KR20020074468A

KR20020074468A - Ａｃ 애플리케이션들에서 분극 장치를 이용하는 방법 및회로

Info

Publication number: KR20020074468A
Application number: KR1020027008695A
Authority: KR
Inventors: 더프윌리엄비.쥬니어
Original assignee: 더프 윌리엄 비. 쥬니어
Priority date: 2000-01-04
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2002-09-30
Also published as: RU2249285C2; HK1051090A1; US20050194939A1; GC0000163A; IL150515A0; HU226003B1; US20030006738A1; RU2002118335A; CA2396396A1; CN100490268C; PA8509401A1; PL356700A1; MXPA02006675A; US6548988B2; BR0016794A; EP1252697A1; NO20023225L; NZ519772A; DK1252697T3; PL199220B1

Abstract

분극 전하 축적 장치는 높은 가용 커패시턴스를 경제적으로 제공한다. 본 발명은 통상의 AC 애플리케이션에 분극 커패시터(612, 614) 또는 전기 화학적 배터리와 같은 분극 전하 축적 장치(PECS)를 직접 이용한다. 일실시예에서, 안티 시리즈 구성의 제 1(612) 및 제 2(614) PECS 장치는 AC 네트워크의 동작을 강화하기 위하여 AC 네트워크 내에 이용된다. 적어도 하나의 DC 소스(616, 618)는 PECS 장치를 순방향 바이어스 상태로 유지하기 위해 제공되고, AC 신호에 쉽게 영향을 받는다. AC 부하(620)를 구동하는 AC 신호는, 안티시리즈 장치(610)에 인가된다. 장치는 적어도 하나의 DC 전압 소스에 의해 충분히 바이어싱되어, AC 신호를 결합하는 동안에 순방향 바이어스 상태로 된다.

Description

ＡＣ 애플리케이션들에서 분극 장치를 이용하는 방법 및 회로{Method and circuit for using polarized device in AC applications}

커패시터들은 에너지 축적, 신호 결합, 모터 개시, 역률 정정, 전압 조정, 튜닝, 공진 및 여과를 포함하여 다양한 목적으로 이용된다. 직렬 및 분로 수행들 (series and shunt implementations)에서, 과도 및 정상 상태 모두에서 통상 AC 네트워크에 커패시터를 실행하는데 있어서 동작상 많은 이점이 있다.

과도 조건 동안에 역률이 향상됨에 따라 네트워크 효율은 증가된다. 과도 애플리케이션의 직렬 커패시터는 전압 서지 보호, 모터 개시, 전류 제한, 스위칭 동작 등을 포함한다. 직렬 커패시터는 AC 네트워크 장해 및 다른 과도 조건의 효과를 완화시킬 수 있다. 예를 들면, 낮은 역률 과도 전류는 모터 개시로 인한 자기 인러시 전류, 변압기 인러시 및 장해 전류와 관련된다. 직렬 커패시턴스는 이러한 과도 조건 동안에 총 역률 및 네트워크 전압 조정을 향상시킨다. 또한, 직렬 커패시터 뱅크는 커패시터의 직렬 임피던스로 인한 전류 제한의 정도를 표시한다. 이것에 의해 장해 전류가 감소하게 되고, 이에 따라서 제너레이터, 변압기, 스위치기어, 버스 및 전송 라인 사이즈 요구 조건이 감소하게 된다. 장해 직렬 커패시터는 전류 제한 장치로서 동작한다. 인덕터 및 커패시터(LC 회로)로 구성되는 튜닝 회로는 여과용으로 이용된다. 높은 유도 직렬 형태는 커패시터 뱅크를 정교하게 단락함으로써 네트워크 결함 임피던스를 극적으로 증가할 수 있다. 직렬 커패시터 뱅크는 변압기에 결합되는 것이 통상적이다. 순간 전류 변화에 대한 변압기 저항은 순간 전압 변화에 대한 커패시터 저항과 결합한다. 이러한 특징은 증가되는 직렬 커패시터 뱅크 이용의 결과로서 상당한 순간 네트워크 전압 안정도를 초래한다. 이차적인 효과는 전압 서지 보호, 디맨드 인수 증가 및 전압 조정을 포함한다. 순간 전압 전이 효율은 적절한 커패시터 이용으로 증가될 수 있다. 이러한 많은 직렬 커패시터 이점이 이미 공지되어 있고 증명되어 있긴 하지만, 단위 비용 및 사이즈 요구 조건에 의해 통상적인 실시가 저지되어 왔다.

또한, AC 네트워크 정상 상태 특징은 커패시터의 결합을 통해 향상된다. 높은 커패시턴스 직렬 애플리케이션은 낮은 정상 상태 AC 전압을 커패시터에 가한다. 이것은 전기 전달 장치가 직렬 커패시터 뱅크와 결합하여 이용될 때 도움이 된다. 전기파 왜곡은 커패시턴스가 증가함에 따라 동일하게 감소된다. 정상 상태 직렬커패시터 애플리케이션은 모터 작동, 여과, 역률 정정, 효율적인 전력 전달, 전압 부스팅 등을 포함한다. 직렬 커패시터 뱅크는 유도 제너레이터와 전력 유도 모터 모두에 요구되는 자화[VARs]를 제공함으로써 전력 유도 모터에 대하여 유도 제너레이터를 허용한다. 또한, 이로 인해 전력 품질이 향상되고, 전기 그리드 교류 소스, 비상 전력 공급, 모빌 장비 및 휴대용 제너레이터의 비용이 절감된다. 동기 동작에 관한 라인상의 부가적 발생 용량 초래와 관련되는 기계적 스트레스는 직렬 용량성 결합을 함으로써 완화될 수 있다.

두 가지 주요 커패시터 카테고리에는 분극과 무극이 있다. 각 카테고리의 실현에는 여러 가지가 있다. 단일 방향성 순방향 바이어싱 요구에 의해서, 분극 커패시터는 대부분 DC 및 소형 AC 신호 애플리케이션에 이용된다. 분극 커패시터는 DC 전력 공급의 출력단과 같은 DC 여과 애플리케이션에 광범위하게 이용된다. 가청 주파수(뮤직) 증폭기는 신호 결합을 위해 DC 바이어스 분극 커패시터를 이용한다. 반대로, 무극 커패시터는 대개 DC 및 통상적인 AC 애플리케이션 모두에 이용된다. 애석하게도, 특히 직렬 애플리케이션의 무극 커패시터는, 사이즈, 커패시턴스, 무게, 효율 에너지 밀도 및 비용의 제한으로 인해 많은 AC 및 DC용으로 적절하지 못하다. 소형 무극 커패시터 뱅크의 이용은 상당한 전류 파형 왜곡 및 커패시터 양단의 대량 전압 강하를 초래하여, 에너지 손실과 AC 부하에서의 불량 AC 전압 조절이 초래된다.

반대로, 다른 분극 전기 축적(PECS) 장치뿐만 아니라 분극 커패시터는 무극 커패시터와 비교하여 질량 및 크기가 작고, 커패시턴스의 단위당 비용이 적다. 이러한 특징으로 인해 무극 커패시터보다는 분극 커패시터를 선호하게 된다. 또한, 분극 커패시터는 전력 주파수에서 비교적 낮은 직렬 AC 저항을 나타낸다. 그러나, 양극 및 음극에 관하여 양 "순방향" 전압으로 효율적으로 동작될 뿐이다. 임의 상당 크기의 역방향 전압은 커패시터를 단락시키고, 소화탄과 동등한 폭발을 초래한다. 사실상, 고체 탄탈 커패시터에 있어서, 이러한 단락 회로 장해 모드는 자연 발화를 포함한다. 따라서, 대부분의 경우 분극 커패시터는 통상적인 AC 애플리케이션용으로 변경할 수 없다.

도 1은 과도 전압 및 역방향 바이어스 전압 모드에서 회로 동작뿐만 아니라 분극 알루미늄 전해 커패시터의 정상적인 동작을 모델링하고 있다. 이 모델은 직렬 인덕터(101), 직렬 저항기(102), 병렬 저항기(103), 제너 다이오드(104) 및 분극 커패시터(105)로 구성된다. 제너 다이오드(104)는, 인가되는 전압이 1.5볼트의 역방향 바이어스 전압을 초과하거나 또는 대략 50볼트의 순방향 바이어스 조건이 커패시터의 정격 동작 DC 전압(WVDC) 이상인 경우에 나타나는 순방향 및 역방향 단락 조건을 모델링한다. 인덕터(101)는 커패시터의 자기 공진 주파수를 모델링하는데 적절하다. 직렬 커패시터(102)는 커패시터 동작시 측정되는 (소형, m□) 등가 직렬 저항(ESR)을 모델링한다. 병렬 저항기(103)는 커패시터 DC 누설 전류 현상 시에 측정되는 (대형, M□) 등가 병렬 저항을 모델링한다. 저 주파수 동작에서, 장치 동작 전압 조건내의 순방향 바이어스 전압에 의해 방향성 커패시터(105)에 전류가 도통하게 된다. 역방향 바이어스 조건은 다이오드(104)의 단락을 야기한다.

커패시터는 제로 전압과 정격 동작 DC 전압 사이에서 연속적으로 적절하게동작하게 된다. 최대 약 1.5볼트 DC의 역방향 바이어스 전압에서 정격 순방향 바이어스 서지 전압은 커패시터의 적정 과도 이용의 외부 한계를 형성한다. 이러한 광범위한 전압 엔벨로프 외부에서의 커패시터 동작은 단락 회로 조건을 야기하게 된다. 통상적으로 제3의 최고 임펄스 전압 파라미터가 있다. 커패시터의 과도한 순방향 전압은 제너 다이오드(104)에 역방향 전류가 도통하게 된다. 이러한 전기적 동작은, 제너 다이오드(104)를 병렬이지만 극성 커패시터와는 반대인 극성 배열로 도시함으로써 도식적으로 모델링된다. 어느 한쪽 방향의 다이오드(104) 단락은 과도 전류, 열 상승을 허용하고, 이것은 커패시터 장해를 가져온다. 싱글 분극 커패시터가 정상 AC 동작에서 작동하지 못하는 이유이다.

도 2는 소형 AC 신호 결합 애플리케이션에서의 DC 바이어스 분극 커패시터의 종래 기술의 이용을 도시하는 단순한 회로 실현(250)을 도시하고 있다. 이 회로는 대학 아날로그 전자 연구생의 실습에서 주로 이용되고, 다단 증폭기에 이용되고 있다. 회로(250)는 DC 바이어스 전압 소스(260)에 부가되는, 전력 공급이 가능한 AC 신호 소스(255)를 포함한다. AC 신호는 부하(266)에 결합되고, DC 바이어스 전압은 분극 커패시터(262)에 의해 차단되어 포지티브 바이어스된다. 커패시터 및 DC 바이어스 전압은 부가되는 AC 및 DC 전압이 적정 전압 윈도우내에 항상 있도록 선택된다. AC 소스 출력 섹션은 전체 DC 전력 소스 출력을 도통하고 그 역도 도통한다. AC 소스 신호가 커패시터 정력 DC 동작 전압에 비해 크기가 증가할 때, 클리핑 형태의 파형 왜곡이 발생한다. 따라서, 최저 파형 왜곡은 소형 AC 신호에서 발생한다. 바이어스 전압의 크기는 정력 커패시터 DC 동작 전압의 절반 정도인 것이통상이다. AC 파형 전달의 충실도는 AC 전압 신호의 크기에 따라 향상하고, AC 전류는 감소된다.

무극 커패시터(non-polarized capacitor)(264)는 "폴리싱"용 분극 커패시터 (262)와 병렬로 도시된다. 무극 폴리싱 커패시터는 공진의 정밀 튜닝, 커패시턴스 대 전류 비 조절, ESR 감소, 대역폭 조절, 파형 전달 향상, 주파수 응답의 평탄화 및 다른 애플리케이션 특정 양상을 향상시키는데 이용될 수 있다. 분극 커패시터(262)의 커패시턴스는 통상적으로 약 크기의 2배 정도 폴리싱 커패시터(264)의 커패시턴스를 초과한다. 무극 폴리싱 커패시턴스는 신호의 왜곡을 감소시키도록 동작한다.

도 3은 회로(300)를 도시하며, 이 회로는 310으로 공동으로 칭해지는 대(對)직렬 분극 커패시터(312, 314) 및 AC 부하(320)를 포함한다. 상부의 극성 마크는 커패시터(312)의 순간 순방향 바이어스 상태 및 커패시터(314)의 동시 역방향 바이어스 상태를 도시하며, 이것은 AC 소스(305)의 포지티브 동안에 발생한다. (물론, 극성은 네거티브 동안에는 역으로 나타난다.)

분극 커패시터의 안티-시리즈(anti-series) 구성은 과도하게 동작하거나, 또는 전류 제한 애플리케이션에서 동작한다. 이러한 종래에서 실시되는 안티-시리즈 구성은 전술되는 내부 제너 다이오드형 동작을 이용한다. 통상적으로, 이것은 단상 모터 개시 애플리케이션에 이용되며, 역방향 바이어스 단락으로 인한 단락 수명 및 과열로 고장나기 쉽다. 커패시터(312)가 AC 소스에 의해 순방향 바이어싱되는 경우, 커패시터(314)는 역방향 바이어싱되고, 부하(320)의 반파 전류를 단락시킨다. 다음 반파에서, 커패시터(314)는 순방향 바이어싱되고, 커패시터(312)는 단락된다. 이러한 종래의 안티시리즈 구성은 서브-사이클(반 사이클) 바이어스에서 발진하는 DC 바이어스 조건으로서 주목할 만 하다.

도 4에 관하여, 고시(Ghosh)의 미국 특허 제4,672,289호 및 제4,672,290는 안티시리즈 분극 커패시터를 AC 환경에 실행하기 위한 개선된 구성을 가르친다. 회로(460)는 도 4에 도시된다. 회로(460)는 AC 부하(470)를 구동하는 AC 소스(461)와 직렬로 분극 커패시터(462, 464), 다이오드(466, 468)를 포함한다. 안티시리즈 대칭 분극 커패시터(462, 464)는 반대로 배열되는 안티시리즈 다이오드들(466, 468)고 병렬이다. 동작 시에, 병렬 "분로(shunt)" 다이오드(466, 468)는 각 커패시터 양단의 최대 순간 네거티브 전압을 클램핑하고, 각 분극 커패시터가 과도하게 역방향으로 바이어싱되지 않도록 방지한다. 고시 회로는 각 커패시터의 역방향 전류를 단락시키도록 외부 이산 다이오드를 제공한다. 내부 제너 다이오드형 동작이 감소된다. 이것에 의해 커패시터의 열 상승이 감소되고, 예상 수명이 연장된다.

그러나, 상기 분기 다이오드 솔루션은 애석하게도 몇 가지 물질적인 단점을 가지고 있다. 각각의 커패시터 극성은 AC 파형의 절반에 대하여 어셈블리 양단의 전체 AC 전압에 영향을 받기 쉽다. 따라서, 단락 회로, 모터 개시, 변압기 인러시 또는 동일 조건에 대하여, 전체 AC 소스 전압은 50% 듀티 사이클로 각각의 안티시리즈 커패시터의 단자 양단 및 다이오드 어셈블리에 가해진다. 어떠한 전압 디바이더도 존재하지 않는다. 따라서, 실현 가능한 AC 리플 전압은 소정 레벨의 AC 신호 왜곡에 대하여 이용 가능한 다이오드 전압 정격에 한정된다. 또한, 각각의 분극 커패시터는 낮은 전압, 역방향 바이어스 조건 시간의 약 50%에 영향을 받기 쉽다. 다이오드는 AC 네트워크 전압 파형을 왜곡한다. 또한, 자기 바이어싱 회로는 다이오드 전류 제한용으로 변경할 수 없다. 이것은 정상 상태 조건에서 열 손실, 전류 파형 왜곡 및 다이오드 사이즈 요구조건으로 인해 문제가 다소 있다. 심지어는 과도, 장해, 자화 인러시, 공진 및/또는 개시 애플리케이션의 반도체에 상당한 문제가 있다. 전체 회로 전류는 정상 상태 및 과도 상태 모두에서 50% 듀티 사이클로 각 다이오드를 통과한다. 이것은 다이오드에 의한 상당한 열 손실을 초래하게 된다. 또한, 자기 바이어스 DC 전압 발진은 시스템 접지 기준을 교란시키고 열 손실을 더한다. AC 신호 사이즈와 관련하여 부적절한 DC 바이어스 전압의 결과로서 클리핑에 의해 AC 신호 왜곡이 나타난다. 절반 사이클마다의 커패시터 충전 재구성에 요구되는 에너지는 또다른 에너지 손실이다. 또한, 이러한 종래 기술의 솔루션은 많은 전기화학 배터리와 같은 다른 분극 전하 축적 장치에 이용하기에 부적절하다.

또한, 회로는 증가되는 전류 요구 조건에 있어서 경제성이 없음을 나타낸다. 커패시터 뱅크 앰프리지 레이팅(capacitor bank amperage rating)이 두배로 되는 경우, 다이오드, 히트 싱크 등도 역시 두배로 된다. 이것은 높은 전류 AC 애플리케이션의 주요 비용을 구성한다. 부가 직렬 다이오드가 실현 가능한 전압 레벨을 증가시키는데 요구되는 경우, 부가 다이오드는 기존의 다이오드와 동일한 앰패서티 (ampacity)를 가져야 한다. 각각의 기존 다이오드의 순방향 전압 강하는 각각의부가 유닛의 순방향 전압 강하에 의해 매칭된다. 따라서, 전력 손실 및 열 발생은 비례적으로 증가한다. 또한, 각 다이오드의 제로에 관한 불감대(dead-zone)는 직렬 결합되는 다이오드의 수만큼 증가된다.

따라서, 예를 들면 고시 회로에서 안티시리즈 다이오드 배치 및 종래의 안티시리즈 배열에서의 내부 제너 다이오드 동작으로 의한 이러한 파형 왜곡은 다루기 힘들다. 또한, 고시 및 종래 회로는 시스템 DC 접지 기준에 진행 발진 영향을 미친다. 이러한 문제점으로 인해 통상의 AC 애플리케이션에 종래 및 고시 장치를 이용하기가 부적절하게 된다. 이러한 2가지 테크놀로지는 AC 전압 왜곡이 최소화되는 경우에 소형 신호 체제 밖에서 동작한다.

도 5를 참조하면, 노베르트(Norbert)의 독일 특허 DE 제4401955호는 과도 AC 애플리케이션들에서 분극 커패시터를 이용하는 회로(500)에 대하여 개시하고 있다. 노베르트의 가르침에 따르면, 회로(500)는 단상 비동기 모터들을 시동시키는 위상 시프터가 우선 되도록 설계된다. 회로(500)는 AC 소스(501), 안티시리즈 쌍(502), 저항기(503), 다이오드(504), 유도성 부하(505) 및 스위치(501)로 구성된다. 다이오드(504) 및 저항기(503)는 AC 전압 소스(501)에 영구 접속되거나 또는 상이한 네거티브 전압 소스에 교호 접속된다. 스위치(506)가 개방된 잠재기(latency period)후에, 다이오드/저항기 콤비네이션은 커패시터 쌍을 점차 순방향으로 바이어스한다. 노베르트 회로는 AC 부하의 적절한 시작을 위해 커패시터를 미리 조정하고, 적정 잠재기가 모터 시작 이전에 이용가능할 때 고시 회로(Ghosh circuit)이상으로 예상 수명을 증가시킨다. 노베르트는 고시에 비해 소형의 다이오드 앰패서티들(diode ampacities)의 이용을 허용한다. 또한, 노베르트는 경제적 싱글 구성이 가능한 경우 안티시리즈 커패시터 중앙 노드에의 고 임피던스 접속을 제안하고 있다. 단지 외부 다이오드, 저항기 및, AC 소스 접속들이 회로가 이용을 위해 준비되게 하도록 요구된다.

애석하게도, 노베르트 회로는 커패시터 바이어싱에 상당한 시간을 요한다. 커패시터는 AC 전압의 크기(피크 투 제로) 하에서 조정하도록 충전된다. 그 이유는, 노베르트 회로는 높은 AC 시스템 전압 애플리케이션에 낮은 동작 전압 분극 커패시터를 이용할 수 없기 때문이다. 또한, 회로는 전기화학 배터리와 같은 다른 분극 전하 캐리어 장치에 이용하는 것이 부적절하다. 또, 노베르트 회로는, 단상 모터 도는 다른 부하가 개시이후 접속된 채로 있는 경우 규정 시간외에는 재구성 충전이 저하하는 경향이 있다는 점에서 연속적으로 이용할 수 없다. 회로는 종래의 비충전 안티시리즈 구성과 동일하게 동작하게 된다. 따라서, 노베르트 회로는 정상 상태 경우에 소형 AC 신호 요구 조건을 초과하기 때문에 AC 파형 신호를 클리핑하는 단점을 나타낸다.

따라서, 정상 상태 AC 애플리케이션을 포함하는 AC 애플리케이션에 분극 커패시터와 같은 분극 전하 축적 장치를 이용하는 개선된 방법 및 회로에 대한 요구는 여전히 남아있다.

본 명세서는, 2000년1월4일에 출원된 "AC 애플리케이션들에서 분극 장치를 이용하는 방법 및 회로(Method and Circuit for Using Polarized Device in AC Applications)"라 명명된 잠정적 출원 일련번호 제60/174,433호와, 2000년11월9일에 출원된 US 특허 출원 일련번호 제 --/---,---호의 이익을 청구하는 것이다.

본 발명은 통상적으로 AC 애플리케이션에서의 분극 전하 축적 장치의 이용에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 통상 AC 애플리케이션에 이용되는 DC 전위를 갖는 분극 커패시터와 같은 바이어싱 분극 장치에 관한 것이다.

도 1은 전해 커패시터의 종래 기술 회로 모델을 도시한 도면.

도 2는 통상적으로 아날로그 오디오 증폭기에 나타나는 소형 AC 신호 결합애플리케이션에 분극 및 무극 커패시터를 이용하는 종래 기술 회로를 도시한 도면.

도 3은 모터 개시 애플리케이션에 통상 이용되는 AC 부하에 AC 신호를 결합하는 상업적으로 이용 가능한 종래의 안티시리즈 분극 커패시터 쌍을 도시한 도면.

도 4는 도 3의 회로에 관한 종래 기술 개량을 도시한 도면.

도 5는 도 3의 회로에 관한 종래 기술 개량을 도시한 도면.

도 6a는 본 발명의 순방향 바이어스 안티시리즈 분극 커패시터로 구성된 AC 회로를 도시하고 있으며, DC 바이어스 회로 상세를 무시한 도면.

도 6b는 바이어싱 상세를 무시한 상태에서, 포지티브 DC 접합 노드를 분리하는 AC 장치를 구비하는 본 발명의 순방향 바이어스 안티시리즈 분극 커패시터 구성을 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 제한 AC 애플리케이션의 DC 바이어스 분극 커패시터의 안티시리즈 대칭 설치를 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 한 회로를 도시한 도면.

도 9는 본 발명의 또다른 회로 실시예를 도시한 도면.

도 10은 본 발명을 구체화하는 회로의 일실시예를 도시한 도면.

도 11은 본 발명의 또다른 실시예를 이용한 용량성 전력 결합 장치를 도시한 도면.

도 12는 본 발명의 순방향 바이어스 안티시리즈 분극 커패시터를 포함하는 3-와이어 AC 시스템 시리즈를 도시하고 있으며, DC 바이어스 회로 상세를 무시한 도면.

도 13은 본 발명의 실시예를 포함하는 3상 4-와이어 AC 시스템을 도시한 도면.

도 14는 본 발명의 또다른 실시예를 포함하는 교류 3상 4-와이어 시스템을 도시한 도면.

도 15는 본 발명의 실시예를 포함하는 부가 3상 4-와이어 AC 시스템을 도시한 도면.

도 16은 본 발명의 4n+ 설치를 구비한 하나의 고 전류 회로를 도시하고 있으며, DC 전압 소스의 상세를 생략한 도면.

도 17은 본 발명의 바이어싱 시스템 및 4n+ 분극 커패시터의 고 전압 실현의 단순한 표시를 도시한 도면.

도 18은 본 발명의 교류 실현을 도시한 도면.

도 19는 인스턴트 발명의 실시예를 이용하는 단상 AC 소스로부터의 연속적인 동작에 적절한 분상 AC 유도 모터의 2가지 방위를 도시한 도면.

도 20은 본 발명의 또다른 실시예에서 다운스트림 장해에 의해 야기되는 전류를 제한하는 이조(離調) 장치를 구비하는 대역 통과 LC 필터를 도시한 도면.

도 21은 본 발명의 또다른 실시예에서 커패시터 온도 및 전기적 파라미터를 조절하는 전기적으로 터치 안전한 열 도전성 구조를 도시한 도면.

도 22는 본 발명의 또다른 실시예에서의 연속 동작할 수 있고, 과도 애플리케이션에 적절한 순방향 바이어싱되는 소형 신호 전달 조건을 설정하는 방법을 도시한 도면.

도 23은 연속 동작에 적절한 본 발명의 또다른 실시예의 단순한 제어식 바이어싱 회로를 도시한 도면.

도 23a는 도 23의 충전 메커니즘의 단순화된 구성인 도면.

도 24는 도 23과 동일한 수동 바이어싱 회로를 구비하는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 도면.

도 25는 본 발명의 안티시리즈 구성을 도시하며, AC 소스는 네거티브 커패시터 단자를 분리하고, AC 부하는 포지티브 커패시터 단자를 분리한 도면.

도 26은 본 발명의 또다른 실시예에서 상호 직렬 결합되는 2개의 안티시리즈 분극 커패시터 쌍을 바이어싱하기 위한 단일 저 전압 DC 전압 소스의 이용을 도시한 도면.

도 27은 본 발명의 또다른 실시예에서 DC 전원을 도시하며, 정류 브릿지는 안티시리즈 커패시터를 경유하여 AC 공급 장치에 결합되고, 이 안티시리즈 커패시터는 DC 출력 부분에 의해 바이어스된 도면.

도 28은 본 발명의 또다른 실시예에서 3상 안티시리즈 PECS 장치 구성을 도시하며, 단일 분극 커패시터는 각각의 AC 핫 레그에 배치된 도면.

도 29는 본 발명의 120:240 볼트 단상 시스템을 도시하며, 각 레그의 싱글 PECS 장치는 안티시리즈 커패시터 구성의 일부로서 제공된 도면.

도 30은 연속 동작에 적절한 본 발명의 안티시리즈 PECS 장치의 단일 정류기를 이용하는 DC 바이어스 소스를 도시한 도면.

분극 전하 축적 장치는 높은 이용 가능한 커패시턴스를 경제적으로 제공한다. 본 발명은 새로운 회로 형태로 통상의 AC 애플리케이션에 분극 커패시터 또는전기 화학 배터리 등의 분극 전하 축적(PECS) 장치를 직접 이용한다. 일실시예에서, 제 1 및 제 2 PECS 장치의 안티 시리즈 구성은 AC 네트워크의 동작을 강화시키기 위해 AC 네트워크 내에 이용된다. 적어도 하나의 DC 소스가 순방향으로 바이어싱되는 PECS 장치를 유지하기 위해 제공되며, AC 신호에 영향을 받게 된다. AC 부하를 구동하는 AC 신호는 안티 시리즈 장치에 인가된다. 장치는 AC 신호를 결합하는 동안에는 순방향 바이어스된 채로 되도록, 적어도 하나의 DC 전압 소스에 의해 상당히 바이어스된다.

전술된 것은 후술되는 본 발명의 상세를 보다 용이하게 이해할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 특징 및 기술적 이점의 윤곽을 다소 광범위하게 기술하고 있다. 본 발명의 또다른 특징 및 이점은 후술되며, 본 발명의 청구 사항의 실체를 형성한다. 기재되는 개념 및 특정 실시예가 본 발명의 동일 목적을 실행하기 위해 다른 구조를 변경 또는 설계하기 위한 기초로서 이용될 수 있다는 것은 당업자에게 있어 명백해지게 된다. 또한, 이러한 동등한 구성이 첨부되는 청구 범위에서 설명되는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 것을 당업자들은 이해하게 된다.

본 발명 및 본 발명의 이점의 보다 완벽한 이해를 위해, 첨부 도면과 함께 후술되는 상세를 참조한다.

도 6a는 이상적인 회로(600)를 도시하며, 본 발명의 실시예를 개념적으로 도시하고 있다. 회로(600)는 안티시리즈 분극 커패시터 쌍(610) 및 부하(620)와 직렬 접속되는 AC 소스(605)를 포함하며, 이 AC 소스(605)에 의해 구동된다. 분극 안티시리즈 커패시터 쌍(610)은 서로 안티 시리즈 관계로 접속되는 분극 커패시터(612, 614)를 포함한다. 도 6a에 도시되는 바와 같이, 커패시터(612, 614)는, 순 포지티브 전위가 각각의 커패시터 양단에 연속적으로 인가되어 통상의 AC 애플리케이션에 이용될 수 있도록, DC 전압으로 각각 적절하게 순방향 바이어스된다.

각각의 DC 바이어싱 전압은 각각의 커패시터의 동작 AC 전압 분할과 접속하여 최악의 네거티브 AC 스윙을 보상하기에 충분히 크다. DC 바이어스 전압에 부가되는 AC 전압의 포지티브 스윙은 커패시터의 정격 동작 전압 보다 동일하게 작다. 강해되는 연속 DC 바이어스 조건은 수정하기 어려운 않은 열 손실, 짧은 수명, 신호 왜곡 및/또는 발진 DC 바이어스 전압 조건의 종래 단점을 제거한다. 따라서, 불량 DC 바이어스 조건이 유지되고, AC 전압 및 전류가 장치 공차에 비해 작은 경우, 이 회로는 정상 상태 및/또는 과도 AC 동작에 적절하다. DC 바이어스 중첩 회로에 관한 상세는 이 도면에서는 간단화를 위해 생략되지만, 이후 더 상세하게 처리된다. 적절한 DC 커패시터 바이어스 조건을 설정하여 유지하기에 적절한 많은 회로 실현이 있다. 안티시리즈 분극 커패시터를 바이어싱하는 DC 소스는 조정 및 비조정 소스 모두를 포함하는 임의 적절한 구성으로부터 유도된다. 대안으로, 순간 액티브 바이어싱이 실질적이며 분극 커패시터의 수명을 증가시킬 수 있다.

회로(600)는 커패시터(612, 614)의 DC 저지 특성을 나타낸다. DC 전압(616, 618)는 2개의 분극 커패시터의 단자에 인가된다. 이러한 논의를 위해, 대칭 DC 바이어스 전압이 인가되는 것으로 가정한다. 간단하게 하기 위하여, 또한 커패시터(612, 614)는 상호 커패시턴스가 동일한 것으로 가정한다. 그러나, 이러한 조건은 본 발명에 있어서 요구되지 않는다. 이 실시예에서, 각각의 DC 바이어스 전압의 값은 안티시리즈 커패시터 쌍 양단의 절대 최대(RMS 아님) 피크 투 제로 AC 전압의 적어도 절반이다. 이것은 인가되는 피크 투 피크 전압 크기의 1/4이다. 구성 소자 변동 및 소형 신호 체제를 고려하면, 인가 DC 바이어스 전압은 다소 증가된다. DC 바이어스 전압은 회로의 AC 동작에 악영향을 미치지 않는다. 이것에 의해 적절한 순방향 바이어스가 제공되고, 종래 애플리케이션의 AC 전압 왜곡, 커패시터 역방향 바이어싱, 다이오드 순방향 도통, 구성 소자 열 증가, DC 기준 전압 발진 및 조기 장해 특성 없이 연속적인 동작이 가능하다.

이상적인 구성에서, DC 바이어스 소스는 AC 소스로부터(상관없이) 절연된다. 따라서, 어떠한 순간 DC 바이어스 전압 또는 전류도 상기 이상적인 경우에 접속되는 AC 네트워크를 교란시키지 않는다. 또한, 어떠한 고조파 또는 부고조파 왜곡도 용량성 AC 전류 경로 또는 바이어스 소스에 의해 AC 네트워크에 전해지지 않는다. 또한, 이 DC 바이어스 소스는 무한의 양방향성 AC 임피던스 및 제로 DC 저항을 나타낸다. 동일하게는, 분극 커패시터를 통하는 AC 전류 경로는 제로 양방향성 AC 저항 및 유한 DC 저항을 나타낸다. AC 및 DC 전압은 중첩의 원리에 따라 나타난다. 따라서, AC/DC 인터페이스는 전자기적 외란을 상호 또는 인접한 전기 장비에전혀 야기하지 않는다. 분극 커패시터는 AC 과도 및 AC 정상 상태 모두의 경우에 DC 전력 공급원의 DC 부하가 되도록 고려될 수 있다.

간단한 회로(600)는 유익하다. 분극 커패시터가 AC 네트워크에 직접 이용되고, AC 전압 디바이더로서 제공되고 있음을 나타내는데 주로 제공된다. 이것은 분극 커패시터 이용의 간단한 실현을 구성하고 지금까지 공지되지 않은 결과를 제공한다. 가능한 AC 전기적 경로가 전혀 없지만 커패시터를 통하는 경로는 있다. 중앙 노드가 고정 접지 기준에 관련하여 바이어싱되기 때문에, 2개의 교류 안티 시리즈 실현은 적정 바이어스 전압으로 상호 병렬로 동작될 수 있다.

도 6b는 회로(650)를 도시한다. 회로(650)는 AC 소스(652), 분극 커패시터 (662, 664), 인덕터(668) 및 AC 부하(670)로 구성된다. 인덕터(668)는 안티시리즈 분극 커패시터 쌍(662, 664)을 물리적으로 분리한다. 커패시터(662, 664)의 극성 방향 및 DC 바이어스 전압은 도 6a에 도시된 것과는 반대이다. 커패시터 상부의 극성 표시는 커패시터의 연속 순방향 바이어싱을 나타낸다. 정상 상태에서 DC 및 AC 전압이 회로 주변의 제로에 부가됨을 증명할 수 있다. 인덕터 양단의 정상 상태 DC 전압은 무시할 수 있기 때문에, 커패시터의 포지티브 노드는 사실상 동일한 DC 전위를 가진다. 따라서, DC 접합 노드는 인덕터를 통한 연속성을 유지한다. AC 소스(652) 및 AC 부하(670)는 동일한 DC 전위로 유지되는 동안에 커패시터의 네거티브 극을 동일하게 물리적으로 분리한다. AC 소스(652)는, 커패시터(662, 664)와 인덕터(668)로 구성된 LC 회로를 통해 AC 부하(670)에 접속된다. LC 회로는 필터로 이용되는 것이 통상이다. 회로 AC 파라미터, 예를 들면 역률, 임피던스 등은인덕터의 인턱턴스를 적절하게 조절함으로써 변경될 수 있다. 이것은 분기에 배치되는 낮은 저항을 통해 인덕터를 탭 절환하거나 또는 단락시킴으로써 완성될 수 있다. DC 바이어스 소스 상세는 도면에서 간단하게 하기 위하여 생략된다. 이 도면에 의하면, AC 회로 소자가 AC 애플리케이션의 순방향 바이어스 안티시리즈 PECS 장치를 분리하는 것을 도시하고 있다.

회로 수행들

도 7은 회로(750)를 도시하며, 이 회로는 2개의 명시된 동일한 DC 전압 소스(774, 786)를 이용한다. 각각의 비접지 DC 전압 소스는 DC 접지 기준(AC 저지) 저항기(788)를 통해 각각 분극 커패시터(778, 782)를 포지티브 바이어스한다. 무극 폴리싱 커패시터(776, 784)는 분극 커패시터(778, 782) 양단에 각각 병렬 접속되어, 대응하는 커패시터 세트(776/778, 782/784)를 형성한다. AC 신호는 AC 소스(772)로부터 커패시터 세트를 통해 유도/저항 부하(790)에 전달되고, DC 전압 소스 출력 부분을 통해 도통된다. 바이어싱되는 분극 커패시터의 안티 시리즈 배치로 상기 AC 신호 애플리케이션에 이용할 수 있게 된다. AC 소스(772) 출력 부분 및 부하(790)는 정상 상태 DC 단락 회로로서 기능하며, DC 소스(774, 786)로 하여금 커패시터 세트를 바이어스할 수 있게 한다. 저지 저항기(blocking resistor)(788)는 상기 대칭 비접지 DC 바이어싱 구성에서 네거티브 극 기준 전압에 DC 전류 경로를 제공한다. 저항기는 AC 신호에 개방 회로로서 대체로 나타나도록 커패시터에 비해 상당히 높은 AC 임피던스를 가진다. 이 회로 실시예는 우선 AC 신호에 전달하도록 대칭적으로 바이어싱되는 안티 시리즈 분극 커패시터의 이용을 도시하도록 제공된다. 중첩의 원리가 명백하게 묘사된다. AC 소스(772)와 부하(790) 사이의 단일 넌바이어싱되는 무극 커패시터는 보다 효율적인 AC 신호 전송 폴리싱을 위해 커패시터(776, 784)로 대체될 수 있다. 전체 AC 신호는 2개 DC 전력 소스의 출력 부분을 통과하게 된다. DC 전압은 커패시터와 저항기(788) 사이에서 분압된다. 시스템은 임의 단일 노드에서 임의대로 접지될 수 있다. DC 바이어스 전압 레벨은 신호 전달 충실도를 좋게 하기 위하여(낮은 고조파 왜곡을 위하여) 훨씬 높게 설정될 수 있다.

도 8은 회로(800)를 도시하며, 본 발명을 구체화하는 회로의 일실시예이다. 회로(800)는 AC 소스(805), 안티시리즈 분극 커패시터(812, 814), 다이오드(816), 저항기(817), DC 전압 소스(818), 3-포지션 스위치(819)를 포함한다. 안티시리즈 커패시터(812, 814)의 2개 윙은 초기에 적절하게 순차적으로 바이어스될 수 있다. 도시되는 회로 구성 및 중앙 포지션(개방)의 스위치에서, 내구력 있는 DC 바이어스 전압 및 유한 DC 임피던스(개방 회로)에 근접한 접근이 달성된다. 그러나, 초기 충전된 DC 바이어스 전압은 코로나 효과 및 커패시터에 의한 누설 전류로 인해 저하된다. 2개의 윙은 동일한 바이어스 전압 및 충전 감쇠 비를 유지한다. 따라서, 스위치(819)를 전후로 드로우잉(throwing)함으로써 커패시터(812, 814)는 그들 충전을 유지한다. 통상의 AC 소스는 변압기 권선에 의해 부하에 공급된다. 회로가 동작되어 배터리 스위치가 어느 한 쪽의 윙으로 드로우잉되는 경우, 양쪽 윙의 바이어스 전압은 중앙 노드에 대하여 발생한다. 2개 전압의 충전 비는 상이하긴 하지만 모두 증가한다. 간단히 말하면, 2개 윙은 동일한 DC 바이어스 전압을 가진다. 변압기 권선(AC 소스(805)) 및 부하가 DC 바이어스 전압 차에 대하여 정상 상태 단락 회로로서 동작한다는 것이 종래와 동일하다는 것을 쉽게 입증할 수 있다. 스위치가 수평 포지션에 있는 경우, 일부 AC 전류는 DC 소스(818)(예를 들면, 배터리)를 통해 흐른다. 이러한 비이상적인 형태는 단일 방향이고, 일시적이면서 저항기(817) 크기, 커패시터, AC 부하 및 AC 소스 파라미터에 따라 변화하게 된다. 이 경우에, 이상적인 회로 구성은 임의 순서로 동작한다. 스위치는 회로 동작에 필요하지는 않지만, 동작의 원리를 기술하는데 유용하고, DC 전압 소스 유지 목적에 유용하다.

통상적으로 다이오드(및 특히 다이오드(816))는 역방향 흐름의 경우에 높은 AC 임피던스의 좋은 실현이며, 순방향 DC 전류가 자유롭게 흐를 수 있다. 다이오드(816)는 순방향 AC 전류 반파를 저지하지 않는다. 스위치(819)는 선택적으로 고체 스위치 또는 전기기 장치로서 실현될 수 있다. 스위치(819)는 소정의 반파장 동안에 DC 전압 소스(818)를 적절한 커패시터(812 또는 814)에 연결하거나, 또는 어느 한 측에 간단하게 간헐적으로 접속할 수 있다. 비교적 큰 저항기(817)(또는 인덕터)는 DC 전압 소스(818)를 커패시터(812, 814)에 효율적으로 연결하고, AC 신호를 저지한다. 그러나, 다른 높은 AC 임피던스 회로 소자가 이용될 수 있다. 따라서, DC 바이어스 소스는 전기 스위치(819), DC 전압 소스(818), 저항기(817), 다이오드(816)로 구성된다. 커패시터의 최저 AC 저항 및 비교적 낮은 AC 임피던스는 AC 전류를 효율적으로 단락한다. 전기 스위치가 개방되는 경우, DC 바이어스 소스의 포지티브 극은 커패시터의 포지티브 단자로부터 전기적으로 절연된다. 통상적인 AC 네트워크에서, 중성 선은 시스템 접지에 접속된다. DC 바이어스 소스의 네거티브 단자는 분극 커패시터(812, 814)의 네거티브 단자에 접속된다. DC 바이어스 소스 및 2개 분극 커패시터는 상호 DC 단락되고, 회로(800)의 핫, 중성 및 접지(존재하는 경우) 이외에 네거티브 단자의 상이한 DC 전압 레벨을 유지한다. 통상적인 AC 소스의 변압기 권선의 존재로 인해, 핫, 중성 및 접지 와이어는 대체로 동일한 DC 전위를 가진다. AC로부터의 커패시터의 네거티브 단자의 이러한 전기적 절연은, 개방 회로, 또는 AC 소스 및/또는 AC 부하의 데드 단락 중 어느 것도 커패시터 양단에 부가되는 DC 바이어스 전압에 거의 영향을 미치지 않는다는 점에서 중요시 된다. 동일하게, 데드 단락은 커패시터 충전이 모두 소모될 때까지 AC 라인의 DC 기준 전압 레벨 또는 회로 동작에 어떠한 영향도 미치지 않고 DC 전압 소스를 대체할 수 있다.

도 9는 본 발명의 또다른 회로 실시예(900)를 도시하고 있다. 회로(900)는 AC 소스(905), 안티시리즈 분극 커패시터(912, 914), DC 전압 소스(926), AC 저지 다이오드(932), AC 저지 저항기(934, 935), AC 부하(940)를 포함한다. AC 중성 및/또는 접지 경로는 간단하게 하기 위해 이 도면에서 생략된다. AC 투시도로부터, 저항기(934, 935)는 분극 커패시터(912, 914) 양단에 실질적으로 병렬로 접속되고, 적고 동일한 저항 값에 대해서는 커패시터 성분 변동으로 AC 전압 분배를 정정할 수 있다. 포지티브 DC 바이어스는, DC 바이어스 소스로서 공동 기능하는 다이오드 (932) 및 AC 저지 저항기(934, 935)를 통해 DC 전압 소스(926)로 각각의 분극 커패시터 양단에서 유지된다. DC 바이어스 소스는 커패시터에 대하여 대체로 단락된다. AC 저지 저항기(934, 935)는 대체로 AC 직렬 결합되고, 큰 저항 값을 가지는 경우 임의 상당 AC 전류가 안티시리즈 커패시터(912, 914) 경로를 바이패스하지 못하게 한다. 다이오드(932)와 직렬 결합되는 저지 저항기(934, 935)는 상당한 AC 전류가 DC 소스(926)를 통해 흐르지 못하게 한다. 임의 적절한 저항기 크기, 예를 들면 40□이하 내지 100k□이상의 크기는 저항기(934, 935)에 적절하다. 따라서, 회로(900)의 DC 바이어스 소스는 DC 전압 소스(926), 다이오드(932), 저항기(934, 935)로 구성된다. 추가 저항은 DC 전압 소스(926) 및 다이오드(932)와 직렬 배치되어 소스를 통과하는 AC 전류를 감소시킨다. 정상 상태에서, DC 전압 소스(926)는 통상적인 구성요소 값들을 위해 DC에 대하여 커패시터들(912, 914)과 실질적으로 분로를 이룬다. 선택된 커패시터는 커패시터 양단의 동일 크기 AC 파의 중첩을 허용하도록 DC 전압 소스(926) 값의 적어도 2배인 전압 정격을 요구한다.

AC 전류의 부가적 전류(amps)가 요구되는 경우, 부가적 커패시터들은 커패시터들(912, 914) 양단에 병렬로 부가될 수 있다. 부가적인 바이어싱된 안티시리즈 커패시터 뱅크들 또는 안티 시리즈 형태로 결합되는 직렬 분극 커패시터들은 또한 증가되는 AC 전류 또는 전압 용량을 위해 각각 부가될 수 있다. 이러한 구성의 최대 전류 정격을 사실상 제한하는 요인은 바이어스 전류 요구 조건, 즉 DC 전력 공급원의 전력 제한이다. 그러나, 상기 경우에는 DC 공급이 임의 크기로 구성될 수 있을 때 본질적인 제한은 나타나지 않는다. 또한, DC 전력 요구 조건은 본 발명의 AC 전력 정격의 소부분이다. DC 전압 소스(926)가 전압 조정 소스인 경우, 안티 시리즈 배열의 전기 화학 배터리는 커패시터(912, 914)로 대체될 수 있다. 윙마다몇 개의 직렬 배터리 셀이 요구되고, 충전/방전 DC 바이어스 전압 윈도우가 고려되지만, 실현 가능한 커패시턴스 이득은 크다. 따라서, 간단한 애플리케이션 특정 설계 단계에 있어서, 임의 PECS 장치는 상기 회로에 이용될 수 있다.

사실상, 커패시터 뱅크를 별도로 용화시키는 것은 전기적 제조 기술 범위 내에서 통상적인 것이다. 이러한 통상적 내용은 커패시터 뱅크를 별도로 바이어싱하고 용화시키키는 것으로 확장될 것 같다.

도 10은 AC 네트워크에서의 바이어스 분극 커패시터의 또다른 이용을 나타내는 회로(1000)를 도시하고 있다. 도 7의 회로를 변경한 회로(1000)는 통상의 AC 전력 발생, 전송 및 외란에 대하여 보다 실질적인 해결책을 제공한다. 회로(1000)는 AC 소스(1005), 안티시리즈 분극 커패시터(1009, 1023), 무극 폴리싱 커패시터(1011), DC 전압 소스(1013, 1027), AC 저지 저항기(1015, 1025, 1017) 및 AC 부하(1031)를 포함한다. DC 전압 소스(1013)와 저항기(1015)로 구성되는 DC 바이어스 소스는 분극 커패시터(1009)와 대체로 병렬 결합된다. 동일하게는, DC 전압 소스(1027)와 저항기(1025)로 구성되는 DC 바이어스 소스는 분극 커패시터(1023)와 실질적으로 분로되어(shunt) 결합된다. 이 회로는 리던던트 DC 바이어싱 소스가 분극 커패시터 양단에 병렬로 직접 접속되는 것을 제외하고는 전술된 회로와 동일하다. 이 회로는 통상의 AC 애플리케이션에 이용된다. 큰 임피던스(□-k□) 바이어싱(AC 저지) 저항기(1015, 1025)는 AC 목적을 위해 개방 회로로서 나타나는 동안에 DC 바이어싱을 발생시킬 수 있다. 인덕터(또는 다른 AC 개방 회로 장치)는 바이어싱 저항기(1015, 1025)를 대신할 수 있다. 큰(k□M□) 저지 저항기(1017)는 개방 회로로 대체될 수 있다. 동일하게는, 저지 저항기(1017)는 DC 소스의 중앙 노드와 PECS 장치 중앙 노드 사이에 재 배치될 수 있다.

도 11은 통상의 AC 네트워크 애플리케이션의 분극 커패시터의 연속 동작에 필요한 대칭 액티브 DC 바이어스 전압을 제공하도록 단일 절연 DC 전력 공급원(1115)을 이용하는 용량성 전력 결합 장치(1100)를 도시하고 있다. 회로(1100)는 통상적으로 AC 소스(1105), 안티시리즈 분극 커패시터(1112, 1114), DC 전압 소스(1115), 저지 다이오드(1117), 바이어스 저항기(1119, 1121) 및 AC 부하(1130)를 포함한다. 전기적으로 절연되는 비조정 DC 전압 소스(1115)는 절연 변압기, 전파 다이오드 브릿지, 및 2개 인덕터와 분극 커패시터(1124)로 된 출력 부분으로 구성된다. DC 바이어스 소스는 DC 전압 소스(1115), 다이오드(1117), 및 저항기(1119, 1121)로 구성된다. 임의의 무수한 저항기는 DC 바이어스 소스 네거티브 레그에 도시된다. 바이어스 저항기(1119, 1121) 및 다이오드(1117)는 높은 AC 임피던스를 제공하고, 충분한 DC 충전 전류가 분극 커패시터(1112, 1114)에 흐를 수 있게 한다. 다이오드(1117)는 또한 DC 전력 공급원의 다이오드 브릿지에 장해가 발생하는 경우 DC 전류의 백 플로우(back flow)를 저지한다. 다이오드(1117) 뿐만 아니라 인덕터(1122, 1123), 커패시터(1124)로 구성되는 DC 전력 공급 출력 부분은 기능 손상 없이 생략될 수 있다. 커패시터(1112, 1114)는 정상 상태 시스템 DC 부하를 구성하고 DC에 대하여 분로되지만, AC에 대하여 안티시리즈로 된다. DC 전력 공급원내의 절연 변압기 권선비는 DC 바이어스 전압 레벨을 설정하고, AC 소스(1105)에 동작 가능하게 접속된다. DC 바이어스 전압 레벨의 노드 A 및 B는AC 시스템 접지에 있으며, 노드 D는 DC 바이어스 소스에 의해 접지 이하로 유지된다. AC 소스로부터의 DC 전압 소스의 절연으로 커패시터(1112, 1114)의 어느 한 방위가 이용될 수 있다. 커패시터 포지티브 극은 바이어스 전력 공급 극성이 역으로 되는 경우에 노드 D에 접속될 수 있다. 그 경우에, 노드 D 기준 DC 전압은 AC 시스템 접지 레벨 이상이다.

AC 부하에 전달되는 전력은 바이어싱 전력 소스의 전력 요구 보다 크기 차수가 클 수 있다. AC 소스(1105)가 예를 들면, 제너레이터 또는 변압기로부터 1개 또는 그 이상의 유도성 권선을 포함한다고 가정한다. 이것은 정상 상태 DC 단락 회로를 제공한다. 중첩되는 AC 파 및 DC 바이어스 전압은 커패시터 정격 DC 전압 보다 작고, 게다가 AC 전압 파형에서 모든 포인트에서 포지티브 바이어싱을 유지한다. DC 바이어스 전압의 크기는 AC 신호의 고조파 왜곡을 감소시키도록 인가되는 AC 전압 파형 크기를 상당히 초과한다. 포인트 D의 기준 전압 레벨은, 네거티브 커패시터 극을 나타내며, 도시되는 단상 AC 시스템에서 접지 이하로 유지된다. 커패시터를 통과하는 DC 누설 전류의 크기는 적다. AC 소스의 DC 전압 레벨 및 AC 부하는 AC 시스템 접지와 사실상 동일하도록 취해진다. 따라서, 분극 커패시터 네거티브 접속은 상기 실현에서 시스템 접지 아래에 있다. 또한, 커패시터의 극성 및 DC 바이어스 소스는 동시에 역동된다. 이것에 의해, 접지 기준 상부에 분극 커패시터 포지티브 극이 발생되지만, 우선적으로 AC 전력 전달에는 전혀 영향을 미치지 않는다. 또한, 고유의(또는 선택적으로) 공통 바이어싱 전압을 갖는 복수의 병렬 회로가 이용될 수 있다. 이것은 AC 회로의 무시해도 좋은 정상 상태 DC 바이어싱이 발생함을 입증한다. 안티시리즈 방위 선택의 선택은 커패시터 경우 접지, 안정성, 컨벤션, 냉각, 전달 함수 및 다른 이차적인 고려 사항 및 이슈에 관련될 수 있다.

노드 C에 접속되는 저항기(1119), 네거티브 DC 레그의 저항기 및 저항기(1121)는 커패시터의 순간 대칭 DC 바이어싱을 제공한다. 통상의 유도성 및 저항 AC 부하 및 소스는 시스템 접지에 DC 단락을 제공한다. AC 부하 또는 선택적으로 AC 소스를 분극 커패시터간에 배치하는 것이 물리적으로 허용된다. 부하 AN/OFF 스위치(도시되지 않음)의 양측이 상기 실현에서 DC 바이어스 소스에 저항성 접속되는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 AC 소스 및 AC 부하를 DC 접지 기준점에서 동작시키는 방법을 제공한다. 저항기가 노드 A, D, C에 접속될 때까지 DC 바이어스 전압 소스는 노드 B의 AC 시스템 접지와는 전혀 상관없다. 이것은 AC 절연 변압기 및 전파 정류 브릿지에 의한 것이다. 연속 DC 바이어싱의 필요 조건은 반파 정류에 공급될 수 있지만, 1/2 기본 주파수 고조파는 AC 네트워크에 삽입된다.

배터리를 구비하거나 또는 구비하지 않는 절연 조정 DC 전원은 바람직한 곳에 이용될 수 있다. 동일하게, 바이어스 전압은 인덕터 또는 다른 낮은 DC 저항, 높은 AC 임피던스 회로 소자와 분극, AC 신호 전달 커패시터에 결합될 수 있다. 다이오드(1117)뿐만 아니라 DC 전압 소스(1115)의 출력 부분은 생략될 수 있으며, 저항기(1121, 1119) 및 커패시터(1112, 1114)가 단순한 출력 부분으로서 제공될 수 있게 된다.

도 12는 회로(1200)를 도시하는데, 이 회로는 본 발명의 실시예를 포함하는3상, 3와이어 AC 시스템을 통상적으로 도시하며, DC 바이어싱 상세는 생략된다. 회로(1200)는 3상 소스(1201)(델타 구성에 도시됨), 순방향 바이어스 안티시리즈 분극 커패시터 쌍(1209A-1209C) 및 3상 AC 부하(1211)를 포함하며, 이 부하는 부하(1211A-1211C)를 포함한다. 적절하게 바이어싱되는 높은 AC 임피던스 바이어싱 시스템에 있어서, 이것은 적절한 공학적 접근이다. 바이어스 분극 커패시터 어셈블리의 AC 파라미터는 AC 회로 분석에 충분하다. 상기 목적용 AC 회로 모델의 DC 상세를 도시하는데 명확하게 불필요하다. 도 12는 도 6a의 3상 형태이며, 바이어스 전압 표시는 생략된다. 커패시터의 DC 전압 저지에 관한 공지된 특성은 AC 회로 분석에 있어서 바이어싱 상세를 불필요하게 한다. 그러나, 요구되는 경우, 시스템의 DC 바이어스 전압 레벨은 안전 및 유지 보수 목적으로 언급될 수 있다. 이것은 직렬 애플리케이션으로서 도시되고 있다. 도시되는 AC 부하가 3□저항기와 같은 전류 제한 장치인 경우, 상기 결합된 부하는 소스 변압기의 어느 한 측의 다른 AC 부하에 대하여 분기 역률 정정 장치가 된다. 이 장치는 배선 접속되거나 또는 제어 가능할 수 있다. 표시되는 부하가 유용한 동작을 실행하는 경우, 역률 정정은 시스템 와트수를 증가시키지 않고도 달성된다. 전술된 처리에 따라 구성되는 임의 회로 커패시턴스는 AC 소스로부터 알 수 있듯이 무극 커패시터의 단자 특성을 대체로 나타낸다. 따라서, 이러한 구성은 설계, 분석 및 고장 수리시 불필요한 상세를 면하게 된다. 분극 커패시터 실행에 관한 상세는 필요에 따라 참조될 수 있다. 역방향 곡선 및 라인을 갖는 교류 구성은 요구되는 경우 대향 커패시터 배열을 도시하는데 이용된다. 9상 등을 포함하는 다른 다상(多相) 구성은 동일하게 표시될 수 있다. 요구되는 이벤트 네트워크 동작 파라미터에서 1209B와 같은 커패시터 안티시리즈 쌍을 생략할 수 있다. 커패시터(1209A, 1209C)의 네거티브 극은 AC 소스 및 부하의 레벨 미만으로 여전히 바이어스될 수 있다.

도 13은 3상 4와이어 AC 시스템과, 커패시터 바이어스용 3상 절연 비조정 DC 전원을 도시하고 있다. 3상 DC 전원(DC 전압 소스)(1301)은 본 발명에 따라서 순방향 바이어스 분극 커패시터 쌍(1309)에 이용된다. 전원(1301)은 상기 실시예에서 변압기 이차(1302A), 변압기 이차(1302B), 다이오드 브릿지(1303), 쵸크(1304, 1305), 분극 커패시터(1306) 및 다이오드(1307)를 통상적으로 포함한다. 노드 4-10과 관련된 다이오드와 저항기(1308), 노드 1-3과 관련된 다이오드와 저항기 결합과 더불어 DC 전원은 DC 바이어스 소스를 구성한다. 다이오드 브릿지(1303)는 3상, 6펄스, 전파 장치이다. 도시되는 바와 같이, 다이오드/저항기 직렬 소자는 DC 전원 네거티브 레그를 분극 커패시터 중앙 노드 1, 2, 3에 각각 접속한다. DC 전원 포지티브 레그는 저항기(1308) 및 다이오드(1310)(다이오드 #s 4 내지 10)를 통해 분극 커패시터 노드 4-9와 시스템 중성 와이어(10)에 접속된다. 안티 시리즈 다이오드(4, 7)는 전술된 중앙 노드 1을 통하여 안티 시리즈 커패시터를 DC 바이어싱하는 동안에 A 레그로부터의 AC 전류를 저지한다. AC 전류는 소스로부터 A, B, C 레그의 DC 바이어스 안티시리즈 커패시터를 통해 부하에 공급된다. 도시되는 바와 같이 AC 소스의 A, B, C 레그는 첫째로 커패시터와 변압기에 동시 공급한다. AC 전력의 대부분은 AC 부하에 전달된다. 다른 다상 AC 시스템 커패시터 결합 회로가 동일하게 실현될 수 있다. 전술된 바와 같이, 바이어스 DC 전원의 기술되는실현은 임의적이다. 특정 애플리케이션은 최적의 장기간 성능을 위해 교류 DC 전원 실현을 요구한다. 통상적으로 AC 시스템에서, 중성 노드 10은 하드 접지, 접지 저항기, 인덕터 또는 커패시터를 통해 단일점에 접지된다. AC 소스, 분극 커패시터, AC 부하 및 시스템 접지(나타나는 경우)에 접속되는 경우, DC 전압 소스(1301)를 특징짓는 설계 절연에 의해 일부 효과가 상실된다.

첫 번째 측 델타 변압기 권선(1302A) 및 AC 소스(Wye, Scott Tee) 권선은 리던던트 경로를 제공하고 노드 4-10의 단일화된 시스템 정상 상태 DC 기준 전압을 지정한다. 인덕터(1304, 1305), 다이오드(1307) 및 저항기(1308)는 DC 전원을 통과하는 시스템(저지) AC 전류의 도통을 차단한다. PECS 장치 중앙 노드 1, 2, 3은 대체로 균일한 PECS 장치 DC 바이어스 전압용으로 제공되는 DC 소스(1301)에 의해 최저 DC 전위로 유지된다. 이 DC 바이어스 전압 크기는 AC 시스템 접지 컨벤션에 의해 변경되지 않는다. 단일 DC 소스가 1309로 도시되는 3개 PECS 장치를 바이어싱한다. 이 커패시터 쌍들은 실질적으로 DC 분로되며, 그럼에도 3개의 분리된 AC 레그들에 있다. 사실상, 각 커패시터 쌍의 각 윙은 DC 소스(1301)와 실질적으로 DC 분로되어 있다.

도 14는 분극 커패시터(1409)를 바이어싱하는 3상, 비접지, 비조정 DC 전원(1401)을 구비하는 교류 3상, 4와이어 AC 시스템을 도시하고 있다. 다이오드 매니폴드(1310) 대신에 저항 매니폴드(1410)가 기술되는 실시예에 이용된다. 표준 공학적 접근에서, 임피던스 크기 차수는 이전 회로와 기능적으로 동일하다. 용량성 AC 임피던스가 매우 낮기 때문에, 500[□] AC 저항기는 120:208[VAC] 60 헤르츠시스템에서 이전 회로의 AC 전류 저지 다이오드와 동일한 단자 동작을 나타낸다. 상기 회로는, 전기가 가장 적은 저항 경로를 흐른다고 하는 컨벤션하에서 커패시터를 통해 AC 전류를 차라리 DC 회로에 효율적으로 전하도록 노드 1 내지 10에 접속되는 500[□] 저항기와 분로된 밀리옴(m□) ESR의 커패시터를 나타낸다. 1409를 제외한 모든 구성 소자는 이 실시예에서 DC 바이어스 소스를 구성한다. 다른 바이어싱 방법은, 많은 이러한 높은 AC 임피던스 바이어싱 구성이 본 발명의 목적을 달성하도록 구성됨을 기술하는데 이용된다.

도 15는 도 13, 14에 도시되는 분극 커패시터를 바이어싱하는 교류 유도성 방법을 도시하고 있다. 도 15는 직렬 AC 소스, 부하 및 안티시리즈 커패시터 (1509), 3개의 이산 3상 인덕터 코일 및 DC 전압 소스(1501)로 구성된다. DC 전압 소스 포지티브 레그는 출력 다이오드(P1, P2)에 접속되며, 네거티브 레그는 출력 N1을 갖는 전류 제한 다이오드에 접속된다. 이러한 경향으로, 많은 추가 바이어싱 구성이 본 명세서에서 제안되는 기술과 동일하다는 것이 명백해지게 된다. 출력 N1은 노드 1-3의 인덕터를 통해서 분극 커패시터 네거티브에 접속되고, P1 및 P2는 상기 3상, 3와이어(델타) AC 시스템(1509)에서 커패시터 포지티브 극(4-9)에 접속된다. DC 경로의 직렬 저항 소자를 부가하여 DC 소스를 통과하는 AC 전류를 더 감소시킨다. 정류 절연 변압기는 간단하게 하기 위하여 구성에서 생략된다. 따라서, 적절하게 선택되는 높은 인피던스 인덕터 또는 변압기 코일은 AC 저지 유틸리티를 제공하는 동안에 분극 커패시터에 DC 전압 소스를 결합하는데 이용될 수 있다.

이러한 현상은 주의를 야기한다. DC 바이어스 전압 양단에 배치되는 자기 코일 또는 적은 저항은 단락을 야기한다. 이것은 주의를 요하지 않는 경우 분극 커패시터 양단의 파괴적인 역방향 전압 조건을 야기한다. 역방향 극성 해저드는 종래 기술과 동일한 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로, 정상 과정은 단위로 분극 커패시터 어셈블리를 이용해야 한다. 중앙 노드에 결합되는 고역 통과, 저역 통과, 대역 통과 및 저지 필터는 상기와 동일한 이유로 극단적으로 주의하여 시도되어야 한다.

전술된 바와 같이, 모터 및 변압기는 적분 코일들을 가진다. 또한, 에너지 변환 장치는 통상적으로 절연 변압기를 포함한다. 본 발명을 통해, 하나 또는 그 이상의 AC 모터를 동작시키는 분배 레벨 변압기(distribution level transformer) 및 병렬의 다른 장비를 고려한다. 이러한 통상의 경우에, 인덕터 코일 및 저항기 경로는 커패시터 뱅크가 소스 및 부하 측 모드에 나타나다. 이것은 웨, 스코트 티(Wye, Scott Tee), 하이 레그 델타(High Leg Delta), 오픈 개방(Open Delta) 및 델타 타입 접속의 핫 라인과 첫번째 3가지 경우만의 중성 선에 대하여 실현된다. 또한, AC 전력 시스템의 일반 접지는 고체, 저항 또는 유도성 형태이다. 따라서, 정상적인 정상 상태 동작 모드에서, 통상적인 단상 및 다상 전기 네트워크의 도체에 대하여 리던던트 DC 바이어스 경로를 가진다. 커패시터 뱅크의 내부 노드는 용장 접속될 수 있지만, 상기 조건에 의해 이것은 외부 노드에 좀처럼 고려되지 않는다.

도 16은 회로(1600)를 도시하며, 이 회로는 120:240[VAC] 단상 시스템에 적절한 본 발명의 구체화한 것이다. 이것은 미국에 이용되는 가장 일반적인 하우스홀드 AC 전력 분포이다. 안티시리즈 커패시터 어셈블리(1609)는 중성 어셈블리가 포함될 수 있지만 각각의 핫 레그에 나타난다. 커패시터 어셈블리 DC 접합 노드는 시스템 접지 이하에서 바이어스된다. DC 전원 및 AC 전류 저지에 관한 상세는 구성을 간단하게 하기 위해 생략된다. AC 시스템 접지, 중성 및 핫 레그는 정상 상태 DC에 관하여 같은 전위 표면이다. 분극 커패시터는 이산 AC 리플 전류 정격으로 이용 가능하다. 병렬 커패시터들 또는 커패시터 어셈블리들은 임의 AC 전류 정격을 실현하는데 요구될 수 있다. 과도(임펄스 & 서지) 및/또는 정상 상태 전류 파라미터는 소정의 애플리케이션에 요구되는 분극 커패시터의 수 및 설계를 결정하는데 이용될 수 있다. 도 16은 분로된 각각의 내부 소자로 구성되는 커패시터들의 병렬 어셈블리를 도시하고 있다. 병렬 접속들은 배선 접속되거나 또는 제어 가능하다. 이러한 애플리케이션의 AC 부하는 2 또는 3와이어 120 VAC, 또는 2, 3 또는 4와이어 240VAC에 의해 구동될 수 있다. 변압기 및 부하 중성 와이어의 중앙 권선은 이 회로에서 고체 접속된다.

공진과 같은 목적 및 네트워크 파라미터는 커패시터 뱅크의 내부 및 외부를 스위칭함으로써 달성될 수 잇다. 이 스위칭은 전기 화학적으로 수동으로 달성되거나 또는 고체 수단에 의해 달성된다. (알루미늄 전해 커패시터를 제한하지 않는 경우를 포함하는) 많은 경우에, 커패시턴스, 직렬 저항, AC 임피던스, 서비스 수명, 방열 계수 등은 또한 주변 및 코어 온도 조절에 의해 제어될 수도 있다. 이러한 커패시터 파라미터 및 커패시터 수명 예상은 코어 온도에 따라 변화하고 온도변화를 느리게 함으로써 다소 조정될 수 있다.

병렬 유닛들의 적절한 DC 바이어싱을 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 제어 가능한 스위칭 유닛의 경우에 스위칭 메커니즘 주변에 높은 AC 임피던스 및 낮은 DC 저항 접속을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 소스 변압기는 DC 접합 노드를 제외한 회로(1600)의 각 분기에 리던던트 DC 바이어스 경로를 제공한다. 도 16의 회로는 240:120[V] 출력의 120[V] 레그의 각 PECS 장치의 AC 경로뿐만 아니라, 윙 및 중앙 노드에 DC 바이어스 경로를 따로 따로 융화시킴으로써 캐스케이드 장해에 보다 적게 영향을 받을 수 있다. 도 16의 회로는 또한 출력과 요구되는 경우 중앙 노드를 분리시킴으로써 AC 전류 분배 회로로 전환될 수 있다.

도 17은 4n+ 분극 커패시터 및 바이어싱 회로(1700)의 고 전압 실현에 관한 간단한 표시를 도시하고 있다. 회로(1700)는 통상 AC 소스(1701), 안티시리즈 분극 커패시터(1702-1705) 및 AC 부하(1716), DC 바이어스 회로로 구성된다. DC 바이어스 소스는 저항기(1706, 1707, 1708, 1713, 1717) 및 DC 전압 소스(1709-1712)로 구성된다. 커패시터(1702, 1703, 1704, 1705)는 직렬 접속된다. 커패시터 쌍(1702,1703, 1704, 1705)은 안티시리즈 AC 구성으로 결합된다. 또한, 이것들은 실질적으로 상호 DC 분로되어 있다. DC 충전 전류, 누설 전류 및 바이어스 전압은 병렬의 2-커패시터 구성을 보인다. 그러나, AC 신호는 직렬 구성의 4 커패시터를 통과한다. 이 점은 구성 소자 공차 또는 오차를 고려할 경우 최대 커패시터 전압을 결정하는데 있어서 중요하다. 이 시스템은 6n+, 8n+ 구성 및 분극 커패시터를 이용하는 보다 높은 전압 AC 커패시터를 허용하도록 확장될 수 있다. 전반적으로대칭이 유지된다. 이러한 특정 설정에서, 바이어스 전압은 명확하게 외부로 분배된다. 이것은 필수적인 것이 아니고 한 바이어스 방법의 예증일 뿐이다. 다른 커패시터 종류 및 타입에 따라서, 커패시터는 구성 소자 오차 내에서 AC 및 DC의 전압 디바이더로서 초기에 동작한다. 단일 DC 전압 소스 또는 2개 DC 전압 소스는 적절한 AC 블록킹 장치 및 바이어싱 처리로 대체될 수 있다. 분배 저항기는 커패시터(1702-1705) 양단에 적절한 DC 바이서 전압 분배 및 개선된 AC 전압 분배를 제공하도록 구성될 수 있다. 이 저항 바이어싱 네트워크는 구성 소자 공차 차에 의한 영향을 감소할 수 있다. AC 네트워크 임피던스, 커패시턴스, 동등한 직렬 저항 등은 직렬 또는 병렬 접속되는 하나 또느 그이상의 커패시터 내부 또는 외부 스위칭을 통해서 변경될 수 있다. 통상적으로 열 손실 이유로 구성되는 알루미늄 전해 커패시터 경우는, 시스템 접지보다는 네거티브 극의 전압에서 어느 정도의 주의를 요하는 고려 사항이 될 수 있다. 다른 관련 영역은 AC 및 DC 전압 분배에 관하여 이용 가능한 비대칭이 나타나는 것이다. 상부에서 저부로의 스캐닝할 때 , 3가지 순방향 바이어스 조건이 존재한다. 같은 바이어싱 조건의 양은 저부에서 상부로 존재한다. AC 전압 분할의 동일 목적은, PECS 장치의 2개 독립 안티시리즈 구성에 의해 달성될 수 있고, 윙 마다 안티시리즈 구성의 직렬 커패시터를 이용하여 상기 회로에서 달성될 수 있다. 이 교호 방법은 최저 DC 바이어스 전압 소스에 제공되고, DC 분로 지형학 (DC shunt topography)과 동반하는 AC 직렬 지형학의 원리에 관한 보다 폭넓은 일례를 포함한다. 상기 관찰을 쓸모없게 하는 일례는 커패시터 뱅크 양단에 인가되는 AC 전압의 25%가 임의 소정 커패시터 양단에 존재한다는 것이다. 구성 소자 공차 및/또는 오차 내에서, 감소 전압으로 인가되는 AC 전압을 모니터링할 수 있고, 바이어싱에 요구되는 임의 전자 회로가 직접 이용될 수 있다.

커패시터의 직렬 설정은 종래의 전기 설계에서 가능할 경우에는 회피된다. 주요 이유는, 직렬의 2개 동일 커패시터가 단일 커패시터의 커패시턴스 절반을 나타내기 때문이다. 이것은 경제적으로 실현 가능한 낮은 레벨의 커패시턴스로 인해 현재 이용 가능한 AC 커패시터 테크놀로지에 있어서 파멸적인 상황이다. 그런, 이러한 현상은 본 발명에 있어서 중요하지 않다. AC 리플 전류는 커패시턴스라기 보다는 본 발명의 제한 파라미터이다. 본 발명은 PECS 장치 이용을 통한 커패시턴스의 과잉을 제공한다.

도 18은 본 발명의 회로(1800)의 또다른 구현을 도시하고 있다. 회로(1800)는 이용 가능한 DC 전압 소스(1801)를 이용하며, 그 값은 순방향 DC 바이어싱 커패시터 쌍(1809)에 대하여 안티시리즈 커패시터 쌍(1809) 양단의 AC 전압에 비례한다. 이것은 안티 시리즈 커패시터 쌍(1809)이 인가되는 AC 신호의 크기에 기초하여 상당히 순방향 바이어싱되게 된다. 도시되는 소형 절연 변압기의 일차 측은; 기계적으로 안티시리즈 커패시터 어셈블리(1809) 양단의 전압에 의해 동작된다. 변압기 일차 측은 커패시터 포지티브 극에 대하여 DC 단락으로서 동작한다. 전술되는 바와 같이, 임의 인덕터는 상기 물리적 특징을 나타낸다. 1:1 내지 2:1 범위의 일차 대 이차 변압기 비는 도시되는 회로의 1□또는 3□설치에 적절하다. 필터를 구비하는 전파 다이오드 브릿지는 변압기의 이차측에 결합된다. 전기적으로 절연되는 여과 출력은 DC 전압 공급 장치로서의 안티 시리즈 커패시터에 스너빙된다.저항기(1803) 및 다이오드(1802)는 AC 블록킹 장치로서 제공되고, 커패시터 DC 접합 노드 m에서 DC 전압 공급 장치의 네거티브 극까지 DC 바이어스 접속된다. 커패시터 AC 전압 강하(증가되는 전압)가 증가함에 따라 DC 바이어스 전압도 증가하게 된다. 커패시터 양단의 AC 전압 강하가 감소하는 경우, 바이어스 전압은 서서히 감쇠하기 시작한다. 따라서, 이러한 구성은 피드백 특징을 가지며, 증가되는 DC 바이어스 전압에 대한 요구에 동적으로 응답한다. 로딩 저항기(1804)는 AC 부하와 분로되어 도시되어 있다. 이것은 프리-로딩 저항기이며, 종래와 동일한 것에 의해 전압 조정을 향상시키는데 광범위하게 이용된다. 도 18의 바이어스는 커패시터 양쪽 윙에 연속적인 순방향 바이어스를 제공하는데 이용될 수 있다. 이것은 구성 소자 정경이 적절한 경우 과도한 AC 시스템 공진 바이어싱 요구를 처리하는데 적절하다. 다양한 설치는 포지티브 DC 바이어스 레그의 저항을 포함한다. 많은 애플리케이션에서 리던던트 DC 바이어스 공급은 바람직하다. 구성 소자 수를 감소시키는 노력은 도 18의 전기적 설계의 목적이다. 아날로그 시스템은 DC 전기적 절연이 커패시터에 의해 제공되는 경우 구성될 수 있다.

도 19는 인스턴스 발명의 PECS 장치 설치를 이용하는 커패시터 AC 유도(또는 분상) 모터를 도시하고 있다. AC 소스(1904), 스위치(1902), PECSD 쌍(1903), 및 모터(스테이터) 권선(1900, 1901)이 도시된다. DC 바이어스 회로 및 로터 상세는 생략된다. 모터 권선(1900)은 순방향 DC 바이어스 안티 시리즈 커패시터 어셈블리 (1903)에 접속된다. 모터(스테이터) 권선(1901)은 어셈블리(1900, 1903)와 분로되어 있다. 스위치(1902)를 폐쇄하여 AC 소스(1904)에 접속한다. 분상(및/또는 커패시터 AC 유도) 모터는 개시 토크 및 회전 자계를 제공한다. 직렬 결합의 어셈블리 (1900, 1903)는 균일하게 또는 다소 상승하는 역률를 생성한다. 이것에 의해 코일(모터 권선)(1900, 1901)을 통과하는 전류가 약 90°만큼 이상(異相)으로 된다. 인스턴스 발명이 연속 듀티에 적절하다는 점에서 모터 권선(1900)을 단절할 필요가 없다. 상기 90°위상 천이는 단상 모터의 120헤르츠 기계적 진동(맥동) 특징을 무효로 하거나 또는 감소시킬 수 있다. 또는, 모터 권선(1901)은 후속 개시에서 단절될 수 있다. 정상 상태 및/또는 개시 동안에 공진에 근접한 또하나의 방법은 회로를 구성하는데 이용될 수 있다.

도 20은 조정 공진 직렬 LC 회로(2000)를 도시하며, 이 회로는 본 발명의 PECS 장치 쌍과 인덕터(2001)로 구성된다. 안티-병렬 사이리스터(anti-parallel thyristor)(SCRs)에 관한 이 도면에서 구성되는 고체 상태(단일 측을 가진 정적) 스위치(2003)는 (2002)와 분로된다. 저항기(2004)는 정상 상태 부하를 도시한다. 인덕터들과 커패시터들의 직렬 및/또는 병렬 결합들은 거래에서 통상적으로 LC 회로로 칭해지며, 여과(filtration) 목적으로 광범위하게 이용된다. DC 바이어스 상세는 간소화를 위해 생략된다. 회로 장해 조건이 스위치(2005)의 폐쇄에 의해 설정되는 경우, 전류 검파기(토러스) (2006)는 급속하게 증가하는 전류를 검파한다. 또는, 전압 감지 메커니즘, 접지 장해 검출 및 다른 방법은 네트워크 장해 조건을 검파하는데 이용될 수 있다. 이 신호는 상업적으로 입수 가능한 회로를 통해 고체 상태 스위치에 동작 가능하게 접속된다. 정적 스위치가 인스턴트 발명의 PECS 장치(2002)를 단락시키는 경우, 장치(2002)의 공진 대역 통과 회로는 크게 유도성으로 되고, 전류를 제한한다. 상업상의 고체 상태 스위치 응답 시간은 서브 사이클이다. 스위치(2003)와 동일한 스위치는 실질적으로 인덕터(2001) 양단에 분로되어 배치될 수 있다. 이것은 과잉 인스턴스를 단락함으로써 정상 상태 AC 네트워크 파라미터를 조정하는 능력을 제공한다. 유사한 튜닝(tuning) 및 디튜닝(detuning) 메커니즘들은 분로된 LC 회로들 및 하이브리드 설계들을 위해 구성될 수 있다.

도 21은 인덕터(2107, 2108)에 접속되는 비도통 수직 스트립(2111, 2112)에 의해 기계적으로 부유되는 4개의 분극 커패시터(2101-2104)를 포함한다. 커패시터 (2101, 2102)는 네거티브 포스트 도체(2105) 및 도전성 열 교환기(2107)를 통해 분로되고, 커패시터(2103, 2104)는 도체(2106, 2108)를 통해 접속된다. 포지티브 극 커패시터 부싱 및 바이어스 회로 상세는 간소화를 위해 생략된다. 이 실시예에서, 적분 베이스 볼트를 구비하는 분극 커패시터는 열 도통 능력에 대하여 선택된다. 도체(2107)는 도체(2105) 및 캔(2101, 2102)과 동일한 전위를 가진다. 동일하게는, 도체(2108, 2106) 및 캔(2103, 2104)은 가상 단락에서 상업적으로 입수 가능한 대형 캔 전해 커패시터에 있다. 액체 절연체(오일) 레벨은 전기적 접속을 고려하지 않고도 방열에 대하여 도체(2107, 2108)보다 크다. 오일 레벨은 드라이 접속 및 클리어 커패시터 압력 배기 구멍이 유지되는 경우 전기적 터치 안전을 최대로 하는 커패시터 게이스 이상 상승될 수 있다. 간단한 외부 열 교환기(2109)의 기계적 튜빙(tubing)이 도시된다. 간단한 설계는 PECS 장치의 정상 상태 동작에 전기적 절연 및 온도 조정을 제공하는 방법을 나타낸다. PECS 장치 및 용량성 파라미터의 수명 예상은 오일 온도의 조정에 의해 변화될 수 있다. 전기적 안전은 액체절연체 및 절연 패스너의 절연 특징에 의해 제공된다. 용어 '액체 절연체'는 온도 도전, 환류, 방사 및/또는 포논 전송 능력을 이용하는 가스 또는 고체 절연체를 통한 절연 및 열 조정을 배체하지는 않으며, 한정적인 것이 아니라 실례가 된다. 오일 전해조에서 양호한 전기적 접촉을 유지하는 방법 및 다양한 절연 패스닝 메커니즘은 당업계에서와 동일하다. 그 예로는 절연 캡, 부트, 시일, 슬리브 또는 배기 구멍 배출 튜브 및/또는 드라이 접속 방법 및 '치코' 및 실리콘과 같은 제품이 있다. 상기와 동일한 목적의 강화된 냉각 및 전기적 안전은 명세 내부의 진입 방지 IP-20과 같은 터치 안전 엔클로저로의 공기 흐름을 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 적분 열 교환기 설계는 열 전달 효율을 더 강화시키도록 2107, 2108 및 엔클로져에 이용될 수 있다. 외부 열 교환기(2109)는 워터 전해조 또는 열 펌프와 같은 다양한 가열 및/또는 냉각 메커니즘에 접속될 수 있다. 바람직한 실시예는 장치 전력 레벨, 주위 온도, 최적 커패시터 파라미터, 터치 안전 등에 따라 변화한다. 또한, PECS 장치 및 PECS 장치 결합은, 캔에 의해서 또는 교호적으로 열 교환기 강화에 의해서 열 도전로 사람 터치에 노출되는 복수의 전기적 극성으로 구성될 수 있다. 이러한 설계는 터치 안정 이슈에 부가하고, 전기적 접촉 안정성 고려 사항과 결합하여 온도 조정의 유틸리티를 증가시킨다. " 캔 내부의 캔" 설계를 이용하는 다양한 제조 방법, 다양한 상태의 고려 사항, 질량 전달 등은 인스턴트 발명의 실시를 위해 열 조정에 상당한 유틸리티를 가질 것으로 예상된다. 동일하게는, 열 교환기 소자의 커패시터 케이스내로의 직접 삽입은 전기적 절연 설계 고려 사항이 이용되는 경우에 실행 가능하다.

도 22는 AC 소스(2201), 자동 변압기(2202), 저항기(2203), 정류기(2204), 스위치(2205), 분극 커패시터(2206, 2207) 및 AC 부하(2208)로 구성되는 회로(2200)를 도시한다. 자동 변압기(2202)는 시스템 AC 전압 이외에서 저항기(2209) 및 다이오드(2204)로 구성되는 충전 회로에 대한 시스템 AC 전압을 조절한다. 임의 로딩 저항기(2209)는 충전 회로에 커패시터(2206)를 접속한다. 충전 회로는 부하가 동작될 때까지 임의 DC 바이어스 전압으로 분극 커패시터를 유지한다. 또한, 반파 또는 전체파 정류기 브릿지 및 다른 방법을 이용함으로써 연속 동작 능력을 달성할 수 있다. 분극 커패시터 양단의 연속 DC 바이어스 전압을 유지하기에 적절한 전기적 절연을 달성하는 다른 방법이 이용될 수도 있다. 이 시스템은 자동 변압기를 AC 전원에 2개의 커패시터를 경유하여 접속시킴으로써 DC 전기적 절연을 제공하도록 다시 설계될 수 있다. 또한, 2개 커패시터는 PECS 장치의 안티-병렬 세트일 수 있다. 이 방법은 정류기 및 인버터와 같은 에너지 전환 애플리케이션에서 가능하다. 회로는 자기 바이어싱일 수 있으며, 제어 회로를 필요로 하지 않는다. 이 회로는 선택된 바이어스 전압 레벨을 달성하도록 바이어스 회로에의 자동 변압기 이용을 기술하고 있다. 탭 절환기, 제어식 정류기 등을 포함하여 DC 바이어스 전압 레벨을 조정한다.

도 23은 AC 소스(2301), 분극 커패시터(2302, 2303), 제어 가능한 정류기 (2304), 회로 제한 저항기(2305), 로딩 저항기(2306), 스위치(2307) 및 부하(2308)를 도시한다. 제어 가능한 정류기, 예를 들면 IGBT, 트랜지스터, 차단 SCR 등은 DC 바이어스 전압 레벨을 제어하도록 게이트가 온 또는 오프된다. 반파 정류는 커패시터(2302), 정류기(2304) 및 전류 제한 저항기(2305)를 통해 AC 전류가 흐르는 경우 야기된다. 고 임피던스 프리-로딩 저항기(2306)는 생략될 수 있다. 이 회로는 커패시터를 오버 충전하지 않고도 조정 커패시터 바이어스 충전을 증가시키고 유지하는 능력을 가진다. 정류기 제어 회로에 관한 상세는 생략되며, 이러한 제어 회로는 상업적으로 입수 가능하고 설계 기법은 당업계에서와 동일하다. 이러한 구성은 적은 신호 체제에서 동작하며, 과도 및/또는 정상 상태 동작에서 이용된다. 또한, 비조절 정류기(다이오드)는 2304로 대체될 수 있다. 회로는 AC 소스(2301)의 피크 투 제로 전압 크기와 대체로 동일한 커패시터(2302, 2303) 양단의 DC 바이어스 전압을 설정하고 유지한다. 저항기(2305)를 통과하는 정상 상태 DC 전류는 커패시터(2302, 2303)의 DC 누설 전류와 동일하다.

도 23a는 충전 메커니즘을 보다 명확하게 나타내는 간단한 회로(23)를 도시한다. 이 회로 소자는 홈에 대하여 차단하도록 재 배열된다. 제어 가능한 정류기(2304)의 게이트가 온으로 되는 경우, 반파, 또는 그 일부는 커패시터(2302)양단에서 정류 전류 및 충전 증가를 야기한다. 저항기(2305) 또는 동일한 장치는 과도(DC 바이어스 충전, 반파) 전류를 감소하도록 제공되고, 부하(도시되지 않음)가 동작하게 한다. 어떠한 정상 상태 AC 전류도 저항기(2305)를 통해 흐르지 않는다.

도 24는 AC 소스(2401), 제너 다이오드(2402), 다이오드(2403), 분극 커패시터(2404, 2405), 저지 다이오드(2406), 저지 저항기(2407), 선택적인 저항기 (2408), 스위치(2409), AC 부하(2410) 및 인덕터(241)를 도시한다. 이것은 도 23의 회로의 비조정 형태이다. 다이오드(2403) 및 인덕터(2411)와 안티 시리즈 결합되는 제너 다이오드(2402)는 제어 회로를 이용하지 않고 커패시터 바이어스 전압을 제한한다. 초과 DC 바이어스 전압의 일부는 제어 다이오드(2402), 다이오드(2403) 및 인덕터(2411)를 통해 도전 분산된다. 이러한 구성은 선택되는 구성 소자 값에 따라 적은 신호 체제에서 동작하는 능력을 상실한다. 또한, 인덕터(2411)는 저항기 또는 다른 적절한 AC 저지, DC 손실 구성 소자로 대체될 수 있다.

도 25는 AC 소스(2502), 분극 커패시터(2512, 2514) 및 AC 부하(2520)로 구성되는 회로(2500)를 도시한다. 또한, 저항기(2503, 2505. 2507. 2509), 다이오드 (2521), AC 소스 또는 부하가 회로 외부로부터 스위칭되는 경우에도 동작하는 DC 전압 소스(2522)로 구성되는 DC 바이어스 소스가 도시된다. DC 바이어스 소스는 커패시터(2512, 2514) 양단의 순방향 바이어스 전압을 설정하여 유지한다. 저항기 (2503, 2505. 2507. 2509) 및 다이오드(2521)는 커패시터 양단에 DC 전압을 균일하게 분배하고, 임의 상당 AC 전류가 커패시터를 바이패스하지 못하게 한다. 이 회로의 임의 단일 노드는 시스템 접지에 동작 가능하게 접속된다. 상기에서, AC 부하 및 AC 소스는 상이한 DC 기준 전압에서 동작한다.

그 중에도, 상기 회로 도면은 안티 시리즈 PECS 장치(도면에서의 분극 커패시터(2512, 2514))의 구성에 1개 이상의 DC 접합 노드가 포함됨을 도시한다. 포지티브 커패시터 접속의 AC 장치(2507, 2509)를 포함하는 제 1 DC 접합 노드는, AC 부하에 결합되고, 네거티브 커패시터 접속의 AC 장치(2503, 2505)를 포함하는 제 2 DC 접합 노드는 AC 소스에 결합된다. 또한, 회로는 커패시터 방위가 포지티브 대포지티브, 네거티브 대 네거티브로 임의로 도시될 수 있음을 나타내거나, 또는 DC 문제가 AC 전력 전달에 거의 관련되지 않는다는 점에서 비접지 애플리케이션의 AC 전력 전달에 우선적으로 영향을 미치지 않고도 AC 장치를 분리한다.

도 26은 AC 소스(2602), AC 부하(2622) 및 분극 커패시터 쌍(2604, 2606, 2608, 2610)으로 구성된 회로(2600)를 도시한다. 관련 DC 바이어스 회로는 DC 전압 소스(2618)에 의해 구동되고, 직렬 다이오드(2621), 직렬 저항기(2619) 및 관련 분배 저항기(2605, 2615, 2603, 2607, 2609, 2611, 2613, 2617)를 통해 도전된다. 저항기(2605, 2615)는 커패시터(2604, 2606, 2608, 2610)의 포지티브 DC 노드의 균일 DC 전압을 유지한다. 동일하게, 커패시터의 네거티브 DC노드는 저항기(2603, 2607, 2609, 2611, 2613, 2617)에 의해 공통 DC 기준 전압으로 유지된다. 다이오드(2621) 및 저항기(2619)는 AC 전류가 DC 전압 소스(2618)를 통과하지 못하게 하도록 제공된다. 점 A는 상부 바이어스 회로에 관한 접속 점을 도시한다. 적절하게 선택된 저항기 값은 AC 전압 분배시 커패시터 변동의 영향을 감소하도록 제공된다. 회로(2600)는 직렬 형태로 배열되는 2개의 안티시리즈 분극 커패시터 쌍을 바이어싱하도록 단일의 낮은 DC 전압 소스의 이용을 기술한다. 커패시터들 각각은 DC 전압 소스 및 다른 커패시터들과 실질적으로 DC 분로되어 배열된다. 직렬 구성의 3개 이상의 안티시리즈 커패시터 쌍이 적절한 바이어스 전압 분배 네트워크에 있어서 단일의 낮은 전압 소스에 의해 동일하게 바이어스될 수 있다.

도 27은 AC 소스(2702), 절연 변압기(2704), 안티시리즈 분극 커패시터 (2706, 2708)를 포함하는 회로(2700)를 도시한다. 또한, 사이리스터 브릿지(thyristor bridge)(2709-2715), 코일(2717, 2719), 노드 X를 통해 커패시터(2706, 2708)의 포지티브 전압극에 접속되는 바이어스 저항기(2723-2729) 및 필터 커패시터(2721)로 구성된 DC 바이어싱 소스가 포함된다. 커패시터(2706, 2708)의 네커디브 극에 대한 DC 네거티브 출력의 동일한 AC 저지 접속은 도시되지 않는다. 정류된 출력 파형은 인덕터(2717, 2719) 및 분극 커패시터(2721)에 의해 필터링되고, DC 부하에 도전된다. 이용 가능한 DC 전력의 적은 부분은, 적절한 AC 블록킹 장치가 DC 전압 소스 네거티브 극에 커패시터 네거티브 극을 접속할 경우 순방향 바이어싱되는 커패시터(2706, 2708)에 이용된다. 이러한 구성은 AC 애플리케이션의 분극 커패시터의 DC 저지 특징을 도시한다. 또한, 배터리 충전기 또는 DC 전원과 같은 통상 애플리케이션용으로 생성되는 DC 전압을 입력하는 방법이 도시된다. 안티시리즈 커패시터는 일반적인 이용 목적으로 DC 전압 공급을 제공하도록 이용된다. 또는, 다른 DC 바이어스 소스는 커패시터를 순방향 바이어싱하도록 이용될 수 있다.

도 28은 회로(2800)를 도시한다. 회로(2800)는 3상 절연 변압기(2802, 2814), 분극 커패시터(2804, 2806, 2808), DC 소스(2810) 및 저항기(2811)로부터 어셈블리된다. 분극 커패시터(2804, 2806, 2808)는 도 25, 27의 단상 회로와 유사한 안티시리즈 구성으로 배열된다. 적절한 순방향 바이어스 전압은 인덕터(2802, 2814)를 포함하는 DC 접합 노드를 통해 커패시터(2804, 2806, 2808) 양단에 인가된다. DC 바이어스 소스는 전기적으로 절연된 DC 전압 소스(2810) 및 직렬 저항기(2811)로 구성된다. DC 바이어스 소스는 커패시터(2808)와 직접적으로 분로되고 커패시터(2804, 2806)와는 실질적으로 DC 분로된다. (2802)의 주측의 인덕터(변압기 권선)는 커패시터(2804, 2806)의 포지티브 측에 포지티브 DC 바이어스 기준 전압을 인가한다. 동일하게, 2814A(비주측)의 변압기 권선은 DC 바이어스 소스의 네거티브 극에 네거티브 커패시터 극을 접속한다. 리던던트 DC 바이어스 소스는 설계 로버스트니스를 증가시키는데 이용될 수 있다. 이 도면은 물리적인 AC 시스템의 각각의 핫 레그의 단일 분극 커패시터를 이용하는 DC 분로 배열을 가르친다. 도시되는 바와 같이, 이 시스템은 호환성이 있지만, 동작동안 단일 포인트 접지를 요구하지 않는다. 동일한 배선 배열은 모터 제너레이터 결합에 이용될 수 있다. 이 회로는 또한 연속 순방향 DC 바이어싱하기 위한 다상 AC 안티시리즈 구성 및 방법을 가르치고 있다.

도 29는 회로(2900)를 도시하며, 미국에서 통상 이용되는 단상 240:120VAC 단상 네트워크이다. 회로(2900)는 AC 소스(2902), AC 소스 변압기(2904), 분극 커패시터(2906, 2908, 2910), DC 소스(2913), AC 저지 저항기(2911) 및 AC 부하(2912, 2914, 2916, 2918)로 구성된다. 회로(2900)에서 커패시터 안티시리즈 배열은 각 레그에서의 단일 분극 커패시터로 구성된다. DC 전압 소스(2913) 및 AC 저지 저항기(2911)로 구성되는 DC 바이어스 소스는 분극 커패시터(2910)와 분로되고, 변압기 권선 및 AC 부하를 경유하여 분극 커패시터(2906, 2908)와 실질적으로 분로된다. AC 부하(2912, 2914)는 120 VAC에 의해 구동되고, 부하(2916)는 3와이어 120:240 VAC에 의해 구동되고, 부하(2918)는 2와이어 240VAC에 의해 구동된다. 이 회로는 도 16에 도시되지 않은 다른 안티시리즈 커패시터 구성을 기술한다. 커패시터(2908)의 포지티브 극 및 부하(2912, 2914, 2916)에 접속되는 소스 변압기 이차 또는 중성 노드는 접지될 수 있다. 이 구성에서, 양 측은 동시에 접지되지 않는다. 접지 루프는 DC 바이어스 전압을 단락한다. AC 회로 소자는 상기 안티시리즈 PECS 장치의 분극 커패시터를 분리시키고, 정상 상태 DC 단락 회로로서 동작한다. 이것은 DC 커패시터 결합내의 AC 회로 소자를 포함하는 DC 접합 노드의 또다른 일례를 가르친다.

도 30은 회로(3000)를 도시하며, 안티시리즈 커패시터 쌍 양단에 인가되는 DC 바이어스 전압을 설정하고 유지하는데 단일 다이오드를 이용하는 단상 AC 회로를 도시한다. 회로(3000)는 AC 소스(3001). 소스 변압기(3003), 안티시리즈 커패시터 쌍(3013, 3015), AC 부하(3020), 및 분극 커패시터(3005), 정류기(3007) 및 저항기(3009, 3011)를 포함하는 DC 바이어스 회로로 구성된다. 정류기(3007) 및 저항기(3009, 3011)는 커패시터(3005, 3013, 3015)를 충전하고, 정상 상태에서 AC 전류를 대체로 차단한다. 저항기(3011)와 AC 부하(3020)간의 접속에 관한 상세는 간단하게 하기 위하여 생략된다. DC 전원은 연속 동작에 적절하지만, 전차 정류를 제공하지는 않는다. 분극 커패시터의 적은 정상 상태 DC 전력 요구는 이것을 아주 유용한 경제적 설계로 만든다. AC 소스 변압기(3003)의 주측, AC 소스(3001)에는 물론 이차측으로부터 어떠한 DC도 전달되지 못한다. 반파 정류 (half wave rectification)로 인한 반사 고조파(reflected harmonics)는 AC 부하에 관한 적은 정상 상태 바이어스 전력 부하로 인해 AC 소스 곤란을 거의 야기하지 않는다. 도 30은 연속적 동작에 적합한 간단한 회로 수행을 가르쳐 준다.

설계 고려 사항

주요 설계 고려 사항은 분극 전하 축적(PECS) 장치 테크놀로지 및 구성의 선택이다. DC 전압 범위 제한은 상세하게 고려되어야 한다. 예를 들면, 산업용 니켈-카드뮴(Nicad) 전기 화학 배터리는 셀마다 1.2볼트의 공칭 전압을 가진다. 셀은 셀당 각각 1.7 및 1.0볼트의 균등한 충전 및 최종 방전 전압으로 동작한다. 설계 전압 범위는 통상적으로 셀당 1.05-1.5볼트가 된다. 선택되는 복수의 배터리 셀은 적절할 경우 구성 소자 및/또는 시스템 AC 전압 및/또는 공진 AC 전압과 일치된다. 배터리 셀에 의해 허용되는 AC 리플 전류는 AC 애플리케이션에 요구되는 스트링 및 병렬 배터리 셀의 수를 결정하는데 이용된다. 조정된 배터리 충전 장치는 충전 상태의 전기 화학 배터리를 적절하게 유지하도록 선택된다. 각각의 분극 전하 축적 장치, 또는 장치의 결합에는 당업계에서 인식 가능한 것과 동일한 유사 DC 시스템 전압 설계 단계가 요구된다. 알루미늄 전해 커패시터의 설계 단계에 관한 보다 상세한 기술이 제공된다.

파형 전달 충실도는 중요하며, 적은 AC 신호 체제 내에 머무르게 함으로써 현저하게 강화된다. 인스턴트 발명은 임의 정도로 상기 체제 내에 머무르도록 구성된다.

회로 애플리케이션에서 본 발명의 통상적인 제한 설계 파라미터는 허용 AC 리플 전류이다. 정상 상태 전류 및 과도 부하 전류 모두가 고려된다. 리플 전류는 본 발명에서 허용 변위 전류가 되도록 대부분의 목적에 고려될 수 있다. 컴퓨터 등급, 커패시터 공칭 데이터는 120헤르츠에 기초한다. 60헤르츠에서 동작하는통상의 컴퓨터 등급 커패시터에 대한 주파수 응답, 리플 전류, 경감 계수는 0.8이다. 본 발명은 할애하기에 충분한 커패시턴스를 제공한다. 따라서, 임의 값으로 소정의 커패시턴스를 통과하는 AC 전류를 감소하는 것이 가능하다. 이것은 병렬인 극성 커패시터 어셈블리들의 수를 증가하는 간단한 방편으로 달성된다. 분로 커패시터들 (shunt capacitors)은 또한 AC 임피던스를 더 감소시킬 것이고, 실시간 조정될 때 부하 전압 조정 메커니즘으로서 이용될 수 있다.

고려되는 회로 설계 파라미터는 AC 전류 전송 용량이다. 애플리케이션의 과도한 요구는 본 발명의 성공적인 애플리케이션의 관문으로서 고려된다. 변압기 인러시 전류 및 모터 개시 전류는 인스턴트 발명에 있어서 바이어스 분극 커패시터의 크기 선택에서 주요 고려 사항이 된다. 이차적인 관련 고려 사항은 커패시터 뱅크의 직렬 임피던스이다. I²R 손실로 인한 열 발생은 커패시터 수명에 대하여 중대하다. 과잉 열 증가는 분극 커패시터 및/또는 다른 PECS 장치에 있어서 파괴적이다. 통상적으로 사이징(sizing) 파라미터로서 장치의 커패시턴스를 고려할 필요가 없다.

많은 애플리케이션은 3상, 또는 단상, 3와이어 시스템이다. 따라서, 적절한 설계 단계에 관하여 명료도가 다소 결핍된다. 레그마다의 단일 커패시터는 비교적 명확하지만, 각 레그의 구성 또는 안티 시리즈 쌍에 대하여 상이한 장치간 전압 및 장치내 전압을 가진다. 예를 들면, 120:208 VAC 구성에서, 장치간 레그 대 레그(LL) 장해는 2개 레그의 직렬 결합으로 인해 104[VAC]를 나타낸다. 한편, 장치내 장해는 208[VAC]를 나타낸다. 레그 대 중성 장해는 본 발명에 걸쳐서120[VAC]를 나타낸다. 애플리케이션 특성, 전기 및 화이어 코드(fire code)는 최악의 경우 설계 파라미터가 인가되는 지의 여부를 결정한다. 공진의 경우에, 장치내 장해의 전압 요구는 대략 312[VAC]이며, 이는 422 볼트 피트 투 제로에 대응한다. 이것은 221[VAC]의 최소 DC 바이어스 전압 및 442[VAC]를 초과하는 커패시터 정격 전압을 요구하며, 커패시터 구성 소자 오차 및 AC 시스템 전압 변동을 무시한다.

회로 장해 방지 및 서지 방지는 모든 애플리케이션에 있어서 중요한 설계 파라미터이다. 또한, 기본적인 고려 사항은 대칭 및 비대칭 장해 전류를 이용할 수 있는 네트워크를 포함한다. 적절한 장비는 인스턴트 발명에 불필요한 손상없이 다운스프림 장해를 클리어할 수 있도록 제공된다. 퓨즈, 회로 차단기, 스위칭, 접지 장해 회로 인터럽트, 전류 제한 장치 및 고체 상태 장치는 상기 듀티에 고려된다. 애플리케이션 특징은 적절한 결합의 보호 소자를 결정한다. MOV 및 다른 서지 어레스터는 전압 서지 및 스파이크를 감소하기 위해 중성 및 접지에 분로되어 배치될 수 있다. 유사하게, 이것들은 본 발명과 분로되어 배치될 수 있다. 마찬가지로, 이것은 높은 전압 조건에서 장치 구성 소자에 대한 손상을 감소시킨다.

2-포트 회로 파라미터 분석 기법 적용, 대부분의 2 포트 상호 접속이 허용된다. 이러한 툴은, 인스턴트 발명의 AC 단자가 블랙 박스로서 처리되는 경우에 임의 다른 AC 커패시터 실시에 관하여 인스턴트 발명에 적용한다. 공학적 접근 디스클레이머 세트는 이러한 기법 이용 시에 통상적으로 명료하게 표현된다. 이들은 공학적 접근 내에서 첫번재 접근, 간단한 모델 등을 포함한다.

인러시(Inrush), 개시 및 장해 전류는 50% 정도로 최저 래깅(lagging) 역률 (0.5, 래깅)을 나타낸다. 어떤 경우에, 이 전류의 크기는 직렬 커패시턴스의 존재에 의해 감소될 수 있다. 최대 전류는 회로 분석 및 도체 선택에 있어서 중요한 설계 고려 사항이다. 모터 개시 지속 기간, 로터 로크, 인러시 전류, 전 부하 전류 및 장해 전류도 마찬가지로 네트워크 분석 및 직렬 커패시터 사이징에 고려된다. 인스턴트 발명은 시퀀스 방법 및 다른 표준 장해 계산을 이용하는 장해 분석에 적절하다.

인스턴트 발명은 AC 부하들 및/또는 소스들과 분로되어 이용하는데 적합하다. AC 회로는 직렬 애플리케이션의 전압에 대하여 상술된 것과 동일한 공진 전류 현상을 나타낸다. 분로 커패시터들(shunt capacitors)은 통상적으로 AC 네트워크 애플리케이션의 제어를 사이클링함으로써 전류 제한되거나 또는 시간 제한된다. 인스턴트 발명에 의해 제공되는 높은 커패시턴스는 직렬 애플리케이션 뿐만 아니라 분로 구성에서 이용 가능한 월드 유틸리티에 개선을 제공한다. 분로 구성들에서 PECS 장치 설계 고려 사항은 AC 소스에서 제공되는 전류의 최대 150%의 AC 전류를 포함한다. 인스턴트 발명의 낮은 AC 임피던스는 전류 제한 방법이 무시되는 경우 가상 단락을 생성한다. 저항기와 같은 전류 제한 부하는 AC 분로 애플리케이션에서 안티시리즈 PECS 장치와 직렬로 배치될 수 있다. 저항기가 유용한 동작을 행하는 경우, 에너지는 손실되지 않는다.

공진(resonance)은 당업자에 의해 정의되고 이해된다. 이러한 형상의 2개의 가장 기본적인 표시는 직렬 및 병렬 공진이다. 회로 공진은 때때로 설계의 목적이되기도 한다. 다른 경우에, 공진은 평평하지 않고 파괴적이다. 공진 현상을 갖는 회로는 비공진 동작에서 나타나는 것을 훨씬 초과하는 전류 및/또는 전압을 표시한다. 공진 조건이 예상되는 경우 50%이상만큼 회로 전류 용량 및/또는 저압 정력을 증가하는 것은 통상적이다. 공진 시스템의 설계는 높은 전압 및/또는 전류 조건으로 인해 추가 열 손실 측정을 포함한다. 손실 각도(델타), 및 측정되는 열 발생은 이러한 경우에 중요한 설계 기준이 된다. 일부 애플리케이션에서, 회로는 낮은 시스템 전압 조건 동안에만 공진하도록 조정될 수 있다. 이것에 의해 직렬 공진과 관련되는 전압 상승으로 낮은 전압 시스템 조건을 오프셋할 수 있다. 유사한 설계는 분로, 또는 하이브리드 공진 설계와 함께 전류 유지에 이용될 수 있다.

또한, 과도 네트워크 전압 서지 및 스파이크는 본 발명에 있어서 고려된다. 번개, 스위칭 동작 및 동일 사건에 의한 이러한 전압 상승은 모든 장비에 상당한 관계가 있다. 인덕터, MOV, 애벌란시 다이오드 및 다른 서지 어레스터는 손상으로부터 다른 접속 장비 및 본 발명의 보호 회로에 다소 유용하다. 인스턴트 발명은 순간 전압 변화에 대한 용량성 대항에 의해 접속 부하에 다소 과도한 보호를 제공한다. 전송 시정수가 접지에 관한 MOV 보다 큰 경우, 부하가 할애될 수 있다. 또한, 전류 제한 및 전류 보호에 관한 표준 설계 제한이 이용된다. 예를 들면, 사인파의 경우를 취한다. 피크 투 제로 전압 크기는 계수 2 제곱근 만큼 RMS 값 보다 크다. 따라서, 120[VAC] 소스에 대하여, 실제 피크 투 제로 저압 값은 169.1볼트이다. (120:240)[VAC]의 3상의 경우에서 후자 도면은 라인 투 라인 RMS 전압이며, 라인 투 중성 저압과는 계수 3 제곱근 정도 상이하다. 따라서, 동일한 라인 투 라인 피크 투 제로 전압은 293.94[VAC]이다.

가장 유용한 AC 전기 부하는 래깅 역률을 가진다. 인스턴트 발명은 공공 유틸리티에 안정된 상승 역률 장치를 부가할 수 있다. 저항 및/또는 래깅 역률 부하와 직렬로 접속되는 경우, 증가되는, 균일한 또는 상승하는 역률은 AC 소스에 의해 보여지는 바와 같이 실현될 수 있다. 용량성 회로, 및/또는 유도성 소자는 요구될 때 네트워크 내부 및 외부에서 스위칭될 수 있다. 안티 시리즈 커패시터 뱅크는 따로 따로 제어될 수 있으며, 회로의 내부 또는 외부에서 스위칭되는 경우 전반적인 회로 파라미터는 변경된다. 적은 결과로서 전력 전달의 효율, 제어 및 안정성이 증가된다. 또한, 신호 전달 충실도 및 에너지 축적은 요구에 따라 증가될 수 있다. 공공 유틸리티에의 부가는 매우 유익하다.

인러시 전류들은 전기 그리드 저압 조정에서 상당한 문제점을 낳는다. 직렬 커패시터는 인러시 전류의 역률을 증가시킬 수 있다. 향상된 순간 역률은 접속되는 소스 또는 전기 유틸리티에 대한 순간 전류 크기 요구를 감소시킨다. 분극 커패시터 AC 임피던스는 도통 전류, 인스턴트 발명의 또다른 전류 제한 특징에 따라서 증가하는 것으로 관찰된다. 감소되는 순간 전류 요구는 순간 전력 전송 및 분배 손실을 감소한다. 감소되는 전송 및 분배 손실은 소스 또는 접속되는 유틸리티에 대한 요구를 감소한다. 따라서, 감소되는 인러시 및 개시 요구는 네트워크 순간 예비 전력량 및 안정성을 증가시킨다. 다른 전류 제한 방법은 본 명세서에 기술되거나 또는 본 명세서에 언급되어 청구된다.

정상 상태 전압 조정은 본 발명의 동일 애플리케이션이다. 커패시터 직렬뱅크는 세분된다. AC 부하 증가에 따라, 추가 커패시터는 정적 스위치, 전기 화학적 콘택터 또는 다른 메커니즘을 거쳐 라인에 배치될 수 있다. 이러한 방법에 의해, 커패시터 뱅크의 직렬 저항은 감소된다. 동일하게는, 공진 애플리케이션에서, 커패시터의 추가 또는 삭감은 네트워크 AC 전압에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, AC 전압 조정은 본 발명의 이용 목적 중 하나이다. 일부의 경우에, 2개 AC 시스템은 상이한 DC 바이어스 조건을 가진다. 공통 크기를 가지고 위상 동기되는 경우에, 본 발명은 그들 모두를 결합하는데 이용될 수 있다. 본 발명은 교류 절연 AC 결합 방법을 제공한다. 많은 애플리케이션이 상기 유틸리티로부터 나타날 것으로 기대된다.

인스턴트 장치는 연속적인 듀티, 단상, 분상 모터 및/또는 용량성 AC 유도 모터에 이용될 수 있다. 따라서, 양측 권선은 이러한 듀티를 위해 감겨질 경우 연속적으로 이용될 수 있다. 이 벡터 전류 조작은 단상 모터 회전 방향을 형성한다. 또한 단상 모터에 나타나는 120헤르츠 진동(험)을 제거하도록 제공된다. 이러한 실시로 접속 해제 회로를 제거할 수 있다. 또는, 분상 모터 설계는 역동될 수 있으며, 개시이후 서비스로부터 래깅 권선을 제거할 수 있다. 명확하게 조정되는 벡터 전류의 익숙한 애플리케이션은 단상 소스로부터의 3상 전기의 합성을 경제적으로 개선하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 실질적인 실현은 분극 커패시터와 병렬 접속되는 블리드 저항기 등을 요구한다. 이것은 유지 동작동안에 증가된 개인 안정성을 제공한다. 블리드 저항기는 전시간 장치이거나, 또는 단위 전원이 접속 해제 또는 분해되는 경우 회로로 스위칭될 수 있다. 많은 전기적 특징은 블리드 저항기를 요구한다. 일부 응답, 효율 및 안정성이 블리드 저항기 추가에 따라 손실되지만, 그들은 인스턴트 발명에 있어서 상당한 성능 문제를 제기하지 않는다. 이러한 저항기는 커패시터 구성 소자 공자 및/또는 구성 소자 오차로 인해 커패시터에 인가되는 AC 및 DC 전압 변동을 감소하는 목적을 추가한다. 커패시턴스, 임피던스, 누설 전류 등은 온도, 수명 및 다른 서비스 조건에 따라 변화한다. 이러한 요인은 복수의 직렬 및/또는 안티시리즈 어셈블리가 이용되는 경우에 중요해진다.

직렬 공진 조건이 충돌하는 경우, 커패시터 전압 정격 및 DC 바이어스 전압 크기를 증가시키는 것이 바람직하다. AC 네트워크에서의 과도 공진 조건은 애플리케이션에 제어(조정) DC 바이어스 전원을 요구하거나, 또는 비조정 공급에 의해 제공된다. 그럼에도 불구하고 다양한 동작 모드에 적절한 전위를 제공하는 선택적인 비조정 부동 DC 바이어싱 구성이 논의되며, 본 명세서에서 청구된다. 직렬 부하 저항 및 내부 커패시터 저항은 통상적으로 일부 공진 현상을 감쇠한다. AC 네트워크 조건에서 커패시터 명세는 이러한 높은 전압 정격을 통상적으로 요구하지 않는다. 이것은 AC 네트워크에서 분극 커패시터의 광범위한 이용의 출현에 있어서 보다 일반적으로 행해지는 설계 요구가 된다.

또한, 유도 제너레이터는 유도 모터를 구동하는데에 상당한 문제점이 있다. VAR를 자화하는데에는 실질적으로 불리하다. 본 발명은 과다한 용량성 리액턴스를 제공하며, 따라서 상기 애플리케이션을 실질적으로 개선한다. 유도 제너레이터가 동기 제너레이터 보다 대체로 비용이 적게 드는 점에서 상당한 경제적 이득이 예상된다.

공진 및 비공진 애플리케이션 모두가 (분극 충전 축적 장치의 자기 공진 주파수 이하의 임의 주파수에 대하여) 고려될 수 있으며, 계산 및/또는 측정될 수 있다. 동일하게는, 다른 임의 파형 애플리케이션은 계산 및/또는 측정을 위해 선택될 수 있다. 이하의 실시예에서, 비공진, 사인파, 60헤르츠 경우에 컴퓨터 등급, 대형 알루미늄 캔, 전해 커패시터를 이용하는 애플리케이션이 고려된다. 이 실시예에서, 간단한 첫번째 계산이 실행된다.

최대 정상 상태 전류가 10[A]인 간단한 분배 부하 애플리케이션을 고려할 경우, 최대 과도 조건은 90[A]이다. 과도 조건의 지속 기간은 열적으로 상당한 것으로 가정된다. 시스템 전압은 120[VAC_RMS], ±10%이다. 선택되는 주위 동작 온도는 45[□C]이다. 본 발명의 순방향 바이어스 안티 시리즈 분극 커패시터는 단일 소스 및 부하와 직렬로 배치된다(안티시리즈 쌍은 핫 유도 도선에 배치된다). 커패시턴스는 공칭의 +/-20%로 가정된다. 10%의 설계 계수가 인가된다. 간단한 첫번째 계산은 어떠한 히트 싱크 또는 다른 열적 커패시터 설계 또는 애플리케이션 열 강화도 없는 이동 공기 조건을 가정한다. 온도 및 주파수 정정 및 커패시터 제조 공차는 이 실시예에서 무시된다. 동일하게, 감소되는 신호 왜곡 및 수명 연장을 위한 전압 마진도 무시된다.

Let:

Vrms = AC 전압의 제곱 평균 제곱근

Vpp = AC 전압 파, 피크 투 피크의 크기

Vpo = AC 전압 파, 피크 투 제로의 크기

Vhalf = 직렬 안티 시리즈 쌍의 단일 커패시터 양단의 AC 전압

Vsurge = 커패시터 정격 최대 DC 서지 전압

WVDC = 커패시터의 정격 DC 전압

Vbias = 커패시터 DC 바이어스 전압

Dfac = 10% 설계 계수

Cfac = 20% 커패시턴스 변동

주의:

Vpp = 2Vpo = 2Vhalf = 2Vrms(2 제곱근 )

Vbias+Vhalf의 순간 중첩은 WVDC 이하로 유지된다. 또한, Vbias의 크기는 연속 포지티브 DC 바이어스 전압 조건을 분극 커패시터 양단에 유지하도록 Vhalf와 같거나 또는 초과한다. 또한, AC 전압 정상 상태 크기는 DC 바이어스 전압이 WVDC 크기의 절반인 경우 최대로 된다. AC 서지 크기는 DC 바이어스 전압이 커패시터의 최대 DC 서지 전압의 절반인 경우 최대로 된다. 따라서, (Vbias+Vhalf)가 시스템 AC 전압 크기(GE)와 같거나 또는 초과함을 알 수 있다. AC 전압 분배는 커패시터의 실제 커패시턴스의 변동에 의해 영향을 받는다. 따라서, 커패시턴스 변동의 20% 허용 및 10% 시스템 전압 크기에 대하여, 다음과 같이 된다:

(Vpp) ×Dfac ×Cfac = (169.71 ×2) ×1.10 ×1.20 = 448.03 Volts

커패시터 바이어스마다에 대해서는, 다음과 같이 된다:

(Vpp) ×Dfac ×Cfac = (169.71) ×1.10 ×1.20 = 224.02 Volts

AC 전압은 인스턴트 발명의 2개의 안티시리즈 윙 양단에 분배된다. 따라서, 상기 정보로부터 우선 장치를 선택할 수 있다.

최근 코넬 듀빌리에르 카타로그에는 모델 번호 DCMC123T450FG2D가 기입된다. 12,000마이크로패럿의 공칭 커패시턴스 값, 13.3밀리오옴의 ESR, 및 24.2암페어의 최대 정격 AC 리플 전류를 갖는 커패시터가 기입된다. WVDC 및 Vsurge는 각각 450VDC, 500VDC이다. 이 경우에, Vbias는 WVDC/2, 즉 225 볼트 DC가 되도록 선택된다. 이것은,

Vhalf + WVDC/2 = 449.02 볼트

와 같은 공칭 중첩 전압에 대응한다. 8개의 총 커패시터(측면마다 4개)를 선택하면 96암페어의 전류 정격이 제공된다.

장치의 총 공칭 커패시턴스는 12,000×4/2=24,000 마이크로패럿이다. 공칭 ESR은 6.65 밀리오옴이며, 커패시터 임피던스는 12밀리오옴 정도이며, 부하 임피던스 크기는 과도 및 정상 상태 조건 각각에 대해서는 1.33오옴 및 12.0오옴이다. 커패시터 어셈블리 양단의 정상 상태 AC 전압 강하는 0.12볼트 정도이고, 각 커패시터 윙 양단의 전압 강하는 보다 심각한 과도 조건에서 1.1볼트이다. 이 실시예에서, 공진 및 장해 조건을 제외하고, 커패시터 전압 정격은 필요한 것 보다 훨씬 크다는 것을 알 수 있다. 보다 낮은 전압 커패시터 정격을 고려하는 이점은 크기, 중량, 커패시턴스 및 비용이다. 단점은 장해 또는 공진 조건에서 장치 파괴이다. 항상, 애플리케이션 경제성과 안정성 관계는 이슈를 보통은 결정한다. 이 장치는 보다 로버스트한 설계에 있어서 고속 퓨즈, 서지 어레스터, 블리드 저항기, 미터링및 폴리싱 커패시터를 이용하여 구성될 수 있다.

전문가는 본 명세서에서 설계 표준에 따라 구성되는 회로를 처리할 때 상당히 주의 있게 실행한다. '로크 아웃(Lock Out), 태그 아웃(Tag Out)'에 관한 가장 광범위한 전기적 산업 표준은 안정성면에서 충분하지 못하다. 본 발명에 이용될 수 있는 대형 전기 커패시터는 적정 블리드 저항기 등이 제공되지 않는 경우, 수일 동안 전기적으로 충전되게 된다. 높은 전압 조건이 나타나며; 수명-위협 헤저드를 명확하게 구성한다. 따라서, 본 발명의 충전 장치를 처리하는 사람에게 상당한 주의가 요구된다. 당업자는 회로 및 회로 소자와의 접촉을 피해야 한다. 예를 들면, 분극 커패시터와 분로되어 배치되는 d'Arsonval 미터는 AC 소스 뿐만아니라 DC 바이어스 전압을 단락시킨다. 이것은 전체적으로 프로세스를 파괴하고 전류계를 연소한다. 또한, 부수적인 단락 및 수반하는 단절과 함께 커패시터 역방향 바이어싱을 야기한다. 이 회로의 설계에서 당업자는 회로 소자를 추가할 때 상당히 주의 있게 실행한다. 분극 커패시터와 분로되어 배치되는 코일 또는 소형 저항기는 상기 미터 실수의 결과를 두배로 한다. 이러한 이유로, 정규 처리 과정은 단위로서 분극 커패시터 어셈블리를 이용해야 한다.

PECS 장치 자기 공진 현상은 적절한 RFI 필터에 대하여 접지에 분로될 수 있거나, 또는 그것이 발생하는 경우 감쇠된다.

본 명세서의 PECS 장치 회로의 주파수 공진은 임의 가변 주파수 장치에 유용한 부가를 제공한다. 주파수 증가에 따른 회로 유효 커패시턴스의 감소는 주파수 증가에 따라 임피던스 강하를 부분적으로 오프셋한다. 예를 들면, 가변 속도 구동내의 전력 전달 효율은 저 주파수 전류 제한이 제공되는 동안에 강화된다. 따라서, 구동은 확장되는 주파수 범위 이상에서 증가된 역률로 동작한다.

전체파 정류기들(full wave rectifiers)은 안티 시리즈 구성인 경우 단일 PECS 장치를 AC 전력 소스의 각 단자에 결합함으로써 구성될 수 있다. 중앙 노드는 산산이 파괴된다. 정류 브릿지 및 DC 출력 부분은, DC 접합 노드가 있는 PECS 장치의 자유단에 접속된다. DC 출력은 부동 DC 애플리케이션에 이용하도록 입력된다. DC 출력의 전압 분배 부분은 바이어싱 목적을 위해 PECS 장치로 되돌려져 스너빙된다(snubbed back). 이러한 설계는 배터리 충전기 또는 DC 전원을 구동하기 위한 절연 변압기에 대한 요구를 제거한다. 또한, 정류기의 역률은 절연 변압기 구동 장치의 래깅 역률(lagging power factor)에 관하여 정정된다. 이 회로는 단상 또는 다상 애플리케이션에 구성될 수 있다. 다른 유사한 에너지 전환 설계는 본 발명에서 계획된다.

이산 구성 소자의 단자 특성을 이용하는 애플리케이션이 존재한다. 전압 디바이더가 존재하고, 적절하게 설계된 필터가 이용될 수 있다. 고 대역 통과, 저 대역 통과, 대역 통과 및 저지 필터는 중앙 노드에 결합되며, 주의 있게 사람을 차단하면서 시도된다. 자기 포화, 공진, 블러드 플롯(Blod plot), 나이퀴스트 플롯 등을 포함하는 회로 설계 고려 사항이 당업자에게 공지되어 있음을 고려한다.

이들 윤곽에 따라, 적절한 DC 커패시터 바이어스 조건을 설정하고 유지하기에 적절한 많은 회로 실현이 있다. DC는 조정 및 비조정 소스 모두를 포함하는 임의 적정 구성으로부터 유도될 수 있다. AC 공급의 DC 바이어싱 및 접지 루프 방지는 통상적으로 비접지 이차 회로(부동 DC 전원) 및 변압기를 통한 전기적 절연을 이용함으로써 처리된다. 또한, 배터리는 신뢰성을 증가시키기 위해 시스템에 이용될 수 있다. 배터리 공급으로 그들 설계 백업 기간 동안 리던던트 전력 공급이 제공된다. 소형, 전기 화학적 배터리는 분극 커패시터의 충전의 느린 감쇠에 기초하여 충분한 액티브 DC 바이어스 공급을 위해 수 일을 제공한다. 배터리 테크놀로지의 선택은 애플리케이션 특징이다. 가격, 주위 온도, 지진 조건, AC 전력 신뢰성, 통풍, 예상 수명 등을 포함하는 요인은 배터리 선택을 지시한다. 배터리 최대 충전 전압 및 최종 방전 전압, 또는 DC 시스템 설계는 AC 신호 클리핑 범위로부터 분극 커패시터를 유지한다.

최고 DC 바이어스 전압 레벨은 공진, 장해, 모터 개시, 변압기 인러시, 스위칭 동작, 시스템 전압 스파이크 등의 조건에 요구된다. 최저 바이어스 전압은 커패시터 수명을 연장하도록 다른 동작 조건에 이용된다. 이 전압 조정은 적절한 피드백 시스템에 있어서 자동일 수 있다. 전류 방지, 접지 장해 방지, 스위칭 메커니즘, 진단 등에 관하여, 추가 회로 소자, 예를 들면 블리드 저항기, 로딩 저항기, 고조파 여과, 전압 서지 어레스터, 무극 폴리싱 커패시터는, 전기적 안정성 관계 및 특정 애플리케이션에 대하여 요구되는 경우 부가될 수 있다. 다른 설치는 콘택터, DC 사전 충전, 소프트 개시 메커니즘 등을 포함한다. 이러한 특징의 변동 및 개조는 본 발명에 나타나는 프로세스로부터 상당히 이탈하지 않는다.

본 발명을 구체화하는 수많은 방법들이 있다. 2개의 광범위한 영역은 바이어스 소스 및 AC/DC 인터페이스이다. 이 서브젝트의 영역은 본 발명에 통합되도록고려된다. 인스턴트 발명의 제조 및 실행 시에, 경제성있는 다양한 구성이 채택될 것으로 기대된다. 예를 들면, 이산 다이오드는 본 도면에 도시된다. 다양한 다이오드 결합은 오늘날 상업계에 존재한다. 2개의 이러한 공통 결합은 브릿지 정류기 및 공통 캐소드 듀얼 다이오드이다. 상기와 같은 장치는 이산 구성 소자 카운트, 제조 비용을 감소한다. 다극 커패시터는 어셈블리 접속 단계를 감소하는 또다른 방법이다. 휘스톤 브릿지는 동일한 저항 결합이다. 사실상, 마이크로 회로 설계 경제 이론은 이산 구성 소자의 점진적 감소에 있다. 이러한 노동 절감 유틸리티는 본원에 명확하게 포함된다. 또한, 다양한 커패시터 냉각 방법 및 쇼크 해저드 방지 시스템이 인스턴트 발명의 실시예에 이용된다. 이러한 열 조정 및 전기적 절연 방법 및 설계는 본원에 명확하게 포함된다.

또한, 일부 애플리케이션에서, 명확한 인터페이스는 포함되는 경우 가장 경제적이며, 다른 애플리케이션은 기존의 외부 회로 형태를 이용한다. 암페어 수로 측정되는 경우 모든 장치 용량 레벨, 전압 및/또는 주파수 응답은 본 발명에 포함된다. 동일하게는, 모든 적절한 분극 전하 축적 장치는 본원에 포함된다. 본 발명은 본 발명의 사상 또는 특성을 벗어나지 않는 다른 특정 형태로 구체화된다. 상기 실시예 각각에서 구성 소자의 크기를 비율에 따라 증가 또는 감소한다고 하는 것이 중요하다. 대표 회로 설계 및 그 제조 방법이 약술된다. 가장 경제적인 실현은, 시스템 전압, 정상 상태 전류 요구, 과도 전류 요구, 공진 확률, 선택되는 커패시터 모델 특성, 바이어스 전력 공급 부분, 분위기, 리던던시 요구, 외부 장해 고려 사항, 내부 장해 고려 사항 등을 포함하지만 이것에 한정되지 않는 애플리케이션 변수에 따라 변화한다.

본 발명의 추가 목적, 이점 및 새로운 특징이 설명되거나, 또는 상기 기재 검토 시에 당업자에게 명백해지게 되거나, 또는 본 발명의 실행을 통해 습득될 수 있다. 본 발명의 목적 및 이점은, 수단과, 특히 지정되고, 본 발명에 포함되거나 또는 당업계에서와 동일한 결합에 의하여 실현되고 획득될 수 있다. 본 명세서에 기술되는 본 발명의 실시예는 예시적이고 한정적이지 않은 의미로 취해질 수 있다. 다양한 변동, 수정, 교체 및 추가는 본 명세서에서 정의되는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 당업자에 의해서 상기 실시예에 대하여 행해진다. 등가물, 청구 범위, 및 본 명세서의 다른 기재의 의미 및 범위내에 있는 모든 변동은 본 명세서에 포함된다. AC 네트워크에서 커패시터의 많은 연속 및/또는 과도한 이용 및/또는 애플리케이션은 당업계에서 실행되는 것으로 공지되어 있으며, 공진, 정류, 스너빙, 페로-공진, 서지 방지, 보상, 에너지 축적, 장해 제어, 전압 조정, 전류 제한, 제어 신호 전송 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 또한, 청구 범위 및 기재는 본 발명의 사상, 범위 및 의미 내에 있는 모든 상기 애플리케이션, 대체 및 수정을 커버하도록 해석된다.

부록 A : 용어 해설

용어 "안티-시리즈"는 애노드 및/또는 캐소드에 모두 결합되는 2개 이상의 PECS 장치를 언급한다. 즉, 안티 시리즈 PECS 장치는 애노드, 캐소드, 또는 캐소드 및 애노드 모두에 DC 접합 노드를 가진다. 이것은 광범위한 의미에서 고려되며, 예를 들면 전류 디바이더 설계에서 DC 접합 노드에 대체로 모두 접속되는 복수의 PECS 장치 애노드(또는 캐소드)와 같은 다수의 구성 소자로 이루어지는 여러 가지 구성을 배체하지 않는다. 예를 들면, 애노드가 모두 접속되는 스타형 구성의 5개 PECS 장치는 각각 상호 안티 시리즈 구성이 된다. 또한, AC 시스템은 상호 안티 시리즈 구성이 될 수 있다. 동일하게, 안티시리즈 구성의 PECS 장치를 식별할 때, 임의 소정의 장치는 예를 들면 암페어를 증가하는 복수의 병렬 구성 장치를 사실상 포함한다. 또한, 수 개의 직렬 PECS 장치는 유효 AC 전압 정격을 증가하기 위하여 안티 시리즈 형태로 모두 결합될 수 있다. 다르게는, 수 개의 안티 시리즈 PECS 장치 쌍은 유효 전압 정격을 증가하기 위하여 직렬 형태로 자체 결합된다. 결국, AC 시스템 구성 소자(예를 들면, AC 소스 또는 부하)는 사실상 DC 접합 노드의 안티 시리즈 장치간에 접속된다.

용어 "AC" 및 "AC 소스"는 광범위한 의미로 이용된다. 용어 AC 및 AC 소스는 고정 주파수, 가변 주파수, 고정 진폭, 가변 진폭, 주파수 변조, 진폭 변조, 및/또는 펄스 폭 변조 AC를 포함하며 이에 한정되지 않는다. 다른 선형, 비선형 아날로그 또는 디지털 신호 등 뿐만 아니라, 측대역 및 중첩을 포함하는 다른 신호 및/또는 통신 기술은 특히 포함된다. AC 소스는 고조파 성분을 포함한다. AC 및AC 소스는 시변 신호로 언급하도록 고려된다. 이 신호는 데이터 및/또는 전력을 포함한다. 복수의 방법 및/또는 모드에서 변화하는 하이브리드 AC 소스는 동일하게 포함된다. 단일 AC 소스에 관한 기준은 복수의 AC 소스를 제거하는 것으로 해석되지 않는다.

용어 "AC 블록킹 장치"는 관련 안티 시리즈 PECS 장치에 비해 비교적 큰 AC 임피던스를 제공하는 임의 장치, 방법, 설계 또는 기술을 포함하며, 동시에 상기 PECS 장치를 바이어싱하기 위한 DC 전류 경로를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, AC 블록킹 장치는 저항기, 인덕터, 정류기, 전기 스위치 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

본 명세서에서 이용되는 용어 "연속 및 정상 상태"는 개시 등과 같은 과도 애플리케이션에 대한 임의의 부적절함을 나타내도록 의도되지는 않는다.

용어 "DC" 및 "DC 전기" 및 "DC 전류"는, 전자, 이온 및 정공을 포함하지만 이에 한정되지 않는 1개 이상의 전하 캐리어의 단방향 또는 주로 단방향 자속, 변위, 전송 및/또는 흐름을 생성하고, 야기하고, 기여하고, 지원하거나 또는 선호하는 임의 테크놀로지, 설계, 조건, 물리적 조건 또는 장치일 수 있다. 이것은 반대로 충전되는 입자의 양방향 이동을 배제하도록 구성되지는 않는다. DC는 광범위하게 정상 상태 전압으로 칭하며, 이 전압은 시간에 비례하여 대체로 변화하지 않는다.

용어 "DC 소스", "DC 전압 소스", 또는 DC 전력 소스"는 광범위한 의미로 이용된다. 이 용어는 통상적으로 DC 전기를 생성하는 발생, 생성 또는 AC 정류에 이용되거나 또는 유용한 임의 방법 및 장치를 커버하고 포함한다. DC 전원은 DC 제너레이터, 전기 화학 배터리, 광전지 장치, 정류기, 연료 셀, DC 양자 장치, 임의 튜브 장치 등을 특히 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 상기 DC 전원에는 조정, 비조정, 여과, 비여과 형태가 있다. DC 소스는 비전기적으로 절연되는 소스에 의해 구동되는 정류기, 자동 변압기, 절연 변압기, 및 페로공진 변압기를 특히 포함하며 이에 한정되지 않는다. DC 투 DC 공급 장치, 스위칭 DC 전원, 펄스 충전 등도 마찬가지로 포함된다. 단일 용어는, 복수 및/또는 분로, 직렬 및/또는 안티시리즈 구성의 리던던트 DC 소스를 배제하는 것으로 해석되지 않는다. 단상 및 다상 DC 소스 및/또는 충전기도 포함된다. DC 바이어스 레벨을 실시간 조절하는 능력도 포함된다. '다이오드 드로퍼 장치' 및 정밀 조정되는 부동 DC 전력 공급 전압의 이용은, 특히 전기 화학 배터리가 전력 소스 리던던시에 포함되거나 또는 안티 시리즈 PECS 장치로서 이용되는 경우에 동작 및 설계 이득을 제공한다.

용어 "DC 바이어스 소스"는 광범위한 의미로 이용된다. 이 용어는, AC 전류의 흐름을 제한, 한정 및/또는 저지하는 동안에 PECS 장치에 DC 전압 및 전류의 생성 및 분배에 이용되거나 또는 유용한 임의 방법, 설계 및/또는 장치를 통상 커버하고 포함한다. 용어 DC 바이어스 소스는, 적어도 하나의 AC 블록킹 장치와 대체로 직렬 접속되는 적어도 하나의 DC 전압 소스를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 인스턴트 발명에서, 1개 이상의 DC 바이어스 소스는 상기 PECS 장치 양단의 순방향 DC 바이어스 전압을 설정하고 유지하기 위하여 PECS 장치 양단에 접속된다. DC 바이어스 소스는 AC 소스로 하여금 접속되는 PECS 장치를 역방향 바이어싱하거나 또는 과도하게 순방향 바이어싱하지 못하게 한다. 단일 DC 전압 소스는 적절하게 접속되는 DC 도통, AC 블록킹 장치에 의해 수많은 PECS 장치에 대하여 DC 바이어스 소스로서 제공되도록 구성될 수 있다. 동일하게, 복수의 DC 전압 소스 및/또는 DC 바이어스 소스는 AC 애플리케이션에서 안티시리즈 PECS 장치에 리던던트 바이어스 전압 소스를 제공하도록 구성된다.

용어 "DC 접합 노드"는, 동일 극성 장치 노드가 모두 결합되는 2개 이상의 안티시리즈 PECS 장치의 구성에서 노드에 대응한다. DC 접합 노드는 AC 장치 양단의 무시할만한 DC 전압을 갖는 1개 이상의 AC 장치(예를 들면, 인덕터)를 포함한다. 즉, 대체로 DC 접합 노드 내에서는 어떠한 DC 전압 차도 없다. 동일하게, DC 바이어스 회로, 계기, 인디케이터, 알람 등은 DC 접합 노드에 접속될 수 있다.

용어 "전기 절연"은 광범위한 의미로 이용된다. 이 용어는 통상적으로 AC의 경우 절연 변압기, 페로 공진 변압기, 및 개별 생성, 변환 및/또는 발생되는 전기 전원을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. DC 절연은 커패시터를 이용함으로써 달성될 수 있다. 용어 전기 절연은 따로 따로 생성되어, 정류되거나 또는 발생되는 DC 전원을 포함한다. 전기 절연은 어떠한 고정 접지 기준을 가지며, 공통 중성, 접지 기준 전압을 선택하거나 또는 특징적인 중성, 접지 또는 기준 전압을 교호적으로 선택하는 능력을 전달한다. 접속 또는 동작 가능한 접속과 동시에 선택이 발생하고, 전원의 설계, 구성, 재료 또는 특성에 대하여 반드시 선택이 발생되는 것은 아니다.

용어 "분극 전하 축적("PECS") 장치는 광범위한 의미로 이용된다. 이 용어는 임의 적절한 분극 전하 축적 장치, 및/또는 전해 커패시터, 전기 화학 배터리, 임의 전기 튜브 장치, 반도체 용량성 장치, 광전지 장치, 연료 셀, 양전하 축적 장치 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 장치를 커버한다. 전술된 목적을 위해, 분극 전하 축적 장치는, 충전의 정적 분리, 선호 충전 축적 극성, 및 전류를 도통, 변위 및/또는 전송하는 능력을 지원하는 임의 테크놀로지 또는 장치일 수 있다. 전술된 많은 부분에서, 분극 커패시터는, 본 발명의 다양한 양상을 입증하기 위해 설명 및 기술 모두에 이용된다. 그러나, 임의 적절한 PECS 장치는 표시되는 분극 커패시터 대신에 이용되거나 또는 그와 협동하여 모두 이용될 수 있다. 즉, 언급되거나 또는 기술되는 다른 PECS 테크놀로지의 어떠한 것도 배제되지 않는다.

용어 " 정류기"는 광범위한 의미로 이용된다. 전하 캐리어의 단방향 흐름을 제공하도록 선호하거나 또는 구성되는 임의 능동 또는 수동 장치 및/또는 장치는 정류기로 간주된다. 반대 충전 입자의 양방향 흐름은 정류기의 정의 내에 특히 포함된다. 정류기는 다이오드, 트랜지스터, 실리콘 제어 정류기, 차단 SCR, 사이리스터, IGBT, FET, 스플리트 링, 임의 튜브 장치 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 정류 회로 구성은 반파, 전파, 분상 및 다상 정류기를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 정류 펄스는 단상 또는 다상의 경우에 AC 전류 또는 전압 파형을 대항, 매치 또는 오프셋하도록 위상 천이될 수 있다. 이것은 절연 변압기 도트 컨벤션, 이상 천이 권선 방법, I/O 지연에 의해 달성되거나, 또는 몇가지 통상 방법을 지명하도록 전자기적으로 달성된다.

용어 '충분한 순방향 DC 바이어싱'은, 대체로 장치로 하여금 AC 신호에 의해불리하게 역방향 바이어싱되지 못하게 하기 위하여, PECS 장치 양단의 DC 바이어스 전압을 유지하는 본 명세서에 포함되는 방법, 소자 및/또는 장치에 관련된다. DC 바이어스 전압은 정상 상태에서 임의 정도로 고정될 수 있다. 이것은 종래의 발진 바이어스 구성과 반대이며, 서브사이클의 순방향과 역방향 DC 바이어스 전압 사이에서 특징적으로 변화하거나 또는 DC 바이어스 전압 크기에 비해 과도한 신호 크기 때문에 AC 신호 왜곡을 야기한다. DC 바이어싱 고려 사항은 적용 가능한 PECS 장치 순방향 제한 내에서의 동작을 포함한다. 동일하게는, 각 PECS 장치의 DC 바이어스 전압 크기가 인가되는 AC 신호의 크기를 대체로 초과하는 경우에 바이어스 조건이 포함된다.

용어 '스위치' 및/또는 '전기 스위치'는 전류를 턴온 또는 턴오프할 수 있는 방법, 소자 및/또는 장치에 관련된다. 스위치는 기계적 도체 접촉 설계, 전기 화학적 장치, 반도체 장치, 계전기, 액체 접촉 장치, 예를 들면 수은 스위치, 분자 스위치, 이온화 장치, 밸브, 담금질기(quencher), 양자 장치 등을 포함한다. 또한, 가감 저항기와 같은 미분 장치, 제광 장치 및/또는 흐름 조정기, 온/오프 장치 등으로서 제공되는 전위차계가 포함된다. 전기적 흐름, 자속, 전류 또는 도전, 변위 등에 영향을 미치는데 이용되는 임의 재료 상태 및/또는 재료 상태의 변화는 용어 스위치에 포함되도록 고려된다. 동일하게, 다양한 테크놀로지 스위치와 관련된 센서, 액츄에이터, 제어 장치, 계전기, 회로 보드, 칩 등이 포함된다. 상기 내에 이용되는 스위치 및 전기 스위치는 광범위한 의미로 해석된다. 본 명세서에서 기술되는 장치 및 방법은 예시적인 것이지 한정되는 것은 아니다.

용어 "DC 블록킹 장치"는 비교적 큰 DC 저항 및/또는 DC 전류의 흐름에 반대되는 전류를 제공하는 임의 장치, 방법, 설계, 장치 및/기법을 포함한다. 예를 들면, DC 저자 장치는, 분극 커패시터, 무극 커패시터, 전기 화학 배터리, 다른 PECS 장치, 저항기, 정류기 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 동일하게, 절연 변압기는, DC가 기계적으로 결합되지 않는다는 점에서 DC 블록킹 장치로서 제공된다. 정류기 브릿지는 단일 정류기 또는 반파 브릿지에 의해 제공되는 것 보다 높은 차수의 DC 저지를 제공한다.

용어 " 온도 조정"은 장치의 표면 및/또는 코어 온도를 변경하는 자연 또는 인위적으로 구동되는 수단에 의한 PECS 장치 온도의 제어를 의미한다. 온도 조정의 통상적인 방법은 수용액 전해조, 오일 전해조, 냉각제, 히트 싱크를 갖는 연산 시스템을 포함하고, 가열 소자 및 열 교환기의 이용을 포함한다. 열 펌프, 고체 냉각 및 다른 상기 방법은 장치 온도 유지 및/또는 변경에 적절하다.

본 명세서에 이용되는 용어 "과도"는 정상 상태 또는 연속 애플리케이션에 부적절함을 나타내도록 의도된다.

Claims

AC 소스와, 상기 AC 소스에 연결되어 AC 신호를 수신하는 적어도 하나의 부하를 갖는 AC 네트워크에서의 동작을 위한 분극 전하 축적(polarized electric charge storage)("PECS") 장치에 있어서,

상호 안티시리즈 구성으로 된 적어도 제 1 및 제 2 PECS 장치들로서, 상기 안티시리즈 PECS 장치들은 상기 AC 네트워크에 동작가능하게 접속되어 상기 AC 신호에 영향을 받도록 적응된, 상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들과,

상기 장치들이 상기 AC 신호에 의해 불리하게 역방향 바이어싱되는 것을 실질적으로 방지하도록 상기 장치들을 충분히 순방향 DC 바이어싱하기 위해 상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들에 연결된 적어도 하나의 DC 소스를 포함하는, PECS 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 DC 소스는 상기 AC 신호가 상기 적어도 하나의 DC 소스를 통해 실질적으로 도전되지 않도록 상기 제 1 및 제 2 장치에 동작가능하게 연결되는, PECS 장치
제 1 항에 있어서,

상기 안티 시리즈 PECS 장치 구성은 실질적으로 상기 AC 부하와 분로되어 접속되도록 적응되는, PECS 장치.
제 1 항에 있어서,

`상기 안티 시리즈 PECS 장치 구성은 상기 AC 소스와 상기 AC 부하사이에 실질적으로 직렬 접속되도록 적응되는, PECS 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 DC 소스의 적어도 하나의 출력 단자는 상기 적어도 하나의 AC 소스로부터 전기적으로 절연되도록 적응되는, PECS 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 DC소스는 비접지되는, PECS 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 DC 소스의 적어도 하나의 출력 단자는 AC 시스템 접지에 동작 가능하게 접속되도록 적응되는, PECS 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들은 상호 대칭적으로 DC 바이어싱되는, PECS 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들은 DC 접합 노드에 상호 접속되며, 상기 장치는 상기 DC 접합 노드와 DC 기준 노드사이에 접속되는 적어도 하나의 AC 블록킹 장치를 더 포함하는, PECS 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 AC 블록킹 장치는, 상기 AC 신호가 실질적으로 상기 PECS 장치들을 통과하도록 상기 AC 신호를 저지하기 위해 상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들에 비해 충분히 높은 임피던스를 갖는 저항기를 포함하는, PECS 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 DC 접합 노드는 상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들간에 적어도 하나의 AC 장치를 통합하는, PECS 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들로부터 상기 DC 접합 노드와 다른 노드 사이에 AC 블록킹 장치를 더 포함하는, PECS 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 DC 소스는 상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들을 분리하여바이어싱하는 제 1 및 제 2 DC 소스들을 포함하는, PECS 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 제 1 DC 소스는 실질적으로 상기 PECS 장치 양단에 분로되는, PECS 장치.
제 14 항에 있어서.

상기 제 1 DC 소스와 상기 PECS 장치사이에 동작 가능하게 접속되는 AC 블록킹 장치를 더 포함하는, PECS 장치.
제 15 항에 있어서,

상기 제 2 DC 소스는 상기 제 2 PECS 장치 양단에 실질적으로 병렬 접속되는, PECS 장치.
제 16 항에 있어서,

상기 제 2 DC 소스는 적어도 하나의 AC 저지 회로를 통해 적어도 상기 제 2 PECS 장치 양단에 실질적으로 병렬로 접속되는, PECS 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 제 1 DC 소스의 적어도 하나의 단자와 상기 제 2 DC 소스의 적어도 하나의 출력 단자는 비접지되는, PECS 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 제 1 DC 소스의 적어도 하나의 단자와 상기 제 2 DC 소스의 적어도 하나의 출력 단자는 상기 AC 소스에 대하여 전기적으로 절연되는, PECS 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 DC 소스는 DC 전위를 제공하는 제 1 및 제 2 출력 단자들을 갖는 제 1 DC 소스를 포함하며, 상기 제 1 출력 단자는 상기 DC 접합 노드에 결합되고, 상기 제 2 출력 단자는 상기 제 1 및 제 2 장치들로부터 다른 노드에 결합되는, PECS 장치.
제 20항에 있어서, 상기 DC 접합 노드와 상기 제 1 출력 단자 사이에 직렬로 적어도 하나의 AC 블록킹 장치를 더 포함하는, PECS 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 장치들의 다른 노드와 상기 제 2 출력 단자 사이에 직렬로 적어도 하나의 AC 블록킹 장치를 더 포함하는, PECS 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 AC 네트워크는 상기 네트워크의 각 상에 대하여 AC 레그를 갖는 다상 AC 네트워크이며, 상기 제 1 PECS 장치는 제 1 AC 레그의 부분이 되도록 적응되고, 상기 제 2 PECS 장치는 제 2 AC 레그의 부분이 되도록 적응되는, PECS 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 AC 네트워크는 상기 네트워크의 각 상에 대하여 AC 레그를 갖는 다상 AC 네트워크이며, 상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들은 제 1 AC 레그의 부분이 되도록 적응되는, PECS 장치.
제 1항에 있어서, 상기 PECS 구성은 정상 상태 동작동안 상기 AC 네트워크에 동작 가능하게 설치되도록 적응되는, PECS 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들은 공통 엔클로져 (enclosure)에 설치되는, PECS 장치.
제 26 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들은 유전 유체(dielectric fluid)에 부유되고(suspended), 절연된 패스너(fastner)로 상기 엔클로져에 설치되며, 상기 엔클로져는 전기적으로 터치-안전한 콘테이너(touch-safe container)를 정의하는, PECS 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 부하는 분상 AC 유도 모터(split phase AC induction motor)이며, 상기 PECS 장치들은 상기 AC 소스와 상기 분상 모터의 권선 사이에 직렬 접속되도록 적응되고, 상기 모터의 연속 동작동안 동작 상태로 남아있는, PECS 장치.
제 1항에 있어서, 상기 PECS 장치들은, 인덕터를 갖는 LC 필터 회로의 부분이며, 상기 LC 필터 회로는 전력 기본 주파수에 대해 튜닝되고, 다운스트림 장애 검출시에 상기 PECS 장치들을 분로하는(shunt) 스위치를 부가적으로 갖는, PECS 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 AC 소스는 제 1 AC 소스이며, 상기 제 1 AC 소스와는 상이한 AC 전압을 갖는 제 2 AC 소스는 전류 제한 정류기(current limited rectifier)를 통하여 상기 제 1 PECS 장치에 동작 가능하게 접속되는, PECS 장치.
AC 애플리케이션에서 이용하기 위한 PECS 장치에 있어서,

제 1 PECS 장치와,

상기 제 1 PECS 장치와 안티시리즈 관계로 접속되는 적어도 하나의 제 2 PECS 장치와,

상기 AC 애플리케이션에 이용되는 동안 순방향 바이어싱되는 상기 제 1 및 제 2 장치들을 충분히 유지하기 위해 상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들에 동작가능하게 접속되는 적어도 하나의 DC 바이어스 소스를 포함하는, PECS 장치.
제 31 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 장치들을 바이어싱하기 위한 DC 전압들은 상기 AC 애플리케이션에 대하여 실질적으로 서로를 상쇄하는, PECS 장치.
제 31 항에 있어서,

상기 안티 시리즈 PECS 장치들사이에 위치된 AC 전기 장치를 더 포함하고, 상기 AC 전기 장치는 접속된 AC 애플리케이션과 상이한 DC 전압 레벨에서 동작되는, PECS 장치.
제 33 항에 있어서,

상기 AC 장치는 DC 전원을 포함하는, PECS 장치.
제 34 항에 있어서,

상기 DC 전원의 일부는, 상기 제 1 및 제 2 장치들을 순방향 DC 바이어싱하기 위해, 상기 안티시리즈 PECS 장치들사이에 동작가능하게 접속되는, PECS 장치.
제 31 항에 있어서,

상기 안티시리즈 PECS 장치들은 상기 AC 애플리케이션내의 AC 중성 노드를 접지 노드에 결합하는데 이용되는, PECS 장치.
제 31 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들은 각각 포지티브 및 네거티브 노드를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 장치들로부터의 적어도 상기 포지티브 또는 네거티브 노드들은 DC 스탠드포인트로부터 실질적으로 함께 접속되는, PECS 장치.
제 37 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 장치들로부터의 포지티브 노드들은 실질적으로 함께 접속되고, 상기 제 1 및 제 2 장치들로부터의 네거티브 노드들은 DC 스탠드포인트로부터 실질적으로 함께 접속되는, PECS 장치.
제 31 항에 있어서,

상기 제 2 PECS 장치 양단에 실질적으로 분로되어 접속되는 하나 또는 그 이상의 PECS 장치들을 더 포함하며, 그에의해 상기 하나 또는 그 이상의 PECS 장치들은 상기 제 1 PECS 장치와 안티시리즈 구성이 되는, PECS 장치.
제 39 항에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 PECS 장치들은 또한 제 2 PECS 장치와 안티시리즈 구성이 되며, 그에의해 상기 제 1, 제 2 및, 하나 또는 그 이상의 PECS 장치들은 상호 안티시리즈 구성이 되는, PECS 장치.
제 31 항에 있어서,

상호 접속되고, AC 전류 디바이더 매니폴드(AC current divider manifold)를 형성하도록 DC 접합 노드에서 제 1 및 제 2 안티시리즈 장치 구성에 접속되는, 동작 가능하게 순방향 바이어싱되는 안티시리즈 PECS 장치들의 하나 또는 그이상의 세트들을 더 포함하는, PECS 장치.
제31항에 있어서, 적어도 상기 제 1 PECS 장치 양단에 실질적으로 병렬 접속되는 무극 커패시터를 더 포함하는, PECS 장치.
제 31 항에 있어서,

상기 안티시리즈 PECS 장치들은 정상 상태 AC 애플리케이션을 향상시키기 위해 이용되는, PECS 장치.
제 31 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 DC 소스는, AC 애플리케이션으로부터의 AC 신호가 상기 적어도 하나의 DC 소스를 통해 실질적으로 도전되지 않도록, 상기 제 1 및 제 2PECS 장치들에 동작 가능하게 접속되는, PECS 장치.
제 31 항에 있어서,

상기 안티시리즈 제 1 및 제 2 장치들은 유전 유체에서 부유되며, 절연된 패스너로 엔클로져 내에 설치되고, 상기 엔클로져는 전기적으로 터치-안전한 콘테이너를 정의하고 접속을 위한 전기적 접촉들을 제공하는, PECS 장치.
AC 네트워크에 있어서,

AC 소스와,

상기 AC 소스에 동작 가능하게 결합되는 AC 부하와,

상기 AC 소스 및 부하에 동작 가능하게 결합되는 상호 안티시리즈 구성인 제 1 및 제 2 PECS 장치들과,

상기 제 1 및 제 2 장치들이 상기 AC 소스에 의해 불리하게 역방향 바이어싱되는 것을 방지하기 위해 상기 제 1 및 제 2 장치들을 순방향 바이어싱하는 적어도 하나의 DC 소스를 포함하는, AC 네트워크.
AC 소스 및 동작 가능하게 결합되는 AC 부하를 갖는 AC 네트워크에서 PECS 장치들을 이용하는 방법에 있어서,

상기 AC 네트워크의 동작을 향상시키는 AC 네트워크 내의 안티시리즈 구성에서 적어도 제 1 및 제 2 PECS 장치들을 수행하는 단계로서, AC 신호는 상기 안티시리즈 장치들에 인가되는, 상기 장치 수행 단계와,

상기 장치들이 상기 AC 네트워크의 동작 동안에 실질적으로 순방향 바이어싱되어 있도록 적어도 하나의 DC 전압 소스로 상기 PECS 장치들 각각을 충분히 바이어싱하는 단계를 포함하는, PECS 장치 이용 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 적어도 제 1 및 제 2 장치들 양단의 DC 전압들은 상기 AC 네트워크에 대하여 실질적으로 서로를 상쇄하는, PECS 장치 이용 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 안티시리즈 PECS 장치들을 수행하는 동작은 제 1 및 제 2 분극 커패시터들을 수행하는 단계를 포함하는, PECS 장치 이용 방법.
제 49 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 분극 커패시터들은 DC 접합 노드에서 상호 결합되며, 상기 방법은 상기 DC 접합 노드와 상기 적어도 하나의 DC 소스의 DC 기준 사이에 AC 블록킹 장치를 제공하는 단계를 더 포함하는, PECS 장치 이용 방법.
제 50 항에 있어서,

AC 네트워크 내에서 상기 안티시리즈 장치들을 수행하는 동작은, 상기 AC 소스에 대하여 역률(power factor)을 개선시키기 위하여 상기 AC 소스와 상기 AC 부하 사이에 직렬로 된 상기 안티시리즈 분극 커패시터들을 이용하는 단계를 포함하는, PECS 장치 이용 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 안티시리즈 장치들을 상기 네트워크 내에서 조정가능하게 작동시킴으로써 상기 AC 소스에 의해 나타나는 AC 네트워크 임피던스를 조절하는 단계를 더 포함하는, PECS 장치 이용 방법.
제 47 항에 있어서,

상기 안티시리즈 장치들은 전기 스위치로 조정가능하게 작동되는, PECS 장치 이용 방법.
제 47 항에 있어서,

AC 네트워크 파라미터들은 상기 PECS 장치들의 온도를 제어 가능하게 변화시킴으로써 변경되는, PECS 장치 이용 방법.
제54항에 있어서, 상기 PECS 장치들의 온도를 제어가능하게 변화시키는 동작은 열 교환 장치로 실행되는, PECS 장치 이용 방법.
제 47 항에 있어서,

전압 디바이더 애플리케이션에서 상기 장치들을 순방향 바이어싱하고 밸런싱하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들 각각의 양단에 실질적으로 분로되는 저항성 장치를 제공하는 단계를 더 포함하는, PECS 장치 이용 방법.
제 47 항에 있어서,

안전한 중단 및 유지 목적들을 위하여 상기 PECS 장치들 양단의 바이어스 전압을 방전하기 위해 상기 제 1 및 제 2 PECS 장치들에 동작 가능하게 접속되는, 적어도 하나의 블리드 저항기(bleed resistor)를 제공하는 단계를 더 포함하는, PECS 장치 이용 방법.
제 47 항에 있어서,

각각의 PECS 장치 양단에 인가되는 상기 AC 전압의 크기는 각각의 PECS 장치 양단의 DC 바이어스 전압 크기보다 작은, PECS 장치 이용 방법.
제 47 항에 있어서,

각각의 PECS 장치 양단에 인가되는 DC 바이어스 전압 및 AC 전압의 상기 정상 상태 중첩은 각 PECS 장치의 정격 전압 내에 있는, PECS 장치 이용 방법.
제 47 항에 있어서,

적어도 하나의 전기적으로 절연되는 DC 바이어스 소스는 정상 상태 AC 애플리케이션에 이용하기 위해 상기 제 1 PECS 장치 양단에 실질적으로 분로되어 접속되는, PECS 장치 이용 방법.
제 47 항에 있어서,

적어도 하나의 전기적으로 절연되는 DC 바이어스 소스는 과도 AC 애플리케이션에 이용하기 위해 상기 제 1 PECS 장치 양단에 실질적으로 분로되어 접속되는, PECS 장치 이용 방법.
제 60 항에 있어서,

정류기 브릿지는 상기 제 1 PECS 장치의 연속 충전을 위해 정류된 DC의 전기적 절연을 제공하는데 이용되는, PECS 장치 이용 방법.
제 62 항에 있어서,

상기 DC 바이어스 소스의 적어도 하나의 DC 극은 상기 제 1 PECS 장치의 연속적 순방향 바이어싱을 위해 적어도 하나의 AC 전력 소스로부터 전기적으로 절연되는, PECS 장치 이용 방법.