PL199220B1 - Sposób i układ do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przeznaczone do pracy w sieci prądu przemiennego, oraz sieć prądu przemiennego zawierająca układ do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przeznaczony do pracy w sieci prądu przemiennego - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy uk ladu do przechowywania spolaryzo- wanego ladunku elektrycznego przeznaczonego do pracy w sieci pr adu przemiennego, sieci pr adu przemiennego zawie- raj acej zród lo zasilania pr adem przemiennym, obci azenie pr adu przemiennego czynnie pod laczone do zród la zasilania pr adem przemiennym oraz uk lad wed lug wynalazku oraz sposobu wykorzystywania urz adze n do przechowywania spolaryzowanego ladunku elektrycznego w sieci pr adu prze- miennego. Uk lad wed lug wynalazku zapewnia sposób ekono- miczny du za dost epn a reaktancj e pojemno sciow a. Przedsta- wiany wynalazek bezpo srednio laczy urz adzenia do przecho- wywania spolaryzowanego ladunku elektrycznego takie jak spolaryzowane kondensatory (612, 614) lub baterie elektroli- tyczne w ogólnych zastosowaniach zmiennopr adowych z nowoczesn a topologi a obwodu. W jednej odmianie, szere- gowa konfiguracja przeciwsobna pierwszego oraz drugiego urz adzenia do przechowywania spolaryzowanego ladunku elektrycznego, korzystnie spolaryzowanych kondensatorów (614, 612) jest wykorzystana w sieci zasilania zmiennego dla usprawnienia dzia lania sieci zasilania zmiennego. Pr ad prze- mienny, który zasila obci azenie pr adu przemiennego (620) jest przyk ladany do urz adze n w szeregowej konfiguracji przeciw- sobnej (610). Uk lad zawiera przynajmniej jedno zród lo zasila- nia pr adem sta lym (616, 618) dla utrzymywania polaryzacji urz adze n do przechowywania spolaryzowanego ladunku elektrycznego w kierunku przewodzenia podczas gdy dostar- czany jest do nich pr ad przemienny. PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu i układ do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przeznaczonych do pracy w sieci prądu przemiennego, oraz sieci prądu przemiennego zawierającej układ do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przeznaczony do pracy w sieci prądu przemiennego według wynalazku. Szczegółowo, przedstawiany wynalazek dotyczy wstępnej polaryzacji prądem stałym urządzeń spolaryzowanych, takich jak spolaryzowane kondensatory, w celu wykorzystania ich w ogólnych zastosowaniach przemiennoprądowych.

Kondensatory są wykorzystane dla różnych celów wliczając w to przechowywanie energii, łączenie sygnałów, uruchamianie silników, korekcję współczynnika mocy, regulację napięcia, dostrajanie, rezonans oraz filtrowanie. W zastosowaniach wykorzystujących połączenia szeregowe oraz bocznikowe, istnieje wiele zalet roboczych, występujących zarówno w stanie nieustalonym jak i ustalonym, wspierających zastosowanie kondensatorów w sieciach zasilania przemiennego.

Sprawność sieci jest zwiększana z polepszaniem współczynnika mocy w warunkach stanu nieustalonego. Zastosowania kondensatorów szeregowych w stanie nieustalonym obejmują zabezpieczanie przed udarem napięciowym, uruchomianie silnika, ograniczanie natężenia prądu, działania przełączające oraz podobne zastosowania. Kondensatory szeregowe mogą spowalniać oraz zmniejszać efekty zakłóceń w sieci zasilania przemiennego oraz innych stanów nieustalonych. Na przykład, prądy w stanie nieustalonym z niskim współczynnikiem mocy są związane z magnetycznymi początkowymi prądami rozruchowymi powstającymi podczas uruchamiania silnika, prądem udarowym transformatora oraz prądami zakłóceń. Szeregowa reaktancja pojemnościowa polepsza całkowity współczynnik mocy oraz regulację napięcia sieci podczas tych warunków nieustalonych. Zespoły kondensatorów szeregowych także demonstrują w pewnym stopniu ograniczanie natężenia prądu wskutek szeregowej impedancji kondensatora. To redukuje prądy zakłóceń i przez to zmniejsza wymogi wymiarowe generatora, transformatora, aparatury rozdzielczej, szyny zbiorczej oraz linii przesyłowej. Kondensator w szeregowym połączeniu z zakłóceniem zachowuje się jak urządzenie ograniczające przepływ prądu. Dostrojone obwody złożone z cewek oraz kondensatorów (obwody LC) są wykorzystywane do filtrowania. Wersje z szeregowo połączonymi cewkami o dużej indukcji mogą znacznie podwyższyć sieciowe zakłócenia impedancji poprzez celowe zwieranie zespołu kondensatorów. Szeregowe zespoły kondensatorów są zazwyczaj podłączone do transformatora. Przeciwstawienie transformatora chwilowej zmianie prądu połączone jest z przeciwstawieniem kondensatora chwilowej zmianie napięcia. Charakterystyki te prowadzą do większej chwilowej stabilności napięcia zasilania sieciowego jako konsekwencji zwiększonego wykorzystania szeregowych zespołów kondensatorów. Wtórne efekty stanowią ochronę przed przepięciami, polepszenie współczynnika zapotrzebowania oraz regulowanie napięcia. Chwilowa skuteczność przenoszenia mocy może być zwiększona poprzez odpowiednie wykorzystanie kondensatora. Podczas gdy zalety kondensatorów w połączeniach szeregowych są dobrze znane oraz sprawdzone w warunkach laboratoryjnych, koszty jednostkowe oraz wymagania dotyczące rozmiarów uniemożliwiają ich powszechne zastosowanie.

Charakterystyki stanu ustalonego sieci zasilania przemiennego są także polepszone poprzez włączenie do nich kondensatorów. Wysoka reaktancja pojemnościowa zastosowań szeregowych powoduje niskie napięcie przemienne stanu ustalonego na kondensatorze. Jest to pomocne w momencie, gdy urządzenia przekazujące ładunek elektryczny są wykorzystywane w połączeniu z szeregowymi zespołami kondensatorów. Zniekształcenie fali elektrycznej jest podobnie redukowane ze zwiększaniem reaktancji pojemnościowej. Zastosowania kondensatorów szeregowych w stanie ustalonym obejmują pracę silnika, filtrację, korekcję współczynnika mocy, wydajne przenoszenie mocy, podbijanie napięcia oraz tym podobne zastosowania. Szeregowe zespoły kondensatorów pozwalają generatorom indukcyjnym na zasilanie silników indukcyjnych poprzez zapewnianie wymaganego magnesowania [VAR] dla obu urządzeń. To także może zwiększyć jakość mocy, przy zmniejszaniu kosztów związanych z alternatywnymi źródłami dla sieci elektrycznej, źródłami zasilania awaryjnego, wyposażeniem przenośnym oraz przenośnymi generatorami. Mechaniczne naprężenia związane z uaktywnianiem dodatkowej mocy zainstalowania i włączaniem jej do synchronicznej pracy, mogą być zmniejszane poprzez obecność szeregu połączeń pojemnościowych.

Dwie główne kategorie kondensatorów stanowią kondensatory biegunowe i niebiegunowe. Istnieje wiele wariantów każdej z kategorii. Z powodu ich jednokierunkowych, wymogów polaryzacji przewodzenia, spolaryzowane kondensatory są najczęściej używane w zastosowaniach stałoprądowych oraz małych zastosowaniach przemiennoprądowych.

PL 199 220 B1

Spolaryzowane kondensatory są szeroko wykorzystywane przy filtrowaniu prądu stałego, na przykład na wyjściowych stopniach zasilaczy prądu stałego. Wzmacniacze częstotliwości 4 słyszalnych (muzyczne) wykorzystują kondensatory spolaryzowane prądem stałym do łączenia sygnałów. Odwrotnie, nie spolaryzowane kondensatory są ogólnie wykorzystywane zarówno w zastosowaniach przemienno- oraz stałoprądowych. Niestety, nie spolaryzowane kondensatory - w szczególności w zastosowaniach szeregowych nie są odpowiednie dla wielu zastosowań prą du przemienno- oraz stałoprądowych, z powodu ich ograniczeń co do wielkości, pojemności, wagi, wydajności, gęstości energii oraz kosztów. Używanie zespołów nie spolaryzowanych kondensatorów nie posiadających odpowiednich wymiarów powoduje znaczne zniekształcenia kształtu fali prądu oraz znaczne spadki napięcia na kondensatorze, które przynoszą w rezultacie straty energii oraz słabą regulację napięcia przemiennego na obciążeniu zasilania przemiennego.

W przeciwieństwie do tego, spolaryzowane kondensatory, tak jak inne urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, mają niski koszt przeliczany na jednostkę pojemności, jak i mniejszą masę oraz rozmiary, w porównaniu z kondensatorami nie spolaryzowanymi. Te charakterystyki faworyzują wykorzystanie tych kondensatorów aniżeli kondensatorów nie spolaryzowanych. One także okazują relatywnie niską szeregową oporność prądu przemiennego w częstotliwości sieci. Jednakże, one mogą jedynie skutecznie działać z dodatnim napięciem „w kierunku przewodzenia” w stosunku do ich dodatnich oraz ujemnych biegunów. Odwrócone napięcie o dowolnej znacznej wartości powoduje spięcie kondensatora, co zazwyczaj powoduje eksplozję, która może być porównywalna z wybuchem granatu ręcznego. W rzeczywistości, ze stałymi kondensatorami tantalowymi, zwarcie obejmuje spontaniczne spalanie. Stąd, spolaryzowane kondensatory, w większości, nie były ogólnie stosowane w zastosowaniach prądu przemiennego.

Pos. I - IV przedstawiają rozwiązania znane w stanie techniki.

Pos. I przedstawia model normalnego działania spolaryzowanego elektrolitycznego kondensatora aluminiowego, jak i działania obwodu przy przepięciu oraz w trybie odwrotnego napięcia polaryzowania. Model składa się z szeregowej cewki indukcyjnej 101, szeregowego opornika 102, równoległego opornika 103, diody Zenera 104 oraz spolaryzowanego kondensatora 105. Dioda Zenera 104 modeluje warunki zwarcia w kierunku przewodzenia oraz w przeciwnym kierunku, które jest obecne gdy przyłożone napięcie przekracza napięcie wstecznej polaryzacji o wartości 1,5 V lub warunki polaryzacji w kierunku przewodzenia w przybliżeniu o 50V ponad stałe znamionowe napięcie robocze (WVDC) kondensatora. Cewka indukcyjna 101 jest odpowiednia dla modelowania częstotliwości rezonansu własnego kondensatora. Szeregowy opornik 102 modeluje (mały, mΩ) zastępczy szeregowy opór mierzony podczas pracy kondensatora. Równoległy opornik 103 modeluje (duży, MΩ) zastępczy równoległy opór mierzony w trakcie zjawiska upływu prądu stałego kondensatora. Przy działaniu w niskich częstotliwościach, napięcie polaryzacji przewodzenia będące w zakresie warunków napięcia roboczego urządzenia pozwoli na przepływ prądu sygnału poprzez kondensator kierunkowy 105. Warunki wstecznej polaryzacji będą odpowiednie dla zwarcia poprzez diodę 104.

Kondensator będzie działać w odpowiedni sposób pomiędzy napięciem zero wolt oraz napięciem znamionowym prądu stałego. Napięcie polaryzacji wstecznej prądu stałego o wartości równej od co najwyżej około 1,5V do wartości znamionowego napięcia udarowego polaryzacji w kierunku przewodzenia, definiuje zewnętrzne ograniczenia właściwego wykorzystania kondensatora w stanie nieustalonym. Działanie kondensatora poza tym szerokim zakresem napięcia może spowodować powstanie warunków zwarcia. Zazwyczaj istnieje trzeci, parametr wyższego napięcia impulsowego. Nadmierne napięcie w kierunku przewodzenia na kondensatorze powoduje wsteczny przepływ prądu przez diodę Zenera 104. Ta charakterystyka elektryczna jest schematycznie modelowana poprzez przedstawienie diody Zenera 104 równolegle, lecz z przeciwnym ustawieniem polaryzacji w stosunku do kondensatora biegunowego. Zwarcie przez diodę 104, w dowolnym kierunku umożliwia przepływ nadmiernego prądu, zwiększenie emisji ciepła, które powodują uszkodzenie kondensatora. Dlatego, pojedynczy spolaryzowany kondensator zawodzi w normalnym działaniu w sieci zasilania przemiennego.

Pos. II przedstawia prosty wariant obwodu 250, który ilustruje typowe wykorzystanie kondensatora spolaryzowanego prądem stałym w niewielkich zastosowaniach łączenia sygnałów przemiennych znane ze stanu techniki. Ten obwód elektryczny jest powszechnie używany w ćwiczeniach laboratoryjnych dla studentów elektroniki analogowej oraz jest wykorzystany we wzmacniaczach wielostopniowych. Obwód 250 zawiera źródło sygnału prądu przemiennego 255 nałożone na źródło napięcia

PL 199 220 B1 polaryzacji prądem stałym 260, co umożliwiają zasilacze laboratoryjne. Sygnał prądu przemiennego jest podłączony do obciążenia 266, podczas gdy napięcie polaryzacji prądem stałym jest zablokowane i dodatnio polaryzuje spolaryzowany kondensator 262. Kondensator oraz napięcie polaryzacji prądem stałym są dobrane w taki sposób, że nałożone na siebie napięcia stałe oraz przemienne są cały czas wewnątrz odpowiedniego zakresu napięcia. Przez sekcję wyjściową źródła napięcia przemiennego przechodzi całkowity sygnał wyjściowy źródła prądu stałego i odwrotnie. Gdy sygnał prądu przemiennego zwiększa wartość względem napięcia znamionowego kondensatora, pojawia się zniekształcenie kształtu fali w postaci obcinania wierzchołków. Stąd, najmniejsze zniekształcenia kształtu fali mają miejsce dla małych sygnałów prądu przemiennego. Wartość napięcia polaryzacji jest zazwyczaj rzędu połowy stałego napięcia znamionowego kondensatora. Wierność przenoszenia kształtu fali sygnału przemiennego jest zwiększana podczas zmniejszania napięcia i natężenia sygnału prądu przemiennego.

Nie spolaryzowany kondensator 264 jest przedstawiony w równoległej konfiguracji z kondensatorem spolaryzowanym 262 dla „wygładzania”. Nie spolaryzowane kondensatory wygładzające mogą być wykorzystane do dokładnego regulowania rezonansu, regulowania reaktancji pojemnościowej względem przekładni prądowej, redukowania zastępczego oporu szeregowego (ESR), regulacji szerokości zakresu, ulepszaniu przenoszenia kształtu fali, spłaszczania charakterystyki częstotliwościowej oraz ulepszenie innych takich specyficznych parametrów. Reaktancja pojemnościowa spolaryzowanego kondensatora 262 może zazwyczaj przewyższyć wartość dla kondensatora wygładzającego 264 w przybliżeniu o dwa rzędy wielkości. Nie spolaryzowane kondensatory wygładzające stosowane są do redukowania zakłóceń sygnału.

Pos. III przedstawia obwód 300, który zawiera źródło zasilania przemiennego 305, ustawione szeregowo przeciwsobne kondensatory 312, 314, wspólnie oznaczone jako 310 oraz obciążenie prądu przemiennego 320. Oznaczenia polaryzacji, powyżej obwodu przedstawiają chwilowe warunki polaryzacji kondensatora 312 w kierunku przewodzenia oraz równoczesne warunki polaryzacji wstecznej kondensatora 314, które mają miejsce podczas dodatniej fazy źródła zasilania przemiennego 305 (oczywiście, polaryzacja będzie odwrócona podczas fazy ujemnej).

Konfiguracja szeregowa przeciwsobnych kondensatorów spolaryzowanych będzie działać w stanie nieustalonym lub w zastosowaniach z ograniczoną wartością prądu. Zastosowana w tak dogodny sposób, konfiguracja szeregowa przeciwsobna wykorzystuje poprzednio opisane działanie wewnętrznej diody Zenera. Jest ona wykorzystywana zazwyczaj w zastosowaniach uruchamiania jednofazowych silników, a jej wadą jest przegrzewanie się oraz krótka trwałość ze względu na zwarcia przy polaryzacji wstecznej. Gdy kondensator 312 jest polaryzowany w kierunku przewodzenia przez źródło zasilania przemiennego, kondensator 314 jest wstecznie spolaryzowany oraz zwiera połówkę fali prądu z obciążeniem 320. W następnej połówce fali, kondensator 314 jest polaryzowany w kierunku przewodzenia, podczas gdy kondensator 312 jest zwarty. Taka konwencjonalna szeregowa konfiguracja przeciwsobna jest godna uwagi ze względu na warunki polaryzacji prądem stałym, które oscylują na bazie pod cykli (połówek cykli).

Odnosząc się do Pos. IV, amerykańskie dokumenty patentowe nr 4,672,289 oraz 4,672,290 należące do Gnosha podają ulepszony schemat dla wdrażania szeregowych przeciwsobnych kondensatorów spolaryzowanych w zastosowaniach przemiennoprądowych. Obwód 460 jest przedstawiony na Pos. IV. Obwód 460 zawiera spolaryzowane kondensatory 462, 464 oraz diody 466, 468 w szeregowym połączeniu z źródłem zasilania przemiennego 461 dla napędzania obciążenia zasilania przemiennego 470. Przeciwsobne, symetrycznie spolaryzowane kondensatory 462, 464 są równolegle połączone z wyrównanymi w przeciwnym kierunku, połączonymi szeregowo przeciwsobnymi diodami 466, 468. W czasie pracy, równoległa „bocznikująca dioda (466, 468), odcina maksymalne chwilowe napięcie ujemne przez każdy z kondensatorów, co zabezpiecza każdy spolaryzowany kondensator przed nadmiernym polaryzowaniem wstecznym. Obwód Ghosha zapewnia zewnętrzne dyskretne diody dla bocznikowania prądów wstecznych z dala od każdego z kondensatorów. Charakterystyki podobne do wewnętrznych diod Zenera są zmniejszone. To redukuje zwiększanie emisji ciepła w kondensatorach oraz wydłuża ich oczekiwaną trwałość.

Niestety, rozwiązanie wykorzystujące diodę bocznikującą posiada pewne wady materiałowe. Każda polaryzacja kondensatora jest uzyskiwana przez pełne napięcie prądu przemiennego, poprzez układ, dla jednej połówki kształtu fali napięcia przemiennego. Stąd, przy zwarciu, uruchomieniu silnika, rozruchu transformatora lub przy podobnych warunkach, całkowite napięcie źródła zasilania przemiennego jest przyłożone na zaciski, każdego szeregowego kondensatora przeciwsobnego, oraz zePL 199 220 B1 społu diod, z 50% cyklem roboczym. Nie jest obecny dzielnik napięcia. Stąd, uzyskana zmienna składowa prądu tętniącego jest ograniczona do dostępnych napięć znamionowych diod, dla podanego stopnia zakłócenia sygnału prądu przemiennego. Dodatkowo, każdy spolaryzowany kondensator jest poddawany wstecznej polaryzacji o niskim napięciu w przybliżeniu przez 50% czasu. Diody zakłócają kształt fali napięcia sieci zasilania przemiennego. Co więcej, obwód samo-polaryzujący nie podlega ograniczeniom prądu diody. To są problemy występujące w warunkach stanu ustalonego, ze względu na straty cieplne, zakłócenia kształtu fali prądu oraz wymagania dotyczące rozmiarów diody. Są one nawet bardziej znaczące w przypadku dla półprzewodników w zastosowaniach w warunkach stanu nieustalonego, przy zakłóceniach, przy rozruchu magnetycznego, rezonansie i/lub uruchamianiu. Całkowity prąd obwodu przepływa poprzez każdą diodę z 50% cyklem roboczym zarówno w stanie ustalonym oraz nieustalonym. To wpływa na znaczące straty ciepła na diodach. Ponadto, samo polaryzująca oscylacja napięcia stałego zakłóca uziemienie układu oraz ponadto dodaje rozpraszanie ciepła. Zakłócenie sygnału prądu przemiennego pojawia się ze względu na tętnienie będące wynikiem nieodpowiedniego stałego napięcia polaryzacji w odniesieniu do wielkości sygnału prądu przemiennego. Energia, która jest wymagana dla ponownego formowania ładunku kondensatora na połowę cyklu jest dalszą stratą energii. Dodatkowo, to poprzednie rozwiązanie nie jest odpowiednie dla zastosowania z innymi spolaryzowanymi urzą dzeniami do przechowywania ł adunku jakimi jest wiele baterii elektrochemicznych.

Co więcej, obwód wykazuje iż nie jest rozwiązaniem ekonomicznym dla zwiększonych wymagań prądowych. Jeżeli prąd znamionowy zespołu kondensatorów jest podwojony, to samo musi dotyczyć diod, rozpraszaczy ciepła oraz podobnych elementów. To powoduje największe koszty w zastosowaniach dotyczących prądu przemiennego o dużych natężeniach. Jeżeli w celu zwiększenia realizowalnego poziomu napięcia są wymagane dodatkowe szeregowe diody, dodatkowe diody muszą posiadać tę samą obciążalność prądową jak istniejące diody. Spadek napięcia w kierunku przewodzenia każdej istniejącej diody jest dopasowany do spadku napięcia w kierunku przewodzenia każdej dodatkowej jednostki. Stąd, straty mocy oraz generowanie ciepła rośnie proporcjonalnie. Ponadto, strefa martwa w pobliżu zera, każdej diody, jest powielana poprzez liczbę diod w szeregu.

Takie zakłócenie kształtu fali, spowodowane rozmieszczeniem przeciwsobnych diod szeregowych, np. w obwodzie Ghosha, oraz charakterystykami wewnętrznymi diody Zenera w konwencjonalnym przeciwsobnym układzie szeregowym, jest więc trudne do kontrolowania. Dodatkowo, obwody Ghosha oraz obwody konwencjonalne wywierają ciągły wpływ oscylacyjny na system uziemienia grądu stałego. Te problemy sprawiają, że urządzenia Ghosha oraz urządzenia konwencjonalne nie są odpowiednie dla ogólnych zastosowań przemiennoprądowych. Te dwie technologie działają poza warunkami pracy niskich sygnałów, gdzie wpływ zakłócenia napięcia przemiennego może być minimalizowany.

W nawiązaniu do Pos. V, w niemieckim dokumencie patentowym nr DE4401955 należącym do Norberta ujawniony jest obwód 500 do wykorzystania spolaryzowanych kondensatorów w zastosowaniach przemiennoprądowych w warunkach stanu nieustalonego. Według Norberta, obwód 500 jest zaprojektowany aby być pierwotnie przesuwnikiem fazowym służący do uruchamiania jednofazowego silnika asynchronicznego. Obwód 500 składa się z źródła zasilania przemiennego 501, przeciwsobnej pary szeregowej 502, opornika 503, diody 504, obciążenia indukcyjnego 505 oraz przełącznika 506. Dioda 504 oraz opornik 503 są podłączone ciągle do źródła zasilania przemiennego 501 lub przemiennie do różnych ujemnych źródeł napięcia. Po pewnym czasie oczekiwania, z otwartym przełącznikiem 506, połączenie diody oraz opornika będzie stopniowo polaryzować parę kondensatorów w kierunku przewodzenia. Obwód Norberta wstę pnie przygotowuje kondensator dla odpowiedniego uruchamiania obciążenia prądu przemiennego oraz zwiększa oczekiwaną trwałość obwodu w stosunku do trwałości obwodu Ghosha, gdy odpowiedni czas oczekiwania jest możliwy przed uruchomieniem silnika. Układ Norberta pozwala na wykorzystanie diody z mniejszą obciążalnością prądową w porównaniu z obwodem Ghosha. Układ Norberta umożliwia także połączenie o wysokiej impedancji z centralnym węzłem szeregowych kondensatorów przeciwsobnych, w ekonomicznej konfiguracji pojedynczej puszki. Do przygotowania obwodu do użytkowania wymagane są jedynie zewnętrzna dioda, opornik oraz złącza zasilania przemiennego.

Niestety, obwód Norberta wymaga znacznej ilości czasu dla polaryzacji kondensatora. Kondensatory są ładowane do wartości nieco niższej od napięcia przemiennego (od szczytu do zera). Z tego powodu, obwód Norberta jest niekompatybilny z zastosowaniem spolaryzowanych kondensatorów pracujących przy niskich napięciach w zastosowaniach systemu zasilania napięciem przemiennym.

PL 199 220 B1

Dodatkowo, obwód jest nieodpowiedni do wykorzystania z innymi spolaryzowanymi urządzeniami do gromadzenia ładunku takimi jak baterie elektrochemiczne. Co więcej, obwód Norberta jest nieodpowiedni dla ciągłej pracy, ze względu na to, że ponownie formowany ładunek pogarsza swoją jakość po jakimś czasie, jeżeli silnik jednofazowy lub inne obciążenie pozostaje podłączone po uruchomieniu. Obwód będzie się wtedy zachowywać identycznie jak konwencjonalny obwód, o nie naładowanej przeciwsobnej konfiguracji szeregowej. Obwód Norberta będzie wtedy wykazywać wady związane z tę tnieniem kształ tu fali sygnał u prądu przemiennego z powodu rozszerzenia wymogów dla niskich sygnałów przemiennych w przypadku stanu ustalonego.

Zgodnie z tym, istnieje potrzeba ulepszonego sposobu oraz obwodu, wykorzystujących urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku, takich jak kondensatory spolaryzowane w zastosowaniach przemiennoprądowych włączając w to zastosowania przemiennoprądowe w stanie ustalonym.

Przedmiotem wynalazku jest układ do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przeznaczony do pracy w sieci prądu przemiennego w skład, której wchodzi źródło zasilania prądem przemiennym oraz co najmniej jedno obciążenie połączone ze źródłem zasilania prądem przemiennym i otrzymujące sygnał prądu przemiennego, zawierający co najmniej pierwsze i drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego znajdujące się w szeregowej konfiguracji przeciwsobnej, czynnie podłączone do sieci prądu przemiennego i przyjmujące sygnał prądu przemiennego, oraz co najmniej jedno źródło zasilania prądem stałym podłączone do pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

Istotą wynalazku jest to, że układ zawiera co najmniej jedno źródło zasilania prądem stałym podłączone do pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatorów, utrzymujące w sposób ciągły, obydwa - pierwsze i drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku w stanie spolaryzowania w kierunku przewodzenia, gdy działa na nie sygnał prądu przemiennego.

Korzystnie, układ według wynalazku zawiera elementy blokujące przepływ sygnału prądu przemiennego przez co najmniej jedno źródło zasilania prądem stałym.

Korzystnie, szeregowa przeciwsobna konfiguracja urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego jest podłączona w boczniku z obciążeniem prądu przemiennego.

W innym korzystnym wariancie wynalazku, szeregowa przeciwsobna konfiguracja urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego jest podłączona szeregowo pomiędzy źródłem zasilania prądem przemiennym oraz obciążeniem prądu przemiennego.

Korzystnie, co najmniej jedna końcówka wyjściowa co najmniej jednego źródła zasilania prądem stałym jest elektrycznie odizolowana od co najmniej jednego źródła zasilania prądem przemiennym.

Korzystnie, co najmniej jedno źródło zasilania prądem stałym jest nieuziemione.

Korzystnie, co najmniej jedna końcówka wyjściowa co najmniej jednego źródła zasilania prądem stałym jest czynnie podłączona do uziemienia układu prądu przemiennego.

Korzystnie, pierwsze i drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory, są symetrycznie spolaryzowane prądem stałym względem siebie.

Korzystnie, pierwsze i drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory, są połączone wzajemnie w węźle złącza prądu stałego, przy czym urządzenie ponadto zawiera co najmniej jedno urządzenie blokujące prąd przemienny, podłączone pomiędzy węzłem złącza prądu stałego oraz węzłem odniesienia prądu stałego.

Korzystnie, co najmniej jedno urządzenie blokujące prąd przemienny zawiera opornik o wystarczająco wysokiej impedancji w porównaniu z pierwszym oraz drugim urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

Korzystnie, węzeł złącza prądu stałego zawiera co najmniej jedno urządzenie przemiennoprądowe pomiędzy pierwszym oraz drugim urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

Korzystnie, układ według wynalazku zawiera dodatkowo urządzenie blokujące prąd przemienny pomiędzy węzłem złącza prądu stałego oraz innym węzłem pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

PL 199 220 B1

Korzystnie, co najmniej jedno źródło zasilania prądem stałym zawiera pierwsze oraz drugie źródło zasilania prądem stałym dla oddzielnego polaryzowania pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

Korzystnie, pierwsze źródło zasilania prądem stałym znajduje się w boczniku do pierwszego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

Korzystnie, układ według wynalazku zawiera ponadto urządzenie blokujące prąd przemienny połączone czynnie pomiędzy pierwszym źródłem zasilania prądem stałym oraz pierwszym urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

Korzystnie, drugie źródło zasilania prądem stałym jest w układzie równoległym względem drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

W innym korzystnym wariancie wynalazku, drugie ź ródł o zasilania prą dem stał ym jest podłączone równolegle do co najmniej drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przez co najmniej jedno urządzenie blokujące prąd przemienny.

Korzystnie, co najmniej jedna końcówka pierwszego źródła zasilania prądem stałym oraz co najmniej jedna końcówka wyjściowa drugiego źródła zasilania prądem stałym są nieuziemione.

W innym korzystnym wariancie według wynalazku, co najmniej jedna końcówka pierwszego źródła zasilania prądem stałym oraz co najmniej jedna końcówka wyjściowa drugiego źródła zasilania prądem stałym są odizolowane elektrycznie od źródła zasilania prądem przemiennym.

Korzystnie, co najmniej jedno źródło zasilania prądem stałym zawiera pierwsze źródło zasilania prądem stałym posiadające pierwszą oraz drugą końcówkę wyjściową zapewniającą potencjał prądu stałego, przy czym pierwsza końcówka wyjściowa jest połączona z węzłem złącza prądu stałego a druga koń cówka wyjś ciowa jest połączona z innym wę z ł em pierwszego i drugiego urzą dzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

Korzystnie, układ według wynalazku zawiera ponadto co najmniej jedno urządzenie blokujące prąd przemienny połączone szeregowo pomiędzy węzłem złącza prądu stałego oraz pierwszą końcówką wyjściową.

W innym korzystnym wariancie wedł ug wynalazku, ukł ad wedł ug wynalazku ponadto zawiera co najmniej jedno urządzenie blokujące prąd przemienny połączone szeregowo pomiędzy innym węzłem pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego oraz drugą końcówką wyjściową.

Korzystnie, sieć prądu przemiennego jest wielofazową siecią prądu przemiennego z odgałęzieniem prądu przemiennego dla każdej fazy sieci, przy czym pierwsze urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego stanowi część pierwszego odgałęzienia prądu przemiennego, a drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego stanowi część drugiego odgałęzienia prądu przemiennego.

W innym korzystnym wariancie wynalazku, sieć prądu przemiennego jest wielofazową siecią prądu przemiennego z odgałęzieniem prądu przemiennego dla każdej fazy sieci, przy czym pierwsze oraz drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego stanowią część pierwszego odgałęzienia prądu przemiennego.

Korzystnie, konfiguracja urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatorów, jest czynnie włączona do sieci prądu przemiennego dla pracy w stanie ustalonym.

Korzystnie, oba urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory, są zamontowane we wspólnej obudowie.

Korzystnie, pierwsze oraz drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory, są zawieszone w płynie dielektrycznym oraz przymocowane do obudowy łącznikiem izolującym, gdzie obudowa stanowi pojemnik zabezpieczony przed porażeniem elektrycznym przy dotyku.

Korzystnie, obciążenie stanowi przemiennoprądowy jednofazowy silnik indukcyjny z fazą pomocniczą, a urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego są połączone szeregowo pomiędzy źródłem zasilania prądem przemiennym oraz uzwojeniem silnika indukcyjnego z fazą pomocniczą prądu przemiennego i pozostają połączone w trakcie ciągłej pracy silnika.

Korzystnie, urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego są częścią obwodu filtra LC zawierającego cewkę indukcyjną, przy czym obwód filtra LC jest zestrojony do podstawowej częstotliwości mocy oraz dodatkowo zawiera przełącznik do bocznikowania urządzeń do

PL 199 220 B1 przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego po wykryciu zakłócenia w dalszej części obwodu.

Korzystnie, źródło zasilania prądem przemiennym stanowi pierwsze źródło zasilania przemiennego, zaś drugie źródło zasilania prądem przemiennym o innym napięciu przemienne niż napięcie pierwszego źródła zasilania prądem przemiennym, jest czynnie podłączone do pierwszego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego poprzez prostownik ograniczający natężenie prądu.

Korzystnie, napięcia stałe polaryzujące pierwsze oraz drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego znoszą się wzajemnie.

Korzystnie, układ według wynalazku zawiera ponadto urządzenie przemiennoprądowe umieszczone pomiędzy szeregowymi przeciwsobnymi urządzeniami do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, przy czym urządzenie przemiennoprądowe działa przy innym poziomie napięcia prądu stałego niż podłączony układ prądu przemiennego.

Korzystnie, urządzenie przemiennoprądowe zawiera źródło zasilania prądem stałym.

Korzystnie, część źródła zasilania prądem stałym jest czynnie włączona pomiędzy szeregowymi przeciwsobnymi urządzeniami do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego i polaryzuje prądem stałym w kierunku przewodzenia pierwsze i drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

Korzystnie, szeregowe przeciwsobne urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego łączą w ramach układu przemiennoprądowego, neutralny węzeł prądu przemiennego z węzłem uziemionym.

Korzystnie, pierwsze oraz drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego posiadają dodatni oraz ujemny węzeł, przy czym co najmniej dodatnie lub ujemne węzły z pierwszego oraz drugiego urzą dzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego są dla prądu stałego połączone razem.

Korzystnie, dla prądu stałego, dodatnie węzły z pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego są połączone razem oraz ujemne węzły z pierwszego oraz drugiego urzą dzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego są połączone razem.

Korzystnie, układ według wynalazku zawiera ponadto co najmniej jedno dodatkowe urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego połączonych w boczniku z drugim urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, przy czyn co najmniej jedno dodatkowe urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego znajduje się w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej z pierwszym urzą dzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

Korzystnie, co najmniej jedno dodatkowe urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego jest również w szeregowej przeciwsobnej konfiguracji z drugim urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, przy czym pierwsze, drugie oraz co najmniej jedno dodatkowe urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego znajdują się względem siebie w szeregowej konfiguracji przeciwsobnej.

Korzystnie, układ według wynalazku zawiera ponadto jeden albo więcej połączonych ze sobą zestawów czynnie spolaryzowanych w kierunku przewodzenia szeregowych przeciwsobnych urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, oraz przyłączonych do pierwszego i drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, w szeregowej konfiguracji przeciwsobnej w węźle złącza prądu stałego, tworząc układ dzielnika prądu przemiennego.

W innym korzystnym wariancie według wynalazku, układ według wynalazku zawiera ponadto kondensator nie-biegunowy połączony równolegle z co najmniej pierwszym urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatorem.

Korzystnie, szeregowe przeciwsobne urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory, stosowane są w układzie prądu przemiennego w stanie ustalonym.

Korzystnie, pierwsze oraz drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory, w układzie szeregowym przeciwsobnym są zawieszone w pł ynie dielektrycznym oraz przymocowane do obudowy łącznikiem izolują cym, gdzie obudowa staPL 199 220 B1 nowi pojemnik zabezpieczony przed porażeniem elektrycznym przy dotyku oraz zawiera elektryczne styki połączeniowe.

Przedmiotem wynalazku jest również sieć prądu przemiennego zawierająca źródło zasilania prądem przemiennym, obciążenie prądu przemiennego czynnie podłączone do źródła zasilania prądem przemiennym, charakteryzująca się tym że zawiera układ do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego według wynalazku.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest także sposób wykorzystywania urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w sieci prądu przemiennego zawierającej źródło zasilania prądem przemiennym oraz czynnie podłączone obciążenie prądu przemiennego, w którym przyłącza się co najmniej pierwsze oraz drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej do sieci prądu przemiennego, i przykłada się do tych urządzeń sygnał prądu przemiennego; oraz polaryzuje się urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w kierunku przewodzenia przy wykorzystaniu co najmniej jednego napięcia prądu stałego.

Istotą wynalazku jest to, że oba urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory, polaryzuje się w sposób ciągły w trakcie działania sieci prądu przemiennego.

Korzystnie, do pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przykłada się napięcia prądu stałego, które znoszą się wzajemnie w odniesieniu do sieci prądu przemiennego.

Korzystnie, przyłączenie szeregowych przeciwsobnych urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego obejmuje przyłączenie pierwszego oraz drugiego kondensatora spolaryzowanego.

Korzystnie, pierwszy oraz drugi kondensator spolaryzowany łączy się razem w węźle złącza prądu stałego, przy czym dodatkowo przyłącza się urządzenie blokujące prąd przemienny pomiędzy węzłem złącza prądu stałego oraz punktem odniesienia co najmniej jednego źródła zasilania prądem stałym.

W innym korzystnym wariancie wynalazku, przyłączenie szeregowych przeciwsobnych urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego do sieci prądu przemiennego obejmuje przyłączenie szeregowych, przeciwsobnych kondensatorów spolaryzowanych w ukł adzie szeregowym pomię dzy ź ródł em zasilania prądem przemiennym oraz obciążeniem prą du przemiennego.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku dodatkowo reguluje się impedancję sieci prądu przemiennego widzianą przez źródło zasilania prądem przemiennym, poprzez włączanie urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej do sieci w sposób kontrolowany.

Korzystnie, urządzenia w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej włącza się w sposób kontrolowany do sieci przy wykorzystaniu przełącznika elektrycznego.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku zmienia się parametry sieci prądu przemiennego poprzez zmienianie temperatury urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w sposób kontrolowany.

Korzystnie, temperaturę urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatorów, zmienia się w sposób kontrolowany przy pomocy wymienników ciepła.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku, dodatkowo podłącza się elementy opornikowe w boczniku z pierwszym i drugim urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, polaryzujące te urządzenia w kierunku przewodzenia oraz utrzymujące je w stanie równowagi, gdy są stosowane w układzie dzielnika napięcia.

Korzystnie, do pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego dodatkowo podłącza się czynnie co najmniej jeden opornik upływowy, rozładowujący napięcie polaryzacji przyłożone na urządzeniach do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

Korzystnie, do każdego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przykłada się mniejszą wartość napięcia prądu przemiennego od wartości stałego napięcia polaryzacji przykładanej do tych urządzeń.

Korzystnie, wartość nakładających się napięć prądu stałego i prądu przemiennego, które przykłada się do urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w stanie ustalo10

PL 199 220 B1 nym, mieści się w zakresie napięcia znamionowego każdego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

Korzystnie, do pierwszego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego podłącza się w boczniku co najmniej jedno elektrycznie odizolowane źródło polaryzacji prądem stałym, dla wykorzystania w układzie prądu przemiennego w stanie ustalonym.

W innym wariancie według wynalazku, do pierwszego urzą dzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego podłącza się w boczniku co najmniej jedno elektrycznie odizolowane źródło polaryzacji prądem stałym, dla wykorzystania w układzie prądu przemiennego w stanie nieustalonym.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku stosuje się mostek prostujący, izolujący elektrycznie wyprostowany prąd stały ładujący w sposób ciągły pierwsze urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

Korzystnie, izoluje się elektrycznie, co najmniej jeden biegun prądu stałego źródła polaryzacji prądem stałym od co najmniej jednego źródła zasilania prądem przemiennym, utrzymując stałą polaryzację w kierunku przewodzenia pierwszego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

Urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego zapewniają w ekonomiczny sposób, najwyższą dostępną reaktancję pojemnościową. Niniejszy wynalazek pozwala na bezpośrednie wykorzystanie urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego takich jak spolaryzowane kondensatory lub baterie elektrochemiczne w ogólnych zastosowaniach przemiennoprądowych z nowatorską topologią obwodu. W jednym wariancie, przeciwsobne konfiguracje szeregowe pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego są wykorzystane wewnątrz sieci zasilania przemiennego dla polepszenia działania sieci zasilania przemiennego. W celu utrzymania urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w stanie spolaryzowanym w kierunku przewodzenia, gdy na ich zaciski jest przyłożony sygnał zasilania przemiennego, zapewnione jest co najmniej jedno źródło zasilania prądem stałym. Sygnał zasilania przemiennego, który napędza obciążenie prądu przemiennego, przyłożony jest do przeciwsobnych urządzeń szeregowych. Urządzenia są wystarczająco polaryzowane przez przynajmniej jedno źródło zasilania prądem stałym o tak, że pozostają one polaryzowane w kierunku przewodzenia podczas połączenia z sygnałem zasilania przemiennego.

Powyższe zdania nakreślają raczej szeroko cechy oraz techniczne zalety niniejszego wynalazku by szczegółowy opis wynalazku, który znajduje się w kolejnych akapitach mógł być lepiej zrozumiany. Dodatkowe cechy oraz zalety wynalazku, które tworzą przedmiot wynalazku, będą opisane poniżej. Dla specjalistów w dziedzinie powinno być zrozumiałe, że koncepcja oraz konkretne warianty wynalazku mogą być łatwo wykorzystane jako podstawa dla modyfikowania lub konstruowania innych struktur wypełniających te same cele co niniejszy wynalazek. Powinno być również zrozumiałe dla specjalistów w dziedzinie, że takie równoważne konstrukcje nie odchodzą od ducha oraz zakresu wynalazku określonego w zastrzeżeniach.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania przedstawiony jest na rysunku na którym:

Figura 6A przedstawia obwód zasilania prądem przemiennym składający się z szeregowych spolaryzowanych kondensatorów w konfiguracji przeciwsobnej, spolaryzowanych w kierunku przewodzenia, według niniejszego wynalazku, z pominięciem szczegółów obwodu polaryzacji prądem stałym.

Figura 6B przedstawia obwód zasilania prądem przemiennym składający się z szeregowych spolaryzowanych kondensatorów w konfiguracji przeciwsobnej, spolaryzowanych w kierunku przewodzenia, według niniejszego wynalazku, z urządzeniem zasilania prądem przemiennym, oddzielającym dodatni węzeł zasilania prądem stałym, z pominięciem szczegółów polaryzacji.

Figura 7 przedstawia szeregowy, przeciwsobny, symetryczny układ kondensatorów spolaryzowanych prądem stałym w ograniczonym zastosowaniu przemiennoprądowym według niniejszego wynalazku.

Figura 8 przedstawia jeden z obwodów według niniejszego wynalazku.

Figura 9 przedstawia inny wariant obwodu według niniejszego wynalazku.

Figura 10 przedstawia jeden z wariantów obwodu dla zastosowania niniejszego wynalazku.

Figura 11 ilustruje układ łączący moc pojemnościową wykorzystujący inny wariant niniejszego wynalazku.

PL 199 220 B1

Figura 12 przedstawia szeregowy trójfazowy, trójprzewodowy układ zasilania prądem przemiennym zawierający polaryzowane w kierunku przewodzenia, szeregowe, przeciwsobne kondensatory spolaryzowane, według przedstawionego wynalazku, z pominięciem szczegółów obwodu polaryzacji prądem stałym.

Figura 13 przedstawia trójfazowy, czteroprzewodowy układ zasilania prądem przemiennym zawierający wariant niniejszego wynalazku.

Figura 14 przedstawia naprzemienny trójfazowy, czteroprzewodowy układ zasilania prądem przemiennym zawierający inny wariant niemniejszego wynalazku.

Figura 15 przedstawia dodatkowy trójfazowy, czteroprzewodowy układ zasilania prądem przemiennym zawierający wariant niniejszego wynalazku.

Figura 16 przedstawia jeden obwód wysokoprądowy z wdrożeniem 4n+ niniejszego wynalazku, z pominięciem szczegółów związanych ze źródłem zasilania prądem stałym.

Figura 17 przedstawia proste przedstawienie wysokoprądowego zastosowania kondensatora spolaryzowanego 4n+ oraz układu polaryzacyjnego według niniejszego wynalazku.

Figura 18 przedstawia naprzemienną, wariant niniejszego wynalazku.

Figura 19 przedstawia dwa zwoje silnika indukcyjnego jednofazowego z fazą pomocniczą, odpowiedniego dla ciągłego działania przy zasilaniu z jednofazowego źródła zasilania prądem przemiennym, wykorzystującego wariancie niniejszego wynalazku.

Figura 20 przedstawia filtr indukcyjny środkowo-przepustowy z urządzeniem rozstrajającym dla ograniczania prądu wywołanego przez zakłócenia, w innym wariancie niniejszego wynalazku.

Figura 21 przedstawia bezpieczną elektrycznie, termicznie przewodzącą strukturę do regulacji temperatury kondensatora oraz elektrycznych parametrów w innym wariancie niniejszego wynalazku.

Figura 22 przedstawia sposób dla ustanowienia warunków przenoszenia niskiego sygnału o polaryzacji w kierunku przewodzeni, odpowiedni do zastosowań w stanie nieustalonym, który może być dostosowany do pracy ciągłej w innym wariancie niniejszego wynalazku.

Figura 23 przedstawia prosty obwód kontrolujący polaryzację w innym wariancie niniejszego wynalazku, odpowiedni do pracy ciągłej

Figura 23 A jest uproszczonym schematem mechanizmu ładowania z fig. 23.

Figura 24 przedstawia jeszcze inny wariant niniejszego wynalazku z pasywnym obwodem polaryzującym podobnym do fig. 23.

Figura 25 przedstawia przeciwsobną konfigurację szeregową niniejszego wynalazku, w której źródło zasilania prądem przemiennym oddziela ujemne zaciski kondensatorów, a obciążenie prądu przemiennego oddziela dodatnie zaciski kondensatorów.

Figura 26 przedstawia wykorzystanie pojedynczego źródła zasilania prądem stałym o niskim napięciu do polaryzacji dwóch par przeciwsobnych kondensatorów spolaryzowanych ustawionych szeregowo względem siebie, w innym wariancie niniejszego wynalazku.

Figura 27 przedstawia źródło zasilania prądem stałym, w innym wariancie niniejszego wynalazku, w którym mostek prostujący jest połączony ze źródłem zasilania prądem przemiennym poprzez szeregowe kondensatory przeciwsobne, które z kolei są spolaryzowane poprzez część wyjścia źródła zasilania prądem stałym.

Figura 28 przedstawia trójfazową konfigurację szeregowego przeciwsobnego układu do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, w innym wariancie niniejszego wynalazku, w której w każ dym zasilanym odgałęzieniu zasilania prą dem przemiennym obecny jest pojedynczy spolaryzowany kondensator.

Figura 29 przedstawia 120:240 woltowy układ jednofazowy według niniejszego wynalazku, w którym pojedyncze urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w każdym odgałęzieniu służy jako część konfiguracji szeregowego kondensatora przeciwsobnego.

Figura 30 przedstawia źródło polaryzacji prądem stałym wykorzystujące pojedynczy prostownik w szeregowej przeciwsobnej konfiguracji ukł adu do przechowywania spolaryzowanego ł adunku elektrycznego według niniejszego wynalazku, odpowiednie do pracy ciągłej.

Figura 6A przedstawia idealny obwód 600, który koncepcyjnie ilustruje rozwiązanie niniejszego wynalazku. Obwód 600 zawiera źródło zasilania prądem przemiennym 605 połączone szeregowo z parą ustawionych w układzie szeregowym przeciwsobnym kondensatorów spolaryzowanych 610, oraz obciążeniem prądu przemiennego 620, które jest zasilane poprzez źródło zasilania prądem przemiennym 605. Para ustawionych w układzie szeregowym przeciwsobnym kondensatorów spola12

PL 199 220 B1 ryzowanych 610 zawiera spolaryzowane kondensatory 612 oraz 614 połączone ze sobą w układzie szeregowym przeciwsobnym. Jak zostało to przedstawione na fig. 6A, każdy z kondensatorów 612 oraz 614 jest odpowiednio spolaryzowany w kierunku przewodzenia przez napięcia stałe ze źródła zasilania prądem stałym 616, 618 tak, że dodatni potencjał sieciowy jest ciągle przykładany do każdego kondensatora przez co możliwe jest ich wykorzystanie w ogólnych zastosowaniach przemiennoprądowych.

Każde polaryzujące stałe napięcie jest wystarczająco wysokie w połączeniu z każdym udziałem roboczego napięcia przemiennego kondensatora do kompensacji najgorszego przypadku ujemnego wahnięcie prądu przemiennego. Dodatnie wahnięcie napięcia przemiennego nałożone na stałe napięcie polaryzacji jest podobnie mniejsze od napięcia znamionowego kondensatora. Wymuszony, ciągły stan polaryzacji prądem stałym eliminuje wady istniejące w poprzednich rozwiązaniach m.in. znaczne straty ciepła, krótka trwałość, zakłócenia sygnałów i/lub oscylacje napięcia polaryzacji prądem stałym. Stąd, gdy odpowiedni stan polaryzacji prądem stałym jest utrzymywany, a napięcie i natężenie prądu przemiennego jest małe w stosunku do tolerancji urządzenia, wtedy ten obwód jest odpowiedni do pracy przy zasilaniu prądem przemiennym w stanie ustalonym i/lub stanie nieustalonym. Szczegóły obwodu nakładania polaryzacji prądem stałym są pominięte ze względu na uproszczenie tego rysunku, ale będą omówione bardziej szczegółowo w poniższych akapitach. Istnieje wiele wariantów obwodu odpowiednich dla ustanowienia oraz utrzymywania odpowiednich stanów polaryzacji kondensatora prądem stałym. Źródła zasilania prądem stałym służące do polaryzacji szeregowych przeciwsobnych spolaryzowanych kondensatorów mogą pochodzić z dowolnego odpowiedniego schematu w tym zarówno źródła regulowane oraz nieregulowane. Alternatywnie, warto zauważyć, że chwilowe polaryzowanie aktywne jest praktyczne oraz może zwiększyć trwałość kondensatorów spolaryzowanych.

Obwód 600 wykorzystuje charakterystyki zaporowe kondensatorów 612, 614. Napięcia stałe ze źródła zasilania prądem stałym 616, 618 są przykładane do końcówek dwóch spolaryzowanych kondensatorów. Dla celów tej dyskusji, założono, że przyłożone jest symetryczne napięcie polaryzacji. Ze względu na prostotę, jest także założone, że kondensatory 612 oraz 614 posiadają jednakową reaktancję pojemnościową. Jednakże, warunki te nie są wymagane dla niniejszego wynalazku. W tym rozwiązaniu, wartość każdego z napięć polaryzacji prądem stałym jest przynajmniej połową wartości absolutnego maksimum (nie wartości skutecznej) od szczytu fali do wartości zera napięcia przemiennego mierzonym przez szeregową przeciwsobną parę kondensatorów. Jest to jedna ćwiartka przyłożonej wartości amplitudy napięcia całkowitego. Aby wyjaśnić zmianę składników oraz utrzymywać warunki pracy niskiego sygnału, przyłożone stałe napięcie polaryzacji powinno wzrastać w jakiś sposób. Napięcia polaryzacji prądem stałym nie wpływają niekorzystnie na przemiennoprądowe działanie obwodu. To zapewnia odpowiednią polaryzację w kierunku przewodzenia oraz pozwala na pracę ciągłą bez zakłóceń napięcia przemiennego, polaryzacji wstecznej kondensatora, przewodzenia diody, narastania temperatury elementów obwodu, oscylacji stałego napięcia referencyjnego oraz przedwczesnych uszkodzeń charakterystycznych dla zastosowań z poprzednich rozwiązań.

W idealnej konfiguracji, źródła polaryzacji prądem stałym są elektrycznie odizolowane od (niezależne od) źródła zasilania. Zgodnie z tym, żadne chwilowe stałe napięcie polaryzacji lub chwilowy prąd polaryzacji nie będzie zakłócać podłączonej sieci zasilania przemiennego w tym idealnym przypadku. Dodatkowo, do sieci zasilania przemiennego nie będzie przykładane żadne zakłócenie harmoniczne lub pod harmoniczne, ani ścieżkę pojemnościowego prądu przemiennego ani przez źródło polaryzacji. Co więcej, to źródło polaryzacji prądem stałym wykazuje nieskończoną dwukierunkową impedancję zasilania przemiennego oraz zerową oporność prądu stałego. Podobnie, ścieżka prądu przemiennego przez spolaryzowane kondensatory wystawia zerowy dwukierunkowy opór prądu przemiennego oraz nieskończony opór składowej prądu stałego. Napięcie stałe oraz przemienne są obecne zgodnie z zasadami superpozycji. Stąd, styk prądów przemiennego/stałego nie powoduje wzajemnie zakłóceń elektromagnetycznych ani zakłóceń względem sąsiadujących elementów elektrycznych. Kondensatory spolaryzowane mogą być traktowane jako obciążenie prądu stałego dla źródła zasilania prądem stałym zarówno w przypadku stanu nieustalonego jak i stanu ustalonego zasilania przemiennego.

Prostota obwodu 600 ma cel informacyjny. Służy głównie dla pokazania, że kondensatory spolaryzowane mogą być bezpośrednio wykorzystane w sieciach zasilania prądem przemiennym oraz służyć jako dzielnik napięcia prądu przemiennego. To stanowi elegancką i prostą realizację zastosoPL 199 220 B1 wania kondensatora spolaryzowanego w sieci zasilania prądem przemiennym oraz zapewnia jak dotychczas nieznane rezultaty. Nie istnieje żadna możliwa ścieżka prądu przemiennego aniżeli ta wiodąca poprzez kondensatory. Ponieważ środkowy węzeł jest spolaryzowany względem ustalonego uziemienia, dwa przemienne szeregowe warianty przeciwsobne mogą działać równolegle jedna z drugą przy odpowiednim napięciu polaryzacji.

Figura 6B przedstawia obwód 650. Obwód 650 składa się z źródła zasilania prądem przemiennym 652, spolaryzowanych kondensatorów 662, 664, cewki indukcyjnej 668 oraz obciążenia prądu przemiennego 670. Cewka indukcyjna 668 fizycznie rozdziela parę szeregowych kondensatorów 662, 664 przeciwsobnych. Warto zauważyć, że orientacja biegunowości oraz napięcie polaryzacji prądu stałego kondensatorów 662, 664 jest odwrócone w stosunku do tego, które przedstawiono na fig. 6A. Symbole polaryzacji powyżej kondensatorów oznaczają ciągłą polaryzację kondensatorów w kierunku przewodzenia. Można sprawdzić, że w stanie ustalonym, napięcia prądu stałego oraz przemiennego zerują się w obwodzie. Napięcie prądu stałego na cewce indukcyjnej w stanie ustalonym jest pomijalne, stąd węzły dodatnie kondensatorów posiadają prawie identyczne potencjały prądu stałego. Tak więc węzeł złącza prądu stałego utrzymuje ciągłość poprzez cewkę indukcyjną. Zauważalne jest, że źródło zasilania prądem przemiennym 652 oraz obciążenie prądu przemiennego 670 w podobny sposób fizycznie rozdzielają ujemne bieguny kondensatorów pozostając przy takim samym potencjale prądu stałego. Źródło zasilania prądem przemiennym 652 jest połączone do obciążenia prądu przemiennego 670 poprzez obwód LC składającego się z kondensatorów 662, 664 oraz cewki indukcyjnej 668. Obwody indukcyjne są zazwyczaj wykorzystywane jako filtry. Wartości parametrów obwodu prądu przemiennego takie jak współczynnik mocy, impedancja oraz podobne mogą być zmieniane poprzez nastawne kontrolowanie indukcyjności cewki indukcyjnej. To może być dokonane poprzez przełączanie zaczepów lub zwieranie cewki indukcyjnej poprzez opornik o małej wartości umieszczony w boczniku. Szczegóły źródła polaryzacji prądem stałym są pominięte na rysunku dla jego uproszczenia. Rysunek ten służy dla zilustrowania, że elementy obwodu zasilania prądem przemiennym mogą oddzielać spolaryzowane w kierunku przewodzenia szeregowe, przeciwsobne urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku w zastosowaniach zasilania prądem przemiennym.

Figura 7 przedstawia obwód 750, który wykorzystuje dwa ustalone, identyczne źródła zasilania prądem stałym 774 oraz 786. Każde uziemione źródło zasilania prądem stałym polaryzuje w kierunku przewodzenia spolaryzowane kondensatory 778, 782, odpowiednio poprzez opornik 788 uziemienia (blokada prądu przemiennego). Nie-biegunowe wygładzające kondensatory 776, 784 są połączone równolegle poprzez spolaryzowane kondensatory 778 oraz 782, odpowiednio, dla utworzenia odpowiednich zespołów kondensatorów 776/778 oraz 782/784. Sygnał prądu przemiennego jest przekazywany ze źródła zasilania prądem przemiennym 772 poprzez zespoły kondensatorów do obciążenia indukcyjnego/oporowego 790 oraz jest przekazywany przez sekcje wyjściowe źródła zasilania prądem stałym. Szeregowe przeciwsobne ustawienie kondensatorów biegunowych, razem z polaryzacją, pozwala na ich wykorzystanie w tym zastosowaniu przemiennoprądowym. Zarówno sekcja wyjściowa źródła zasilania prądem przemiennym 772 jak i obciążenie 790 działają jako elementy zwierające prądu stałego w stanie ustalonym, co pozwala źródłom zasilania prądem stałym 774, 786 polaryzować zespoły kondensatorów. Opornik 788 zaporowy zapewnia ścieżkę prądu stałego do ujemnego bieguna poziomu napięcia referencyjnego w tym symetrycznym, nieuziemionym schemacie polaryzacji prądem stałym. Opornik ten posiada wystarczająco wysoką impedancję względem kondensatorów aby stanowić otwarty obwód dla sygnału prądu przemiennego. To wariant obwodu służy głównie dla zilustrowania wykorzystania symetrycznie polaryzowanych, szeregowych, przeciwsobnych kondensatorów spolaryzowanych do przenoszenia sygnału prądu przemiennego. Zasada superpozycji jest wyraźnie przedstawiona. Można zauważyć, że pojedynczy, nie-biegunowy, nie spolaryzowany kondensator, pomiędzy źródłem zasilania prądem przemiennym 772 do obciążenia 790 może być zamieniony na kondensatory 776 oraz 784 dla bardziej efektywnego wygładzania przekazywanego sygnału prądu przemiennego. Warto zauważyć, że całkowity sygnał prądu przemiennego przepływa przez sekcje wyjściowe dwóch źródeł zasilania prądem stałym. Napięcie stałe jest podzielone przez kondensator oraz opornik 788. Warto zauważyć, że układ może być dowolnie uziemiony w dowolnym pojedynczym węźle. Poziom napięcia polaryzacji prądem stałym może być ustawiony na o wiele wyższą wartość aniżeli wartość poziom sygnału prądu przemiennego dla dobrego odtworzenia transferu sygnału (niskie zakłócenia harmoniczne).

PL 199 220 B1

Figura 8 przedstawia obwód 800, który jest jednym z wariantów obwodu dla zastosowania niniejszego wynalazku. Obwód 800 zawiera źródło zasilania prądem przemiennym 805, szeregowe przeciwsobne spolaryzowane kondensatory 812, 814, diodę 816, opornik 817, źródło zasilania prądem stałym 818 oraz przełącznik trójpołożeniowy 819. Dwie końcówki przeciwsobnych szeregowych kondensatorów 812, 814 mogą być wstępnie odpowiednio kolejno polaryzowane. Z opisaną konfiguracją obwodu, oraz przełącznikiem będącym w pozycji centralnej (otwarty), osiągnięte jest trwałe stałe napięcie polaryzacji oraz bliskie przybliżenie do nieskończonej wartości impedancji (otwarty obwód). Jednakże, wstępnie załadowane stałe napięcie polaryzowania będzie się pogarszać z powodu efektu koronowego oraz prądów upływowych przez kondensator. Można zauważyć, że dwie końcówki utrzymują jednakowe napięcia polaryzacji oraz stopień zaniku ładunku. Stąd, poprzez przerzucanie przełącznika 819 w lewo oraz prawo, kondensatory 812, 814 mogą utrzymywać swój ładunek. Warto zauważyć, że typowe źródło zasilania prądem przemiennym jest połączone z obciążeniem poprzez gałąź transformatora. Gdy obwód jest załączony oraz przełącznik baterii jest przerzucony do dowolnej końcówki, napięcie polaryzacji obu końcówek rośnie względem centralnego węzła. Stopień zmiany dwóch napięć jest różny, lecz oba rosną. W skrócie, obie gałęzie posiadają równe napięcia polaryzacji prądem stałym. Każda osoba, posiadająca doświadczenie w danej dziedzinie, może z łatwością zweryfikować, że gałąź transformatora (źródło zasilania prądem przemiennym 805) oraz obciążenie zachowują się jak elementy zwierające w stanie ustalonym, względem zmian napięcia polaryzacji prądem stałym. Gdy przełącznik znajduje się w bocznej pozycji, pewna ilość prądu przemiennego przepływa przez źródło zasilania prądem stałym 818 (np. bateria). Ten brak idealności jest jednokierunkowy, tymczasowy oraz zależny od wartości opornika 817, kondensatora, obciążenia prądu przemiennego oraz parametrów źródła zasilania prądem przemiennym. W tym przypadku, idealna konfiguracja obwodu działa dla dowolnego stopnia. Przełącznik nie jest niezbędny do działania obwodu, lecz jest użyteczny dla ilustrowania zasady działania, oraz może być wykorzystany dla celów obsługiwania źródła zasilania prądem stałym.

Ogólnie, diody (a dioda 816 w szczególności) doskonale zapewniają wysoką impedancję prądu przemiennego, w przypadku wstecznego przepływu, pozwalając na swobodny przepływ prądu stałego w kierunku przewodzenia. Dioda 816 nie blokuje przepływu połówki fali prądu przemiennego w kierunku przewodzenia. Przełącznik 819 może z drugiej strony stanowić przełącznik półprzewodnikowy lub urządzenie elektromechaniczne. Przełącznik 819 może łączyć źródło zasilania prądem stałym 818 z odpowiednim kondensatorem 812 lub 814, ciągle, dla podanej połówki fali, lub zwyczajnie może w sposób przerywany łączyć każdą stronę. Relatywnie duży opornik 817 (lub cewka indukcyjna) skutecznie łączy źródło zasilania prądem stałym 818 z kondensatorami 812, 814, blokując sygnał prądu przemiennego. Inne elementy obwodu o wysokiej impedancji również mogą być wykorzystane. Tak więc, źródło polaryzacji prądem stałym składa się z elektrycznego przełącznika 819, źródła zasilania prądem stałym 818, opornika 817 oraz diody 816. Wyją tkowo niski opór prądu przemiennego oraz relatywnie niska impedancja prądu przemiennego kondensatora będzie skutecznie bocznikować prąd przemienny. Gdy przełącznik elektryczny jest otwarty, dodatni biegun źródła napięcia polaryzacji prądem stałym jest odizolowany elektrycznie od dodatnich końcówek kondensatora. W zwyczajnej sieci prądu przemiennego, neutralna linia jest połączona do uziemienia układu. Ujemna końcówka źródła polaryzacji prądem stałym jest połączona do ujemnej końcówki spolaryzowanych kondensatorów 812, 814. Źródło polaryzacji prądem stałym oraz dwa spolaryzowane kondensatory są wzajemnie bocznikowane oraz utrzymują różny poziom napięcia przemiennego na ich ujemnych końcówkach aniżeli na zasilanej końcówce (dodatniej), neutralnej oraz (jeżeli jest obecna) końcówce uziemionej obwodu 800. Warto zauważyć, że z powodu obecności uzwojeń transformatora w typowych źródłach zasilania prądem przemiennym, zasilane, neutralne oraz uziemione zwoje mają przeważnie ten sam potencjał prądu stałego. Ta elektryczna izolacja ujemnej końcówki kondensatora od prądu przemiennego jest uwypuklona poprzez fakt, że ani otwarty obwód ani zwarcie bezoporowe w źródle zasilania prądem przemiennym i/lub obciążeniu prądu przemiennego, nie będą miały jakiegokolwiek wpływu na stałe napięcie polaryzacji przyłożone do kondensatorów. Podobnie zwarcie bezoporowe może zastąpić źródło napięcia stałego bez wpływu na poziom stałego napięcia referencyjnego linii zasilania prądem przemiennym lub na działanie obwodu do momentu rozproszenia ładunku kondensatora.

Figura 9 przedstawia inny wariant obwodu 900 według niniejszego wynalazku. Obwód 900 zawiera źródło zasilania prądem przemiennym 905, szeregowe przeciwsobne spolaryzowane

PL 199 220 B1 kondensatory 912, 914, źródło zasilania prądem stałym 926, diodę zaporową 932, oporniki zaporowe 934, 935 oraz obciążenie prądu przemiennego 940. Ścieżka neutralna i/lub uziemienia zasilania prądem przemiennym została pominięta na rysunku ze względu na jego uproszczenie. Z perspektywy prą du przemiennego, oporniki 934, 935 są połączone zasadniczo równolegle poprzez spolaryzowane kondensatory 912 oraz 914 i dla małych, równych wartości oporności mogą korygować podział napięcia przemiennego ze względu na zmiany składowej kondensatora. Dodatnia polaryzacja prądem stałym jest utrzymywana na każdym kondensatorze spolaryzowanym przez źródło zasilania prądem stałym 926 poprzez diodę 932 oraz oporniki zaporowe 934 oraz 935, które wspólnie działają jako źródło polaryzacji prądem stałym. Źródło polaryzacji prądem stałym jest przeważnie bocznikowane kondensatorami. Warto zauważyć, że oporniki zaporowe 934, 935 są zasadniczo połączone szeregowo oraz dla dużych wartości oporności, zapobiegają bocznikowaniu ścieżki szeregowych przeciwsobnych kondensatorów 912, 914. Oporniki zaporowe 934, 935 w szeregowym połączeniu z diodą 932 zapobiegają znacznemu przepływowi prądu przemiennego poprzez źródło zasilania prądem stałym 926. Dowolna odpowiednia wartość opornika, np. od wartości mniejszej od 40Ω do większej od 100kΩ będzie odpowiednia dla oporników 934, 935. Stąd źródło polaryzacji prądem stałym dla obwodu 900 składa się z źródła zasilania prądem stałym 926, diody 932, oraz oporników 934, 935. Dodatkowa oporność może być umieszczona szeregowo z źródłem zasilania prądem stałym 926 oraz diodą 932 dla zmniejszenia prądu przemiennego przepływającego przez źródło. W stanie ustalonym, źródło zasilania prądem stałym 926 jest przeważnie bocznikowane kondensatorami 912, 914 dla prądu stałego dla typowych wartości składników. Wybrane kondensatory mogą wymagać wartości znamionowej napięcia, która stanowi co najmniej podwójną wartość źródła zasilania prądem stałym 926 aby umożliwić superpozycję fali prądu przemiennego o podobnej wartości przez kondensatory.

Jeżeli jest wymagane dodatkowe natężenie prądu przemiennego, dodatkowe kondensatory mogą być dodane równolegle do kondensatorów 912, 914. Dodatkowe zespoły spolaryzowanych szeregowych przeciwsobnych kondensatorów lub szeregowe spolaryzowane kondensatory połączone w sposób szeregowy, przeciwsobny, mogą także być dodane dla zwiększenia natężenia prądu przemiennego lub odpowiednio pojemności napięciowej. Współczynnikiem, który będzie ostatecznie ograniczał maksymalną wartość znamionową na tym schemacie jest wymaganie prądu polaryzacji, które stanowi, ograniczenie mocy źródła zasilania prądem stałym. Jednakże, w tym przypadku nie istnieje żadne wewnętrzne ograniczenie, ponieważ źródło zasilania prądem stałym może mieć dowolny rozmiar. Także, wymagania dotyczące zasilania stałego są zazwyczaj małą częścią wartości mocy znamionowej prądu przemiennego według niniejszego wynalazku. Jeżeli źródło zasilania prądem stałym 926 jest źródłem o regulowanym napięciu, baterie elektrochemiczne w układzie szeregowym przeciwsobnym mogą być zastąpione poprzez kondensatory 912, 914. Kilka ogniw baterii w połączeniu szeregowym na odgałęzienie będzie wymagane, oraz zakresy ładowania/rozładowania polaryzacji napięciem stałym będą rozważane, lecz możliwość wzmocnienia reaktancji pojemnościowej jest realna. Stąd, poprzez proste zastosowanie konkretnych etapów projektowania, każde urządzenie do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych może być dostosowane do wykorzystania w tym obwodzie.

Praktycznie rzecz biorąc, oddzielne zakładanie bezpieczników na zespoły kondensatorów jest konwencjonalnym rozwiązaniem mieszczącym się w zasadach wykonywania obwodów elektrycznych. Taką konwencję można w podobny sposób rozszerzyć na osobne polaryzowanie oraz zabezpieczanie zespołów kondensatorów.

Figura 10 przedstawia obwód ilustrujący inne wykorzystanie biegunowych, spolaryzowanych kondensatorów w sieci zasilania prądem przemiennym. Stanowiący dostosowanie obwodu z fig. 7, obwód 1000 zapewnia bardziej praktyczne rozwiązanie dla ogólnego wytwarzania, przekazywania oraz dystrybucji prądu przemiennego. Obwód 1000 zawiera źródło zasilania prądem przemiennym 1005, szeregowo przeciwsobno spolaryzowane kondensatory 1009, 1023, nie-biegunowe kondensatory wygładzające 1011, źródła zasilania prądem stałym 1013, 1027, oporniki zaporowe 1015, 1025, 1017 oraz obciążenie prądu przemiennego 1031. Źródło polaryzacji prądem stałym składające się ze źródła zasilania prądem stałym 1013 oraz opornika 1015 jest przeważnie bocznikowane przez spolaryzowany kondensator 1009. Podobnie, źródło polaryzacji prądem stałym składające się ze źródła zasilania prądem stałym 1027 oraz opornika 1025 jest zasadniczo bocznikowane przez spolaryzowany kondensator 1023. Ten obwód jest podobny do poprzednio opisanego obwodu z wyjątkiem tego, że nadliczbowe źródło polaryzacji prądem stałym jest połączone bezpośrednio równolegle poprzez

PL 199 220 B1 spolaryzowane kondensatory. Ten obwód jest wykorzystywany w ogólnych zastosowaniach przemiennoprądowych. Duża impedancja (Ω - kΩ) oporników polaryzujących 1015, 1025 (zaporowych) pozwala na spolaryzowanie prądem stałym, podczas gdy dla zastosowań przemiennoprądowych stanowi obwód otwarty. Cewka indukcyjna (lub inne urządzenie otwartego obwodu przemiennoprądowego) może zastąpić oporniki polaryzujące 1015, 1025. Duży (kil MΩ) opornik 1017 zaporowy może być zastąpiony poprzez obwód otwarty. Podobnie, opornik 1017 zaporowy może być przemieszczony pomiędzy centralne węzły źródeł zasilania prądem stałym oraz centralne węzły urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych.

Figura 11 ilustruje obwód łączący moc pojemnościową 1100 wykorzystujący pojedyncze, elektrycznie odizolowane źródło zasilania prądem stałym 1115 dla zapewnienia niezbędnego, symetrycznego, aktywnego stałego napięcia polaryzacji dla ciągłego działania spolaryzowanych kondensatorów w ogólnych zastosowaniach w sieci zasilania przemiennego. Obwód 1100 ogólnie zawiera źródło zasilania prądem przemiennym 1105, szeregowe przeciwsobne spolaryzowane kondensatory 1112, 1114, źródło zasilania prądem stałym 1115, diodę zaporową 1117, oporniki polaryzujące 1119, 1121 oraz obciążenie prądu przemiennego 1130. Elektrycznie odizolowane nie regulowane źródło zasilania prądem stałym 1115 składa się z kondensatora izolującego, pełno okresowego mostka diodowego oraz sekcji wyjściowej składającej się z dwóch cewek indukcyjnych oraz spolaryzowanego kondensatora 1124. Źródło polaryzacji prądem stałym składa się z źródła zasilania prądem stałym 1115, diody 1117 oraz oporników 1119. 1121. Opcjonalny oraz nie numerowany opornik jest przedstawiony na ujemnej gałęzi źródła polaryzacji napięciem stałym. Oporniki polaryzujące 1119, 1121 oraz dioda 1117 zapewniają wysoką impedancję, pozwalając równocześnie na odpowiedni poziom prądu ładowania spolaryzowanych kondensatorów 1112, 1114. Dioda 1117 ponadto zapobiega przed przepływem wstecznym prądu stałego w przypadku awarii mostka diodowego w źródle zasilania prądem stałym. Sekcja wyjściowa źródła zasilania prądem stałym składająca się z cewek indukcyjnych 1122, 1123, kondensatora 1124 zarówno jak i z diody 1117 może zostać pominięta bez zagrożenia działania funkcjonowania układu. Kondensatory 1112 oraz 1114 tworzą układ obciążenia prądu stałego w stanie ustalonym i znajdują się w boczniku w odniesieniu do źródła zasilania prądem stałym, ale znajdują się w szeregowym ustawieniu przeciwsobnym względem źródła zasilania prądem przemiennym. Przekładnia zwojowa transformatora izolującego wewnątrz źródła zasilania prądem stałym ustawia poziom napięcia polaryzacji prądem stałym i jest operacyjnie połączona ze źródłem zasilania prądem przemiennym 1105. Warto zauważyć, że stałe napięcie odniesienia węzłów A oraz B jest zasadniczo w uziemieniu układu zasilania prądem przemiennym, podczas gdy węzeł D jest trzymany poniżej uziemienia przez źródło polaryzacji prądem stałym. Elektryczna izolacja źródła zasilania prądem stałym od źródła zasilania prądem przemiennym pozwala na dowolną orientację kondensatorów 1112, 1114. To oznacza, że dodatnie bieguny kondensatora mogą być podłączone węźle D, pod warunkiem, że biegunowość źródła polaryzacji będzie odwrócona. W tym przypadku, napięcie odniesienia węzła D będzie poniżej poziomu uziemienia układu zasilania prądem przemiennym.

Moc dostarczona do obciążenia prądu przemiennego może mieć wartość o wiele rzędów większą od wymagań źródła polaryzacji. Zakłada się, że źródło zasilania prądem przemiennym 1105 zawiera jedno lub więcej indukcyjnych odgałęzień, np. z generatora czy transformatora. To zapewnia stan ustalony zwarcia prądu stałego. Nałożone na siebie fala prądu przemiennego oraz napięcie polaryzacji prądem stałym powinny być mniejsze od napięcia znamionowego kondensatora, ale na tyle duże aby utrzymywać polaryzację w kierunku przewodzenia we wszystkich punktach kształtu fali napięcia przemiennego. Wartość napięcia polaryzacji prądem stałym znacznie przewyższa przyłożoną wartość napięcia przemiennego dla zredukowania zakłóceń harmonicznych sygnału prądu przemiennego. Poziom napięcia referencyjnego w punkcie D, reprezentujący ujemne bieguny kondensatora, jest utrzymywany poniżej uziemienia w przedstawionym układzie jednofazowym. Warto zauważyć, że wartość upływu prądu stałego poprzez kondensatory jest bardzo mała. Poziom napięcia stałego źródła zasilania prądem przemiennym oraz obciążenia przemiennego uznaje się jako prawie identyczny z uziemieniem układu zasilania przemiennego. Stąd, w tym wariancie połączenia ujemne kondensatorów nie-biegunowych znajdują się poniżej uziemienia układu. Dodatkowo, biegunowość kondensatorów oraz źródła polaryzacji prądem stałym może być równocześnie odwrócona. To odwrócenie podwyższy dodatnie bieguny niebiegunowych kondensatorów powyżej uziemienia ale nie ma znacznego wpływu pierwszego rzędu na przenoszenie mocy prądu przemiennego. Co więcej, mogą być zastosowane wielokrotne, równoPL 199 220 B1 ległe, obwody z unikatowym (lub alternatywnie, ze wspólnym napięciem polaryzacji). To pokazuje, że w stanie ustalonym zachodzi mało znacząca polaryzacja obwodu prądu przemiennego prądem stałym. Wybór szeregowej orientacji przeciwsobnej może być dokonany w odniesieniu do uziemienia kondensatora, bezpieczeństwa, konwencji, chłodzenia, funkcji przenoszenia oraz innych drugorzędowych rozważań oraz zagadnień.

Opornik 1119 łączący do węzła C, opornik w ujemnej gałęzi prądu stałego oraz opornik 1121 zapewniają natychmiastowe symetryczne polaryzowanie kondensatorów. Można zauważyć, że typowe indukcyjne oraz oporowe obciążenia oraz źródła zasilania prądem przemiennym zapewniają zwarcie do uziemienia układu. Jest dopuszczalne fizycznie umieszczenie obciążenia prądu przemiennego lub zamiennie, źródła zasilania prądem przemiennym pomiędzy spolaryzowanymi kondensatorami. Korzystnie jest w tym rozwiązaniu, by obie strony przełącznika włączającego oraz wyłączającego obciążenie (nie pokazano na rysunku) były oporowo podłączone do źródła polaryzacji prądem stałym. Taka konfiguracja zapewnia sposób działania źródła zasilania prądem przemiennym oraz obciążenia prądu przemiennego przy różnych punktach uziemienia prądu stałego. Można zauważyć, że dopóki oporniki są podłączone do węzłów A, D oraz C, źródło stałego napięcia polaryzacji jest całkowicie niezależne od uziemienia układu zasilania prądem przemiennym w węźle B. Dzieje się to ze względu na obecność transformatora izolującego prądu przemiennego oraz pełno okresowego mostka prostującego. Niezbędnym warunkiem ciągłego polaryzowania prądem stałym jest dostarczanie połowy wyprostowanej fali, lecz wtedy do systemu sieci zasilania przemiennego jest dostarczana połowa zasadniczych harmonicznych częstotliwości.

Elektrycznie odizolowane regulowane źródło zasilania napięciem stałym z lub bez baterii może być wykorzystane gdzie tylko jest potrzebne. Podobnie, napięcie polaryzacji może być połączone ze spolaryzowanymi kondensatorami przenoszącymi sygnał prądu przemiennego z cewkami indukcyjnymi lub innymi elementami posiadającymi niski opór stałoprądowy oraz wysoką impedancję przemiennoprądową. Sekcja wyjściowa źródła zasilania prądem stałym 1115 zarówno jak i dioda 1117 mogą być wyeliminowane, pozwalając opornikom 1121, 1119 oraz kondensatorom 1112, 1114 aby służyły jako uproszczona sekcja wyjściowa.

Figura 12 ilustruje obwód 1200, który ogólnie przedstawia trójfazowy, trójprzewodowy układ zasilania prądem przemiennym zawierający wariant według wynalazku, pomijając szczegóły polaryzacji prądem stałym. Obwód 1200 zawiera trójfazowe źródło 1201 (przedstawione w konfiguracji trójkątnej), polaryzowane w kierunku przewodzenia pary szeregowych przeciwsobnych spolaryzowanych kondensatorów 1209A-1209C oraz trójfazowe obciążenie prądu przemiennego 1211, które zawiera obciążenia 1211A-1211C. Dla właściwie spolaryzowanego, układu polaryzującego o wysokiej impedancji, jest to odpowiednie przybliżenie inż ynierskie. Parametry przemiennoprądowe zespołu spolaryzowanych kondensatorów biegunowych są wystarczające dla analizy obwodu zasilania prądem przemiennym. Dla tego celu, jest zupełnie niepotrzebne przedstawianie szczegółów zasilania prądem stałym w modelu obwodu prądu przemiennego. Fig. 12 jest stąd trójfazową wersją fig. 6A z pominięciem wskazywania na napięcie polaryzacji. Znane charakterystyki stałego napięcia zaporowego w kondensatorach powodują, że do analizy obwodu przemiennoprądowego szczegóły polaryzacji są niepotrzebne. Jeżeli jest wymagane, poziom stałego napięcia polaryzacji układu może być wskazany dla bezpieczeństwa oraz celów konserwacji. Warto zauważyć, że ten układ jest przedstawiony jako zastosowanie szeregowe. Jeżeli obciążenie prądu przemiennego jest przedstawione jako urządzenie ograniczające natężenie prądu takie jak opornik 3 Ω, wtedy to połączone obciążenie staje się urządzeniem korygującym współczynnik bocznikowanej mocy dla innych obciążeń prądu przemiennego po dowolnej stronie transformatora źródła. Urządzenie to może być nieregulowane lub regulowane. Jeżeli wskazane obciążenie wykonuje pracę użyteczną, wtedy korekcja współczynnika mocy jest dokonywana bez zwiększania mocy w ukł adzie. Dowolna reaktancja pojemnoś ciowa obwodu utworzona zgodnie ze sposobem opisanym w tym opisie będzie zasadniczo wykazywać charakterystykę końcówek nie-biegunowych kondensatorów z punktu widzenia źródła zasilania prądem przemiennym. Schemat ten jest więc pozbawiony niepotrzebnych szczegółów dotyczących konstrukcji, analizy oraz rozwiązywania problemów. Szczegóły włączenia kondensatorów spolaryzowanych mogą być określone jako niepotrzebne. Alternatywny schemat z odwróconymi krzywymi oraz liniami może być wykorzystany dla przedstawienia odwróconego ustawienia kondensatorów, jeżeli jest to potrzebne. Inne wielofazowe konfiguracje, w tym dziewięciofazowe oraz podobne mogą być w podobny sposób przedstawione. Warto zauważyć, że można pominąć parę szeregowych przeciwsobnych kondensato18

PL 199 220 B1 rów, takich jak 1209B w przypadku jeżeli parametry operacyjne sieci tego wymagają. Ujemne bieguny kondensatorów 1209A. 1209C mogą nadal być spolaryzowane poniżej poziomu źródła zasilania prądem przemiennym oraz obciążenia prądu przemiennego.

Figura 13 przedstawia trójfazowy, czteroprzewodowy układ zasilania prądem przemiennym z trójfazowym, elektrycznie odizolowanym, nieregulowanym źródłem zasilania prądem stałym do polaryzacji kondensatorów. Trójfazowe źródło zasilania prądem stałym (źródło napięcia stałego) 1301 jest wykorzystane dla polaryzacji w kierunku przewodzenia par spolaryzowanych kondensatorów 1309 stosownie do niniejszego wynalazku. W tym przykładzie, źródło zasilania prądem stałym 1301 ogólnie zawiera transformator podstawowy 1302A, transformator wtórny 1302B, mostek diodowy 1303, cewki dławikowe 1304 oraz 1305 oraz spolaryzowany kondensator 1306 oraz diodę 1307. Źródło zasilania prądem stałym razem z opornikiem 1308, diodami związane z węzłami 4-10 oraz połączenia diod i oporników związane z węzłami 1-3 stanowią źródło polaryzacji prądem stałym. Mostek diodowy 1303 jest trójfazowym, sześcio-impulsowym, urządzenie pełnookresowym. Szeregowe elementy diodowo/opornikowe łączą ujemną gałąź źródła zasilania prądem stałym odpowiednio do centralnych węzłów 1, 2 oraz 3 spolaryzowanego kondensatora jak to przedstawiono. Dodatnia gałąź źródła zasilania prądem stałym jest podłączona poprzez opornik 1308 oraz diody 1310 (numery diod 4-10) do spolaryzowanych węzłów 4-9 oraz do neutralnego przewodu układu 10. Szeregowe przeciwsobne diody 4 oraz 7 blokują przepływ prądu przemiennego z gałęzi A, równocześnie polaryzując prądem stałym szeregowe przeciwsobne kondensatory poprzez powyżej wymieniony centralny węzeł 1. Gałęzie B oraz C są w podobny sposób polaryzowane prądem stałym. Prąd przemienny jest przekazywany z źródła do obciążenia poprzez spolaryzowane prądem stałym szeregowe przeciwsobne kondensatory w gałęziach A, B oraz C. Jak pokazano, gałęzie A, B oraz C źródła zasilania prądem przemiennym równocześnie zasilają kondensatory oraz transformator podstawowy. Większa część mocy prądu przemiennego jest dostarczana do obciążenia prądu przemiennego. W podobny sposób może być zrealizowany inny, wielofazowy, przemiennoprądowy obwód łączący kondensatory. Jak wskazano wcześniej, zilustrowana realizacja źródła polaryzacji prądem stałym może być dowolna. Poszczególne zastosowania mogą wymagać naprzemiennych źródeł zasilania prądem stałym dla optymalnej pracy długoterminowej. Zazwyczaj w układach przemiennoprądowych, neutralny węzeł 10 będzie uziemiony w pojedynczym punkcie poprzez uziemienie, uziemiają cy opornik, cewkę indukcyjną lub kondensator. Warto zauważyć, że projekt izolacji elektrycznej charakteryzującej źródło zasilania prądem stałym 1301 traci niektóre funkcjonalności gdy jest podłączone do źródła zasilania prądem przemiennym, kondensatorów spolaryzowanych, obciążeń prądu przemiennego oraz uziemienia układu jeżeli takie istnieje.

Główna strona gałęzi transformatora trójkątnego 1302A oraz gałąź źródła zasilania prądem przemiennym (typu gwiazda, Scott Tee) zapewniają zapasowe ścieżki oraz tworzą jednolite napięcie odniesienia prądu stałego w stanie ustalonym na węzłach 4-10. Cewki indukcyjne 1304, 1305, dioda 1307 oraz opornik 1308 uniemożliwiają przewodzenie prądu przemiennego w układzie przez źródło zasilania prądem stałym. Centralne węzły 1, 2 oraz 3 urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego są utrzymywane przy niższym potencjale poprzez źródło zasilania prądem stałym 1301 zapewniając zasadniczo jednolite napięcie polaryzacji prądem stałym dla urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego. Ta wartość stałego napięcia polaryzacji nie jest zmieniane poprzez konwencję uziemienia układu prądu przemiennego. Warto zauważyć, że pojedyncze źródło zasilania prądem stałym polaryzuje trzy pary urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przedstawione w 1309. Te pary kondensatorów znajdują się przeważnie w boczniku napięcia stałego, lecz znajdują się w oddzielnych gałęziach zasilania prądem przemiennym. W rzeczywistości, każda gałąź każdej pary pojemnościowej jest przeważnie w boczniku napięcia stałego w stosunku do źródła zasilania prądem stałym 1301.

Figura 14 przedstawia przemienny trójfazowy, czteroprzewodowy układ prądu przemiennego z trójfazowym, nieuziemionym, nieregulowanym źródłem zasilania prądem stałym 1401 dla polaryzowania spolaryzowanych kondensatorów 1409. W opisywanym rozwiązaniu w miejscu układu diod 1310 wykorzystany jest układ oporników 1410. Zgodnie ze standardowym przybliżeniem inżynierskim, rząd wielkości różnic impedancji jest funkcjonalnie podobny do poprzedniego obwodu. Pojemnościowa impedancja prądu przemiennego jest niska tak, że przemiennoprądowe oporniki 50 Ω będą zasadniczo wykazywać takie samo zachowanie w 120:208[VAC] układzie

60Hz jak diody zaporowe prądu przemiennego w poprzednim obwodzie. Obwód wykorzystuje miliomowy (mΩ) ESR kondensatora w boczniku z węzłami 1-10 połączonymi z opornikiem 500 Ω

PL 199 220 B1 dla skutecznego kierowania prądu przemiennego poprzez kondensatory aniżeli przez obwód prądu stałego zgodnie z konwencją, że prąd przepływa przez ścieżkę o najmniejszym oporze. W tym przykładzie, wszystkie przedstawione składniki oprócz 1409 tworzą źródło polaryzacji prądem stałym. Przemienna metoda polaryzacji jest wykorzystana do pokazania, że wynalazek może zostać zrealizowany poprzez wiele takich schematów polaryzacji wykorzystujących wysoką impedancję prądu przemiennego.

Figura 15 przedstawia przemienny, indukcyjny sposób polaryzowania spolaryzowanych kondensatorów poprzednio przedstawionych na fig. 13 oraz fig. 14. Fig. 15 składa się z szeregowo ustawionego źródła zasilania prądem przemiennym, obciążenia oraz kondensatorów w układzie przeciwsobnym, oznaczonych jako 1509, trzech odrębnych trójfazowych cewek indukcyjnych oraz źródła zasilania prądem stałym 1501. Dodatnia gałąź źródła zasilania prądem stałym jest podłączona do wyjściowych diod P1 oraz P2, gdy ujemna gałąź jest podłączona do diody ograniczającej prąd z wyjściem N1. Na podstawie powyższego fragmentu dla specjalistów w dziedzinie jasne jest, że sugerowanych jest wiele dodatkowych schematów polaryzacji. Warto zauważyć, że w tym trójfazowym, trójprzewodowym (układ delta) układzie prądu przemiennego oznaczonym jako 1509, wyjście N1 jest połączone do złącz ujemnych kondensatora biegunowego poprzez cewki indukcyjne w węzłach 1-3 podczas gdy P1 oraz P2 są podłączone do dodatnich biegunów kondensatora 4-9. W ścieżce prądu stałego mogą być dodane szeregowe elementy oporowe dla dalszej redukcji prądu przemiennego poprzez źródło zasilania prądem stałym. Warto także zauważyć, że dla uproszczenia na schemacie został pominięty prostujący transformator izolujący. Odpowiednio dobrane cewki indukcyjne o wysokiej impedancji lub uzwojenie transformatora mogą być wykorzystane dla połączenia źródła zasilania prądem stałym do kondensatorów spolaryzowanych przy równoczesnym zapewnianiu możliwości blokowania prądu przemiennego.

To zjawisko zwiększa także i ryzyko. Uzwojenie magnetyczne lub mały opornik, umieszczone wzdłuż stałego napięcia polaryzacji tworzy zwarcie. To może tworzyć niszczące, warunki napięcia wstecznego na kondensatorach spolaryzowanych, jeżeli nie uważa się odpowiednio. Ryzyko polaryzacji wstecznej jest dobrze znane osobom posiadającym doświadczenie. Z tego powodu, normalnym trybem działania powinno być wykorzystanie zespołu kondensatorów spolaryzowanych jako jednostki. Filtry górno-przepustowe, dolno-przepustowe, środkowo-przepustowe oraz filtry zaporowe, złączone z węzłem centralnym, powinny być stosowane z wyjątkową ostrożnością z tych samych powodów.

Warto wspomnieć, że silniki oraz transformatory posiadają integralne uzwojenia. Warto również przypomnieć, że sprzęt do przekształcania energii zazwyczaj zawiera transformatory izolacyjne. Warto rozważyć transformator z poziomem dystrybucji obsługujący co najmniej jeden silnik przemiennoprądowy, poprzez ustawiony równolegle niniejszy wynalazek inne oprzyrządowanie. W tym prostym przypadku, po obu stronach obecna zespołu kondensatorów, zarówno po stronie źródła jak i obciążenia obecna jest cewka indukcyjna oraz ścieżki oporników. Jest to prawdziwe dla zasilanych linii połączeń typu gwiazda, Scott Tee, trójkąt, otwarty trójkąt oraz szeroki trójkąt oraz dla neutralnych linii jedynie w pierwszych trzech przypadkach. Warto takż e zauważ y ć , ż e w przewa ż ającej liczbie przypadków, uziemienia w układach zasilania prądem przemiennym są typu półprzewodnikowego, oporowego lub indukcyjnego. W trybie działania normalnego stanu ustalonego, w zwyczajnej jednofazowej lub wielofazowej sieci elektrycznej, istnieją dodatkowe ścieżki napięcia polaryzacji prądem stałym prowadzące do kondensatorów. Wewnętrzne węzły zespołu kondensatorów mogą być dodatkowo połączone; jednakże, z powodu powyższych warunków, rzadko będzie rozważane jako niezbędne dla zewnętrznych węzłów.

Figura 16 przedstawia obwód 1600, który zapewnia wdrożenie niniejszego wynalazku odpowiedniego dla jednofazowego układu 120:240[VAC]. To jest najbardziej powszechny schemat dystrybucji zasilania przemiennego wykorzystywanego w gospodarstwach domowych w USA. Warto zauważyć, że szeregowy przeciwsobny zespół kondensatora 1609 jest obecny w każdej zasilanej gałęzi, choć mógłby być zastosowany zespół neutralny. Złącza węzłów prądu stałego zespołu kondensatora są polaryzowane poniżej uziemienia układu. Szczegóły związane ze źródłem zasilania prądem stałym oraz blokowaniem prądu przemiennego są pominięte na schemacie dla uproszczenia rysunku. Uziemienie układu prądu przemiennego, gałęzie neutralne oraz zasilane są powierzchniami ekwipotencjalnymi w stosunku do stanu ustalonego prądu stałego. Dostępne są spolaryzowane kondensatory z dyskretnymi wartościami znamionowymi prądu pulsacyjnego. Równoległe kondensatory lub zespoły kondensatorów mogą być wymagane dla realizacji do20

PL 199 220 B1 wolnej wartości znamionowej prądu przemiennego. Parametry prądu w stanie nieustalonym (impuls oraz udar) i/lub stanie ustalonym mogą być wykorzystane dla określenia liczby oraz konstrukcji kondensatorów biegunowych wymaganych w danym zastosowaniu. Fig. 16 przedstawia równoległy zespół kondensatorów skonstruowanych z każdym wewnę trznym urządzeniem w boczniku. Równoległ e połączenia mogą być nieregulowane lub regulowane. Obciążenia prą du przemiennego dla takich zastosowań mogą być zasilane przez dwa albo trzy przewody 120 VAC lub przez dwa, trzy lub cztery przewody 240 VAC. Środkowa gałąź transformatora oraz neutralny przewód obciążenia są bezpośrednio uziemione w tym obwodzie.

Wartości parametrów sieci oraz cele takie jak rezonans mogą być osiągnięte poprzez podłączanie i odłączenie zespołów kondensatorów z sieci. To przełączanie może być osiągnięte ręcznie, elektromechanicznie lub poprzez elementy półprzewodnikowe. W wielu przypadkach (włączając w to bez ograniczenia elektrolityczne kondensatory aluminiowe), reaktancja pojemnościowa, szeregowa oporność, impedancja, trwałość, współczynnik rozproszenia oraz podobne, mogą być kontrolowane poprzez środki regulacji temperatury otoczenia oraz rdzenia. Te parametry kondensatora oraz trwałość kondensatora zależą od temperatury rdzenia i mogą być dostosowywane w jakiś sposób poprzez zmianę temperatury.

Jest pożądane aby utrzymać odpowiednią polaryzację równoległych jednostek prądem stałym. Także jest korzystne, by zapewnienia połączenia o wysokiej impedancji prądu przemiennego oraz niskiej oporności prądu stałego w pobliżu mechanizmu przełączającego w przypadku kontrolowanych jednostek przełączających. Warto zauważyć, że transformator źródła zapewnia dodatkową ścieżkę polaryzacji prądem stałym dla każdego rozgałęzienia obwodu 1600, z wyłączeniem złączy węzła prądu stałego. Obwód z fig. 16 może być mniej podatny na awarie kaskadowe poprzez oddzielne zabezpieczanie bezpiecznikiem ścieżki polaryzacji prądem stałym prowadzącej do gałęzi oraz centralnych węzłów, jak również ścieżki prądu przemiennego każdego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w gałęziach 120 V wyjścia 240:120 V. Obwód z fig. 16 może być dalej przekształcany w obwód dzielnika prądu przemiennego poprzez oddzielanie wyjść, oraz jeżeli jest to niezbędne, węzłów centralnych.

Figura 17 przedstawia zwykłą reprezentację wysokonapięciowego zastosowania spolaryzowanego kondensatora 4n+ oraz obwodu polaryzującego 1700. Obwód 1700 ogólnie zawiera źródło zasilania prądem przemiennym 1701, szeregowe przeciwsobne spolaryzowane kondensatory 1702-1705 oraz obciążenie prądu przemiennego 1716, jak również obwód polaryzacji prądem stałym. Źródło polaryzacji prądem stałym składa się z oporników 1706, 1707, 1708, 1713, 1714 oraz źródeł zasilania prądem stałym 1709-1712. Kondensatory 1702, 1703 są w układzie szeregowym, tak jak kondensatory 1704, 1705. Pary kondensatorów 1702, 1703 oraz 1704, 1705 są połączone w szeregowej konfiguracji przeciwsobnej prądu przemiennego. One są także zasadniczo zbocznikowane względem siebie. Stąd prąd stały ładowania, prąd upływowy oraz napięcie polaryzacji widoczne są równoległe konfiguracje dwu-kondensatorowe. Sygnał prądu przemiennego przechodzi jednakże przez to co stanowi w efekcie szeregową konfigurację czterech kondensatorów. Ten punkt jest znaczący przy określaniu maksymalnego napięcia kondensatora, gdy brana jest pod uwagę tolerancja elementów lub błąd. Ten system może być rozszerzony dla umożliwienia konstrukcji kondensatorów 6n+, 8n+ oraz kondensatorów przemiennoprądowych o wyż szych napię ciach przy wykorzystaniu kondensatorów spolaryzowanych. Warto zauważ yć , ż e utrzymywana jest całościowa symetria. W tym konkretnym zastosowaniu, napięcie polaryzacji jest wyłącznie dzielone na zewnątrz. To nie jest istotne, lecz jest ilustracją jednego ze sposobów polaryzacji. Tak jak jest w przypadku innych klas i rodzajów kondensatorów, kondensatory rzeczywiście zachowują się jak dzielniki napięcia zarówno dla prądu przemiennego oraz stałego w zakresie błędu elementu. Pojedyncze źródło zasilania prądem stałym lub dwa źródła zasilania prądem stałym mogą być zamienione na odpowiednie urządzenie zaporowe dla prądu przemiennego oraz warunki polaryzacji. Oporności rozdzielające mogą być skonfigurowane dla zapewnienia odpowiedniego podziału napięcia stałego polaryzacji oraz ulepszonego podziału napięcia przemiennego na kondensatorach 1702-1705. Ta oporowa sieć polaryzująca może zmniejszyć efekty różnic tolerancji składników kondensatorowych. Impedancja sieci zasilania prądem przemiennym, reaktancja pojemnościowa, zastępczy opór szeregowy oraz podobne wielkości, mogą być zwiększone poprzez przełączanie wewnątrz lub na zewnątrz jednego lub więcej kondensatorów połączonych szeregowo lub równolegle. Obudowy aluminiowe kondensatorów elektrolitycznych, skonstruowane zazwyczaj w celu rozpraszania ciepła, mogą być podłączone z biegunem ujemnym, rzadziej

PL 199 220 B1 aniżeli z uziemieniem układu, co stanowi sprawę wymagającą pewnej ostrożności. Innym obszarem zainteresowania jest to, że obecna jest możliwa do wykorzystywania asymetria w odniesieniu do podziału napięcia przemiennego oraz stałego. Patrząc od góry do dołu, istnieją trzy stany polaryzacji w kierunku przewodzenia. Podobne stany polaryzowania istnieją gdy patrzy się na układ z dołu do góry. Warto zauważyć, że to samo zakończenie udziału napięcia przemiennego może być zrealizowane poprzez dwie niezależne szeregowe przeciwsobne konfiguracje urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych na gałąź, co w tym obwodzie realizowane jest przez szeregową przeciwsobną konfigurację szeregową kondensatorów. Ten przemienny sposób umożliwia zastosowanie źródła polaryzacji o niższym napięciu stałym oraz zawiera bardziej rozległy przykład zasady stosowania przemiennej szeregowej topografii przemiennoprądowej istniejącej równocześnie z bocznikową topografią stałoprądową. Przykładem użyteczności powyższych obserwacji, jest to że 25% napięcia prądu przemiennego przyłożonego do zespołu kondensatorów jest obecne na dowolnym z kondensatorów. W zakresie tolerancji składników i/lub błędu, każdy może monitorować przyłożone napięcie prądu przemiennego przy zmniejszonym napięciu, i można bezpośrednio zastosować dowolne elementy elektroniczne wymagające polaryzacji.

W tradycyjnych projektach elektrycznych, unika się gdzie to możliwe zastosowania szeregowych kondensatorów. Najważniejszym powodem jest to, że dwa identyczne kondensatory połączone szeregowo będą posiadać połowę reaktancji pojemnościowej pojedynczego kondensatora. To jest niekorzystna sytuacja przy obecnie dostępnych technologiach wykonywania kondensatorów prądu przemiennego, wskutek niskiego poziomu reaktancji pojemnościowej, który może być uzyskany w sposób ekonomiczny. Zjawisko to jest jednakże nieznaczne w obecnym wynalazku. W niniejszym wynalazku zazwyczaj parametrem ograniczającym jest składowa zmienna prądu tętniącego, aniżeli reaktancja pojemnościowa. Niniejszy wynalazek zapewnia nadmiar reaktancji pojemnościowej poprzez wykorzystanie urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych.

Figura 18 przedstawia jeszcze inną realizację stanowiącą obwód 1800 według niniejszego wynalazku. Obwód 1800 wykorzystuje zmienne źródło zasilania prądem stałym 1801, którego wartości są proporcjonalne do napięcia prądu przemiennego na parze szeregowych przeciwsobnych kondensatorów 1809, dla pary kondensatorów 1809 spolaryzowanych w kierunku przewodzenia. To zapewnia że pary kondensatorów szeregowych przeciwsobnych 1809 pozostają wystarczająco spolaryzowane w kierunku przewodzenia w oparciu o wielkość przyłożonego sygnału prądu przemiennego. Pierwotna strona, pokazanego małego transformatora izolacyjnego jest zasilana poprzez napięcie zespół mechaniczny, szeregowy zespół przeciwsobnych kondensatorów 1809. Warto zauważyć, że pierwotna strona transformatora zachowuje się jako element zwierający dla dodatnich biegunów kondensatora. Jak zostało przedyskutowane w innym miejscu tego opisu, dowolna cewka indukcyjna wykazuje taką charakterystykę fizyczną. Stosunek uzwojenia pierwotnego do wtórnego transformatora mieści się pomiędzy 1:1 oraz 2:1 i jest odpowiedni dla 1 Ω lub 3Ω zastosowań opisanego obwodu. Pełnookresowy mostek diodowy, z filtrem, jest połączony do wtórnego uzwojenia transformatora. Elektrycznie odizolowane, filtrowane wyjście jest następnie połączone z szeregowymi kondensatorami przeciwsobnymi jako źródło zasilania prądem stałym. Opornik 1803 oraz dioda 1802 służą jako urządzenia zaporowe dla prądu przemiennego oraz jako połączenie polaryzujące prowadzące z węzła złącza prądu stałego kondensatora m do ujemnego bieguna źródła napięcia stałego. Ze wzrostem spadu napięcia przemiennego na kondensatorze (przyłożone napięcie), stałe napięcie polaryzacji będzie wzrastać. Jeżeli spadek napięcia przemiennego na kondensatorze będzie maleć, napięcie polaryzacji zacznie powoli opadać. Tak więc, ta konfiguracja posiada cechy sprzężenia zwrotnego i dynamicznie odpowiada na potrzeby zwiększonego stałego napięcia polaryzacji. Opornik ładujący 1804 jest przedstawiony w boczniku z obciążeniem prądu przemiennego. Jest to wstępnie ładujący opornik, który jest często wykorzystywany przez specjalistów w dziedzinie dla poprawienia regulacji napięcia. Ta polaryzacja z fig. 18 może być wykorzystana dla zapewnienia ciągłej polaryzacji w kierunku przewodzenia dla obu gałęzi kondensatora. Jest ona odpowiednia do radzenia sobie z wymaganiami rezonansowej polaryzacji układu przemiennoprądowego w stanie nie-ustalonym, jeżeli wielkości znamionowe składników są odpowiednie. Różne zastosowania mogą zawierać oporniki w dodatniej gałęzi polaryzacji prądem stałym. Warto zauważyć, że w wielu zastosowaniach może być pożądane zastosowanie zapasowego źródła polaryzacji prądem stałym. Zmniejszenie wpływu elementów układu jest celem projektowania obwodów elektrycznych z fig. 18. Może być skonstru22

PL 199 220 B1 owany analogiczny układ, w którym, izolacja elektryczna prądu stałego jest zapewniona poprzez kondensatory.

Figura 19 przedstawia przemiennoprądowy silnik indukcyjny (lub silnik jednofazowy z fazą pomocniczą) z kondensatorem wykorzystujący urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego według niniejszego wynalazku. Pokazane są: źródło zasilania prądem przemiennym 1904, przełącznik 1902, para urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego 1903 oraz uzwojenia silnika (statora) 1900, 1901. Szczegóły obwodu polaryzacji prądem stałym oraz szczegóły rotora są pominięte. Uzwojenie silnika (statora) jest w boczniku z zespołem uzwojenia silnika 1900 i pary urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego 1903. Przełącznik 1902 jest zamknięty dla podłączenia źródła zasilania prądem przemiennym 1904. Silniki jednofazowe z fazą pomocniczą (i/lub pojemnościowe przemiennoprądowe silniki indukcyjne) zapewniają początkowy moment obrotowy oraz pole wirujące. Szeregowe połączenia zespołu uzwojenia silnika 1900 i pary urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego 1903 tworzą jednostkowy lub lekko wyprzedzający współczynnik mocy. To powoduje, że prąd przepływający poprzez uzwojenia silnika 1900 oraz 1901 wyprzedza fazę o około 90°. Nie istnieje potrzeba rozłączania uzwojenia silnika 1900 ponieważ, wynalazek jest odpowiedni dla pracy ciągłej. To 90° przesunięcie fazy może zlikwidować lub zmniejszyć charakterystykę 120 Hz mechanicznych wibracji (pulsacji) silnika jednofazowego. Alternatywnie, uzwojenie silnika 1901 może być rozłączone po rozruchu. Dowolny z wymienionych sposobów moż e być wykorzystany dla konfiguracji obwodu, który jest przypadkowo bliski rezonansu podczas stanu ustalonego i/lub rozruchu.

Figura 20 przedstawia zestrojony szeregowy obwód LC 2000, składający się z cewki indukcyjnej 2001 oraz pary urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych 2002 według bieżącego wynalazku. Półprzewodnikowy (jednostronny statyczny) przełącznik 2003 składający się na tym rysunku z szeregowych przeciwsobnych tyrystorów jest w boczniku z parą urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych 2002. Opornik 2004 stanowi obciążenie w stanie ustalonym. Szeregowe i/lub równoległe połączenie cewek indukcyjnych oraz kondensatorów jest zazwyczaj oznaczane w handlu jako obwód LC i jest dość często wykorzystywane do celów filtracji. Szczegóły związane polaryzacją prądem stałym są pominięte dla uproszczenia. Gdy poprzez zamknięcie przełącznika 2005 ustalane są warunki błędu, detektor prądu (torus) 2006 wykrywa szybko wzrastające natężenie prąd. Zamiennie, w celu wykrycia warunków szkodliwych dla sieci zastosowany może być mechanizm wykrywający napięcie, detekcja uszkodzenia uziemienia lub sposoby alternatywne. Sygnał jest roboczo połączony z przełącznikiem półprzewodnikowym poprzez handlowo dostępny obwód. Gdy przełącznik półprzewodnikowy zewrze urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych 2002 według niniejszego wynalazku, rezonansowy obwód środkowo-przepustowy staje się całkowicie indukcyjny oraz staje się elementem ograniczającym prąd. Czas odpowiedzi dostępnych handlowo przełączników półprzewodnikowych jest krótszy niż cykl. Warto zauważyć, że przełącznik podobny do 2003 może być umieszczony zasadniczo w boczniku przez cewkę indukcyjną 2001. To zapewni zdolność do strojenia parametrów sieci zasilania prądem przemiennym w stanie ustalonym poprzez zwieranie nadmiernej indukcyjności. Podobne mechanizmy strojenia i rozstrajania mogą być skonstruowane dla bocznika obwodu LC oraz rozwiązań hybrydowych.

Figura 21 przedstawia zespół 2100, który zawiera cztery spolaryzowane kondensatory 2101 do 2104 mechanicznie zawieszone przy pomocy nie przewodzących pionowych taśm 2111 oraz 2112, połączonych z przewodnikami 2107, 2108. Kondensatory 2101 oraz 2102 są w boczniku poprzez ujemny przewód słupkowy 2105 oraz przewodzący wymiennik ciepła 2107, podobnie jak kondensatory 2103 oraz 2104 połączone przez przewody 2106 oraz 2108. Dodatni biegun szyny zbiorczej kondensatora oraz szczegóły obwodu polaryzacji są pominięte dla uproszczenia. Dla tego przykładu wybrane zostały spolaryzowane kondensatory z integralnymi podstawami w postaci bolców ze względu na ich zdolności przewodzenia ciepła. Przewodnik 2107 ma zasadniczo ten sam potencjał jak przewodnik 2105 oraz obudowy 2101, 2102. Podobnie 2108 oraz 2106 oraz obudowy 2103, 2104 są w pozornym zwarciu w większości dostępnych handlowo kondensatorach elektrolitycznych o dużych obudowach. Poziom płynnego dielektryka (oleju) znajduje się powyżej przewodników 2107 oraz 2108 w celu rozpraszania ciepła bez wymagań dotyczących połączenia elektrycznego. Poziom oleju może wzrosnąć powyżej obudowy kondensatora dla maksymalizowania zabezpieczenia przed spięciem elektrycznym jeżeli utrzymywane są suche połączenia oraz czyste odpowietrzniki ciśnieniowe kondensatora. Pokazane są mechaniczne rurki uproszczonego

PL 199 220 B1 zewnętrznego wymiennika ciepła 2109. Prosta konstrukcja ujawnia sposób zapewniania izolacji elektrycznej oraz regulacji temperatury dla działania urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych w stanie ustalonym. Trwałość urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych oraz parametry pojemnościowe mogą być zmieniane poprzez dostosowanie temperatury oleju. Zabezpieczenie elektryczne jest zapewnione poprzez charakterystyki izolacyjne płynnego dielektryka oraz łączników izolujących. Określenie „płynny dielektryk nie zamierza wyłączać izolacji oraz regulacji ciepła poprzez dielektryki w stanie stałym oraz gazowym wykazujących przewodnictwo cieplne, konwekcją, promieniowanie i/lub zdolności przenoszenia fononu oraz jest raczej określeniem ilustrującym, a nie ograniczającym. Różne sposoby łączenia izolacyjnego oraz sposoby utrzymywania dobrego kontaktu elektrycznego w kadziach olejowych są podobne do tych znanych w dziedzinie. Izolująca nakrywka, nasuwka, uszczelka, tuleja lub odpowietrzająca rurka i/lub sposoby suchych połączeń oraz produkty takie jak 'chico' oraz silikon są przykładami takich sposobów. Wzmocnienie chłodzenia oraz bezpieczeństwo elektryczne może być również osiągnięte poprzez zwiększony przepływ strumienia powietrza w bezpiecznej obudowie spełniającej wewnętrzne specyfikacje zabezpieczenia IP-20. Integralna konstrukcja wymiennika ciepła może być wykorzystana w 2107, 2108 oraz w obudowie dla dalszej zwiększonej efektywności wymiany ciepła. Warto zauważyć, że zewnętrzny wymiennik ciepła 2109 może być połączony do różnych mechanizmów ogrzewania i/lub chłodzenia, takich jak łaźnia wodna lub pompy cieplne. Korzystne rozwiązania zmieniają się ze zmianą poziomu mocy urządzenia, temperatury otoczenia, optymalnych parametrów kondensatora, bezpieczeństwem elektrycznym oraz podobnych ograniczeń. Dodatkowo, urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych oraz ich połączenia mogą być dla potrzeb przewodzenia ciepła skonstruowane z wieloma biegunami elektrycznymi wystawionymi na dotyk osób obsługujących, poprzez obudowę lub alternatywnie poprzez rozbudowane wymienniki ciepła. Takie konstrukcje związane będą również z kwestiami zabezpieczeń, a ponadto zwiększają wykorzystanie regulacji temperatury w połączeniu z względami bezpieczeństwa elektrycznego. Różne techniki wytwarzania wykorzystujące konstrukcje „obudowa w obudowie”, różne stany skupienia materii, transport masy oraz podobne technik, mogą znaleźć zasadnicze zastosowanie w regulacji ciepła dla zastosowań bieżącego wynalazku. Podobnie, w trakcie rozważania projektu izolacji elektrycznej, jest możliwe bezpośrednie wstawienie wymiennika ciepła do obudowy kondensatora.

Figura 22 przedstawia obwód 2200 składający się z źródła zasilania prądem przemiennym 2201, autotransformatora 2202, opornika 2203, prostownika 2204, przełącznika 2205, spolaryzowanych kondensatorów 2206, 2207 oraz obciążenia prądu przemiennego 2208. Autotransformator 2202 reguluje napięcie przemienne układu przyłożone do obwodu ładującego składającego się z opornika 2203 oraz diody 2204 będących pod innym napięciem aniżeli napięcie układu prądu przemiennego. Opcjonalny opornik obciążający 2209 łączy kondensator 2206 z obwodem ładującym. Obwód ładujący będzie utrzymywać spolaryzowane kondensatory pod dowolnym z góry ustalonym stałym napięciem polaryzującym do momentu połączenia z obciążeniem. Jest także możliwe uzyskanie zdolności działania ciągłego poprzez wykorzystanie pół-zakresowego albo pełnozakresowego mostka prostującego oraz innych podobnych sposobów. Mogą być wykorzystane alternatywne metody uzyskiwania elektrycznej izolacji odpowiednie dla utrzymywania ciągłego stałego napięcia polaryzacji kondensatorów spolaryzowanych. Układ ten może być ponownie zaprojektowany w celu zapewnienia elektrycznej izolacji prądu stałego przed napięciem stałym poprzez podłączenie autotransformatora do źródła prądu przemiennego przez dwa kondensatory. Ponadto, warto zauważyć, że dwa kondensatory mogą stanowić przeciwsobny układ równoległy urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych. Ten sposób może być wykorzystany w zastosowaniach związanych z przekształcaniem energii, takich jak prostowniki oraz przemienniki. Obwód może być samo polaryzujący się, tzn. nie musi potrzebować obwodu kontrolującego. Ten obwód przede wszystkim, ilustruje wykorzystanie autotransformatora w obwodzie polaryzacji dla osiągnięcia wybranego poziomu napięcia polaryzacji. W celu regulacji poziomu stałego napięcia polaryzacji, w układzie można zawrzeć przełączniki zaczepów, kontrolowane prostowniki oraz podobne elementy.

Figura 23 przedstawia źródło zasilania prądem przemiennym 2301, spolaryzowane kondensatory 2302, 2303, kontrolowane prostowniki 2304, opornik ograniczający prąd 2305, opornik obciążający 2306, przełącznik 2307 oraz obciążenie 2308. Kontrolowany prostownik, taki jak IGBT, tranzystor, tyrystor lub podobny element może być włączany lub wyłączany dla kontrolowa24

PL 199 220 B1 nia poziomu stałego napięcia polaryzacji. Prostowanie połowy okresu zachodzi gdy prąd przemienny przepływa poprzez kondensator 2302, prostownik 2304 oraz opornik ograniczający prąd 2305. Wstępnie obciążający opornik 2306 o wysokiej impedancji może być pominięty. Ten obwód posiada możliwość zwiększania oraz utrzymania regulowanego ładunku polaryzującego kondensator, bez przeładowania kondensatorów. Szczegóły obwodu kontroli prostowania są pomijane, ponieważ takie obwody kontroli są dostępne handlowo a techniki ich projektowania są znane specjalistom w tej dziedzinie. Warto zauważyć, że taka konfiguracja będzie działać przy niskich sygnałach oraz może być wykorzystywana w warunkach stanu nieustalonego i/lub ustalonego. Warto również zauważyć, że niekontrolowane prostowniki (diody) mogą być zastosowane zamiast 2304. Obwód ustanowi oraz utrzyma stałe napięcie polaryzacji na kondensatorach 2302, 2303 przeważnie równe wartości napięcia od zera do szczytowej wartości źródła prądu przemiennego 2301. Prąd stały płynący poprzez opornik 2305 w stanie ustalonym jest zasadniczo równy stałemu prądowi upływowemu kondensatorów 2302, 2303.

Figura 23A przedstawia uproszczony obwód 23 dla bardziej jasnego ujawnienia mechanizmu ładowania. Elementy obwodu są ponownie ustawione dla wycięcia wyprzedzenia. Gdy kontrolowany prostownik 2304 jest włączony, jedna połówka okresu lub jej część powoduje przepływ prądu prostującego oraz gromadzenie ładunku na kondensatorze 2302. Opornik 2305 lub podobne urządzenie zmniejsza prąd w stanie nieustalonym (stały prąd polaryzacji, pół okresu) oraz pozostawia obciążenie (nie przedstawione) włączone. Nie ma znaczącego przepływu prądu przemiennego w stanie ustalonym przez opornik 2305.

Figura 24 przedstawia źródło zasilania prądem przemiennym 2401, diodę Zenera 2402, diodę 2403, kondensatory spolaryzowane 2404, 2405, diodę zaporową 2406, opornik zaporowy 2407, opornik opcjonalny 2408, przełącznik 2409, obciążenie prądu przemiennego 2410 oraz cewkę indukcyjną. To jest niekontrolowana wersja obwodu fig. 23. Dioda Zenera 2402 w układzie szeregowym przeciwsobnym z diodą 2403 oraz cewką indukcyjną 2411 będzie ograniczać napięcie polaryzacji kondensatora bez użycia obwodu kontrolującego. Część nadmiarowego napięcia polaryzacji prądem stałym jest przewodzona oraz rozpraszana poprzez diodę Zenera 2402, diodę 2403 oraz cewkę indukcyjną 2411. Warto zauważyć, że w zależności od doboru wartości składników, konfiguracja ta może wykluczyć możliwość działania w warunkach niskich sygnałów. Warto zauważyć, że cewka indukcyjna 2411 może być zamieniona na opornik lub inny odpowiedni element zaporowy dla prądu przemiennego oraz rozpraszający prąd stały.

Figura 25 przedstawia obwód 2500, składający się ze źródła zasilania prądem przemiennym 2502, kondensatorów spolaryzowanych 2512, 2514 oraz obciążenia prądu przemiennego 2520. Przedstawiono również źródło polaryzacji napięciem stałym składające się z oporników 2503, 2505, 2507, 2509, diody 2521 oraz źródło napięcia stałego 2522, które funkcjonuje nawet gdy źródło zasilania prądem przemiennym lub obciążenie są odłączone od obwodu. Źródło polaryzacji prądem stałym ustanawia oraz utrzymuje napięcie polaryzacji w kierunku przewodzenia kondensatorów 2512, 2514. Oporniki 2503, 2505, 2507, 2509 oraz dioda 2521 równo rozkładają napięcie stałe na kondensatorach oraz zapobiegają omijaniu kondensatorów przez znaczne natężenia prądu przemiennego. Warto zauważyć, że dowolny pojedynczy węzeł tego obwodu może być czynnie połączony do uziemienia układu. Na tej ilustracji, obciążenie prądu przemiennego oraz źródło zasilania prądem przemiennym mogą działać przy różnych stałych napięciach odniesienia.

Pomiędzy innymi rzeczami, rysunek obwodu pokazuje, że konfiguracja szeregowych przeciwsobnych urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych (polaryzowane kondensatory 2512 oraz 2514 na rysunku) mogą posiadać więcej aniżeli jeden węzeł złącza prądu stałego. Pierwszy węzeł złącza prądu stałego, który zawiera urządzenia przemiennoprądowe - oporniki 2507, 2509 na dodatnich złączach kondensatora, jest połączony z obciążeniem prądu przemiennego, a drugi węzeł złącza stałego, który zawiera urządzenia przemiennoprądowe - oporniki 2503, 2505, na ujemnych złączach kondensatora jest podłączony do źródła zasilania prądem przemiennym. Ponadto, obwód ujawnia, że orientacja kondensatora może być arbitralnie określona jako dodatnia do dodatniej, ujemna do ujemnej, lub z oddzielaniem urządzeń przemiennoprądowych, bez pierwszorzędowego wpływu na przenoszenie mocy prądu przemiennego w uziemionych zastosowaniach, oraz że szczegóły związane z prądem stałym mają niewiele wspólnego z przenoszeniem mocy prądu przemiennego.

Figura 26 opisuje obwód 2600, składający się z źródła zasilania prądem przemiennym 2602, obciążenia prądu przemiennego 2622 oraz par spolaryzowanych kondensatorów 2604,

PL 199 220 B1

2606 oraz 2608, 2610. Związany obwód polaryzacji prądem stałym jest zasilany ze źródła napięcia stałego 2618 a prąd płynie przez diodę szeregową 2621 oraz opornik szeregowy 2619 oraz przez powiązane oporniki rozdzielcze 2605, 2615, 2603, 2607, 2609, 2611, 2613 oraz 2617. Warto zauważyć, że oporniki 2605, 2615 utrzymują jednolite napięcie stałe na dodatnich węzłach prądu stałego kondensatorów 2604, 2606 oraz 2608, 2610. Podobnie ujemne węzły prądu stałego kondensatorów utrzymywane są pod wspólnym napięciem odniesienia poprzez oporniki 2603, 2607, 2609, 2611, 2613, 2617. Dioda 2621 oraz opornik 2619 służą do blokowania prądu przemiennego przed przepływaniem przez źródło napięcia stałego 2618. Punkt A przedstawia punkt połączenia do obwodu wyższego napięcia polaryzacji. Odpowiednio dobrane wartości oporników mogą służyć do zmniejszenia efektów zmian składowych kondensatora na podział napięcia prądu przemiennego. Obwód 2600 ilustruje wykorzystanie pojedynczego źródła niskiego napięcia stałego do polaryzacji dwóch szeregowych przeciwsobnych par kondensatorów spolaryzowanych, które są rozmieszczone w sposób szeregowy. Każdy z kondensatorów jest położony zasadniczo w boczniku prądu stałego ze źródłem napięcia stałego oraz innymi kondensatorami. Jest jasne, że trzy lub więcej par szeregowych przeciwsobnych kondensatorów w konfiguracji szeregowej mogą być podobnie polaryzowane poprzez pojedyncze źródło niskiego napięcia przy pomocy odpowiedniej sieci rozdzielania napięcia polaryzacji.

Figura 27 przedstawia obwód 2700 zawierający źródło zasilania prądem przemiennym 2702, transformator izolacyjny 2704 oraz szeregowe przeciwsobne kondensatory spolaryzowane 2706, 2708. Obwód zawiera również źródło polaryzacji prądem stałym składające się z mostka tyrystorowego 2709-2715, cewek 2717, 2719, oporników polaryzujących 2723-2729 oraz kondensatora filtrującego 2721 połączonych z dodatnim biegunem kondensatorów 2706, 2708 przez węzeł X. Podobne połączenie blokujące prąd przemienny ujemnego wyjścia ujemnych biegunów kondensatorów 2706, 2708 nie jest pokazane. Wyprostowana fala wyjściowa jest filtrowana przez cewki 2717, 2719 oraz kondensator polaryzujący 2721 oraz przenoszona do obciążenia prądu stałego 2730. Mała część dostępnej mocy prądu stałego jest wykorzystana dla polaryzacji w kierunku przewodzenia kondensatorów 2706, 2708 gdy odpowiednie urządzenia blokujące prąd przemienny łączą ujemne bieguny kondensatora z ujemnym biegunem źródła napięcia stałego. Ta konfiguracja ilustruje zaporową cechę dla prądu stałego spolaryzowanego kondensatora w zastosowaniu przemiennoprądowym. Pokazuje również sposób wykorzystania utworzonego stałego napięcia w zwykłym zastosowaniu, takim jak ładowarka do baterii lub zasilacz prądu stałego. Kondensatory szeregowe przeciwsobne są wykorzystane do zapewnienia źródła napięcia stałego w zastosowaniach ogólnych. Alternatywnie, do polaryzacji kondensatorów w kierunku przewodzenia może być wykorzystane oddzielne źródło polaryzacji prądem stałym.

Figura 28 ujawnia obwód 2800. Obwód 2800 składa się z trójfazowego transformatora izolacyjnego 2802, 2814 spolaryzowanych kondensatorów 2804, 2806, 2808, źródła napięcia stałego 2810 oraz opornika 2811. Spolaryzowane kondensatory 2804, 2806, 2808 znajdują się w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej analogicznie do obwodów jednofazowych z fig. 25, 27. Odpowiednie napięcie polaryzacji w kierunku przewodzenia jest przyłożone do kondensatorów 2804, 2806, 2808 poprzez węzły złącza prądu stałego, które obejmuje cewki indukcyjne 2802, 2814. Źródło polaryzacji prądem stałym składa się z elektrycznie izolowanego źródła zasilania prądem stałym 2810 oraz szeregowego opornika 2811. Źródło polaryzacji prądem stałym znajduje się w bezpośrednim boczniku z kondensatorem 2808 oraz zasadniczo w boczniku prądu stałego z kondensatorami 2804, 2806. Cewka indukcyjna (uzwojenia transformatora) pierwotnej strony 2802 przykłada dodatnie stałe napięcie odniesienia polaryzacji do dodatnich końcówek kondensatorów 2804, 2806. Podobnie uzwojenie transformatora 2814A (nie pierwotna strona) łączy ujemne bieguny kondensatora z ujemnymi biegunami źródła polaryzacji prądem stałym. Dodatkowe źródło polaryzacji napięciem stałym może być wykorzystane dla zwiększenia solidności projektu. Ten rysunek przedstawia rozmieszczenie układu bocznika napięcia stałego wykorzystującego pojedynczy spolaryzowany kondensator w każdej zasilanej gałęzi wielofazowego układu prądu przemiennego. Jak zostało przedstawione, ten układ jest kompatybilny z pojedynczym punktem uziemienia, lecz nie jest on wymagany do działania. Podobne układ obwodu mógłby być zastosowany w połączeniu silnik - generator. Ten obwód ponadto przedstawia wielofazową konfigurację szeregową przeciwsobną prądu przemiennego oraz sposób ciągłej polaryzacji w kierunku przewodzenia.

Figura 29 przedstawia obwód 2900, który jednofazową siecią 240:120 VAC zazwyczaj wykorzystywaną w budynkach mieszkalnych w USA. Obwód 2900 składa się ze źródła zasilania

PL 199 220 B1 prądem przemiennym 2902, transformatora źródła zasilania prądem przemiennym 2904, kondensatorów spolaryzowanych 2906, 2908, 2910, źródła zasilania prądem stałym 2913, opornik zaporowy prądu przemiennego 2911 oraz obciążeń prądu przemiennego 2912, 2914, 2916, 2918. Układ szeregowych przeciwsobnych kondensatorów w obwodzie 2900 składa się z pojedynczego spolaryzowanego kondensatora w każdej gałęzi. Źródło polaryzacji prądem stałym składające się ze źródła napięcia stałego 2913 oraz opornika zaporowego prądu przemiennego 2911 jest w boczniku ze spolaryzowanym kondensatorem 2910 oraz zasadniczo w boczniku ze spolaryzowanymi kondensatorami 2906, 2908 przy wykorzystaniu uzwojeń transformatora oraz obciążeń prądu przemiennego. Warto zauważyć, że obciążenia prądu przemiennego 2912, 2914 są zasilane poprzez 120 VAC, obciążenie prądu przemiennego 2916 przez trzy przewody 120:240 VAC a obciążenie prądu przemiennego 2918 jest zasilane przez dwa przewody 240 VAC. Ten obwód ilustruje alternatywną konfigurację szeregowych przeciwsobnych kondensatorów, przedstawioną na fig. 16. Warto zauważyć, że wtórne uzwojenie źródłowego transformatora lub neutralny węzeł połączone do dodatniego bieguna kondensatora 2908 oraz obciążeń prądu przemiennego 2912, 2914, 2916 mogą być uziemione. Warto zauważyć, że w tej konfiguracji, oba uzwojenia nie mogą być jednocześnie uziemione. Pętla uziemienia będzie zwierać stałe napięcie polaryzacji. Warto zauważyć, że elementy obwodu prądu przemiennego oddzielają spolaryzowane kondensatory w tej szeregowej przeciwsobnej konfiguracji urządzeń do przechowywania polaryzowanych ładunków elektrycznych i w stanie ustalonym zachowują się jak elementy zwierające prąd stały. To stanowi inny przykład węzła złącza zasilania prądem stałym zawierającego elementy obwodu zasilania prądem przemiennym wewnątrz połączenia kondensatorów prądu stałego.

Figura 30 przedstawia obwód 3000, stanowiący jednofazowy obwód zasilania prądem przemiennym wykorzystujący pojedynczą diodę dla ustanowienia oraz utrzymywania stałego napięcia polaryzacji przyłożonego do pary szeregowych przeciwsobnych kondensatorów. Obwód 3000 składa się z źródła zasilania prądem przemiennym 3001, transformatora źródła 3003, pary szeregowych kondensatorów przeciwsobnych 3013, 3015, obciążenia prądu przemiennego 3020 oraz obwodu polaryzacji prądem stałym zawierającego kondensator spolaryzowany 3005, prostownik 3007 oraz oporniki 3009, 3011. Prostownik 3007 oraz oporniki 3009, 3011 będą ładować kondensatory 3005, 3013, 3015 oraz zasadniczo blokować prąd przemienny w stanie ustalonym. Szczegóły połączenia pomiędzy opornikiem 3011 oraz obciążeniem prądu przemiennego 3020 zostały pominięte ze względu na uproszczenie. Źródło zasilania prądem stałym jest odpowiednie do pracy ciągłej ale nie zapewnia pełnego prostowania fali. Małe wymagania dotyczące mocy prądu stałego w stanie ustalonym kondensatorów spolaryzowanych sprawiają, że jest to bardzo użyteczny oraz ekonomiczny projekt. Pierwotne uzwojenie transformatora źródła zasilania prądem przemiennym 3003 oraz źródło zasilania prądem przemiennym 3001 nie będą oczywiście „widzieć prądu stałego ze strony wtórnej transformatora. Odbite składowe harmoniczne z powodu prostowania połowy okresu będą powodować małe trudności dla źródła zasilania prądem przemiennym z powodu malutkiego obciążenia mocą prądu stałego w stanie ustalonym względem obciążenia prądu przemiennego. Figura 30 przedstawia proste wdrożenie obwodu odpowiedniego do pracy ciągłej.

Podstawową rzeczą rozważaną podczas projektowania jest wybór technologii oraz konfiguracji urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego. Ograniczenia związane z zakresem napięcia stałego muszą być rozważane szczegółowo. Na przykład, przemysłowe baterie elektrochemiczne niklowo-kadmowe (NiCad) posiadają napięcie nominalne o wartości od około 1,2 V na ogniwo. Te ogniwa muszą pracować z jednakowym napięciem ładowania oraz ostatecznym napięciem rozładowania o wartościach równych odpowiednio 1,7 oraz 1,0 V na ogniwo. Projektowany zakres napięcia wynosi zazwyczaj 1,05 - 1,5 V na ogniwo. Wybrana liczba ogniw baterii będzie wtedy zgodna z elementami i/lub napięciem prądu przemiennego układu i/lub rezonansowym napięciem prądu przemiennego. Składowa zmienna prądu tętniącego dostarczana przez ogniwa baterii będzie wykorzystana do określenia liczby i/lub ciągów równoległych ogniw baterii wymaganych dla zastosowań przemiennoprądowych. Regulowane urządzenie ładujące baterie będzie wtedy wybrane w celu odpowiedniego utrzymywania baterii elektrochemicznej w stanie naładowania. Każde urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego lub połączenie takich urządzeń będzie wymagać analogicznych kroków projektowania układu prądu stałego, które są znane specjalistom w dziedzinie. Więcej szczegółowych opisów kroków projektowania dla aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych jest przedstawionych w niniejszym opisie.

PL 199 220 B1

Wierność przenoszenia kształtu fali jest ważna i jest wzmocniona znacząco wskutek pozostawania w warunkach niskich sygnałów prądu przemiennego. Niniejszy wynalazek jest skonfigurowany tak aby pozostawał w takim zakresie warunków pracy w dowolnym stopniu.

Typowy parametr ograniczający projekt, według niniejszego wynalazku, zastosowań obwodu jest dopuszczalna składowa zmienna prądu tętniącego. Należy rozważać zarówno prąd obciążenia stanu ustalonego oraz stanu nieustalonego. Dla wielu celów, składowa zmienna prądu tętniącego może być rozważana jako dopuszczalny prąd przesuniecie w przedstawianym wynalazku. Nominalne parametry kondensatora o jakości do zastosowań komputerowych, jest oparta na 120 Hz. Charakterystyka częstotliwościowa, składowa zmienna prądu tętniącego, współczynnik zestopniowania, dla typowego kondensatora o jakości do zastosowań komputerowych działającego przy częstotliwości 60 Hz wynosi 0,8. Niniejszy wynalazek zapewnia duży zapas reaktancji pojemnościowej. Stąd, jest możliwe zmniejszenie prądu przemiennego przepływającego przez dany kondensator do dowolnej wartości. To jest dokonane poprzez proste i wygodne zwiększanie liczby zespołów kondensatorów biegunowych w połączeniu równoległym. Kondensatory bocznikowe będą dalej obniżać impedancję prądu przemiennego i mogą być wykorzystane jako mechanizm regulacji napięcia obciążenia, gdy jest ono regulowane w czasie.

Parametr projektowania obwodu, który powinien być rozważany jest obciążalność prądowa dla prądu przemiennego. Wymagania zastosowań w stanie nieustalonym wymagania powinny być rozważane jako kluczowe zagadnienia jeżeli chodzi o pomyślne zastosowanie niniejszego wynalazku. Początkowe prądy rozruchowe transformatora oraz prądy uruchamiania silnika są głównym parametrem podczas wyboru wielkości spolaryzowanych kondensatorów polarnych według niniejszego wynalazku. Drugą i powiązaną kwestią do rozważenia jest szeregowa impedancja zespołu kondensatorów. Generowanie ciepła wskutek stratami I²R jest kluczową sprawą dla trwałości kondensatora. Nadmierne generowanie ciepła wywiera niszczący wpływ na kondensatory spolaryzowane i/lub inne urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego. Zazwyczaj nie jest potrzebne uwzględnianie reaktancji pojemnościowej urządzenia jako parametru jego wielkości.

Wiele zastosowań stanowią układy trójfazowe lub jednofazowe układy trójprzewodowe. Stąd pojawić się mogą niejasności co doboru odpowiednich kroków projektowania. Zastosowanie pojedynczego kondensatora w każdej gałęzi może być relatywnie jasne, lecz dla pary lub konfiguracji szeregowych przeciwsobnych kondensatorów w każdej gałęzi będą występować różnice napięć pomiędzy różnymi urządzeniami oraz wewnątrz urządzenia. Na przykład, w schemacie 120:208 VAC, z powodu szeregowego połączenia dwóch gałęzi, uszkodzenie połączenia gałąź do gałęzi między urządzeniami będzie widziane jako 104[VAC] Z drugiej strony, uszkodzenie wewnątrz urządzenia będzie widziane jako 208[VAC]. Uszkodzenie przy połączeniu gałęzi dla linii neutralnej będzie widziane jako 120[VAC] w niniejszym wynalazku. Specyfika zastosowania, regulacje związane z kwestiami bezpieczeństwa instalacji elektrycznych oraz przeciwpożarowego będą określać czy należy zastosować najbardziej niekorzystne parametry projektowe. W przypadku układu rezonansowego, wymagania dotyczące napięcia dla wewnętrznego uszkodzenia urządzenia będą wynosić w przybliżeniu 312[VACRMs], co odpowiada wartości 442 V od zera do napięcia szczytowego. To będzie wymagać minimalnego stałego napięcia polaryzacji o wartości 221[VDC] oraz znamionowego napięcia kondensatora ponad 442[VDC], pomijając błąd składnika kondensatorowego oraz zmiany napięcia przemiennego układu.

Warto zauważyć, że zabezpieczenie obwodu przed zakłóceniami oraz zabezpieczenie przed napięciem udarowym są ważnymi parametrami konstrukcyjnymi dla wszystkich zastosowań. Rozważania podstawowe obejmują również dozwolone wartości symetrycznego oraz asymetrycznego prądu uszkodzenia sieci. W celu umożliwienia usuwania zakłóceń bez niepotrzebnych uszkodzeń niniejszego wynalazku powinno być zapewnione odpowiednie wyposażenie. Bezpieczniki, automatyczne wyłączniki, przełączniki, przerywacze ziemnozwarciowe, urządzenia ograniczające natężenie prądu oraz urządzenia półprzewodnikowe są rozważane do tego zadania. Specyfikacje zastosowań będą określać odpowiednią kombinację elementów zabezpieczających. MOV oraz inne ochronniki przepięciowe mogą być umieszczone w boczniku z linią neutralną oraz linią uziemienia dla zmniejszenia przepięć oraz krótkich impulsów napięcia. Podobnie, mogą one być umieszczone w boczniku z niniejszym wynalazkiem. To w podobny sposób zmniejszy uszkodzenia elementów urządzeń pracujących w warunkach wysokiego napięcia.

Można stosować technikę analizy parametrów obwodów czwórnikowych oraz jest dopuszczalne większość czwórnikowych między-połączeń. Narzędzia te mogą być zastosowane w niniejszym wyna28

PL 199 220 B1 lazku, podobnie jak w innych przemiennoprądowych zastosowaniach kondensatorów, gdy końcówki prądu przemiennego według niniejszego wynalazku traktowane są jako „czarna skrzynka”. Warto zauważyć, że przy użyciu tego rodzaju technik, stosuje się zazwyczaj zestaw przybliżeń inżynierskich. Obejmują one, w ramach przybliżeń inżynierskich, przybliżenie pierwszego rzędu, model prosty oraz podobne.

Początkowe prądy rozruchowe, prądy uruchamiania oraz prądy zakłóceniowe wykazują wyjątkowo niskie, współczynniki mocy przy obciążeniu indukcyjny, rzędu pięćdziesięciu procent (0,5, opóźnianie). W niektórych przypadkach wartość tych prądów może być ograniczona poprzez obecność reaktancji pojemnościowej w połączeniu szeregowym. Maksymalny prąd jest ważnym założeniem konstrukcyjnym w analizie obwodu oraz wyborze przewodnika. Czas uruchamiania silnika, blokada wirnika, początkowe prądy rozruchowe, prądy pełnego obciążenia oraz prądy zakłóceniowe powinny być rozpatrywane w podobny sposób przy analizie sieci oraz doborze wielkości szeregowo połączonych kondensatorów. Niniejszy wynalazek jest odpowiedni do analizy zakłóceń przy wykorzystaniu metody sekwencyjną oraz innych, standardowych obliczeń zakłóceń.

Niniejszy wynalazek jest odpowiedni do wykorzystania w boczniku z obciążeniami i/lub źródłami prądu przemiennego. Obwód prądu przemiennego wykazywał będzie zjawisko prądu rezonansowego podobne do zjawiska opisanego szczegółowo w odniesieniu do napięcia w zastosowaniach szeregowych. Względem zbocznikowanych kondensatorów w zastosowaniach przemiennoprądowych stosowane jest ograniczenie prądowe lub czasowe przez urządzenia kontrolne. Wysoka reaktancja pojemnościowa zapewniona poprzez niniejszy wynalazek zapewni ulepszenie do dostępnych na świecie zastosowań konfiguracji bocznikowych tak jak w zastosowaniach szeregowych. W rozważaniach przy projektowaniu urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych w konfiguracji bocznikowej bierze się pod uwagę prąd przemienny o wartości natężenia do 150% natężenia zapewnionego ze źródła prądu przemiennego. Niska impedancja prądu przemiennego według niniejszego wynalazku może tworzyć wirtualne zwarcie, jeżeli zignoruje się sposoby ograniczania prądu. Obciążenie ograniczające prąd, takie jak na przykład opornik może być umieszczone w połączeniu szeregowym z szeregową przeciwsobną konfiguracją urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych w zastosowaniach bocznikujących prądu przemiennego. Jeżeli opornik dobrze wykonuje swoją pracę, to energia nie jest tracona.

Rezonans jako zjawisko jest dobrze zdefiniowany oraz rozumiany przez osoby biegłe w dziedzinie. Dwie najbardziej podstawowe postacie tego zjawiska to rezonans szeregowy oraz równoległy. Rezonans obwodu jest czasami celem jego konstrukcji. W innych przypadkach, rezonans nie jest planowany oraz ma działanie niszczące. Obwody ze zjawiskiem rezonansu będą o wiele większe prądy i/lub napięcia w stosunku do wartości obserwowanych w działaniu nie-rezonansowym. Gdy oczekiwane są warunki rezonansowe, zwykle zwiększa się obciążalność prądu obwodu oraz/lub wartości znamionowe napięcia o więcej niż 50%. Projekt układu rezonansowego powinien zawierać dodatkowe elementy rozpraszające ciepło ze względu na warunki wysokiego napięcia i/lub prądu. Kąt strat (delta) oraz mierzone wytworzone ciepło stają się ważnymi kryteriami projektu w takich przypadkach. W niektórych zastosowaniach, obwód może być dostrojony do rezonansu jedynie podczas pracy przy niskich napięciach w układzie. To pozwala na to by wzrost napięcia związany z rezonansem szeregowym wyprowadził z równowagi stan układu pracującego przy niskim napięciu. Analogiczny projekt może być wykorzystany do utrzymania natężenia prądu w projektach układów z bocznikowaniem lub hybrydowych układów rezonansowych.

Udary napięciowe oraz impulsów napięciowe w sieci w stanie nieustalonym mogą być także rozważane w ramach niniejszego wynalazku. Takie wzrosty napięcia z powodu piorunów, przełączeń oraz podobnych wydarzeń mają duży wpływ na całe wyposażenie. Cewki indukcyjne, MOV, diody lawinowe oraz inne ochronniki przepięciowe mogą mieć pewne zastosowanie w zabezpieczaniu obwodów według niniejszego wynalazku oraz innych podłączonych urządzeń przed uszkodzeniem. Niniejszy wynalazek zapewnia pewne zabezpieczenie przyłączonych obciążeń w stanie nieustalonym za pomocą pojemnościowego przeciwstawienia nagłej zmianie napięcia. Jeżeli stała czasu transmisji jest dłuższa aniżeli ta od MOV do uziemienia, obciążenie może być oszczędzone. Także standardowe ograniczenia konstrukcyjne odnoszące się do ograniczania natężenia prądu oraz zabezpieczania obwodu, powinny być wykorzystane. Przykładowo w przypadku sinusoidalnego kształtu fali, wartość napięcia mierzona od zera do wartości szczytowej jest większa aniżeli wartość skuteczna razy współczynnik pierwiastek z dwóch. Stąd, dla źródła 120[VAC],

PL 199 220 B1 aktualna wartość napięcia mierzona od zera do wartości szczytowej wynosi 169,71V. W przypadku trójfazowego wariantu obwodu (120:208)[VAC] oraz rysunku stanowi skuteczne napięcie między liniami i różni się od napięcia między linią i linią neutralną neutralnego o współczynnik równy pierwiastkowi z trzech. Zastępcze napięcie między liniami mierzone od zera do szczytowej wartości napięcia jest stąd równe 293,94[VAC].

Najbardziej użyteczne obciążenia elektryczne dla prądu przemiennego posiadają współczynnik mocy przy obciążeniu indukcyjnym. Niniejszy wynalazek może oddać do użytku publicznego, urządzenia o stabilnym współczynniku mocy przy obciążeniu pojemnościowym. Po połączeniu w układ szeregowy z obciążeniami o opornościowym lub indukcyjnym współczynniku mocy, można uzyskać ulepszony, jednostkowy lub pojemnościowy współczynnik mocy, widziany jest przez źródło zasilania prądem przemiennym. Obwód pojemnościowy i/lub elementy indukcyjne mogą być włączane oraz wyłączane z sieci jeżeli jest to niezbędne. Zespoły szeregowych przeciwsobnych kondensatorów mogą być oddzielnie kontrolowane, a gdy są włączane oraz wyłączane z obwodu zmieniają się ogólne parametry obwodu. Wyniki netto stanowi zwiększona efektywność, kontrola oraz stabilność przenoszenia mocy. Dodatkowo, wierność transmisji sygnału oraz przechowywanie energii mogą być zwiększone, jeżeli będzie to potrzebne. Są to wartościowe dodatki do ogólnego zastosowania.

Początkowe prądy rozruchowe stanowią znaczący problem w regulowaniu napięcia sieci elektrycznych. Kondensatory szeregowe posiadają zdolność ulepszania współczynnika mocy początkowych prądów rozruchowych. Ulepszony chwilowy współczynnik mocy redukuje chwilowe wymagania wartości prądu przy podłączonym źródle prądu lub sprzęcie elektrycznym. Obserwowano, że impedancja prądu przemiennego kondensatora spolaryzowanego rośnie, ze wzrostem przewodzonego prądu, co jest kolejną cechą ograniczającą prąd według niniejszego wynalazku. Zmniejszone wymagania chwilowego natężenia prądu, zmniejszają chwilowe przenoszenie mocy oraz straty rozdzielcze. Zmniejszone straty przenoszenia oraz rozdzielcze, zmniejszają wymagania dla źródła prądu lub podłączonych urządzeń. Stąd widoczne jest, że zmniejszone wymagania w trakcie rozruchu oraz uruchamiania zwię kszają sieciową chwilową rezerwę pojemnoś ci mocy oraz stabilność. Inne sposoby ograniczania prądu są zawarte i/lub wspomniane oraz zastrzeżone w mniejszym dokumencie.

Regulacja napięcia w stanie ustalonym jest podobnym zastosowaniem niniejszego wynalazku. Szeregowe połączenia zespołów kondensatorów mogą być podzielone. Gdy obciążenie prądu przemiennego wzrasta, dodatkowe kondensatory mogą być włączone do obwodu poprzez statyczny przełącznik, elektromechaniczny stycznik lub inne mechanizmy. Za pomocą tego sposobu szeregowa oporność zespołu kondensatorów jest zmniejszana. Podobnie, w zastosowaniu rezonansowym, dodanie lub odejmowanie reaktancji pojemnościowej może wywrzeć wpływ na napięcie prądu przemiennego sieci. Stąd, regulowanie napięcia przemiennego może być jednym z zastosowań niniejszego wynalazku. W niektórych przypadkach, dwa układy zasilania prądem przemiennym, posiadają odmienne warunki polaryzacji prądem stałym. Jeżeli posiadają wspólną wielkość sygnału oraz mają zablokowane fazy, przedstawiany wynalazek może być wykorzystany dla połączenia ich razem. Niniejszy wynalazek może zapewnić alternatywny sposób izolującego łączenia prądu przemiennego. Spodziewane jest, że wiele zastosowań skorzysta z tej cechy.

Niniejsze urządzenie może być wykorzystane do pracy ciągłej, jednofazowego, silnika indukcyjnego jednofazowego z fazą pomocniczą i/lub pojemnościowego silnika indukcyjnego. Gdy jest potrzebny taki tryb pracy, mogą być wykorzystane w sposób ciągły obie szczotki. Taka manipulacja wektorem prądu będzie definiować kierunek obrotu silnika jednofazowego. Będzie służyć ponadto do eliminacji wibracji 120 Hz (tętnienie sieciowe), która jest obecna w silnikach jednofazowych. To zastosowanie powinno pozwolić na eliminację obwodu rozłączającego. Alternatywnie, konstrukcja silnika indukcyjnego jednofazowego z fazą pomocniczą może być odwrócona, poprzez usunięcie odchylonych szczotek od pracy po rozruchu. Sprytne zastosowanie precyzyjnie regulowanych prądów wektorowych może być wykorzystane do ekonomicznego ulepszenia tworzenia prądu trójfazowego ze źródła jednofazowego.

Praktyczna realizacja niniejszego wynalazku może wymagać opornika upływowego lub podobnego, będącego w połączeniu równoległym ze spolaryzowanymi kondensatorami. To zapewni zwiększone bezpieczeństwo obsługi podczas działań konserwacyjnych. Oporniki upływowe mogą być urządzeniami pracującymi cały czas, lub alternatywnie mogą być włączane do obwodu, gdy jednostka zasilająca jest odłączona lub zdemontowana. Wiele elektrycznych specyfikacji wprost wymaga oporni30

PL 199 220 B1 ków upływowych. Choć gdy po dodaniu oporników upływowych następuje niewielki spadek reaktywności, efektywności oraz stabilności, nie stanowią one znaczących problemów dla osiągów niniejszego wynalazku. Takie oporniki służą dodatkowemu zmniejszaniu zmian napięcia stałego oraz przemiennego przyłożonych do kondensatorów a wynikających z tolerancji elementów kondensatorowych i/lub błędów elementów. Można zauważyć, że reaktancja pojemnościowa, impedancja, prądy upływowe oraz podobne wielkości zmieniają się z temperaturą, wiekiem oraz innymi warunkami obsługi. Takie czynniki stają się bardzo ważne gdy zastosuje się wiele zespołów szeregowych i/lub szeregowych przeciwsobnych.

Tam gdzie spotykane są warunki rezonansu szeregowego, będzie pożądane zwiększenie wartości napięcia znamionowego oraz wartości stałego napięcia polaryzacji. Warunki rezonansu w sieci zasilania prądem przemiennym w stanie nieustalonym mogą wymagać kontrolowanego (regulowanego) źródła stałego prądu polaryzacji, w zastosowaniach które w innych przypadkach obsługiwane są przez niekontrolowane źródła prądu. W niniejszym opisie dyskutowany i zastrzegany jest opcjonalny, niekontrolowany schemat płynnej polaryzacji prądem stałym, który jednakże zapewnia właściwy potencjał dla wielu trybów pracy. Szeregowy opór obciążenia oraz wewnętrzny opór kondensatora będzie zwykle tłumić częściowo zjawiska rezonansu. Specyfikacje kondensatora w sieci prądu przemiennego nie wymagają zazwyczaj tak wysokich napięć znamionowych. To może stać się rozpowszechnionym wymogiem projektowym w przypadku nadchodzącego, szerokiego stosowania spolaryzowanych kondensatorów w sieciach prądu przemiennego.

Co więcej, generatory indukcyjne posiadają zasadnicze problemy przy zasilaniu silników indukcyjnych. Istnieje znaczący brak magnetyzującego VAR. Niniejszy wynalazek zapewnia nadmiar reaktancji pojemnościowej oraz znacznie polepszają takie zastosowania. Takie generatory indukcyjne są znacznie tańsze aniżeli generatory synchroniczne, więc oczekiwane są znaczne korzyści ekonomiczne.

Mogą być rozważane zarówno zastosowania, rezonansowe i nie-rezonansowe (dla dowolnej częstotliwości poniżej częstotliwości rezonansu własnego urządzenia do przechowywania polaryzowanego ładunku) oraz dla tych zastosowań mogą być przeprowadzane obliczenia oraz/lub pomiary. Podobnie, dla celów obliczeniowych i/lub pomiarowych mogą być wybrane inne arbitralne rodzaje próbkowania. W poniższym przykładzie, rozważane jest zastosowanie wykorzystujące kondensator elektrolityczny o jakości do zastosowań komputerowych, z dużą obudową aluminiową w warunkach nie-rezonansowych przy fali sinusoidalnej o częstotliwości 60 Hz. W tym przykładzie, przeprowadzone są proste obliczenia pierwszego rzędu.

Proszę rozważyć proste zastosowanie rozkładu obciążenia, gdzie maksymalny prąd w stanie ustalonym wynosi 10 A, a maksymalny stan nieustalony wynosi 90 A. Założono, że trwanie stanu nieustalonego, że jest termicznie znaczące. Napięcie w układzie wynosi 120VACRMs ± 10%. Temperatura otoczenia ustalona jest na 45°C. Spolaryzowana w kierunku przewodzenia, para szeregowych przeciwsobnych kondensatorów biegunowych według niniejszego wynalazku jest umieszczona w szeregowym połączeniu z pojedynczym źródłem prądu oraz obciążeniem (szeregowe przeciwsobne pary będą umieszczone w zasilanej gałęzi). Założono, że wartość reaktancji pojemnościowej wyniesie +/-20% wartości nominalnej. Zastosowano współczynnik projektowania o wartości 10%. Proste, obliczenia pierwszego stopnia będą uwzględniać warunki przepływu powietrza bez radiatorów lub innych zastosowań związanych z rozszerzeniem charakterystyki cieplnej kondensatorów. Korekcje temperatury oraz częstotliwości i tolerancje wykonania kondensatorów są ignorowane w tym przykładzie. Podobnie, margines napięcia dla zmniejszonego zniekształcenia sygnału oraz przedłużenie trwałości są pomijane.

Niech:

Vrms = wartość skuteczna napięcia przemiennego

Vpp = wartość amplitudy całkowitej napięcia przemiennego, od wartości szczytowej do wartości szczytowej

Vpo = wartość amplitudy napięcia przemiennego od zera do wartości szczytowej

Vhalf = napięcie prądu przemiennego na pojedynczym kondensatorze z pary szeregowych kondensatorów przeciwsobnych

Vsurge = maksymalna wartość stałego napięcia udarowego kondensatora

WVDC = znamionowa wartość napięcia stałego kondensatora

Vbias = napięcie prądu stałego polaryzacji kondensatora

Dfac = współczynnik projektowania 10%

Cfac = zmiana reaktancji pojemnościowej 20%

PL 199 220 B1

Warto zauważyć, że:

Vpp = 2Vpo = 2Vhalf = 2Vrms (pierwiastek z dwóch).

Warto zauważyć, że chwilowa superpozycja napięcia Vbias i Vhalf musi pozostać poniżej wartości WVDC. Warto również zauważyć, że wartość Vbias musi się równać lub przekraczać wartość Vhalf dla utrzymywania ciągłego dodatniego stałego napięcia polaryzacji na kondensatorze spolaryzowanym. Można ponadto zaobserwować, że wartość napięcia przemiennego w stanie ustalonym jest największa gdy napięcie prądu stałego polaryzacji wynosi połowę wartości WVDC. Wartość napięcia udarowego prądu przemiennego jest największa gdy napięcie prądu stałego polaryzacji wynosi połowę wartości maksymalnego zakresu stałego napięcia udarowego kondensatora. Stąd widzimy, że (Vbias+Vhalf) muszą być równe lub większe niż wartość napięcia przemiennego w układzie. Podział napięcia przemiennego jest wywołany poprzez zmianę w bieżącej reaktancji pojemnościowej kondensatorów. Dlatego, z tolerancją 20% dla zmian reaktancji pojemnościowej oraz dla 10% zmiany wartości napięcia układu, otrzymujemy:

(Vpp) x Dfac x Cfac = (169,71 x 2) x 1,10 x 1,20 = 448,03 V

Na jeden kondensator (Vpo) x Dfac x Cfac = (169,71) x 1,10 x 1,20 = 224,02 V

Napięcie prądu przemiennego będzie podzielone między dwie szeregowe przeciwsobne gałęzie według niniejszego bieżącego wynalazku. Stąd, na podstawie tych informacji można dokonać wyboru urządzenia pierwszego rzędu.

Przykładowym takim kondensatorem jest urządzenie oznaczone jako DCMC123T450FG2D. Nominalna wartość reaktancji pojemnościowej tego kondensatora wynosi 12000 gF, wartość ESR wynosi 13,3 mΩ a maksymalna składowa zmienna prądu tętniącego wynosi 24,0 A. Wartości napięć WVDC oraz Vsurge wynoszą odpowiednio 450V oraz 500V napięcia stałego. Dla tego przypadku wybrana wartość Vbias będzie wynosić WVDC/2 lub 225V napięcia stałego. Będzie to odpowiadać nominalnemu napięciu superpozycji wynoszącemu:

Vhalf+WVDC/2 = 449,02 V

Wybór ośmiu kondensatorów (4 na każdą stronę) dostarczy prąd nominalny o wartości 96 A.

Całkowita nominalna reaktancja pojemnościowa urządzenia wynosi 12000 x 4/2=24000 gF. Nominalna wartość ESR wynosi 6,65 mQ wartość impedancji kondensatoru jest rzędu 12 mΩ, a wartość impedancji obciążenia wynosi odpowiednio 1,33 Ω oraz 12,0 Ω dla stanu nieustalonego oraz ustalonego. Spadek napięcia przemiennego w stanie ustalonym na zespole kondensatorów jest rzędu 0,12V a spadek na każdej gałęzi pojemnościowej 1,1V w bardziej trudnych warunkach stanu nieustalonego. W tym przykładzie, widzimy że z wyjątkiem warunków rezonansu oraz uszkodzeń, wartość nominalna napięcia kondensatora jest znacznie wyższa aniżeli jest to wymagane. Zaletami zastosowania niższej wartości nominalnej napięcia kondensatora są rozmiar, waga, reaktancja pojemnościowa oraz koszty. Wady stanowią zniszczenia urządzenia w warunkach rezonansu oraz uszkodzenia. Jak zawsze, względy ekonomiczne oraz względy bezpieczeństwa będą zazwyczaj decydować o wyniku rozważań. Dla bardziej solidnego rozwiązania urządzenie to może być skonstruowane przy wykorzystaniu szybkich bezpieczników elektrycznych, ochronników przepięciowych, oporników upływowych oraz kondensatorów wygładzających.

Technicy powinni dochować dużego stopnia ostrożności przy obsłudze obwodów skonstruowanych według standardów opisanych w dokumencie. Najbardziej rozpowszechniony przemysłowy standard - „zamknąć, oznakować” nie jest wystarczający dla zachowania bezpieczeństwa. Duże elektryczne kondensatory, które mogą być wykorzystane w niniejszym wynalazku, mogą pozostać elektrycznie naładowane przez wiele dni, chyba, że zastosowane są odpowiednie oporniki upływowe, lub podobne elementy. Obecność wysokiego napięcia, w jasny sposób stanowi niebezpieczeństwo dla życia. Wyjątkowy stopień uwagi jest w tym miejscu polecany każdemu, kto obsługuje naładowane urządzenie ładowania według niniejszego wynalazku. Osoby nieposiadające doświadczenia w omawianym zakresie powinny unikać kontaktu z obwodami oraz elementami obwodu. Na przykład, galwanometr magnetoelektryczny umieszczony w boczniku z kondensatorami spolaryzowanymi, może zewrzeć stałe napięcie polaryzacji jak również źródło zasilania prądem przemiennym. To zakłóci proces całkowicie oraz może przepalić amperomierz. Może także spowodować wsteczną polaryzację kondensatora, z ubocznym zwarciem oraz przebiciem izolacji. Osoby nie posiadające doświadczenia w zakresie projektowania danego obwodu powinni zachować bardzo dużą ostrożność przy dodawaniu elementów obwodu. Cewka lub mały opornik

PL 199 220 B1 umieszczony w boczniku z kondensatorem spolaryzowanym powtórzą efekty błędu związanego z opisanym powyż ej zastosowaniem miernika. Z tego powodu, normalnym trybem powinno być zastosowanie zespołu spolaryzowanego kondensatora jako jednostki.

Zjawisko rezonansu własnego urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych może być bocznikowane do uziemienia za pomocą odpowiedniego filtru zakłóceń na częstotliwościach radiowych lub stłumione jeżeli się wydarzy.

Charakterystyka częstotliwościowa urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych opisanych w tym opisie zapewnia użyteczny dodatek do pewnych urządzeń o zmiennych czę stotliwoś ciach. Zmniejszenie skutecznej reaktancji pojemnoś ciowej obwodu poprzez zwiększenie częstotliwości częściowo przesuwa spadek impedancji wraz ze wzrostem częstotliwości. Na przykład, skuteczność transferu mocy wewnątrz silnika o zmiennej prędkości może być zwiększona, podczas gdy zapewniane jest ograniczenie prą du o małej częstotliwości. Stąd, silnik może działa ć z ulepszonym współczynnikiem mocy przy rozszerzonym zakresie częstotliwości.

Prostowniki pełnookresowe mogą być skonstruowane poprzez łączenie pojedynczego urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych do każdej końcówki źródła zasilania prądem przemiennym w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej. Środkowy węzeł jest wtedy rozdzielony. Mostek prostujący oraz sekcja wyjściowa napięcia stałego jest wtedy podłączony do wolnych końcówek urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych, gdzie były podłączone węzły złącza napięcia stałego. Wyjście napięcia stałego jest wtedy gotowe do użycia w zastosowaniach nieuziemionych. Część podzielonego napięcia na wyjściu napięcia stałego jest zwracana do urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych do celów polaryzacji. Taka konstrukcja eliminuje potrzebę zastosowania transformatora izolacyjnego zasilającego urządzenie do ładowania akumulatorów lub zasilacz prądu stałego. Dodatkowo współczynnik mocy prostownika będzie skorygowany względem współczynnika mocy przy obciążeniu indukcyjnym urządzenia zasilanego poprzez transformator izolacyjny. Ten obwód może być skonstruowany jako przeznaczony do zastosowań jednofazowych lub wielofazowych. Inne podobne, projekty układów do konwersji energii są przedstawione w tym dokumencie.

Istnieją zastosowania wykorzystujące charakterystyki końcówek składników dyskretnych. Obecny jest dzielnik napięcia oraz odpowiednio zaprojektowane filtry mogą zostać wykorzystane. Filtry górno-przepustowe, dolno-przepustowe oraz środkowo-przepustowe, związanych z centralnym węzłem, powinny być obsługiwane z wyjątkową ostrożnością oraz przy zapewnieniu ochrony. Brane jest pod uwagę, specjaliści w dziedzinie znają zagadnienia projektowe włączając w to nasycanie magnetyczne, rezonans, wykres Bode'go, wykres Nyquista oraz podobne zagadnienia.

Zgodnie z tymi rozważaniami, istnieje wiele realizacji obwodu odpowiednich do ustanowienia oraz utrzymania odpowiednich warunków stałego napięcia polaryzacji kondensatora. Prąd stały może pochodzić z dowolnego odpowiedniego obwodu, w tym zarówno ze źródeł regulowanych oraz nieregulowanych. Uważać należy również na unikanie pętli uziemienia oraz polaryzowania prądem stałym źródła zasilania prądem przemiennym; zazwyczaj poprzez wykorzystanie elektrycznej izolacji poprzez transformator oraz nie uziemione uzwojenia wtórne (ładowanie konserwacyjnie zasilacza napięcia stałego). Dodatkowo dla zwiększenia niezawodności, w układzie mogą być wykorzystane baterie. Zasilanie z baterii zapewnia dodatkowe zasilanie przez okres na jaki zostały zaprojektowane. Mała bateria elektrochemiczna zapewni wystarczające aktywne stałe źródło polaryzacji prądem stałym przez wiele dni, w oparciu o wolne rozładowanie ładunku z kondensatorów spolaryzowanych. Wybór technologii wykonania baterii jest zależny od specyfiki zastosowania. Współczynniki zawierające cenę, temperaturę otoczenia, warunki sejsmiczne, niezawodność źródła zasilania prądem przemiennym, wentylację, oczekiwaną trwałość oraz podobne dyktują wybór baterii. Maksymalne napięcie ładowania baterii oraz ostateczne napięcie rozładowania lub projekt układu zasilania prądem stałym powinny utrzymywać kondensator spolaryzowany poza zakresem ograniczania sygnału prądu przemiennego.

Najwyższe poziomy stałego napięcia polaryzacji są wymagane w warunkach rezonansu, uszkodzenia, uruchomiania silnika, rozruchu transformatora, działań przełączających, występowania impulsów napięciowych układu oraz w podobnych sytuacjach. Niższe napięcie polaryzacji może być wykorzystane w innych warunkach działania dla zwiększenia trwałości kondensatora. Ta regulacja napięcia może być automatyczna z odpowiednim układem sprzężenia zwrotnego. Jeżeli jest to wymagane ze względu na kwestie bezpieczeństwa i kwestie związane z poszczególnymi zastosowaniami,

PL 199 220 B1 mogą być włączone dodatkowe elementy obwodu takie jak oporniki upływowe, oporniki obciążeniowe, filtracja harmoniczna, napięciowe ochronniki przepięciowe, nie spolaryzowane kondensatory wygładzające, zabezpieczenie przed nadmiernym prądem, zabezpieczenie przed uszkodzeniem uziemienia, mechanizmy przełączania, diagnostyczne oraz podobne. Inne zastosowania mogą zawierać styczniki, wstępnie ładowanie prądem stałym, mechanizmy miękkiego uruchamiania oraz podobne. Zmiany oraz dostosowania tego rodzaju nie stanowią znaczącego odejścia od sposobów przedstawionych w tym opisie.

Istnieje wiele sposobów wdrażania niniejszego wynalazku. Dwoma najszerszymi obszarami są źródła polaryzacji oraz styk prądu przemiennego oraz stałego. Szerokość zakresu tych dziedzin jest uwzględniona oraz zawarta w tym dokumencie. Oczekuje się, że przy wytwarzaniu oraz wdrażaniu niniejszego wynalazku, zastosowane będą różne schematy ekonomiczne. Na przykład, na zawartych w tym opisie rysunkach przedstawione są diody dyskretne. Na rynku istnieją różne rodzaje kombinacji diod. Dwoma takimi podstawowymi połączeniami są mostek prostujący oraz zwykła katodowa, dioda podwójna. Urządzenia takie jak te zmniejszają wpływ składowej dyskretnej a przez to zmniejszają koszty wytwarzania. Wielobiegunowe kondensatory są jeszcze jednym sposobem zmniejszania liczby etapów składania zespołów. Mostek Wheatstone'a jest podobną kombinacją opornikową. Istotnie, ekonomika projektowania mikroobwodów zmniejsza się poprzez zastosowania elementów dyskretnych. Takie urządzenia oszczędzające pracę są wprost zawarte w niniejszym opisie. Ponadto, różne strategie chłodzenia kondensatora oraz układów zabezpieczenia przed porażeniem będą zastosowane w rozwiązaniach według niniejszego wynalazku. Takie regulacje termiczne oraz sposoby i projekty izolacji elektrycznej są wprost zawarte w niniejszym opisie.

Ponadto, w niektórych zastosowaniach wykorzystane są bezpośrednie interfejsy w najbardziej ekonomiczny sposób, podczas gdy inne zastosowania wykorzystują istniejące topologie zewnętrznych obwodów. Wszystkie poziomy pojemności urządzeń, mierzone jako odpowiedzi amperowe, woltowe i/lub częstotliwościowe są zawarte w przedstawianym wynalazku. Podobnie, wszystkie odpowiednie urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych są zawarte w niniejszym opisie. Ten wynalazek może być zawarty w innych konkretnych postaciach bez odchodzenia od ducha rozwiązania oraz istotnych jego cech charakterystycznych. Warto zauważyć, że w każdym z powyższych rozwiązań, rozmiary składników mogą być skalowane w górę lub dół. Naszkicowane są reprezentacyjne projekty obwodu oraz sposoby ich wykonania. Najbardziej ekonomiczny wariant realizacji będzie się różnić w zależności od zmiennych występujących w zastosowaniu, włączając w to, bez ograniczania, napięcie układu, wymagania prądu w stanie ustalonym, wymaganiach prądu w stanie nieustalonym, prawdopodobieństwo rezonansu, charakterystyki wybranego modelu kondensatora, wybór źródła polaryzacji, otoczenia, wymagania co do nadmiarowości, zagadnienia związane z zakłóceniami zewnętrznymi, zagadnienia związane z zakłóceniami wewnętrznymi oraz podobne.

Dodatkowe cele, zalety oraz nowe cechy wynalazku są przytoczone tutaj, lub będą jasne dla osób posiadających doświadczenie w danej dziedzinie, po przestudiowaniu tego ujawnienia lub mogą być przyswojone poprzez wykonanie tego wynalazku. Cele oraz zalety wynalazku mogą być zrealizowane oraz osiągnięte za pomocą przyrządów oraz połączeń szczególnie wskazanych, zawartych tutaj i/lub znanych specjalistom w dziedzinie. Warianty niniejszego wynalazku opisane w tym opisie stanowią ilustrację wynalazku bez intencji ograniczenia jego zakresu. Różne zmiany, modyfikacje, przemiany oraz dodatki mogą być wykonane w danych wariantach poprzez specjalistów w dziedzinie, bez wykraczania poza określony tutaj zakres niniejszego wynalazku. Wszystkie zmiany, zawarte w ramach znaczenia oraz zakresu równoważności zastrzeżeń oraz innych ujawnień w niniejszym opisie są zawarte w zakresie wynalazku. Wiele zastosowań kondensatorów w sieciach prądu przemiennego w warunkach pracy ciągłej oraz/lub w warunkach stanu przejściowego jest znanych specjalistom w dziedzinie, włączając w to, bez ograniczania rezonans, komutację, ferorezonans, zabezpieczenia przed impulsami napięciowymi, kompensację, przechowywanie energii, kontrolę zakłóceń, regulację napięcia, ograniczenia prądu, kontrolę transmisji sygnału oraz podobne. Ponadto zastrzeżenia oraz ujawnienia mają pokrywać wszystkie takie zastosowania, ich zmiany oraz modyfikacje które mają ten sam duch, zakres oraz znaczenie wynalazku.

PL 199 220 B1

Załącznik A: słownik terminów

Określenie „szeregowy przeciwsobny odnosi się do dwóch lub więcej urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych połączonych przy anodach i/lub katodach. Tak więc, szeregowe przeciwsobne urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych posiadają węzły złącza napięcia stałego przy anodach, katodach albo przy anodach jak i katodach. Określenie to powinno być rozumiane w jego szerszym sensie oraz nie powinno, na przykład, wykluczać powielonej konfiguracji dużej liczby składników takich jak urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych z wieloma anodami (lub katodami) połączonymi przeważnie razem w węźle złącza prądu stałego w konstrukcjach dzielników prądu. Na przykład, pięć urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych w konfiguracji gwiazdy z anodami połączonymi ze sobą, będą wzajemnie w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej. Można zauważyć, że urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych w różnych odgałęzieniach wielofazowego układu prądu przemiennego mogą także być wzajemnie w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej. Podobnie, podczas identyfikowania urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków, które jest w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej, dowolne urządzenie może faktycznie zawierać wiele urządzeń skonfigurowanych w boczniku, np. zwiększających obciążalność prądową. Dodatkowo, kilka szeregowych urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych może być połączone razem w sposób szeregowy przeciwsobny w celu zwiększenia efektywnej wartości znamionowej napięcia przemiennego. Podobnie, kilka par szeregowych przeciwsobnych urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych może być połączone razem w szeregowy sposób dla zwiększenia skutecznego napięcia znamionowego. Ostatecznie, zauważono, że składniki układu prądu przemiennego (takie jak źródła zasilania prądem przemiennym lub obciążenia) mogą być w rzeczywistości połączone pomiędzy urządzeniami szeregowymi przeciwsobnymi w węźle złącza napi ę cia sta łego.

Określenia „prąd przemienny” albo „źródło zasilania prądem przemiennym” są wykorzystywane w ich szerokim sensie. Określenia prąd przemienny oraz źródło zasilania prądem przemiennym powinny obejmować, bez ograniczania,: prąd przemienny o stałej częstotliwości, zmiennej częstotliwości, stałej amplitudzie, zmiennej amplitudzie, modulowanej częstotliwości, modulowanej amplitudzie i/lub modulowanej szerokości impulsu. Linę sygnały i/lub techniki komunikacyjne zawierające wstęgę boczną oraz superpozycję zarówno jak i inne sygnały liniowe, nieliniowe, analogowe lub cyfrowe oraz podobne są również zawarte w zakresie tego określenia. Źródła zasilania prądem przemiennym mogą zawierać składowe harmoniczne. Uważa się, że określenia prąd przemienny oraz źródło zasilania prądem przemiennym dotyczą sygnałów o zmiennym czasie. Te sygnały mogą zawierać dane i/lub energię. Hybrydowe źródła zasilania prądem przemiennym różniące się w wielu sposobach i/lub trybach są podobnie zawarte w zakresie tych określeń. Odniesienia do pojedynczych źródeł zasilania prądem przemiennym nie stanowią wyeliminowania wielu źródeł zasilania prądem przemiennym.

Określenie „urządzenie blokujące prąd przemienny” obejmuje dowolne urządzenie, sposób, konstrukcję lub technikę która zapewnia relatywnie dużą impedancję prądu przemiennego w porównaniu z przyłączonymi szeregowymi przeciwsobnymi urządzeniami do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych oraz która w tym samym czasie może być skonfigurowana w celu zapewnienia ścieżki prądu stałego dla polaryzacji tych urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych. Na przykład, urządzenia blokujące prąd przemienny mogą obejmować, bez ograniczania, oporniki, cewki indukcyjne, prostowniki, przełączniki elektryczne oraz podobne elementy.

Określenie „stan ciągły i ustalony” jakie wykorzystano w tym opisie, nie ma na celu wskazywania nieodpowiedniości dla zastosowań w stanie nieustalonym takich jak uruchamianie oraz podobne.

Określenia „prąd stały”, „elektryczność stała” oraz „natężenie prądu stałego” mogą odnosić się do dowolnej technologii, konstrukcji, stanu fizycznego urządzenia, tworzenia, powodowania, uczestniczenia, wspierania, lub faworyzowania jednokierunkowego lub przeważająco jednokierunkowy strumienia, przesunięcia, przenoszenia i/lub przepływu jednego lub wielu nośników ładunku elektrycznego włączając w to, bez ograniczenia elektrony, jony oraz dziury. Określenie to nie powinno być rozumiane jako wyłączające dwukierunkowy przepływ odwrotnie naładowanych cząsteczek. Określenie prąd stały odnosi się szeroko do stanu ustalonego napięcia który zasadniczo nie zmienia się w czasie.

PL 199 220 B1

Określenia „źródło zasilania prądem stałym”, „źródło napięcia stałego” oraz „źródło mocy stałej” są stosowane w ich szerokim zakresie. Te określenie ogólnie pokrywa oraz zawiera dowolny sposób oraz urządzenie wykorzystane lub użyteczne w wytwarzaniu, produkowaniu lub prostowaniu prądu przemiennego w celu otrzymania prądu stałego. Określenie źródło zasilania prądem stałym obejmuje zawiera, bez ograniczania, prądnice prądu stałego, baterie elektrochemiczne, urządzenia fotowoltaiczne, prostowniki, ogniwa paliwowe, stałoprądowe urządzenia kwantowe, pewnych lampy elektronowe oraz podobne. Określenie to obejmuje regulowane, nieregulowane, filtrowane oraz nie filtrowane rodzaje wspomnianych urządzeń. Określenie, źródła zasilania prądem stałym obejmuje, bez ograniczania, prostowniki zasilane przez źródła nie izolowane elektrycznie, autotransformatory, transformatory izolacyjny oraz transformatory ferorezonansowe. Zasilacze prąd stały-prąd stały, przełączane zasilacze prądu stałego, ładowarki impulsowe oraz inne są podobnie zawarte w zakresie tych określeń. Pojedyncze określenie nie oznacza wyłączenia wielu źródeł zasilania prądem stałym i/lub dodatkowego źródła zasilania prądem stałym w konfiguracji bocznikowej, szeregowej i/lub szeregowej przeciwsobnej. Jednofazowe oraz wielofazowe źródła zasilania prądem stałym i/lub ładowarki są zawarte w zakresie tych określeń. Znaczeniem tym objęta jest również możliwość regulowania poziomu polaryzacji prądem stałym w czasie rzeczywistym. Wykorzystanie „diodowego urzą dzenia wywoł ują cego spadek napię cia” oraz dokładnie regulowanych napięć z zasilacza prądu stałego może zapewnić zalety w działaniu oraz zalety konstrukcyjne, przede wszystkim tam gdzie jako zapasowe źródło zasilania zastosowane są baterie elektrochemiczne lub gdy są wykorzystane w urządzeniach do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej.

Określenie „źródło polaryzacji prądem stałym” jest wykorzystane w szerokim sensie. To określenie ogólnie pokrywa oraz obejmuje dowolny sposób, konstrukcję i/lub urządzenie wykorzystane lub używane do wytwarzania i dystrybucji napięcia oraz natężenia prądu stałego w urządzeniach do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przy równoczesnym ograniczaniu, hamowaniu i/lub blokowaniu przepływu prądu przemiennego. Określenie źródło polaryzacji prądem stałym może obejmować, bez ograniczania, co najmniej jedno źródło napięcia stałego zasadniczo w połączeniu szeregowym z przynajmniej jednym urządzeniem blokującym prąd przemienny. W niniejszym wynalazku, jedno lub więcej źródeł polaryzacji prądem stałym jest połączone z urządzeniami do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych w celu przyłożenia oraz utrzymania stałego napięcia polaryzacji w kierunku przewodzenia na wspomnianych urządzeniach do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych. Źródło polaryzacji prądem stałym będzie zapobiegać przed wsteczną lub nadmierną polaryzacją w kierunku przewodzenia podłączonych urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych przez źródło zasilania prądem przemiennym. Pojedyncze źródło napięcia stałego może być skonfigurowane aby służyć jako źródło polaryzacji prądem stałym dla wielu urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych poprzez odpowiednio podłączone urządzenia blokujące prąd przemienny, przewodzące prąd stały. Podobnie, wiele źródeł napięcia stałego i/lub źródeł polaryzacji prądem stałym może być skonfigurowane dla zapewnienia dodatkowego źródła napięcia polaryzacji dla szeregowych przeciwsobnych urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych w zastosowaniach przemiennoprądowych.

Określenie „węzeł złącza prądu stałego odpowiada węzłowi w konfiguracji dwóch lub więcej szeregowych przeciwsobnych urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych, gdzie podobnie spolaryzowane węzły urządzeń są połączone razem. Warto zauważyć, że węzeł złącza prądu stałego może (lub nie) zawierać jedno lub więcej urządzenie przemiennoprądowe (takie jak cewka indukcyjna) z nieistotnym napięciem stałym na urządzeniu przemiennoprądowym. To znaczy, że zasadniczo nie ma różnicy napięcia stałego wewnątrz węzła złącza prądu stałego. Podobnie, obwód polaryzacji zasilaniem stałym, mierniki, wskaźniki, alarmy oraz podobne mogą być podłączone do węzła złącza prądu stałego.

Określenie „izolacja elektryczna” jest wykorzystane w jego szerokim zakresie. To określenie ogólnie obejmuje, bez ograniczania, transformatory izolacyjne, transformatory ferrorezonansowe oraz oddzielnie wyprodukowane, odwrócone i/lub wytworzone zasoby energii elektrycznej w przypadku prądu przemiennego. Izolacja prądu stałego może być dokonana poprzez wykorzystanie kondensatorów. Określenie elektryczna izolacja powinno obejmować prąd stały, który jest produkowany, prostowany lub generowany oddzielnie. Zamierzeniem izolacji elektrycznej jest przeniesienie zdolności do braku ustalonego odniesienia do ziemi, wybierania wspólnego neutralnego, uziemionego, napięcia

PL 199 220 B1 odniesienia lub przemiennego wybierania określonych napięć neutralnych, uziemionych lub referencyjnych. Wybór jest dokonywany w momencie połączenia lub połączenia czynnego i nie jest koniecznie zawieranie w konstrukcji materiałów lub charakteru zasilacza.

Określenie „urządzenie do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych” jest stosowane w szerokim sensie. To określenie ogólnie oznacza dowolne odpowiednie urządzenie do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych i/lub urządzenia obejmujące, bez ograniczania, kondensatory elektrycznych, baterie elektrolityczne, pewnych urządzeń lampy elektronowe, pojemnościowe urządzenia półprzewodnikowe, urządzeń fotowoltaiczne, ogniwa paliwowe, kwantowe urządzenia do przechowywania ładunku oraz podobne. Dla celów tego dokumentu, urządzenie do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych może stanowić dowolną technologię lub urządzenie wspierające statyczną separację ładunku, faworyzowaną polaryzację przechowywania ładunku, oraz możliwość do przewodzenia, przemieszczenia i/lub przenoszenia prądu elektrycznego. W wielu częściach tego dokumentu - zarówno w opisie jak i poprzez ilustracje, - dla demonstrowania różnych aspektów niniejszego wynalazku są wykorzystane kondensatory spolaryzowane. Jednakże, powinno być brane pod uwagę, że dowolne odpowiednie urządzenie do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych może być wykorzystane zarówno zamiast jak i we współpracy z przedstawionymi kondensatorami spolaryzowanymi. To znaczy, że żadna z innych technologii urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych, nie jest wyłączana.

Określenie „prostownik” jest wykorzystane w jego szerszym sensie. Dowolne aktywne lub pasywne urządzenie i/lub aparat faworyzujący lub skonfigurowany dla faworyzowania jednokierunkowego przepływ nośników ładunku elektrycznego będzie rozważane jako prostownik. Dwukierunkowy przepływ przeciwnie naładowanych cząsteczek jest wprost zawarty w ramach definicji prostownika. Prostownik obejmuje ale nie jest ograniczony do jednej lub wielu diod, tranzystorów, krzemowych prostowników sterowanych, tyrystorów ograniczających, tyrystorów, IGBT, tranzystorów polowych, pierścieni rozciętych, pewnych lamp elektronowych oraz podobnych. Konfiguracja obwodów prostujących zawiera ale nie jest ograniczona do prostowników połowy okresu, prostowników pełnozakresowych, prostowników rozczepionego okresu oraz prostowników wielofazowych. Impulsy prostujące mogą być przesunięte w fazie w celu przeciwstawiania się, dopasowania lub przesunięcia kształtu fal natężenie lub napięcia prądu przemiennego w przypadkach jednofazowych lub wielofazowych. To może być dokonane poprzez transformatory izolacyjne, sposoby przesuwu fazy na uzwojeniu, opóźnienie wejścia/wyjścia lub elektronicznie.

Określenie „wystarczająca polaryzacja prądem stałym w kierunku przewodzenia” odnosi się do sposobów, urządzeń i/lub aparatów wyliczonych lub wskazanych tutaj, jako utrzymujące stałe napięcia polaryzacji przyłożone do urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych, zasadniczo w celu zapobiegania przed szkodliwym polaryzowaniem wstecznym poprzez sygnał prądu przemiennego. Stałe napięcie polaryzacji w stanie ustalonym może być ustalone na dowolnym arbitralnie wybranym poziomie stopnia. To kontrastuje ze schematem oscylacyjnej polaryzacji znanym z poprzednich rozwiązań, która charakterystycznie zmienia się pomiędzy polaryzacją napięciem stałym w kierunku przewodzenia i polaryzacją wsteczną w pod cyklach i/lub powoduje zakłócenia sygnału prądu przemiennego, z powodu nadmiernej wielkości sygnału względem wartości stałego napięcia polaryzacji. Polaryzacja prądem stałym obejmuje pracę w ramach ograniczeń napięcia przewodzenia stosowanych urządzeń do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych. Podobnie, określenie obejmuje również warunki polaryzacji w których wartość stałego napięcia polaryzacji każdego urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych znacznie przekracza wartość przyłożonego sygnału prądu przemiennego.

Określenie „przełącznik” i/lub „przełącznik elektryczny” odnosi się do sposobów, urządzeń i/lub aparatów poprzez które prąd elektryczny może być wyłączony lub włączony. Przełącznik będzie zawierać przewodzące kontakty mechaniczne, urządzenia elektromechaniczne, urządzenia półprzewodnikowe, przekaźniki, cieczowe urządzenia kontaktowe, takie jak przełącznik rtęciowy, przełączniki cząsteczkowe, urządzenia jonizacyjne, lampy elektronowe, gasiki, bramki, urządzenia kwantowe oraz podobne. Dodatkowo, urządzenia różnicowe takie jak oporniki nastawne, potencjometry które mogą służyć jako regulatory światła i/lub regulatory przepływu, jak i urządzenia dwupołożeniowe, oraz podobne są również zawarte w zakresie znaczenia omawianego określenia. Dowolny stan materii i/lub zmiana stanu materii, wykorzystane do sterowania przepływem elektryczności, strumienia elektryczności, prądu lub przewodzeniem, przemieszczaniem oraz podobnych zjawisk, są również zawarte

PL 199 220 B1 w określeniu „przełącznik”. Podobnie, czujniki, serwomotory, sterowniki, przekaźniki, tablice obwodów, płytki półprzewodnikowe oraz podobne elementy związane z różnymi technologiami przełączników są również zawarte w tym określeniu. Elektroniczne przełączniki oraz przełączniki, które są wykorzystane w danym dokumencie mają być interpretowane w szerokim zakresie. Urządzenia oraz sposoby wymienione w tym dokumencie są wyłącznie wskazane dla celów ilustracyjnych i nie są elementami ograniczającymi.

Określenie „urządzenie blokujące prąd stały” będzie obejmować dowolne urządzenie, sposób, projekt, aparaturę i/lub technikę, które zapewnia relatywnie dużą oporność i/lub przeciwstawianie się przepływowi prądu stałego. Na przykład, określenie „urządzenie blokujące prąd stały może obejmować, bez ograniczenia zakresu tego pojęcia, kondensatory spolaryzowane, kondensatorów nie spolaryzowane, baterie elektrochemiczne, inne urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych, oporniki, prostowniki oraz podobne. Podobnie, transformator izolacyjny służy jako urządzenie blokujące zasilanie stałe, z tym że zasilanie stałe nie jest magnetycznie sprzęgane. Można zauważyć, że mostek prostujący zapewnia wyższy rząd blokowania prądu stałego, od tego który jest zapewniony poprzez pojedynczy prostownik lub mostek półokresowy.

Określenie „regulacja temperatury” będzie oznaczać kontrolowanie temperatury urządzenia do przechowywania spolaryzowanych ładunków elektrycznych poprzez naturalnie lub sztucznie napędzane środki w celu zmiany powierzchni i/lub temperatury rdzenia urządzenia. Typowe sposoby regulowania temperatury obejmują łaźnie wodne, łaźnie olejowe, chłodnice, układy obiegu z radiatorami oraz wykorzystanie elementów grzejnych oraz wymienników ciepła. Pompy ciepła, chłodzenie półprzewodnikowe oraz inne sposoby są odpowiednie dla utrzymania i/lub zmiany temperatury urządzenia.

Określenie „nieustalony” wykorzystany w tym opisie nie ma na celu wskazywania nieodpowiedniości dla zastosowań w stanie ustalonym lub zastosowań do pracy ciągłej.

Claims (61)

1. Układ do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przeznaczony do pracy w sieci prądu przemiennego w skład, której wchodzi źródło zasilania prądem przemiennym oraz co najmniej jedno obciążenie połączone ze źródłem zasilania prądem przemiennym i otrzymujące sygnał prądu przemiennego, zawierający co najmniej pierwsze i drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego znajdujące się w szeregowej konfiguracji przeciwsobnej, czynnie podłączone do sieci prądu przemiennego i przyjmujące sygnał prądu przemiennego, oraz co najmniej jedno źródło zasilania prądem stałym podłączone do pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego; znamienny tym, że zawiera co najmniej jedno źródło zasilania prądem stałym (616, 618, 663, 665, 774, 786, 818, 926, 1013, 1027) podłączone do pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatorów (612, 614; 662, 664; 778, 782; 812, 814; 912, 914; 1009, 1023) utrzymujące w sposób ciągły, obydwa - pierwsze i drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku w stanie spolaryzowania w kierunku przewodzenia, gdy działa na nie sygnał prądu przemiennego.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera elementy blokujące przepływ sygnału prądu przemiennego przez co najmniej jedno źródło zasilania prądem stałym (926; 1013, 1027).

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że szeregowa przeciwsobna konfiguracja urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego jest podłączona w boczniku z obciążeniem prądu przemiennego.

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że szeregowa przeciwsobna konfiguracja urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego jest podłączona szeregowo pomiędzy źródłem zasilania prądem przemiennym (605, 652) oraz obciążeniem prądu przemiennego (620, 670).

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna końcówka wyjściowa co najmniej jednego źródła zasilania prądem stałym (1013) jest elektrycznie odizolowana od co najmniej jednego źródła zasilania prądem przemiennym (1005).

PL 199 220 B1

6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedno źródło zasilania prądem stałym (1401) jest nieuziemione.

7. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna końcówka wyjściowa co najmniej jednego źródła zasilania prądem stałym (774, 786) jest czynnie podłączona do uziemienia układu prądu przemiennego.

8. Ukł ad wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e pierwsze i drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory (612, 614; 662, 664; 778, 782; 1112, 1114), są symetrycznie spolaryzowane prądem stałym względem siebie.

9. Ukł ad wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e pierwsze i drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory (912, 914; 1009, 1023), są połączone wzajemnie w węźle złącza prądu stałego, przy czym układ ponadto zawiera co najmniej jedno urządzenie blokujące prąd przemienny, podłączone pomiędzy węzłem złącza prądu stałego oraz węzłem odniesienia prądu stałego.

10. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że co najmniej jedno urządzenie blokujące prąd przemienny zawiera opornik (1017) o wystarczająco wysokiej impedancji w porównaniu z pierwszym oraz drugim urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

11. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że węzeł złącza prądu stałego zawiera co najmniej jedno urządzenie przemiennoprądowe pomiędzy pierwszym oraz drugim urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

12. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że zawiera dodatkowo urządzenie blokujące prąd przemienny pomiędzy węzłem złącza prądu stałego oraz innym węzłem pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

13. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że co najmniej jedno źródło zasilania prądem stałym zawiera pierwsze oraz drugie źródło zasilania prądem stałym dla oddzielnego polaryzowania pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

14. Układ według zastrz. 13, znamienny tym, że pierwsze źródło zasilania prądem stałym znajduje się w boczniku do pierwszego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

15. Układ według zastrz. 14, znamienny tym, że zawiera ponadto urządzenie blokujące prąd przemienny połączone czynnie pomiędzy pierwszym źródłem zasilania prądem stałym oraz pierwszym urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

16. Układ według zastrz. 15, znamienny tym, że drugie źródło zasilania prądem stałym jest w ukł adzie równoległ ym wzglę dem drugiego urzą dzenia do przechowywania spolaryzowanego ł adunku elektrycznego.

17. Układ według zastrz. 16, znamienny tym, że drugie źródło zasilania prądem stałym jest podłączone równolegle do co najmniej drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przez co najmniej jedno urządzenie blokujące prąd przemienny.

18. Układ według zastrz. 17, znamienny tym, że co najmniej jedna końcówka pierwszego źródła zasilania prądem stałym oraz co najmniej jedna końcówka wyjściowa drugiego źródła zasilania prądem stałym są nieuziemione.

19. Układ według zastrz. 17, znamienny tym, że co najmniej jedna końcówka pierwszego źródła zasilania prądem stałym oraz co najmniej jedna końcówka wyjściowa drugiego źródła zasilania prądem stałym są odizolowane elektrycznie od źródła zasilania prądem przemiennym.

20. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że co najmniej jedno źródło zasilania prądem stałym zawiera pierwsze źródło zasilania prądem stałym posiadające pierwszą oraz drugą końcówkę wyjściową zapewniającą potencjał prądu stałego, przy czym pierwsza końcówka wyjściowa jest połączona z węzłem złącza prądu stałego a druga końcówka wyjściowa jest połączona z innym węzłem pierwszego i drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

21. Układ według zastrz. 20, znamienny tym, że ponadto zawiera co najmniej jedno urządzenie blokujące prąd przemienny połączone szeregowo pomiędzy węzłem złącza prądu stałego oraz pierwszą końcówką wyjściową.

22. Układ według zastrz. 20, znamienny tym, że ponadto zawiera co najmniej jedno urządzenie blokujące prąd przemienny połączone szeregowo pomiędzy innym węzłem pierwszego oraz druPL 199 220 B1 giego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego oraz drugą końcówką wyjściową.

23. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że sieć prądu przemiennego (1200) jest wielofazową siecią prądu przemiennego z odgałęzieniem prądu przemiennego dla każdej fazy sieci, przy czym pierwsze urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego stanowi część pierwszego odgałęzienia prądu przemiennego (1209A), a drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego stanowi część drugiego odgałęzienia prądu przemiennego (1209B).

24. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że sieć prądu przemiennego (1300) jest wielofazową siecią prądu przemiennego z odgałęzieniem prądu przemiennego dla każdej fazy sieci, przy czym pierwsze oraz drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory (1309), stanowią część pierwszego odgałęzienia prądu przemiennego.

25. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że konfiguracja urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatorów (612, 614; 662, 664; 778, 782; 812. 814; 912, 914; 1112, 1112; 1309), jest czynnie włączona do sieci prądu przemiennego dla pracy w stanie ustalonym.

26. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że oba urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory (2101, 2102, 2103, 2104), są zamontowane we wspólnej obudowie.

27. Układ według zastrz. 26, znamienny tym, że pierwsze oraz drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory (2101, 2102, 2103, 2104), są zawieszone w płynie dielektrycznym oraz przymocowane do obudowy łącznikiem izolującym (2111, 2112), gdzie obudowa stanowi pojemnik zabezpieczony przed porażeniem elektrycznym przy dotyku.

28. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że obciążenie stanowi przemiennoprądowy jednofazowy silnik indukcyjny z fazą pomocniczą, a urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego (1903), są połączone szeregowo pomiędzy źródłem zasilania prądem przemiennym (1904) oraz uzwojeniem (1900) silnika indukcyjnego z fazą pomocniczą prądu przemiennego i pozostają połączone w trakcie ciągłej pracy silnika.

29. Układ według zastrz. 1, zamienny tym, że urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego (2002) są częścią obwodu filtra LC zawierającego cewkę indukcyjną (2001), przy czym obwód filtra LC jest zestrojony do podstawowej częstotliwości mocy oraz dodatkowo zawiera przełącznik (2003) do bocznikowania urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego (2002) po wykryciu zakłócenia w dalszej części obwodu.

30. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że źródło zasilania prądem przemiennym stanowi pierwsze źródło zasilania przemiennego, zaś drugie źródło zasilania prądem przemiennym o innym napięciu przemienne niż napięcie pierwszego źródła zasilania prądem przemiennym, jest czynnie podłączone do pierwszego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego poprzez prostownik ograniczający natężenie prądu.

31. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że napięcia stałe polaryzujące pierwsze oraz drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego zasadniczo znoszą się wzajemnie.

32. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto zawiera urządzenie przemiennoprądowe umieszczone pomiędzy szeregowymi przeciwsobnymi urządzeniami do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, przy czym urządzenie przemiennoprądowe działa przy innym poziomie napięcia prądu stałego niż podłączony układ prądu przemiennego.

33. Układ według zastrz. 32, znamienny tym, że urządzenie przemiennoprądowe zawiera źródło zasilania prądem stałym.

34. Układ według zastrz. 33, znamienny tym, że część źródła zasilania prądem stałym jest czynnie włączona pomiędzy szeregowymi przeciwsobnymi urządzeniami do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego i polaryzuje prądem stałym w kierunku przewodzenia pierwsze i drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

35. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że szeregowe przeciwsobne urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego łączą w ramach układu przemiennoprądowego, neutralny węzeł prądu przemiennego z węzłem uziemionym.

PL 199 220 B1

36. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsze oraz drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego posiadają dodatni oraz ujemny węzeł, przy czym co najmniej dodatnie lub ujemne węzły z pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego są dla prądu stałego połączone razem.

37. Układ według zastrz. 36, znamienny tym, że dla prądu stałego, dodatnie węzły z pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego są połączone razem oraz ujemne węzły z pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego są połączone razem.

38. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto zawiera co najmniej jedno dodatkowe urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego połączone w boczniku z drugim urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, przy czym co najmniej jedno dodatkowe urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego znajduje się w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej z pierwszym urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

39. Układ według zastrz. 38, znamienny tym, że co najmniej jedno dodatkowe urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego jest również w szeregowej przeciwsobnej konfiguracji z drugim urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, przy czym pierwsze, drugie oraz co najmniej jedno dodatkowe urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego znajdują się względem siebie w szeregowej konfiguracji przeciwsobnej.

40. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto zawiera jeden albo więcej połączonych ze sobą zestawów czynnie spolaryzowanych w kierunku przewodzenia szeregowych przeciwsobnych urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, oraz przyłączonych do pierwszego i drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, w szeregowej konfiguracji przeciwsobnej w węźle złącza prądu stałego, tworząc układ dzielnika prądu przemiennego.

41. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto zawiera kondensator nie-biegunowy (776, 784; 1011) połączony równolegle z co najmniej pierwszym urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatorem (778, 782; 1009, 1023).

42. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że szeregowe przeciwsobne urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory (612, 614; 662, 664; 778, 782; 812, 814; 912, 914; 1112, 1112; 1309) są wykorzystane w układzie prądu przemiennego w stanie ustalonym.

43. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsze oraz drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory (2101, 2102, 2103, 2104), w układzie szeregowym przeciwsobnym są zawieszone w płynie dielektrycznym oraz przymocowane do obudowy łącznikiem izolującym (2111, 2112), gdzie obudowa stanowi pojemnik zabezpieczony przed porażeniem elektrycznym przy dotyku oraz zawiera elektryczne styki połączeniowe.

44. Sieć prądu przemiennego zawierająca źródło zasilania prądem przemiennym, obciążenie prądu przemiennego czynnie podłączone do źródła zasilania prądem przemiennym, znamienna tym, że zawiera układ określony jak w zastrz. 1.

45. Sposób wykorzystywania urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w sieci prądu przemiennego zawierającej źródło zasilania prądem przemiennym oraz czynnie podłączone obciążenie prądu przemiennego, w którym przyłącza się co najmniej pierwsze oraz drugie urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej do sieci prądu przemiennego, i przykłada się do tych urządzeń sygnał prądu przemiennego; oraz polaryzuje się urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w kierunku przewodzenia przy wykorzystaniu co najmniej jednego napięcia prądu stałego, znamienny tym, że oba urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatory (612, 614; 622, 664; 778, 782; 812, 814; 912, 914; 1009, 1023), polaryzuje się w sposób ciągły w trakcie działania sieci prądu przemiennego.

46. Sposób według zastrz. 45, znamienny tym, że do pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przykłada się napięcia prądu stałego, które znoszą się wzajemnie w odniesieniu do sieci prądu przemiennego.

PL 199 220 B1

47. Sposób według zastrz. 45, znamienny tym, że przyłączenie szeregowych przeciwsobnych urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego obejmuje przyłączenie pierwszego oraz drugiego kondensatora (612, 614; 622, 664; 778, 782; 812, 814; 912, 914; 1009, 1023) spolaryzowanego.

48. Sposób według zastrz. 47, znamienny tym, że pierwszy oraz drugi kondensator spolaryzowany łączy się razem w węźle złącza prądu stałego, przy czym dodatkowo przyłącza się urządzenie blokujące prąd przemienny pomiędzy węzłem złącza prądu stałego oraz punktem odniesienia co najmniej jednego źródła zasilania prądem stałym (926; 1013, 1027).

49. Sposób według zastrz. 48, znamienny tym, że przyłączenie szeregowych przeciwsobnych urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego do sieci prądu przemiennego obejmuje przyłączenie szeregowych, przeciwsobnych spolaryzowanych kondensatorów (612, 614; 662, 664) w układzie szeregowym pomiędzy źródłem zasilania prądem przemiennym (605, 652) oraz obciążeniem prądu przemiennego (620, 670).

50. Sposób według zastrz. 45, znamienny tym, że dodatkowo reguluje się impedancję sieci prądu przemiennego widzianą przez źródło zasilania prądem przemiennym, poprzez włączanie urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej do sieci w sposób kontrolowany.

51. Sposób według zastrz. 50, znamienny tym, że urządzenia w konfiguracji szeregowej przeciwsobnej włącza się w sposób kontrolowany do sieci przy wykorzystaniu przełącznika elektrycznego.

52. Sposób według zastrz. 47, znamienny tym, że zmienia się parametry sieci prądu przemiennego poprzez zmienianie temperatury urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w sposób kontrolowany.

53. Sposób według zastrz. 52, znamienny tym, że temperaturę urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, korzystnie kondensatorów (2101, 2102, 2103, 2104), zmienia się w sposób kontrolowany przy pomocy wymienników ciepła (2109).

54. Sposób według zastrz. 45, znamienny tym, że dodatkowo podłącza się elementy opornikowe w boczniku z pierwszym i drugim urządzeniem do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego, polaryzujące te urządzenia w kierunku przewodzenia oraz utrzymujące je w stanie równowagi, gdy są stosowane w układzie dzielnika napięcia.

55. Sposób według zastrz. 45, znamienny tym, że dodatkowo, do pierwszego oraz drugiego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego podłącza się czynnie co najmniej jeden opornik upływowy, rozładowujący napięcie polaryzacji przyłożone na urządzeniach do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

56. Sposób według zastrz. 45, znamienny tym, że do każdego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego przykłada się mniejszą wartość napięcia prądu przemiennego od wartości stałego napięcia polaryzacji przykładanej do tych urządzeń.

57. Sposób według zastrz. 45, znamienny tym, że wartość nakładających się napięć prądu stałego i prądu przemiennego które przykłada się do urządzeń do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego w stanie ustalonym, mieści się w zakresie napięcia znamionowego każdego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

58. Sposób według zastrz. 45, znamienny tym, że do pierwszego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego podłącza się w boczniku co najmniej jedno elektrycznie odizolowane źródło polaryzacji prądem stałym, dla wykorzystania w układzie prądu przemiennego w stanie ustalonym.

59. Sposób według zastrz. 45, znamienny tym, że do pierwszego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego podłącza się w boczniku co najmniej jedno elektrycznie odizolowane źródło polaryzacji prądem stałym, dla wykorzystania w układzie prądu przemiennego w stanie nie-ustalonym.

60. Sposób według zastrz. 58, znamienny tym, że stosuje się mostek prostujący, izolujący elektrycznie wyprostowany prąd stały ładujący w sposób ciągły pierwsze urządzenie do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.

61. Sposób według zastrz. 60, znamienny tym, że izoluje się elektrycznie co najmniej jeden biegun prądu stałego źródła polaryzacji prądem stałym od co najmniej jednego źródła zasilania prądem przemiennym, utrzymując stałą polaryzację w kierunku przewodzenia pierwszego urządzenia do przechowywania spolaryzowanego ładunku elektrycznego.