相で四つのワイヤのＡＣシステムを示す。このシステムは、分極コンデンサ１４０９にバイアスをかけるための、三相で接地されず、規則化されていないＤＣ電源１４０１を備える。ダイオードマニホールド（１３１０）の代わりに、抵抗マニホールド１４１０を例示の実施形態において代わりに用いる。標準的な工学を目的とした近似において、インピーダンスの大きさの差異のオーダは機能的に上述の回路と同様である。容量ＡＣインピーダンスは低く、これにより５００［□］ＡＣレジスタは、上述の回路のＡＣ電流阻止ダイオードと実質的に同じ端子の振る舞い、１２０：２０８［ＶＡＣ］、６０Ｈｅｒｔｚのシステムを提示する。この回路は、電気が、当然、最も低い抵抗パスを進むことから、ノード１〜１０に接続された５００［□］レジスタと分路を介するコンデンサのミリオーム（ｍ□）のＥＳＲを用いて、ＤＣ回路部よりコンデンサ中へとＡＣ電流を効果的に方向付ける。１４０９以外の図示するすべてのコンポーネントは、この実施例においてＤＣバイアス電源を構成する。別の方法のバイアスを用いて、多くのこのような高いＡＣインピーダンスバイアス方式を構築して本発明の目的を達成し得ることを示す。
【００４４】
図１５は、図１３および図１４に上述した分極コンデンサにバイアスをかける別の誘導方法を示す。図１５は、直列のＡＣ電源、負荷および１５０９とラベル付けされた逆直列のコンデンサ、三つの別個の三相のインダクタコイルおよびＤＣ電圧源１５０１から構成される。ＤＣ電圧源の正の鉄心脚は出力ダイオードＰ１およびＰ２に接続され、負の鉄心脚は出力Ｎ１を用いて限流ダイオードに接続される。これらの線に沿って、追加のバイアス方式が本明細書において提案されることが当業者に明らかであるべきである。出力Ｎ１はノード１〜３においてインダクタを介して極性コンデンサの負に接続され、一方Ｐ１およびＰ２は、この三相で三つのワイヤ（デルタ）のＡＣシステムにおいて、１５０９とラベル付けされたコンデンサの正極４〜９に接続される。ＤＣパス内に直列抵抗要素が追加されて、ＤＣ電源を通るＡＣ電流をさらに減少させ得る。整流器の分離変圧器を説明を簡略にするために概略図から省略していることにも留意されたい。したがって、適切に選択された、高いインピーダンスのインダクタまたは変圧器コイルが用いられて、ＤＣ電圧源を分極コンデンサに結合しながら、ＡＣ阻止ユーティリティを提供し得る。
【００４５】
この現象には注意が必要である。磁気コイルまたはＤＣバイアス電圧にわたって配置された小さい抵抗により短絡が生じる。これにより、用心していない場合には、分極コンデンサにわたって破壊的で逆の電圧状態が生じ得る。極性が逆転することによるハザードは当業者に周知である。この理由から、通常の過程は、ユニットとして分極コンデンサアセンブリを用いるべきである。中心ノードに繋がれたハイパス、ローパス、バンドパスおよび阻止フィルタは、これらの同じ理由から細心の用心をもって試される必要がある。
【００４６】
モーターおよび変圧器が内蔵コイルを有することを思い出されたい。エネルギー変換機器が通常、分離変圧器を含むことをさらに思い出されたい。本発明および並列に接続された他の機器を介して、一つ以上のＡＣモーターを動作させる分配レベルの変圧器を考えられたい。この通常の場合において、インダクタコイルおよびレジスタパスが、電源およびコンデンサバンクの負荷側の両方において存在する。これは、Ｗｙｅ、Ｓｃｏｔｔ Ｔｅｅ、高い鉄心脚デルタ、開デルタおよびデルタタイプの接続のためのホット線、および最初の三つ：Ｗｙｅ、Ｓｃｏｔｔ Ｔｅｅ、高い鉄心脚デルタおよび開デルタのみの場合のニュートラル線に当てはまる。ＡＣ電力システムで広く行われている接地が固体の抵抗または誘導タイプであることに留意されたい。したがって、通常の定常状態の動作モードにおいて、通常の単相および多相電気回路網でコンダクタへの冗長なＤＣバイアスパスがある。コンデンサバンクの内部ノードは冗長的に接続され得るが、上の状態に起因して、これは外部ノードに必要であるとはほとんどの場合考えられない。
【００４７】
図１６は、回路１６００を図示する。この回路は１２０：２４０［ＶＡＣ］単相システムのために適切な本発明の実施を提供する。これは、米国において用いられる最も一般的な家庭用ＡＣ分電方式である。逆直列コンデンサアセンブリ１６０９が各ホット鉄心脚（ｈｏｔ−ｌｅｇ）において存在するが、ニュートラルアセンブリが含まれてもよいことに留意されたい。コンデンサアセンブリＤＣ接合ノード（ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｎｏｄｅｓ）は、システムの接地より低くバイアスされる。ＤＣ電力供給およびＡＣ電流阻止の詳細は、簡略化するために模式図から省略される。ＡＣシステムの接地、ニュートラル鉄心脚およびホット鉄心脚は、定常状態ＤＣに関して等電位の表面である。分極コンデンサは、離散的ＡＣリップル電流比を用いて利用可能である。並列コンデンサまたはコンデンサアセンブリは、任意の電流比を理解するために必要とされ得る。過渡的（インパルスおよびサージ）および／または定常電流パラメータは、所与の用途において必要とされる分極コンデンサの数および設計を決定するために用いられ得る。図１６は、各内部素子と分路を介して構成されるコンデンサの並列アセンブリを示す。並列接続は、ハードワイヤリングされているかまたは制御可能であり得る。そのような用途のためのＡＣ負荷には、２つまたは３つのワイヤ１２０ＶＡＣまたは２つ、３つまたは４つのワイヤ２４０ＶＡＣによって電力が供給され得る。変圧器および負荷のニュートラルワイヤ（ｌｏａｄ ｎｅｕｔｒａｌ ｗｉｒｅ）の中心部の巻線はこの回路において堅固に接地される。
【００４８】
共振等の回路網パラメータおよび目標は、コンデンサのバンクのスイッチングをすることによって達成され得る。このスイッチングは、手動、電機的に達成され得るか、または物性状態手段によって達成され得る。多くの場合において（アルミニウム電解コンデンサを制限しないことを含んで）、容量、直列抵抗器、ＡＣインピーダンス、耐用年数、散逸率等は、環境およびコア温度をレギュレーションを用いることによっても制御され得る。これらのコンデンサパラメータおよびコンデンサの寿命は核心温度によって変化し、意図的に温度を変化させることによって、いくらか調節され得る。
【００４９】
並列ユニットの適切なＤＣバイアスを維持することが所望される。制御可能なスイッチングユニットの場合、スイッチングメカニズムの周りに高いＡＣインピーダンスおよび低いＤＣ抵抗接続を提供することも有利である。電源変圧器は、ＤＣ接合ノードを除いて、回路１６００の各ブランチに過剰なＤＣバイアス経路を提供することも留意されたい。図１６の回路は、ウィングおよび中心部のノードへのＤＣバイアス経路、ならびに２４０：１２０［Ｖ］出力の１２０［Ｖ］鉄心脚における各ＰＥＣＳデバイスのＡＣ経路に別々にフューズを付けることによってカスケード障害に対する影響を少なくし得る。図１６の回路は、中心部のノードを所望するならば、出力を分離することによってＡＣ電流分割器回路にさらに変換され得る。
【００５０】
図１７は、４ｎ＋分極コンデンサおよびバイアス回路１７００の高電圧の実施の説明を単純に示す。回路１７００は、通常、ＡＣ電源１７０１、逆直列分極コンデンサ１７０２〜１７０５およびＡＣ負荷１７１６ならびにＤＣバイアス回路を含む。ＤＣバイアス電源は、抵抗器１７０６、１７０７、１７０８、１７１３、１７１４およびＤＣ電圧電源１７０９〜１７１２を含む。コンデンサ１７０２、１７０３はコンデンサ１７０４、１７０５と同様に直列である。コンデンサのペア１７０２、１７０３および１７０４、１７０５は、逆直列ＡＣ構成に結合される。これらのペアは、さらに、実質的に、互いにＤＣ分路を介して接続される。従って、ＤＣ充電電流、漏れ電流およびバイアス電圧は、並列して２つのコンデンサの構成と対面する。しかしながら、ＡＣ信号は、効果的にも４つのコンデンサが直列に接続された構成を通過する。このポイントは、コンポーネントの許容差またはエラーを考慮に入れるとき、最大のコンデンサ電圧を決定する際に重要である。このシステムは、６ｎ＋、８ｎ＋の構造、および分極コンデンサを用いる比較的高電圧のＡＣコンデンサを可能にするように拡張され得る。全体の対称性が維持されることに留意されたい。この特定の実施において、バイアス電圧は明確に外分される。これは必要ではないが、１つのバイアス方法を例示したにすぎない。他のコンデンサのクラスおよびタイプを用いる場合のように、コンデンサは、元来、コンポーネントエラー内でＡＣおよびＤＣの両方の分圧器としての機能を果たす。単一のＤＣ電圧電源または２つのＤＣ電圧電源は、適切なＡＣ阻止デバイスで、およびバイアスを考慮することで置き換えられ得る。配電抵抗器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）は、コンデンサ１７０２〜１７０５にわたって、適切なＤＣバイアス分圧および改善されたＡＣ分圧を提供するように構成され得る。この抵抗性のバイアス回路網は、コンデンサコンポーネントの許容差の相違の影響を低減し得る。ＡＣ回路網インピーダンス、コンデンサ、これに相当する直列式抵抗等は、１つ以上の直列または並列のコンデンサをスイッチィングすることを介して変更され得る。通常、熱散逸を理由に構成されるアルミニウム電解コンデンサのケースは、システムの接地ではなく陰極の電圧において存在し得、一定の警戒を必要とする事柄である。別の関心領域の１つは、利用可能な非対称がＡＣおよびＤＣのボルト分割に関して存在することである。上から下まで走査すると、順方向にバイアスされた３つの状態が存在する。バイアスの量のように、状態は下から上まで存在する。ＡＣ電圧を分け合うことによって得られるのと同じことが、ウィングごとに直列コンデンサの逆直列構成を有する回路において達成されたようなＰＥＣＳデバイスの２つの独立する逆直列構成によって達成され得ることに留意されたい。この代替方法は、低いＤＣバイアス電圧電源を提供し、ＤＣ分路のトポグラフィと同時にＡＣ直列トポグラフィの原理のより広範囲にわたる例を含む。上記の考察の有用性の１例は、コンデンサバンクにわたって印加されるＡＣ電圧の２５パーセントが、任意の所与のコンデンサにわたって存在することである。コンポーネントの許容差および／またはエラーの範囲内において、印加されたＡＣ電圧は低減された電圧において監視され得る、バイアスを必要とする任意のエレクトロニクスが直接的に用いられ得る。
【００５１】
コンデンサの直列の実施は、従来の電気設計において可能なところでは回避される。主な理由は、２つの同じコンデンサが直列であることは、単一のコンデンサの容量が半分になることが示されているからである。現在利用可能なＡＣコンデンサ技術にとって、経済的に実現可能な容量のレベルが低いためにこれは破壊的な状況である。しかしながら、本発明にとってこの現象は重要ではない。本発明のＡＣリップル電流は、通常、容量ではなく、限界パラメータである。本発明は、ＰＥＣＳデバイスの使用を介して、本明細書中において過剰な容量を提供する。
【００５２】
図１８は、さらに、本発明の回路１８００の別の実施を示す。回路１８００は、順方向にＤＣバイアスするコンデンサのペア１８０９の可変のＤＣ電圧電源１８０１を用い、この電源の値は、逆直列コンデンサのペア１８０９にわたってＡＣ電圧と比例する。これは、逆直列コンデンサのペア１８０９が、付与されたＡＣ信号のサイズに基づいて十分に順方向にバイアスされた状態で保持されることを保証する。示された小型の絶縁変圧器の１次側（ｐｒｉｍａｒｙ ｓｉｄｅ）には、機構的に逆直列されたコンデンサアセンブリ１８０９にわたって電圧が印加される。変圧器の１次側は、コンデンサ正極へのＤＣ短絡としての機能を果たすことに留意されたい。本明細書中の他の個所で述べられたように、任意のインダクタはこの物理的特性を示す。１次変圧器と２次変圧器との比が１：１と２：１との間であることは、示された回路の実行１□または３□のために適切である。全波フィルタを有する全波ダイオードブリッジは、変圧器の２次側に結合される。絶縁された、フィルタリングされた出力は、その後、ＤＣ電源供給としての逆直列コンデンサに接続（ｓｎｕｂ ｉｎｔｏ）される。抵抗器１８０３およびダイオード１８０２は、ＡＣ阻止デバイス、およびコンデンサＤＣｍからＤＣ電圧供給の陰極へのＤＣバイアス結合として利用される。コンデンサＡＣ電圧降下（印加された電圧）が増加すると、ＤＣバイアス電圧は上昇する。ＡＣ電圧降下がコンデンサにわたって減少する場合、バイアス電圧はゆっくりと減衰し始める。従って、この構成はフィードバック機能を有し、上昇したＤＣバイアス電圧の必要に対して動的に応答する。負荷抵抗器１８０４は、ＡＣ負荷と分路を介して示される。これは予備負荷抵抗器であり、電圧をより良く調節するために当業者によって幅広く用いられる。図１８のこのバイアスは、コンデンサの両方のウィングに順方向のバイアスを提供するために用いられ得る。これは、コンポーネントの定格が適切である場合、過渡ＡＣシステム共振バイアスの要求に対処するために適切である。種々の実施は、正ＤＣバイアス鉄心脚において抵抗器を含み得る。複数の用途において、過剰ＤＣバイアス供給が所望され得ることに留意されたい。図１８の電気設計においてコンポーネントの数を低減する努力がなされている。類似のシステムが提供され得、ＤＣ絶縁がコンデンサによって提供される
図１９は、本発明のＰＥＣＳデバイスの実施を用いるコンデンサＡＣ誘導（または分相）モーターを示す。ＡＣ電源１９０４、スイッチ１９０２、ＰＥＣＳＤのペア１９０３およびモーター（固定子）の巻線１９００、１９０１が示される。ＤＣバイアス回路および回転子の詳細は省略される。モーターの巻線（ｍｏｔｏｒ ｗｉｎｄ）１９００は、順方向にＤＣバイアスされた逆直列コンデンサアセンブリ１９０３に接続される。モーター（固定子）の巻線１９０１は、アセンブリ１９００、１９０３と分路を介する。スイッチ１９０２はＡＣ電源１９０４を接続するために閉じられる。分相（および／またはコンデンサによるＡＣ誘導）モーターは、起動トルクおよび回転磁界を有する。１９００、１９０３の直列の組合せは、均等の（ｕｎｉｔｙ）わずかな進み力率を生成する。これは、電流がコイル（モーターの巻線）１９００および１９０１を通って約９０°だけ位相の外にあるようにする。モーターの巻線１９００を切断する必要はなく、本発明はこのモーターの巻線における連続負荷に適している。この９０°の位相は、単相モーターの１２０ヘルツの機械振動（パルス）特性を解消または低減し得る。あるいは、モーターの巻線１９０１は切断され得、起動が次に続く。回路を構成するためにどちらかの方法が用いられ得、回路は任意に定常状態および／または起動中に共振に近接する。
【００５３】
図２０は、本発明のインダクタ２００１およびＰＥＣＳデバイスのペア２００２を含む同調共振直列ＬＣ回路（ｔｕｎｅｄ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｓｅｒｉｅｓ ｃｉｒｃｕｉｔ）２０００を示す。逆直列サイリスタ（ＳＣＲ）のこの図面において構成される固体（片面静電（ｓｉｎｇｌｅ ｓｉｄｅｄ ｓｔａｔｉｃ））スイッチ２００３は２００２と分路を介する。抵抗器２００４は定常状態負荷を示す。インダクタとコンデンサとの直列および／または並列の組合せは、通常、業界ではＬＣ回路と呼ばれ、フィルタリングする目的で幅広く用いられる。ＤＣバイアスの詳細は、簡略化するために省略される。スイッチ２００５を閉じることによって回路の障害状態が固定されると、電流検出器（トーラス）２００６は急速に増加する電流を検出する。あるいは、電圧感知メカニズム、接地障害検出または代替的方法が用いられ得、回路網の障害状態を検出する。この信号は、市販の利用可能な回路を介して、固体状態スイッチに動作可能に接続される。固体スイッチ（ｓｔａｔｉｃ ｓｗｉｔｃｈ）が本発明のＰＥＣＳデバイス２００２を短絡させると、２００２の共振帯域通過回路は大いに誘導性になり限流するようになる。市販の固体状態スイッチの応答時間はサブサイクル（ｓｕｂｃｙｃｌｅ）である。２００３に類似のスイッチは、実質的に、インダクタ２００１を横断して分路を介して配置され得ることに留意されたい。これは、過剰インダクタンスを短絡させることによって定常状態ＡＣ回路網パラメータを同調する能力を提供する。類似の同調および離調メカニズムは、分路ＬＣ回路および混成設計のために構成され得る。
【００５４】
図２１は、このアセンブリは非電導性垂直ストリップ２１１１および２１１２によって機械的に吊り下げられた２１０４を通る４つの分極コンデンサ２１０１を含むアセンブリ２１００を示し、これはコンダクタ２１０７、２１０８に接続される。コンデンサ２１０１および２１０２は、コンダクタ２１０６および２１０８によって接続されるコンデンサ２１０３および２１０４のように、負のポストコンダクタ２１０５および誘導熱交換器２１０７を介して分路を介している。正極コンデンサバイアシング（ｂｕｓｉｎｇ）およびバイアス回路の詳細は、簡略化するために省略される。この例に関して、一体型ベースボルト（ｉｎｔｅｇｒａｌ ｂａｓｅ ｂｏｌｔ）を有する分極コンデンサは、熱伝導能力を有するために選択される。コンダクタ２１０７は、コンダクタ２１０５および缶２１０１、２１０２と基本的に同じ電位にある。同様に２１０８および２１０６および缶２１０３、２１０４は、市販の最も利用可能な大型缶の電解コンデンサにおいて仮想短絡個所に存在する。液体誘電体（油）のレベルは、電気的接続を考慮する必要がなく、熱損失のためのコンダクタ２１０７および２１０８の上である。油のレベルはコンデンサケースの上に上昇させられ得、乾式接続（ｄｒｙ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）およびクリアコンデンサ圧力孔（ｃｌｅａｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｎｔ）が維持される場合、電気接触に対する安全性を最大にする。簡略化された外部熱交換器２１０９の機械的配線（ｔｕｂｉｎｇ）が示される。単純な設計は、ＰＥＣＳデバイスの定常状態動作の絶縁および温度レギュレーションを提供する方法を明らかにする。ＰＥＣＳデバイスの寿命および容量性パラメータは油の温度の調整によって異なり得る。電気的安全性は、液体誘電体の絶縁特性および絶縁ファスナによって提供される。「液体誘電体」という用語は、熱伝導能力、対流、放射および／またはフォノン伝送能力を有する気体誘電体または固体誘電体を介する絶縁および熱レギュレーションを除外することを意図せず、限定的ではなく例示的である。種々の絶縁ファスナーメカニズム、およびオイルバスにおける良好な電気的接触を維持する方法は当業者に公知である。絶縁キャップ、ブーツ、シール、スリーブまたはベント排気管および／または乾式接続方法ならびに「チコ」およびシリコン等の製品が例である。冷却および電気的安全性を強化することによって得られるのと同じことが、侵入防護ＩＰ−２０内部仕様等の触れても安全なエンクロージャにおいて空気流が増加することによって達成され得る。一体型熱交換器の設計は、熱伝導効率をさらに強化するために２１０７、２１０８およびエンクロージャにおいて用いられ得る。外部熱交換器２１０９は、水槽または熱ポンプ等の種々の加熱および／または冷却メカニズムと接続され得ることに留意されたい。好適な実施は、デバイスの電力レベル、周囲温度、最適コンデンサパラメータ、触れても安全であること等を考慮することによって変化する。さらに、ＰＥＣＳデバイスおよびＰＥＣＳデバイスの組合せは人との接触にさらされており、熱を伝導するという理由で、缶を介してか、これと交互に熱交換器を強化することを介する複数の電気的極性によって構成され得る。これらの設計は、触っても安全かどうかという問題に加えて、電気的接触の安全性について考慮することと組合せて、温度のレギュレーションの有用性をさらに向上させる。「缶内の缶（ｃａｎ ｗｉｔｈｉｎ ａ ｃａｎ）」設計を用いる種々の製作技術、事柄の様々な状況、大量輸送手段等は、本発明を実施するために、熱レギュレーションにおいて著しい有用性を有することが予想される。同様に、絶縁設計が考慮に入れられると、コンデンサのケースに熱交換器エレメントを直接的に挿入することが可能である。
【００５５】
図２２は、ＡＣ電源２２０１、単巻変圧器２２０２、抵抗器２２０３、整流器２２０４、スイッチ２２０５、分極コンデンサ２２０６、２２０７およびＡＣ負荷２２０８を示す。単巻変圧器２２０２は、システムのＡＣ電圧ではない電圧の抵抗器２２０３およびダイオード２２０４を含む充電回路にシステムのＡＣ電圧を調整する。任意の負荷抵抗器２２０９は、コンデンサ２２０６を充電回路に接続する。負荷が用いられるまで、充電回路は分極コンデンサを任意のＤＣバイアス電圧で維持する。半波または全波の整流器ブリッジ、およびそのような他の方法を用いることによって、連続的動作能力を獲得することも可能である。分極コンデンサにわたって連続的ＤＣバイアス電圧を維持するために適切な絶縁を獲得する代替的方法が用いられ得る。このシステムは、２つのコンデンサを介して単巻変圧器をＡＣ電源に接続することによって、ＤＣ絶縁を提供するために再設計され得る。２つのコンデンサは、ＰＥＣＳデバイスの逆並列のセットであり得ることにさらに留意されたい。この方法は、整流器およびインバータ等のエネルギーを変換する用途において可能性を有する。回路は、自己バイアス式であり得、これは制御回路を必要としない。この回路は、選択されたバイアス電圧レベルを達成するためのバイアス回路における単巻変圧器の使用を主に示す。これはタップ切換器、制御された整流器等を含み、ＤＣバイアス電圧レベルを規則化する。
【００５６】
図２３は、ＡＣ電源２３０１、分極コンデンサ２３０２、２３０３、制御可能整流器２３０４、限流抵抗器２３０５、負荷抵抗器２３０６、スイッチ２３０７および負荷２３０８を示す。ＩＧＢＴ、トランジスタ、カットオフＳＣＲ等の制御可能整流器は、ゲートオンまたはオフされ得、ＤＣバイアス電圧のレベルを制御する。ＡＣ電流がコンデンサ２３０２、整流器２３０４および限流抵抗器２３０５を通るとき、半波整流が引き起こされる。高インピーダンス予備前負荷抵抗器２３０６は省略され得る。この回路は、コンデンサを過充電することなく、規則化されたコンデンサバイアス充電を増大および維持する能力を有する。このような制御回路は市販されており、設計技術は当業者に公知であるので、整流器制御回路の詳細は省略される。この構成は小信号方式（ｓｍａｌｌ ｓｉｇｎａｌ ｒｅｇｉｍｅ）で動作し、過渡状態および／または定常状態動作で用いられることに留意されたい。非制御整流器（ダイオード）は、２３０４の代わりになり得ることにさらに留意されたい。回路は、コンデンサ２３０２、２３０３にわたるＤＣバイアス電圧をＡＣ電源２３０１のゼロ電圧の大きさの最高点と実質的に等しくし、維持する。抵抗器２３０５を通る定常状態ＤＣ電流は、コンデンサ２３０２、２３０３のＤＣ漏れ電流と基本的に等しい。
【００５７】
図２３Ａは、充電メカニズムをより明瞭に示すために簡略化された回路２３を図示する。回路素子は再秩序化され、チェイスにスイッチングする（ｃｕｔ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｓｅ）。制御可能整流器２３０４はゲートオンされ、半波またはその１部は、整流電流および電荷をコンデンサ２３０２にわたって増大させる。抵抗器２３０５または同様のデバイスは、過渡（ＤＣバイアス充電、半波）電流を低減するために利用され、用いられた負荷（図示せず）をそのままにしておく。抵抗器２３０５を通って流れる目立った定常状態ＡＣ電流はない。
【００５８】
図２４は、ＡＣ電源２４０１、ツェナーダイオード２４０２、ダイオード２４０３、分極コンデンサ２４０４、２４０５、阻止ダイオード２４０６、阻止抵抗器２４０７、任意の抵抗器２４０８、スイッチ２４０９、ＡＣ負荷２４１０およびインダクタ２４１１を示す。これは、図２３の回路の非制御バージョンである。ダイオード２４０３およびインダクタ２４１１と逆直列のツェナーダイオード２４０２は、制御回路を用いることなくコンデンサバイアス電圧を制限する。過剰ＤＣバイアス電圧の１部は、ツェナーダイオード２４０２、ダイオード２４０３およびインダクタ２４１１を通って誘導および散逸される。この構成は選択されたコンポーネント値に依存して、小信号方式で動作する能力を犠牲にし得ることに留意されたい。インダクタ２４１１は、抵抗器または他の適切なＡＶ阻止コンポーネント、ＤＣ損失コンポーネントと置き換えられ得ることにさらに留意されたい。
【００５９】
図２５は、ＡＣ電源２５０２、分極コンデンサ２５１２、２５１４およびＡＣ負荷２５２０を含む回路２５００を示す。さらに示されるのは、抵抗器２５０３、２５０５、２５０７、２５０９、ダイオード２５２１およびＤＣ電圧電源２５２２を含むＤＣバイアス電源であり、これはＡＣ電源または負荷が回路から切り離されたときでも機能する。ＤＣバイアス電源は、コンデンサ２５１２、２５１４にわたって順方向バイアス電圧を設定および維持する。抵抗器２５０３、２５０５、２５０７、２５０９およびダイオード２５２１は、コンデンサにわたってＤＣ電圧を均等に分配し、目立ったＡＣ電圧がコンデンサをバイパスすることを防ぐ。この回路の単ノードは、システムの接地と動作可能に接続され得ることに留意されたい。この図示において、ＡＣ負荷およびＡＣ電源は異なったＤＣ基準電圧で動作する。
【００６０】
なかでも、この回路図は、逆直列ＰＥＣＳデバイスの構成（図面における分極コンデンサ２５１２および２５１４）は、複数のＤＣ接合ノードを有し得ることを示す。正のコンデンサ接続においてＡＣデバイス２５０７、２５０９を含む第１の接合ノードはＡＣ負荷に結合され、ＡＣデバイス２５０３、２５０５を含む。負コンデンサ接続における第２のＤＣ接合ノードは、ＡＣ電源と結合される。回路は、コンデンサの配向が正から正へ、負から負へ、またはＤＣを考慮することがＡＣ電力伝送とはあまり関係がない、接地されない用途におけるＡＣ電力伝送に１次の影響を及ぼさずにＡＣデバイスを分離するように任意に示され得ることをさらに明らかにする。
【００６１】
図２６は、ＡＣ電源２６０２、ＡＣ負荷２６２２および分極コンデンサのペア２６０４、２６０６および２６０８、２６１０を含む回路２６００を示す。関連付けられたＤＣバイアス回路は、ＤＣ電圧電源２６１８によって電力を供給され、直列ダイオード２６２１および直列抵抗器２６１９ならびに関連付けられた配電抵抗器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｅｇｉｓｔｏｒ）２６０５、２６１５、２６０３、２６０７、２６０９、２６１１、２６１３および２６１７によって誘導される。抵抗器２６０５、２６１５は、コンデンサ２６０４、２６０６および２６０８、２６１０の正のＤＣノードにおいて均等のＤＣ電圧を維持することに留意されたい。同様に、抵抗器の負のＤＣノードは、抵抗器２６０３、２６０７、２６０９、２６１１、２６１３、２６１７によって共通のＤＣ基準電圧で保持される。ダイオード２６２１および抵抗器２６１９は、ＡＣ電流がＤＣ電圧電源２６１８を通過することを阻止するために利用される。点Ａは、上側バイアス回路との接続地点を示す。適切に選択された抵抗器値は、ＡＣボルト分割におけるコンデンサコンポーネントの変化の影響を低減するために利用され得る。回路２６００は、直列で配列される２つの逆直列分極コンデンサのペアをバイアスする単一の低ＤＣ電圧電源の使用を図示する。コンデンサの各々は、実質的に、ＤＣ電圧電源および他のコンデンサとＤＣ並列で配列される。３つ以上の逆直列コンデンサのペアは、直列の構成において、適切なバイアス電圧分配回路網を有する単一低電圧電源によって同様にバイアスされ得ることが明らかである。
【００６２】
図２７は、ＡＣ電源２７０２、絶縁変圧器２７０４および逆直列分極コンデンサ２７０６、２７０８を含む回路２７００を示す。さらに含まれるのは、サイリスタブリッジ２７０９〜２７１５、コイル２７１７、２７１９、バイアス抵抗器２７２３〜２７２９、およびコンデンサ２７０６、２７０８の正電圧極にノードＸを介して接続されるフィルタコンデンサ２７２１を含むＤＣバイアス電源である。図示されないのは、コンデンサ２７０６、２７０８へのＤＣ負出力の類似のＡＣ阻止接続である。整流出力波は、インダクタ２７１７、２７１９および分極コンデンサ２７２１によってフィルタリングされ、ＤＣ負荷２７３０に伝導される。適切なＡＣ阻止デバイスがコンデンサの負極をＤＣ電圧電源の負極に接続するとき、コンデンサ２７０６、２７０８を順方向にバイアスするために利用可能なＤＣ電力のほんの１部が用いられる。この構成は、ＡＣの適用における分極コンデンサのＤＣ阻止機能を図示する。さらに示されるのは、生成されたＤＣ電圧を、電池充電器またはＤＣ電源の通常の用途において用いる方法である。逆直列コンデンサは、一般的な有用性の目的でＤＣ電圧供給を提供するために用いられる。あるいは、分離ＤＣバイアス電源は、コンデンサを順方向にバイアスするために用いられ得る。
【００６３】
図２８は回路２８００を示す。回路２８００は、３相絶縁変圧器２８０２、２８１４、分極コンデンサ２８０４、２８０６、２８０８、ＤＣ電源２８１０および抵抗器２８１１を含む。分極コンデンサ２８０４、２８０６、２８０８は、逆直列構成において、図２５、図２７の単相回路と類似である。適切な順方向バイアス電圧は、インダクタ２８０２、２８１４を組み入れるＤＣ接合ノードを通ってコンデンサ２８０４、２８０６、２８０８にわたって印加される。ＤＣバイアス電源は、絶縁ＤＣ電圧電源２８１０および直列抵抗器２８１１を含む。ＤＣバイアス電源は、コンデンサ２８０８と直接的に分路を介し、コンデンサ２８０４、２８０６と実質的に分路を介している。２８０２のプライム側におけるインダクタ（変圧器巻線）は、コンデンサ２８０４、２８０６の正側に正ＤＣバイアス基準電圧を印加する。同様に、２８１４Ａの変圧器巻線（プライムのない側）は、ＤＣバイアス電源の負極に負コンデンサ極を接続する。冗長なＤＣバイアス電源は、設計の堅牢さを改善するために用いられ得る。この図面は、単分極コンデンサを多相ＡＣシステムの各ホット鉄心脚において用いるＤＣ分路配列を教示する。示されるようにこのシステムは、動作のために単点接地（ｓｉｎｇｌｅ ｐｏｉｎｔ ｇｒｏｕｎｄ）と適合可能であるが、これを必要とはしない。同様の配線配列は電動発電機を組み合わせて用いられ得る。この回路は、連続的に順方向ＤＣバイアスする多相ＡＣ逆直列構成および方法を教示する。
【００６４】
図２９は回路２９００を示す。これは、米国の住宅において一般的に用いられる単相２４０：１２０ＶＡＣ単相回路網である。回路２９００は、ＡＣ電源２９０２、ＡＣ電源変圧器２９０４、分極コンデンサ２９０６、２９０８、２９１０、ＤＣ電源２９１３、ＡＣ阻止抵抗器２９１１およびＡＣ負荷２９１２、２９１４、２９１６、２９１８を含む。回路２９００におけるコンデンサ逆直列構成は、各鉄心脚において単一の分極コンデンサを含む。ＤＣ電圧電源２９１３およびＡＣ阻止抵抗器２９１１を含むＤＣバイアス電源は、変圧器巻線およびＡＣ負荷を経由して、分極コンデンサ２９１０と、および分極コンデンサ２９０６、２９０８と分路を介する。ＡＣ負荷２９１２、２９１４は１２０ＶＡＣによって、負荷２９１６は３つの線１２０：２４０ＶＡＣによって電力供給され、２９１８は２つの線２４０ＶＡＣによって電力供給されることに留意されたい。この回路は、図１６に示された構成とは異なった、代替的逆直列コンデンサ構成を図示する。コンデンサ２９０８および負荷２９１２、２９１４、２９１６の正極に接続された電源変圧器２次コイルまたはニュートラルノードは接地され得ることに留意されたい。この構成において、両側を同時に接地することはできないことに留意されたい。接地ループはＤＣバイアス電圧を短絡させる。ＡＣ回路素子は、この直列ＰＥＣＳデバイス構成における分極コンデンサを分離し、定常状態ＤＣ短絡として作動することに留意されたい。これは、ＤＣコンデンサ結合の中にＡＣ回路素子を組み込むＤＣ接合ノードの別の例を教示する。
【００６５】
図３０は回路３０００を示す。単相ＡＣ回路は単一ダイオードを用いて、逆直列コンデンサのペアにわたってＤＣバイアス電圧を設定および維持する。回路３０００は、ＡＣ電源３００１、電源変圧器３００３、逆直列コンデンサのペア３０１３、３０１５、ＡＣ負荷３０２０、および分極コンデンサ３００５、整流器３００７および抵抗器３００９、３０１１を含むＤＣバイアス回路を含む。整流器３００７および抵抗器３００９、３０１１は、コンデンサ３００５、３０１３、３０１５を充電し、実質的に定常状態のＡＣ電流を阻止する。抵抗器３０１１とＡＣ負荷３０２０との接続の詳細は簡略化するために省略される。ＤＣ電源は、連続的動作に適切であるが、全波整流を提供しない。分極コンデンサによる小さい定常状態ＤＣ電力要求は、これを非常に有用および経済的な設計にする。ＡＣ電源変圧器３００３の主要な側およびＡＣ電源３００１は、当然、２次的側からＤＣと対面することはない。半波整流が原因の反射高調波（ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ）は、ＡＣ負荷と関連するごく小さい定常状態バイアス電力負荷のためにＡＣ電源にわずかな問題を生じさせる。図３０は、連続的動作に適切な単純な回路の実施を教示する。
【００６６】
（設計に関して考慮すべき事項）
設計に関して考慮すべき主な事項は、極性電荷蓄積（ＰＥＣＳ）デバイス技術および構成の選択である。ＤＣ電圧範囲の制約は詳細に考察される必要がある。例えば、工業用ニッケル−カドミウム（ニッカド）電気化学電池は、電池ごとに１．２ボルトの公称電圧を有する。電池は、電池ごとにそれぞれ１．７および１．０ボルトの等化充電（ｅｑｕａｌｉｚｅ ｃｈａｒｇｉｎｇ）および最終放電によって動作し得る。設計の電圧範囲は、通常、電池ごとに１．０５〜１．５ボルトである。選択された電池の数は、コンポーネントおよび／またはシステムＡＣ電圧および／または共振ＡＣ電圧と適切に合致する。電池によって可能にされたＡＣリプル電流は、ＡＣ用途のために必要とされる並列電池および／または架線の数を決定するために用いられる。規則化された電池充電デバイスは、その後、電気化学電池を帯電状態で適切に維持するように選択される。各極性電荷蓄積デバイスまたはデバイスの組合せは、当業者に公知の類似のＤＣシステム電圧設計ステップを必要とする。アルミニウム電解コンデンサの設計ステップのより詳しい説明は本明細書中で提供される。
【００６７】
波形の伝達忠実度は重要であり、小型ＡＣ信号方式内に留まる（ｓｔａｙ）ことによって著しく強化される。本発明は、この方式内に任意の程度で留まるように構成される。
【００６８】
本発明の回路の用途における通常の制限設計パラメータは、許容できるＡＣリプル電流である。定常電流および過渡負充電流の両方が考慮される。本発明において、ほとんどの目的のために、リプル電流は許容変位電流であるとみなされ得る。演算等級（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｇｒａｄｅ）、すなわちコンデンサ公称データは１２０ヘルツに基づく。６０［Ｈｚ］で動作する通常の演算等級コンデンサ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｇｒａｄｅ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）の周波数応答、リプル電流、デレイティングファクタは０．８である。本発明は、予備のために豊富な容量を提供する。従って、ＡＣ電流を所与のコンデンサによって任意の値に低減することが可能である。これは、並列の分路コンデンサのアセンブリの数を増加させる単純な手段によって達成され得る。分路コンデンサは、ＡＣインピーダンスをさらに低減し、リアルタイムで調整されるとき、負充電圧規則化メカニズムとしてもちいられ得る。
【００６９】
考慮すべき回路設計パラメータは、ＡＣ電流容量である。印加の過渡的需要は、本発明の印加が成功するための手がかりと考えられる。変圧器突入電流およびモーター起動電流は、本発明を用いた、バイアスされた分極コンデンサのサイズを選択する際に考慮すべき主要な事項である。考慮すべき２次的および関連する事項は、コンデンサバンクの直列インピーダンスである。Ｉ^２Ｒ損失による熱生成はコンデンサの寿命にとって最重要である。過熱の増大は、分極コンデンサおよび／または他のＰＥＣＳデバイスにとって破壊的である。通常、デバイスの容量をサイジングパラメータとして考える必要はない。
【００７０】
複数の用途は３相または単相の３線システムである。従って、適切な設計ステップに関して、明確さがいくらか欠如し得る。鉄心脚ごとの単一コンデンサは、比較的明確であるが、逆直列のペアまたは鉄心脚ごとの構成は、異なるインターデバイス電圧およびイントラデバイス電圧を有する。例えば、１２０：２０８ＶＡＣ方式において、鉄心脚間インターデバイス（ＬＬ）の障害は、２つの鉄心脚が直列に組み合わされるために１０４［ＶＡＣ］と対面する。他方、イントラデバイスの障害は２０８［ＶＡＣ］と対面する。鉄心脚とニュートラルとの間の障害は本発明にわたって１２０［ＶＡＣ］と対面する。特定用途向けのもの、すなわち固有の電気コードおよび火災コード（ｆｉｒｅ ｃｏｄｅ）は、最悪の場合を想定して設計パラメータが適用されるかどうかを決定する。共振の場合、イントラデバイス障害のために必要とされる電圧は約３１２［ＶＡＣ_ＲＭＳ］であり、これは４４２ボルトピークツーゼロに対応する。これは、２２１［ＶＤＣ］の最低ＤＣバイアス電圧および４４２［ＶＤＣ］を越えるコンデンサ定格電圧を必要とし、コンデンサコンポーネントエラーおよびＡＣシステム電圧変動を無視する。
【００７１】
回路障害保護およびサージ保護は、すべての用途に対して重要な設計パラメータである。考慮すべき基本的な事項は、さらに、回路網で利用可能な対象および非対称の障害電流（ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）を含む。適切な機器が、本発明を無駄に傷つけることなく、下流の障害を除去することを可能にするように提供される。この任務のために、フューズ、遮断器（ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｒｅａｋｅｒ）、スイッチング、接地障害回路断続器（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒ）、限流デバイスおよび固体デバイスが考慮される。特定用途向けのものは、保護素子の適切な組合せを決定する。ＭＯＶおよび他のサージ阻止器はニュートラル点および接地と分路を介して配置され得、電圧サージおよびスパイクを低減する。同様に、これらは本発明と分路を介して配置され得る。これは、高圧状態にあるデバイスコンポーネントに対する損傷を同様に低減する。
【００７２】
２ポート回路パラメータの解析技術が適合し、およびほとんどの２ポート相互接続が可能である。ＡＣコンデンサを用いる他の任意の実施のように、本発明のＡＣ端子がブラックボックスとして扱われるとき、これらのツールは本発明に適合する。そのようなエンジニアリングの使用において、一連のエンジニアリングの近似の拒否が、通常、明確に述べられることに留意されたい。これらは、すなわちエンジニアリングの近似の中には、第１次の近似、単純なモデル等を含む。
【００７３】
突入電流、起動電流および障害電流は、およそ５０パーセントの極めて低い遅れ（ｌａｇｇｉｎｇ）力率を示す（０．５、ラギング）。いくつかのケースにおいて、これらの電流の大きさは、直列コンデンサの存在によって低減され得る。最大電流は、回路解析およびコンダクタの選択において、設計上考慮すべき重要な事項である。モーターの起動の持続時間、回転子施錠（ｒｏｔｏｒ ｌｏｃｋ）、突入電流、全負充電流および障害電流は、回路網解析および直列コンデンサのサイジングにおいて同様に考慮される。本発明は、順番列方法（ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ）および他の標準障害計算を用いて障害を解析するために適切である。
【００７４】
本発明は、ＡＣ負荷および／または電源と分路を介して用いるために適切である。ＡＣ回路は、直列で印加する電圧に関して説明されたことと類似の共振電流現象を示す。分路コンデンサは、通常、ＡＣ回路網の適用においてサイクリングを制御することによって、通常、電流が制限されるか、または時間が制限される。本発明により提供される高い容量は、分路構成の、および直列を適用する利用可能な世界の公益事業設備に改善を提供する。分路構成の場合にＰＥＣＳデバイス設計について考慮すべき事項は、ＡＣ電源供給電流の１５０％までのＡＣ電流を含む。本発明の低ＡＣインピーダンスは、限流方法が無視された場合に仮想短絡を生成し得る。抵抗器等の限流負荷はＡＣ分路の適用における逆直列ＰＥＣＳデバイス構成と直列で配置され得る。抵抗器が有用な働きをする場合、エネルギーは失われない。
【００７５】
共振は、当業者によって十分に定義および理解される。この現象の２つの最も基本的な現れは、直列共振および並列共振である。回路共振は、設計の対象となることがある。他の場合、共振は計画外であり、破壊的である。共振現象を有する回路は、非共振動作において見られるものよりもはるかに多い電流および／または電圧を示す。共振状態が予定されるとき、回路電流容量および／または電圧定格を５０％より多く増加させることはよくあることである。共振システムの設計は、高電圧および／または電流状態が原因で、追加的な熱散逸措置を含む。このような場合、損失角（デルタ）および測定された熱生成は重要な設計基準になる。一部の用途において、回路は、システム電圧が低い間にのみ共振するように調整され得る。これは、直列共振と関連付けられた電圧の上昇が、電圧システムが低い状態を相殺することを可能にする。
【００７６】
過渡的な回路網電圧サージおよびスパイクも、本発明を用いて考慮される。雷光（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ）、スイッチング動作および類似のイベントが原因で起こるそのような電圧の上昇は、すべての機器と多いに関係がある。インダクタ、ＭＯＶ、アバランシェダイオードおよび他のサージ防止装置は、本発明の回路および接続された他の機器を破損から保護するのに特定の有用性を有し得る。本発明は、瞬間的な電圧の変化に対する容量の抵抗によって、接続された負荷に対して特定の過渡的保護を提供する。伝送時定数が、接地するＭＯＶの時定数よりも長い場合、負荷は使われない。限流に関する標準設計の制約および回路保護も用いられる。例えば、正弦波形の場合について考えてみる。ピークツーゼロ電圧の大きさは、ＲＭＳ値よりもルート２のファクタだけ大きい。従って、１２０［ＶＡＣ］電源の、実ピークツーゼロ電圧値は１６９．７１ボルトである。（１２０：２０８）［ＶＡＣ］の３相の場合、この数字が線間ＲＭＳ電圧（ｌｉｎｅ ｔｏ ｌｉｎｅ ＲＭＳ ｖｏｌｔａｇｅ）であり、線とニュートラル電圧との間の電圧とはルート３のファクタだけ異なる。従って、等価線間ピークツーゼロ電圧は２９３．９４［ＶＡＣ］である。
【００７７】
最も有用なＡＣ電気負荷は、遅れ力率（ｌａｇｇｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ）を有する。本発明は、公益事業設備に安定した主要力率デバイスを追加し得る。抵抗および／または遅れ力率負荷と直列で接続されると、ＡＣ電源からみて、改善された、均等性（ｕｎｉｔｙ）または主要な力率が認められ得る。容量性回路および／または誘導素子は、必要に応じて回路網内外でスイッチングされ得る。逆直列コンデンサのバンクは別々に制御され得、回路の内外でスイッチングされると、全回路のパラメータは変更される。正味結果は、電力伝送の効率、制御および安定性を向上させる。さらに、信号伝送忠実度およびエネルギー貯蔵は、必要に応じて増加され得る。これらは、ユーティリティに対して価値のある追加である。
【００７８】
突入電流は、電気格子電圧レギュレーションにおいて重大な問題を生成する。直列コンデンサは突入電流の力率を増加させる能力を有する。改善された瞬間力率は接続された電源または電気のユーティリティに関して、瞬間電流の大きさへの要求を低減する。分極コンデンサＡＣインピーダンスは、伝導電流を用いて、本発明の別の限流機能を高めるように監視される。瞬間的に大きい電流を要求することが低減されると、瞬間電力伝送および配電損が低減される。伝送および配電損が低減されると、電源または接続されたユーティリティに対する要求が低減される。従って、低減された突入および開始要求は、回路網の瞬間的予備電力容量および安定性を増加させると理解され得る。他の限流方法は、本明細書中において開示され、および／または本明細書中において暗示および主張される。
【００７９】
定常電圧のレギュレーションは、本発明の類似の応用である。コンデンサの直列バンクは細分化され得る。ＡＣ負荷が増加すると、静止スイッチ、電気機械的な接触器または他のメカニズムを介してさらなるコンデンサが稼動させられ得る。この方法によって、コンデンサバンクの直列抵抗器は低減される。同様に、共振の適用において、容量の追加または削減は、回路網のＡＣ電圧に重大な影響を及ぼし得る。従って、ＡＣ電圧のレギュレーションは、本発明の使用法の１つであり得る。特定の場合において、２つのＡＣシステムは、異なったＤＣバイアス状態を有する。これらのＤＣバイアス状態が共通の大きさおよび施錠された位相を有する場合、本発明は、これらを互いに結合するために用いられ得る。本発明は、相互絶縁ＡＣ結合方法を提供し得る。このユーティリティから複数の用途が生じる。
【００８０】
本デバイスは、連続使用、単相、分相モーターおよび／または容量性ＡＣ誘導モーターにおいて用いられ得る。従って、両方の巻線は、そのような使用のために巻かれると、連続的に用いられ得る。このベクトル電流操作（ｖｅｃｔｏｒａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ）は、単相モーターの回転方向を決定する。これはさらに、単相モーターにおいて存在する１２０ヘルツの振動（ハム）を除去するために利用される。この実施は、切断回路の除去を可能にする。あるいは、分相モーターの設計は逆にされ得、起動後の動作から遅れ巻線を除き得る。精確に規則化されたベクトル電流の巧みな適用が、単相電源からの３相電気の合成を経済的に改善するために用いられ得る。
【００８１】
本発明の実際的理解は、分極コンデンサと並列の抽気抵抗器（ｂｌｅｅｄ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）等を必要とし得る。これは、保守作業中、人員の安全の向上を提供する。抽気抵抗器はフルタイムデバイスであり得るか、またはユニット電源が切断されるかまたは分解されると、回路に交互にスイッチングされ得る。複数の電気仕様が抽気抵抗器を明確に要求する。抽気抵抗器を追加することによって、１部の感応性、効率性、安定性が失われる一方で、これらの抵抗器は、本発明との間に目だった性能上の問題を引き起こさない。このような抵抗器は、コンデンサのコンポーネントの許容誤差および／またはコンポーネントエラーが原因で生じる、コンデンサに印加されるＡＣ電圧およびＤＣ電圧の変動を低減する目的という追加的目的のために役立つ。容量、インピーダンス、漏れ電流等は温度、年数、および他の使用条件とともに変化することに留意されたい。複数の直列および／または逆直列アセンブリが用いられるところでは、これらは重要なファクタとなる。
【００８２】
直列共振状態が衝突するところでは、コンデンサ電圧定格およびＤＣバイアス電圧の大きさを増加させることが所望される。ＡＣ回路網における過渡的な共振状態は、他の場合には非制御電源によって供給される用途において、制御（規則化）されたＤＣバイアス電源を必要とし得る。それでもなお種々の動作モードのための適切な電位を提供する、任意の非制御浮動ＤＣバイアス方式について、本明細書中で述べられ、主張される。直列負荷抵抗および内部コンデンサの抵抗は、通常、特定の共振現象を抑える。ＡＣ回路網状態にあるコンデンサ仕様は、通常、非常に高い電圧定格を必要としない。これは、ＡＣ回路網において分極コンデンサが広範に使用されるようになると、より一般的な設計が必要になり得る。
【００８３】
さらに、誘導発電機は、誘導発電機に電力供給する際に重大な困難を起こす。磁化ＶＡＲは実質的に不足している。本発明は、容量性リアクタンスの過多を提供し、従って、そのような適用を実質的に改善する。その適用において、誘導発電機は、実質的に、同期発電機よりも安上がりであり、大きな経済的利益が生じることが予測される。
【００８４】
共振および非共振の両方の用途が考えられ得（極性電荷蓄積デバイスの自己共振周波数より下の任意の周波数）、計算および／または測定され得る。同様に、他の任意の波形の適用が計算および／または測定のために選択され得る。以下の例において、非共鳴、正弦、６０［Ｈｚ］の場合に演算等級、大型アルミニウム缶、電解コンデンサを用いる用途が考えられる。この例において、単純な最初の秩序化計算が行なわれるべきである。
【００８５】
最大定常電流が１０［Ａ］、および最大過渡状態が９０［Ａ］であるときの、単純な分配負荷（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｌｏａｄ）の適用について考えられ得る。過渡状態の持続時間は、熱的に重要であることが想定される。システム電圧は、１２０［ＶＡＣ_ＲＭＳ］、プラスマイナス１０％である。選択された環境動作温度は４５［℃］である。本発明の順方向にバイアスされた逆直列分極コンデンサのペアは、単一電源および負荷と直列で配置される。（逆直列のペアは、ホットリード（ｈｏｔ ｌｅａｄ）において配置される。）容量は公称の＋／−２０％であると想定される。１０％の設計係数が付与される。単純な最初の秩序化計算は、ヒートシンクを伴わないか、または他の熱コンデンサの設計か、または印加した場合のサーマルエンハンスメント（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）を伴わない移動空気調和（ｍｏｖｉｎｇ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を想定する。温度および周波数の修正、およびコンデンサ製作公差は、この例においては無視される。同様に、低減された信号ひずみおよび延命のための電圧マージンは無視される。
【００８６】
Ｖｒｍｓ ＝ ＡＣ電圧の平方二乗平均
Ｖｐｐ ＝ ＡＣ電圧波の大きさ、ピークツーピーク
Ｖｐｏ ＝ ＡＣ電圧波の大きさ、ピークツーゼロ
Ｖｈａｌｆ ＝ 直列接続との逆直列接続が対になっている単一コンデンサにわたるＡＣ電圧
Ｖｓｕｒｇｅ＝ コンデンサ定格最大ＤＣサージ電圧
ＷＶＤＣ ＝ コンデンサの定格ＤＣ電圧
Ｖｂｉａｓ ＝ コンデンサＤＣバイアス電圧
Ｄｆａｃ ＝ １０％設計係数
Ｃｆａｃ ＝ ２０％容量変動
とする。
【００８７】
Ｖｐｐ＝２Ｖｐｏ＝２Ｖｈａｌｆ＝２Ｖｒｍｓ（ルート２）であることに留意されたい。
【００８８】
ＶｂｉａｓにＶｈａｌｆを瞬間的に重ね合わせると、必ずＷＶＤＣより下に留まることが観察される。分極コンデンサにわたる連続的に正のＤＣバイアス電圧状態を維持するために、Ｖｂｉａｓの大きさはＶｈａｌｆと等しいかまたはこれを越えることに留意されたい。ＡＣ電圧の定常状態の大きさは、ＤＣバイアスがＷＶＤＣの大きさの半分であることがさらに観察される。ＡＣサージの大きさは、ＤＣバイアス電圧がコンデンサの最大ＤＣサージ電圧範囲の半分であるときに最大化される。従って、それ（Ｖｂｉａｓ＋Ｖｈａｌｆ）は、必ずシステムＡＣ電圧の大きさ（ＧＥ）と等しいか、またはこれよりも大きいことが観察される。ＡＣ分圧はコンデンサの実容量における変動の影響を受ける。従って、容量の変動に対して２０％の許容があり、およびシステム電圧の大きさが１０％変動すると、
（Ｖｐｐ）×Ｄｆａｃ×Ｃｆａｃ＝（１６９．７１×２）×１．１０×１．２０＝４４８．０３ボルトである。
各コンデンサごとに、これは
（Ｖｐｏ）×Ｄｆａｃ×Ｃｆａｃ＝（１６９．７１）×１．１０×１．２０＝２２４．０２ボルトになる。
ＡＣ電圧は、本発明の２つの逆直列ウィングを横断して分割される。従って、この情報から第１次のデバイス選択が行なわれ得る。
【００８９】
最近のＣｏｒｎｅｌｌ Ｄｕｂｉｌｉｅｒ Ｃａｔａｌｏｇはモデル番号ＤＣＭＣ１２３Ｔ４５０ＦＧ２Ｄを記載する。このコンデンサは、１２，０００マイクロファラドの公称コンデンサ値、１３．３ミリオームのＥＳＲおよび２４．０アンペアの最大定格ＡＣリプル電流の公称容量値を用いて記載される。ＷＶＤＣおよびＶｓｕｒｇｅは、それぞれ４５０ＶＤＣおよび５００ＶＤＣである。この場合には、ＶｂｉａｓｓｈａｌｌはＷＶＤＣ／２または２２５ボルトＤＣであるように選択される。これは
Ｖｈａｌｆ＋ＷＶＤＣ／２＝４４９．０２ボルトの
公称重ね合わせ電圧に相当する。
８個の全コンデンサ（各側に４個）の選択は、９６アンペアの電流定格を提供する。
【００９０】
デバイスの全公称容量は１２，０００×４／２＝２４，０００マイクロファラドである。公称ＥＳＲは６．６５ミリオームであり、コンデンサインピーダンスはおよそ１２ミリオームであり、負荷インピーダンスの大きさは、過渡状態が１．３３オームおよび定常状態が１２．０オームである。コンデンサアセンブリにわたる定常状態ＡＣ電圧の降下は約０．１２ボルトであり、各容量性ウィングにわたる降下はより厳しい過渡状態（ｓｅｖｅｒｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）において１．１ボルトである。この例において、共振および障害時を除いて、コンデンサ電圧定格は必要とされるよりもはるかに高いことがわかる。比較的低い電圧コンデンサ定格を考慮することの有利な点は、サイズ、重量、容量およびコストである。不利な点は、障害または共振状態においてデバイスが破損することである。例のごとく、通常、適用時の経済性および安全性への関心がこの問題を決定する。このデバイスは、より堅牢な設計にするために、高速フューズ、サージ防止装置、抽気抵抗器、計量コンデンサおよび研磨コンデンサ（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を用いて構成され得る。
【００９１】
技術者は、本明細書中の設計標準で構成された回路を取り扱う際に高度の注意を払う必要がある。最も広く知れ渡っている電気産業界の標準である「ロックアウト タグアウト（Ｌｏｃｋ Ｏｕｔ，Ｔａｇ Ｏｕｔ）」は安全のために十分とはいえない。本発明において利用され得る大きい電気コンデンサは、適切な抽気抵抗器等が提供される場合を除いて、数日間の間、帯電状態で保持され得る。高電圧状態は、生命を危うくする事故を必ず起こす。従って、本発明の帯電デバイスを取り扱う誰もが極度に警戒する必要がある。当該技術において通常の知識を有しない者は、回路および回路素子との接触を回避する。例えば、分極コンデンサと分路を介して配置されるダルソンバール計は、ＤＣバイアス電圧およびＡＣ電源を短絡させ得る。これは、プロセスを完全に崩壊し、電流計を焼き尽くす。ダルソンバール計は、さらに、コンデンサの逆方向バイアスを引き起こし得、付属機器（ａｔｔｅｎｄａｎｔ）を短絡させ、続いて破裂させる。この回路の設計に関して通常の知識を有しない者は、回路素子を追加する際に極度な警戒を払う必要がある。コイルまたは小型の抵抗器が分極コンデンサと分路を介して配置されると、上記の計器のミスの結果を再現する。この理由で、通常の過程は分極コンデンサアセンブリをユニットとして用いるべきである。
【００９２】
ＰＥＣＳデバイス自己共振現象は、適切なＲＦＩフィルタと接地するように分流され得るか、またはこの現象が生じた場合、制御され得る。
【００９３】
本明細書中のＰＥＣＳデバイスの周波数応答は、特定の可変の周波数デバイスに有用な追加を提供する。周波数の増加を伴う回路有効容量の低減は、周波数の増加を伴うインピーダンス降下を部分的にオフセットする。例えば、可変速度駆動（ｓｐｅｅｄ ｄｒｉｖｅ）内の電力伝送効率は強化され得、一方で低周波数限流が提供される。従って、駆動は改善された力率を用いて拡大された周波数帯域にわたって動作し得る。
【００９４】
全波整流器は、ＡＣ電源の各端子に単一ＰＥＣＳデバイスを結合することによって、逆直列構成におけるように構成され得る。中心ノードは、その後、ばらばらに分解される。整流ブリッジおよびＤＣ出力部分は、その後、ＤＣ接合ノードが存在したＰＥＣＳデバイスの自由端に接続される。ＤＣ出力は、その後、浮動ＤＣの印加において用いられる。ＤＣ出力のボルト分割部分は、バイアスする目的で、ＰＥＣＳデバイスに接続（ｓｎｕｂ ｂａｃｋ）される。この設計は、絶縁変圧器の必要を取除き、電池充電器またはＤＣ電源に電力を供給する。さらに、整流器の力率は、絶縁変圧器出力デバイス（ｐｏｗｅｒｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）の遅れ力率に比例して訂正される。この回路は、単相または多相の適用で構成され得る。他の類似のエネルギー変換設計は、本明細書中で想定される。
【００９５】
控えめな（ｄｉｓｃｒｅｅｔ）コンポーネントの端子特性を利用する応用が存在する。分圧器が存在し、完全に設計されたフィルタが用いられ得る。高域フィルタ、低域フィルタ、帯域フィルタおよび阻止フィルタは中心ノードと結合され、極度な警戒および人員の遮蔽を伴って試みられる必要がある。磁気飽和、共振、ボードプロット、ナイキストプロット等を含む回路設計時の考慮すべき事項が当業者に周知であることが考慮される。
【００９６】
上記の配線に沿って、完全なＤＣコンデンサのバイアス状態を確立および維持するために適切な複数の回路が実現されている。ＤＣは規則化および非規則化された両方の電源を含む任意の適切な方式から導出され得る。ＡＣ電源の接地ループおよびＤＣバイアスを、通常、変圧器を介する絶縁および非接地の２次コイル（浮動ＤＣ電源）を用いることによって、回避する注意が払われる。加えて、信頼性を高めるために、システムにおいて電池が用いられ得る。電池電源供給は、これらの設計されたバックアップの期間に対して冗長な電源を提供する。小型の電気化学電池は、分極コンデンサにおける電荷のゆっくりとした減衰に基づいて、十分な有効ＤＣバイアス供給を数日にわたって提供する。電池技術は用途に合わせて選択する。価格、周囲温度、地震状況、ＡＣ電力の信頼性、換気、予測される寿命等を含むファクタは電池の選択に影響を及ぼす。電池最大充電電圧および最終放電電圧、またはＤＣシステム設計は、分極コンデンサをＡＣ信号クリッピング範囲から締め出す。
【００９７】
最高ＤＣバイアス電圧レベルは、共振、障害、モーター起動、変圧器突入、スイッチング動作、システム電圧のスパイク等の状態において必要とされる。比較的低いバイアス電圧は、他の動作状態において用いられ得、コンデンサの寿命を引き延ばす。電圧は、適切なフィードバックシステムによって自動的に調整され得る。電気的安全の問題および特定の用途に対して、抽気抵抗器、負荷抵抗器、高周波フィルタリング（ｈａｒｍｏｎｉｃ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）、電圧サージ防止装置、未分極研磨コンデンサ過電流保護、接地事故保護、スイッチングメカニズム、診断（ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）等のさらなる回路素子が、必要に応じて付加される。他の実施は接触器、ＤＣ予備充電、穏やかな起動メカニズム（ｓｏｆｔ ｓｔａｒｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）等を含み得る。この性質の変更および適応は、本明細書中で提示されたプロセスから著しい逸脱とはならない。
【００９８】
本発明の実施の方法は多数である。２つの非常に広い領域はバイアス電源およびＡＣ／ＤＣインターフェースである。これらの対象物の幅は考慮すべき事項であり、本明細書中で援用される。本発明の製作および実施において、経済性に関する種々の計画が取り入れられることが予想される。例えば、個別のダイオードが本明細書中の図面上に示される。種々のダイオードの組合せが今日の市場に存在する。一般的な２つの組合せは、ブリッジ整流器および一般的なカソードデュアルダイオードである。このようなデバイスは、個別コンポーネントの数を低減し、従って、製作コストを低減する。多極コンデンサは、アセンブリ接続ステップを低減する別の方法である。ホイートストーンブリッジは、類似の抵抗型の組合せである。実際、超小型回路の設計の経済性というテーマは、個別コンポーネントを進行的に低減させることである。このような省力の有用性は、本明細書中で明示的に援用される。種々のコンデンサ冷却方策およびショック事故の保護システムは、本発明の実施形態において用いられる。このような熱調節および絶縁方法および設計は、本明細書中で明示的に援用される。
【００９９】
さらに、特定の用途において、明示的なインターフェースは最も経済な様態で含まれ、他の用途は既存の外部回路位相を利用する。アンペア数、電圧および／または周波数応答に関して測定されたすべてのデバイス容量レベルは、本発明に含まれる。同様に、すべての適切な極性電荷蓄積デバイスは、本明細書中に含まれる。本発明は、発明の趣旨または重要な特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施されうる。上述の実施形態の各々において、コンポーネントは、サイズが拡大または縮小され得る。本発明の代表的な回路設計および方法の概要が述べられる。最も経済的な実現形態は応用の変数によって変化し、システム電圧、定常電流需要、過渡電流需要、共振の確率、選択されたコンデンサモデルの特性、バイアス電源の選択、環境、過剰需要、外部障害の考慮、内部障害の考慮等を含むが、これらに制限されない。
【０１００】
本発明のさらなる目的、利点および新しい機能は、本明細書中で述べられるか、または本開示を検討することによって当業者にとって明らかになるか、または本発明を実践することによって確認され得る。本発明の目的および利点は、本明細書中で暗示され、および／または当業者にとって公知の媒介および特に指示される組み合わせを用いて理解および達成され得る。本明細書中で記載された本発明の実施形態は例示であり、限定を意味しないと受取られることが意図される。種々の変更、改変、修正および追加が、当業者によって、本明細書中で定義されるような本発明の範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対してなされ得る。従って、等価物の意味および範囲内に入る請求項、および本明細書中の他の開示のすべての変更は、それに含まれることが意図される。ＡＣ回路網におけるコンデンサの複数の連続的および／または過渡的使用および／または応用は、当業者に公知であり、共振、転流、接続、鉄共振、サージ保護、補償、エネルギー蓄積、障害制御、電圧レギュレーション、限流、制御信号伝送等を含むが、これらに限定されない。請求項および開示は、本発明の真の趣旨、範囲および意味の中に入る、このようなすべての応用、修正および改変を包含することがさらに意図される。
【０１０１】
（付録Ａ：用語集）
用語「逆直列（ａｎｔｉ−ｓｅｒｉｅｓ）」は、アノードおよび／またはカソードで結合される２つ以上のＰＥＣＳデバイスについて言及する。すなわち、逆直列ＰＥＣＳデバイスは、アノード、カソード、あるいは、カソードおよびアノードの両方にＤＣ接続ノードを有する。これは、広範な意味で考えられるべきであり、例えば、電流分割器のデザインにおいて、ＤＣ接続ノードで実質的に接続される、複数のＰＥＣＳデバイスのアノード（または、カソード）を有する多数の構成要素の多種多様の構成を除外するべきでない。例えば、５つのＰＥＣＳデバイスは、アノードが接続された星形において、それぞれ、互いに対して逆直列の構成である。多相ＡＣシステムの種々のレッグにおけるＰＥＣＳデバイスもまた、互いに対して逆直列の構成であり得ることに留意されたい。同様に、逆直列の構成においてＰＥＣＳデバイスを識別する際、任意の所定のデバイスは、例えば、アンペア容量を増加するために、複数の分路によって構成されるデバイスを実際に含み得る。さらに、いくつかの直列ＰＥＣＳデバイスを逆直列の様態で接続して、効果的なＡＣ電圧定格が増加され得る。同様に、いくつかの逆直列ＰＥＣＳデバイスのペア自体が直列の様態で接続され、効果的に電圧定格が増加し得る。最終的に、ＡＣシステムの構成要素（例えば、ＡＣ電源または負荷）が、ＤＣ接続ノードにおける逆直列デバイス間で実際に接続され得ることに留意されたい。
【０１０２】
用語「ＡＣ」および「ＡＣ電源」は、広範な意味で用いられる。用語ＡＣおよびＡＣ電源は、固定周波数、可変周波数、固定振幅、可変振幅、変調周波数、変調振幅、および／または変調パルス幅ＡＣを含むべきであるが、これらに限定されない。側波帯および重ね合わせ、ならびに、他の線形、非線形、アナログまたはデジタル信号などを含む、他の信号および／または通信技術が明示的に含まれる。ＡＣ電源は、高調波を含み得る。ＡＣおよびＡＣ電源は、時間で異なる信号について言及すると考えられる。これらの信号は、データおよび／または電力を含み得る。複数の方法および／またはモードで異なるハイブリッドＡＣ電源が同様に含まれる。単一のＡＣ電源について言及することで、複数のＡＣ電源を除外すると解釈されるべきではない。
【０１０３】
用語「ＡＣブロッキングデバイス」は、関連する逆直列ＰＥＣＳデバイスと比較して、比較的大きなＡＣインピーダンスを提供する任意のデバイス、方法、デザイン、または技術を含みべきであり、同時に、このようなＰＥＣＳデバイスにバイアスをかけるためのＤＣ電流路を提供するように構成され得る。例えば、ＡＣブロッキングデバイスは、抵抗器、誘導器、整流器、電気スイッチなどを含み得るが、これらに限定されない。
【０１０４】
本明細書中で用いるように、用語「連続かつ定常の状態」は、起動などの一時的なアプリケーションに関する任意の不適合性を示すことを意図しない。
【０１０５】
用語「ＤＣ」、「ＤＣ電気」、および「ＤＣ電流」は、１つ以上の電荷キャリアの一方向または大部分が一方向のフラックス、変位、伝達、および／または流れを作成し、もたらし、提供し、支援し、または支持する任意の技術、デザイン、状態、物理的状態またはデバイスであり得る。この電荷キャリアは、電子、イオン、およびホールを含むが、これらに限定されない。これは、逆方向に荷電されている粒子の二方向移動を除外すると解釈されるべきではない。ＤＣは、実質的に時間で変動しない定常状態の電圧について広範に言及するべきである。
【０１０６】
用語「ＤＣ電源」、「ＤＣ電圧源」、または「ＤＣ電源」は、広範な意味で用いられる。この用語は、概して、ＤＣ電気を生成するための発生、生成、またはＡＣ整流に用いられる、または、有用な任意の方法およびデバイスを網羅し、かつ、含む。ＤＣ電源は、ＤＣ発電器、電気化学電池、光起電性デバイス、整流器、燃料電池、ＤＣ量子デバイス、特定のチューブデバイスなどを明示的に含むが、これらに限定されない。これらは、規則化タイプと、非規則化タイプと、フィルタリングタイプと、非フィルタリングタイプとを含むべきである。ＤＣ電源は、電気的に絶縁されていない電源によって電力を与えられる整流器、単巻変圧器、絶縁変圧器、および強共振変圧器を明示的に含むべきであるが、これらに限定されない。ＤＣ−ＤＣ電源、切り換えＤＣ電源、パルス充電器などが同様に含まれる。この単一の用語は、分路、直列、および／または逆直列に構成される複数のおよび／または冗長なＤＣ電源を除外すると解釈されるべきではない。単相および多相のＤＣ電源および／または充電器が含まれる。リアルタイムでＤＣバイアスレベルを調整する能力が同様に含まれる。「ダイオードドロッパデバイス」および正確に規則化された浮動ＤＣ電源電圧を用いることによって、特に、電気化学電池が電源の冗長のために含まれる場合、または、使用される逆直列ＰＥＣＳデバイスである場合、操作上およびデザインに関する利点が提供され得る。
【０１０７】
用語「ＤＣバイアス源」は、広範な意味で用いられる。この用語は、概して、ＡＣ電流の流れを制限、限定、かつ／またはブロックする際の、ＤＣ電圧および電流のＰＥＣＳデバイスへの生成および分配に用いられる、または、有用な任意の方法、デザイン、および／またはデバイスを網羅し、かつ、含む。用語ＤＣバイアス源は、少なくとも１つのＡＣブロッキングデバイスと実質的に直列に接続される少なくとも１つのＤＣ電圧源を含み得るが、これらに限定されない。本発明において、１つ以上のＤＣバイアス源は、ＰＥＣＳデバイスにわたる順方向ＤＣバイアス電圧を確立かつ維持するために、そのＰＥＣＳデバイスにわたって接続される。ＤＣバイアス源は、ＡＣ電源が、接続されているＰＥＣＳデバイスに逆バイアスまたは過大な順方向バイアスをかけることを防止する。単一のＤＣ電圧源は、適切に接続されるＤＣ導電デバイス、ＡＣブロッキングデバイスにより、多数のＰＥＣＳデバイスに関するＤＣバイアス源として機能するように構成され得る。同様に、複数のＤＣ電圧源および／またはＤＣバイアス源は、ＡＣ印加内の逆直列ＰＥＣＳデバイスに冗長なバイアス電圧源を提供するように構成され得る。
【０１０８】
用語「ＤＣ接続ノード」は、類似する極性のデバイスノードが結合されている２つ以上の逆直列ＰＥＣＳデバイスの構成のノードに対応する。ＤＣ接続ノードが、１つ以上のＡＣデバイス（例えば、誘導器など）に、ＡＣデバイスにわたる無視できるほどのＤＣ電圧を組み込み得る（または、得ない）ことに留意する必要がある。すなわち、ＤＣ接続ノード内にＤＣ電圧の差は実質的にない。同様に、ＤＣバイアス回路、計器、指示器、警報器などが、ＤＣ接続ノードに接続され得る。
【０１０９】
用語「電気的絶縁」は、その広範な意味で用いられる。この用語は、概して、絶縁変圧器、強共振変圧器、ならびに、ＡＣの場合に個別に生成、反転、かつ／または発生させられる電源を含むが、これらに限定されない。ＤＣ絶縁は、キャパシタを用いることにより達成され得る。用語電気的絶縁は、個別に生成、整流、または発生させられるＤＣ電源を含むべきである。電気的絶縁は、固定された接地基準（ｆｉｘｅｄ ｇｒｏｕｎｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を有さず、共通中性接地基準電圧（ｃｏｍｍｏｎ ｎｅｕｔｒａｌ，ｇｒｏｕｎｄ，ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖｏｌｔａｇｅ）を選択するか、あるいは、異なる中性接地基準電圧（ｄｉｓｔｉｎｃｔ ｎｅｕｔｒａｌｓ，ｇｒｏｕｎｄｓ ｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖｏｌｔａｇｅ）を代わりに選択する能力を伝達することを目的とする。この選択は、接続または操作可能に接続する場合に生じ、電源のデザイン、構成、材料または特性に特有である必要はない。
【０１１０】
用語「極性電荷蓄積（「ＰＥＣＳ」）」デバイスは、広範な意味で用いられる。この用語は、概して、任意の適切な極性電荷蓄積デバイス、および／または、電解キャパシタ、電気化学電池、特定の電気チューブデバイス、半導体容量デバイス、光起電性デバイス、燃料電池、量子電荷蓄積デバイスなどを含むがこれらに限定されない装置を網羅する。本明細書の目的のために、極性電荷蓄積デバイスは、電荷の静的絶縁と、支持電荷蓄積極性と、電流を伝導、変位、かつ／または伝達する能力とを支援する任意の技術またはデバイスであり得る。本明細書の多くの部分において、本発明の種々の局面を実証するために、明細書および図面の両方において、極性キャパシタが用いられる。しかし、任意の適切なＰＥＣＳデバイスが、表される極性キャパシタの代わりに、または、それと協同して用いられ得ることが理解される必要がある。すなわち、言及または説明される他のＰＥＣＳ技術を除外する意図はない。
【０１１１】
用語「整流器」は、本明細書中、その広範な意味で用いられる。電荷キャリアの一方向の流れを支持する、または支持するように構成される、任意の能動または受動のデバイスおよび／または装置が、整流器として考えられべきである。逆方向に荷電された粒子の二方向の流れは、整流器の定義に明示的に含まれる。整流器は、１つ以上のダイオード、トランジスタ、シリコン制御の整流器、カットオフＳＣＲ、サイリスタ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、分割リング、特定のチューブデバイスなどを含むが、これらに限定されない。整流回路構成は、半波整流器、全波整流器、分波整流器、および多相整流器を含むが、これらに限定されない。整流器のパルスは、単相または多相の場合のＡＣ電流波形または電圧波形のいずれかに抵抗、一致、またはオフセットするように移相され得る。これは、いくつかの一般的な方法として、絶縁変圧器のドット規則（ｄｏｔ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ）、移相巻線方法（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｗｉｎｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ）、Ｉ／Ｏ遅延、または電子的に達成され得る。
【０１１２】
用語「十分に順方向にＤＣバイアシング」は、ＰＥＣＳデバイスにわたってＤＣバイアス電圧を維持して、デバイスがＡＣ信号によって有害に逆方向にバイアスをかけられないように実質的に防止するための、本明細書中で概説または暗示される方法、デバイス、および／または装置について言及する。ＤＣバイアス電圧は、定常状態の任意の程度に固定され得る。これは、従来技術の振動性バイアススキーム（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙ ｂｉａｓ ｓｃｈｅｍｅｓ）と対比し、従来技術は、サブサイクルバイアスの順方向ＤＣバイアス電圧と逆ＤＣバイアス電圧との間で特徴的に異なり、および／または、ＤＣバイアス電圧の大きさに対して信号のサイズが過剰なためにＡＣ信号のひずみを引き起こす。ＤＣバイアシングについて考慮すべきことは、適用可能なＰＥＣＳデバイスの順方向電圧制限内での操作を含む。バイアス条件が同様に含まれ、ここで、各ＰＥＣＳデバイスのＤＣバイアス電圧の大きさは、印加されるＡＣ信号の大きさを実質的に超える。
【０１１３】
用語「スイッチ」および／または「電気的スイッチ」は、電流がオンまたはオフにされ得る方法、デバイス、および／または装置について言及する。スイッチは、機械的導体接触デザイン、電気機械デバイス、半導体デバイス、リレー、液体接触デバイスを含みべきであり、この液体接触デバイスは、例えば、水銀スイッチ、分子スイッチ、イオン化デバイス、バルブ、クエンチャー、ゲート、量子デバイスなどである。さらに、可変抵抗器と、調光器および／または流れレギュレータとして機能し得る電位差計と、オン／オフデバイスとなどの差動デバイスが含まれる。電流、フラックス、電流または伝導、変位などの制御に影響を与えるために用いられる物質の任意の状態および／または物質の状態の変化は、用語スイッチに含まれると考えられる。同様に、種々の技術的なスイッチと関連するセンサ、アクチュエータ、コントローラ、リレー、回路基板、チップなどが含まれる。本明細書中で使用される場合の電気スイッチおよびスイッチは、広範な意味で解釈されるべきである。本明細書中で概説されるデバイスおよび方法は、例示的であり、制限しない。
【０１１４】
用語「ＤＣブロッキングデバイス」は、ＤＣ電流の流れに対する比較的大きなＤＣ抵抗および／または逆相の流れを提供する任意のデバイス、方法、デザイン、装置および／または技術を含むべきである。例えば、ＤＣブロッキングデバイスは、極性キャパシタ、非極性キャパシタ、電気機械電池、他のＰＥＣＳデバイス、抵抗器、整流器などを含み得るが、これらに限定されない。同様に、絶縁変圧器は、ＤＣが磁気的に結合されていないため、ＤＣブロッキングデバイスとして機能する。整流器ブリッジが、単一の整流器または半波のブリッジによって提供されるより高いオーダのＤＣブロッキングを提供することに留意されたい。
【０１１５】
用語「温度レギュレーション」は、デバイスの表面および／または中心の温度を変更する自然または人為的に動力を与えられた手段によって、ＰＥＣＳデバイスの温度を制御することを意味するべきである。温度レギュレーションの典型的な方法は、ウォータバス、オイルバス、冷媒、熱浴を有する循環システム、および加熱素子および熱交換器の使用を含む。熱ポンプ、固体の冷却、および他のこのような方法は、デバイス温度の維持および／または変更に適切である。
【０１１６】
用語「一時的」は、本明細書中で用いられるように、定常状態のまたは連続的なアプリケーションに関する不適合性を示すことを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、電解コンデンサの従来技術の回路モデルである。
【図２】 図２は、分極および非分極コンデンサを小さいＡＣ信号結合用途（アナログ音声アンプに通常存在する）において用いる従来技術の回路を示す。
【図３】 図３は、モーター開始用途において通常用いられる、ＡＣ信号をＡＣ負荷に結合する商業的に利用可能な従来の逆直列の分極コンデンサのペアを示す。
【図４】 図４は、図３の回路の従来技術の改良品を示す。
【図５】 図５も、図３の回路の従来技術の改良品を示す。
【図６Ａ】 図６Ａは、順方向にバイアスがかけられた逆直列の分極コンデンサから構成された本発明のＡＣ回路の図であって、ＤＣバイアス回路部の詳細は省略された図を示す。
【図６Ｂ】 図６Ｂは、本発明の順方向にバイアスがかけられた逆直列の分極コンデンサであって、正のＤＣ接合ノードを分離するＡＣデバイスを備えた分極コンデンサの構成の図であって、バイアスの詳細は省略された図を示す。
【図７】 図７は、本発明の制限されたＡＣ印加においてＤＣバイアスがかけられた分極コンデンサの逆直列の対称の実施を示す。
【図８】 図８は、本発明の一つの回路を示す。
【図９】 図９は、本発明の別の回路の実施形態を示す。
【図１０】 図１０は、本発明を実施する回路の一実施形態を示す。
【図１１】 図１１は、本発明の別の実施形態を用いた、容量電力結合の構成を示す。
【図１２】 図１２は、本発明の順方向にバイアスがかけられた逆直列の分極コンデンサを組み込んだ、三相で三つのワイヤのＡＣシステム系列を示す図であって、ＤＣバイアスの回路部の詳細は省略された図を示す。
【図１３】 図１３は、本発明の一実施形態を組み込んだ、三相で四つのワイヤのＡＣシステムを示す。
【図１４】 図１４は、本発明の別の実施形態を組み込んだ、別の三相で四つのワイヤのＡＣシステムを示す。
【図１５】 図１５は、本発明の一実施形態を組み込んだ、さらなる三相で四つのワイヤのＡＣシステムを示す。
【図１６】 図１６は、本発明の４ｎ＋の実施を備えた一つの高い電流回路の図であって、ＤＣ電圧源の詳細は省略された図を示す。
【図１７】 図１７は、本発明の４ｎ＋の分極コンデンサおよびバイアスシステムの高電圧の実施を簡単に示した図である。
【図１８】 図１８は、本発明の別の実施を示す。
【図１９】 図１９は、本発明の一実施形態を用いた、単相のＡＣ電源からの連続的な動作に適した分相ＡＣ誘導モーターの二つの巻線を示す。
【図２０】 図２０は、本発明の別の実施形態におけるダウンストリームの故障によって生じた電流を制限する離調デバイスを備えたバンドパスＬＣフィルタを示す。
【図２１】 図２１は、本発明の別の実施形態においてコンデンサ温度および電気パラメータを調整する、電気接触が安全な熱伝導構造を示す。
【図２２】 図２２は、本発明の別の実施形態において、過渡的な用途に適し、連続的な動作に適合可能な順方向にバイアスがかけられた小さい信号の伝送状態を確立する方法を示す。
【図２３】 図２３は、本発明の別の実施形態において、連続的な動作に適した簡単な制御されたバイアス回路を示す。
【図２３Ａ】 図２３Ａは、図２３の電荷メカニズムの簡略化された概略図である。
【図２４】 図２４は、図２３に類似した受動的なバイアス回路を備えた、本発明の別の実施形態を示す。
【図２５】 図２５は、本発明の逆直列の構成を示し、ＡＣ電源は負のコンデンサ端子を分離し、ＡＣ負荷は正のコンデンサ端子を分離する。
【図２６】 図２６は、本発明の別の実施形態において、一つの低電圧ＤＣ電圧源を用いて、相互に直列になっている二つの逆直列分極コンデンサのペアにバイアスをかける図を示す。
【図２７】 図２７は、本発明の別の実施形態におけるＤＣ電源を示し、整流器ブリッジは逆直列のコンデンサを介してＡＣ電源に結合され、逆直列のコンデンサは次いで一部のＤＣ出力によってバイアスがかけられる。
【図２８】 図２８は、本発明の別の実施形態における三相で逆直列のＰＥＣＳデバイスを示し、一つの分極コンデンサは各ＡＣのホット鉄心脚内に存在する。
【図２９】 図２９は、本発明の１２０：２４０ボルトの単相システムを示し、各鉄心脚内の一つのＰＥＣＳデバイスは逆直列のコンデンサの構成の一部として機能する。
【図３０】 図３０は、連続的な動作に適した、本発明の逆直列のＰＥＣＳデバイスの構成内で一つの整流器を用いるＤＣバイアス電源を示す。

Claims (63)

1. ＡＣ電源と、ＡＣ信号を受信するために該ＡＣ電源に結合される少なくとも１つの負荷とを有する、ＡＣ回路網内で操作される極性電荷蓄積（「ＰＥＣＳ」）装置であって、
   互いに対して逆直列に構成される少なくとも第１および第２のＰＥＣＳデバイスであって、該逆直列ＰＥＣＳデバイスは、該ＡＣ回路網に操作可能に接続され、かつ、該ＡＣ信号の対象となるように適応される、第１および第２のＰＥＣＳデバイスと、
   該第１および第２のＰＥＣＳデバイスに結合される少なくとも１つのＤＣ電源と、
   を含み、
   該少なくとも１つのＤＣ電源が、該第１および第２のＰＥＣＳデバイスに結合されて、該ＰＥＣＳデバイスの両方が、該ＡＣ信号の対象となる間、連続的に順方向にバイアスをかけられた状態を維持することを特徴とする、
   ＰＥＣＳ装置。
2. 前記少なくとも１つのＤＣ電源は、前記第１および第２のデバイスに操作可能に結合されて、前記ＡＣ信号は、該少なくとも１つのＤＣ電源を介して実質的に伝導されない、請求項１に記載の装置。
3. 前記逆直列ＰＥＣＳデバイスの構成は、前記ＡＣ負荷と分路によって実質的に接続されるように適応される、請求項１に記載の装置。
4. 前記逆直列ＰＥＣＳデバイスの構成は、前記ＡＣ電源と前記ＡＣ負荷との間で実質的に直列に接続されるように適応される、請求項１に記載の装置。
5. 前記少なくとも１つのＤＣ電源の少なくとも１つの出力端子は、前記少なくとも１つのＡＣ電源から電気的に絶縁されるように適応される、請求項１に記載の装置。
6. 前記少なくとも１つのＤＣ電源は接地されない、請求項１に記載の装置。
7. 前記少なくとも１つのＤＣ電源の少なくとも１つの出力端子は、ＡＣシステムグラウンドに操作可能に接続されるように適応される、請求項１に記載の装置。
8. 前記第１および第２のＰＥＣＳデバイスは、互いに対して対称的にＤＣバイアスをかけられる、請求項１に記載の装置。
9. 前記第１および第２のＰＥＣＳデバイスは、ＤＣ接触ノードで互いに接続され、前記装置は、該ＤＣ接続ノードとＤＣ基準ノードとの間で接続される少なくとも１つのＡＣブロッキングデバイスをさらに含む、請求項１に記載の装置。
10. 前記少なくとも１つのＡＣブロッキングデバイスは、前記ＡＣ信号をブロックするために、前記第１および第２のＰＥＣＳデバイスと比較して十分に高いインピーダンスを有する抵抗器を含み、該ＡＣ信号は、該ＰＥＣＳデバイスを実質的に通過する、請求項９に記載の装置。
11. 前記ＤＣ接触ノードは、前記第１および第２のＰＥＣＳデバイス間に少なくとも１つのＡＣデバイスを組み込む、請求項９に記載の装置。
12. 前記ＤＣ接触ノードと、前記第１および第２のＰＥＣＳデバイスからの別のノードとの間にＡＣブロッキングデバイスをさらに含む、請求項９に記載の装置。
13. 前記少なくとも１つのＤＣ電源は、前記第１および第２のＰＥＣＳデバイスに個別にバイアスをかけるために、第１および第２のＤＣ電源を含む、請求項９に記載の装置。
14. 前記第１のＤＣ電源は、前記第１のＰＥＣＳデバイスと実質的に分路を介して接続される、請求項１３に記載の装置。
15. 前記第１のＤＣ電源と前記第１のＰＥＣＳデバイスとの間に操作可能に接続されるＡＣブロッキングデバイスをさらに含む、請求項１４に記載の装置。
16. 前記第２のＤＣ電源は、前記第２のＰＥＣＳデバイスにわたって実質的に並列である、請求項１５に記載の装置。
17. 前記第２のＤＣ電源は、少なくとも１つの第２のＡＣブロッキングデバイスを介して、少なくとも前記第２のＰＥＣＳデバイスにわたって実質的に並列に接続される、請求項１６に記載の装置。
18. 前記第１のＤＣ電源の少なくとも１つの端子と、前記第２のＤＣ電源の少なくとも１つの出力端子は接地されない、請求項１７に記載の装置。
19. 前記第１のＤＣ電源の少なくとも１つの端子と、前記第２のＤＣ電源の少なくとも１つの出力端子は、前記ＡＣ電源に対して電気的に絶縁される、請求項１７に記載の装置。
20. 前記少なくとも１つのＤＣ電源は、ＤＣ電位を提供するために第１および第２の出力端子を有する第１のＤＣ電源を含み、該第１の出力端子は前記ＤＣ接続ノードに結合され、該第２の出力端子は前記第１および第２のデバイスからの別のノードに結合される、請求項９に記載の装置。
21. 前記ＤＣ接続ノードと前記第１の出力端子との間で直列に接続される少なくとも１つのＡＣブロッキングデバイスをさらに含む、請求項２０に記載の装置。
22. 前記第１および第２のデバイスの前記別のノードと、前記第２の出力端子との間で直列に接続される少なくとも１つのＡＣブロッキングデバイスさらに含む、請求項２０に記載の装置。
23. 前記ＡＣ回路網は、該回路網の各相にＡＣレッグを有する多相ＡＣ回路網であり、前記第１のＰＥＣＳデバイスは、第１のＡＣレッグの一部分であるように適応され、前記第２のＰＥＣＳデバイスは、第２のＡＣレッグの一部分であるように適応される、請求項１に記載の装置。
24. 前記ＡＣ回路網は、該回路網の各相にＡＣレッグを有する多相ＡＣ回路網であり、前記第１および第２のＰＥＣＳデバイスは、第１のＡＣレッグの一部分であるように適応される、請求項１に記載の装置。
25. 前記ＰＥＣＳの構成は、定常状態の操作のために、前記ＡＣ回路網内に操作可能に取り付けられるように適応される、請求項１に記載の装置。
26. 前記第１および第２のＰＥＣＳデバイスは、共通エンクロージャ内に取り付けられる、請求項１に記載の装置。
27. 前記第１および第２のＰＥＣＳデバイスは、誘電性の流体内で支えられ、絶縁されたファスナーによって前記エンクロージャに取り付けられ、該エンクロージャは、接触しても電気的に安全なコンテナを規定する、請求項２６に記載の装置。
28. 前記負荷は分相ＡＣ誘導電動機であり、前記ＰＥＣＳデバイスは、前記ＡＣ電源と該分相電動機の巻線との間に直列に接続されるように適応され、該電動機の連続的な操作のために用いたままである、請求項１に記載の装置。
29. 前記ＰＥＣＳデバイスは、誘導器を有するＬＣフィルタ回路の一部分であり、該ＬＣフィルタ回路は、電力基本周波数に同調され、さらに、下流に欠陥が生じると該ＰＥＣＳデバイスを分路するためのスイッチを有する、請求項１に記載の装置。
30. 前記ＡＣ電源は第１のＡＣ電源であり、該第１のＡＣ電源と異なるＡＣ電圧を有する第２のＡＣ電源は、電流が制限された整流器を介して、前記第１のＰＥＣＳデバイスに操作可能に接続される、請求項１に記載の装置。
31. ＡＣ印加において用いられるＰＥＣＳ装置であって、
    第１のＰＥＣＳデバイスと、
    該第１のＰＥＣＳデバイスと逆直列の関係で接続される少なくとも第２のＰＥＣＳデバイスと、
    該第１および第２のＰＥＣＳデバイスに操作可能に接続される少なくとも１つのＤＣバイアス源と、
    を含み、
    該少なくとも１つのＤＣバイアス源が、該第１および第２のＰＥＣＳデバイスに接続されて、該ＡＣ印加において用いられながら、該第１および第２のＰＥＣＳデバイスの両方が、連続的に順方向にバイアスをかけられた状態を維持することを特徴とする、
    ＡＣ印加において用いられるＰＥＣＳ装置。
32. 前記第１および第２のデバイスにバイアスをかける前記ＤＣ電圧は、前記ＡＣ印加に関して、互いに対して実質的に相殺し合う、請求項３１に記載の装置。
33. 前記逆直列ＰＥＣＳデバイス間に配置されるＡＣ電気デバイスをさらに含み、該ＡＣデバイスは、前記接続されるＡＣ印加と異なるＤＣ電圧レベルで操作される、請求項３１に記載の装置。
34. 前記ＡＣデバイスはＤＣ電源を含む、請求項３３に記載の装置。
35. 前記ＤＣ電源の一部分は、前記第１および第２のデバイスを順方向にＤＣバイアスにかけるために、前記逆直列ＰＥＣＳデバイス間に操作可能に接続される、請求項３４に記載の装置。
36. 前記逆直列ＰＥＣＳデバイスは、前記ＡＣ印加内のＡＣ中性ノードを接地ノードに結合するために用いられる、請求項３１に記載の装置。
37. 前記第１および第２のＰＥＣＳデバイスは、それぞれ、正ノードおよび負ノードを有し、該第１および第２のデバイスからの少なくとも該正ノードまたは負ノードは、ＤＣの観点から実質的に互いに接続される、請求項３１に記載の装置。
38. 前記第１および第２のデバイスからの前記正ノードは、実質的に互いに接続され、該第１および第２のデバイスからの前記負ノードは、ＤＣの観点から実質的に互いに接続される、請求項３７に記載の装置。
39. 前記第２のＰＥＣＳデバイスにわたって、実質的に分路を介して接続される１つ以上のＰＥＣＳデバイスをさらに含み、該１つ以上のＰＥＣＳデバイスは、前記第１のＰＥＣＳデバイスと逆直列に構成される、請求項３１に記載の装置。
40. 前記１つ以上のＰＥＣＳデバイスはまた、前記第２のＰＥＣＳデバイスと逆直列に構成され、前記第１、該第２、および該１つ以上のＰＥＣＳデバイスは、互いに対して逆直列に構成される、請求項３９に記載の装置。
41. ＤＣ接続ノードにおいて、ＡＣ電流分割器マニホールドを形成するように互いに接続され、かつ、前記第１および第２の逆直列デバイスの構成に接続される、操作可能に順方向にバイアスをかけられた逆直列のＰＥＣＳデバイスの１つ以上のセットをさらに含む、請求項３１に記載の装置。
42. 少なくとも前記第１のＰＥＣＳデバイスにわたって実質的に並列に接続される非極性キャパシタをさらに含む、請求項３１に記載の装置。
43. 前記逆直列ＰＥＣＳデバイスは、定常状態のＡＣ印加を向上するために用いられる、請求項３１に記載の装置。
44. 前記少なくとも１つのＤＣ電源は、前記第１および第２のＰＥＣＳデバイスに操作可能に接続されて、前記ＡＣ印加からのＡＣ信号は、該少なくとも１つのＤＣ電源を介して実質的に伝導されない、請求項３１に記載の装置。
45. 前記逆直列の第１および第２のデバイスは、誘電性の流体内で支えられ、絶縁されたファスナーによってエンクロージャ内に取り付けられ、該エンクロージャは、接触しても電気的に安全なコンテナを規定し、接続のための電気の接触を提供する、請求項３１に記載の装置。
46. ＡＣ回路網であって、
    ＡＣ電源と、
    該ＡＣ電源に操作可能に結合されるＡＣ負荷と、
    互いに対して逆直列に構成され、該ＡＣ電源およびＡＣ負荷に操作可能に結合される第１および第２のＰＥＣＳデバイスと、
    該第１および第２のＰＥＣＳデバイスに操作可能に結合される少なくとも１つのＤＣ電源と、
    を含み、
    少なくとも１つのＤＣ電源は、該第１および第２のＰＥＣＳデバイスに接続されて、該ＡＣ電源の対象である間、該第１および第２のＰＥＣＳデバイスの両方が連続的に順方向にバイアスをかけられた状態を維持することにより、該ＡＣ電源によって該少なくとも１つのＤＣ電源が有害に逆方向にバイアスをかけられることを防止することを特徴とする、
    ＡＣ回路網。
47. ＡＣ電源と、操作可能に結合されるＡＣ負荷とを有するＡＣ回路網において、ＰＥＣＳデバイスを用いる方法であって、
    ａ）ＡＣ回路網の操作を向上するために、該ＡＣ回路網において逆直列に構成される少なくとも第１および第２のＰＥＣＳデバイスを実施する工程であって、ＡＣ信号は、該逆直列デバイスに適応される、工程と、
    ｂ）少なくとも１つのＤＣ電圧によって該ＰＥＣＳデバイスを順方向にバイアスをかける工程と、
    を含み、
    工程ｂ）において、該ＰＥＣＳデバイスの両方は、該ＡＣ回路網の操作の間、連続的に順方向にバイアスをかけられた状態を維持することを特徴とする、
    ＰＥＣＳデバイスを用いる方法。
48. 前記少なくとも第１および第２のデバイスにわたる前記ＤＣ電圧は、前記ＡＣ回路網に関して、互いに対して実質的に相殺し合う、請求項４７に記載の方法。
49. 前記逆直列ＰＥＣＳデバイスを実施する工程を行うことは、第１および第２の極性キャパシタを実施する工程を含む、請求項４７に記載の方法。
50. 前記第１および第２の極性キャパシタは、ＤＣ接続ノードにおいて互いに結合され、前記方法は、該ＤＣ接続ノードと少なくとも１つのＤＣ電源のＤＣ基準との間にＡＣブロッキングデバイスを提供する工程をさらに含む、請求項４９に記載の方法。
51. ＡＣ回路網内の前記逆直列デバイスを実施する工程を行うことは、前記ＡＣ電源に関する力率を改善するために、該ＡＣ電源と前記ＡＣ負荷との間で、前記逆直列された偏極キャパシタを直列に用いる工程を含む、請求項５０に記載の方法。
52. 前記回路網内の前記逆直列デバイスを調整可能に用いることにより、前記ＡＣ電源の観点からＡＣ回路網インピーダンスを調整する工程をさらに含む、請求項４７に記載の方法。
53. 前記逆直列デバイスは、電気スイッチと調整可能に用いられる、請求項４７に記載の方法。
54. ＡＣ回路網パラメータは、前記ＰＥＣＳデバイスの温度を制御可能に変化させることにより変更される、請求項４７に記載の方法。
55. 前記ＰＥＣＳデバイスの温度を制御可能に変化させる工程を行うことは、熱交換器によって行われる、請求項５４に記載の方法。
56. 前記第１および第２のＰＥＣＳデバイスのそれぞれにわたって実質的に分路を介する抵抗デバイスを提供して、電圧分割器アプリケーションにおける該デバイスに順方向にバイアスをかけ、かつ、平衡化する工程をさらに含む、請求項４７に記載の方法。
57. 前記第１および第２のＰＥＣＳデバイスに操作可能に接続される少なくとも１つのブリード抵抗器を提供して、該ＰＥＣＳデバイスにわたる前記バイアスの電圧を放電して、安全に停止し、メンテナンスを行う工程をさらに含む、請求項４７に記載の方法。
58. 各ＰＥＣＳデバイスにわたって印加される前記ＡＣ電圧の大きさは、各ＰＥＣＳデバイスにわたる前記ＤＣバイアス電圧の大きさより小さい、請求項４７に記載の方法。
59. 前記ＤＣバイアス電圧の定常状態の重ね合わせと、各ＰＥＣＳデバイスにわたって印加されるＡＣ電圧とは、各ＰＥＣＳデバイスの定格電圧内に維持される、請求項４７に記載の方法。
60. 少なくとも１つの電気的に絶縁されたＤＣバイアス源は、前記第１のＰＥＣＳデバイスにわたり、分路を介して実質的に接続されて、定常状態のＡＣ印加に用いられる、請求項４７に記載の方法。
61. 少なくとも１つの電気的に絶縁されたＤＣバイアス源は、前記第１のＰＥＣＳデバイスにわたり、分路を介して実質的に接続されて、一時的なＡＣ印加に用いられる、請求項４７に記載の方法。
62. 整流器ブリッジは、整流ＤＣの電気的絶縁を提供して、前記第１のＰＥＣＳデバイスを連続的に充電するために用いられる、請求項６０に記載の方法。
63. 前記ＤＣバイアス源の少なくとも１つのＤＣ極は、少なくとも１つのＡＣ電源から電気的に絶縁されて、前記第１のＰＥＣＳデバイスに連続的に順方向にバイアスをかける、請求項６２に記載の方法。

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