專利名稱：電力非穩(wěn)定態(tài)總消除器的制作方法
一般地，本發(fā)明涉及瞬間不穩(wěn)定態(tài)消除器或抑制系統(tǒng)，并且更特別地，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的裝置和方法，用于衰減AC輸電線上范圍從50kHz到200MHz的高頻瞬態(tài)過程，防止損壞靈敏的電力和電子電路，其中包含聯(lián)結(jié)到AC輸電線上的電力和電子電路的設(shè)備。
一般地，在現(xiàn)有技術(shù)中，已知設(shè)備中現(xiàn)代的電力和電子電路，即在微處理器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用的電路，可以被浪涌電壓、瞬態(tài)過程、大氣放電(即閃電觸擊)和其它形式的不利的電力噪聲毀壞或損壞，這些電力噪聲由能夠產(chǎn)生干擾的發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)等所產(chǎn)生。為此，迄今為止發(fā)展了多種類型的瞬態(tài)過程抑制裝置，用于消除不利的瞬態(tài)過程電壓或電流，并用于隔離AC外部輸電線上出現(xiàn)的類似瞬態(tài)過程，來保護(hù)靈敏的電力和電子設(shè)備，及聯(lián)結(jié)到外部輸電線上的設(shè)備。
與本申請主題直接相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的研究結(jié)果可以在美國專利和商標(biāo)局(U.S.Patent and Trademark Office)授權(quán)發(fā)布的如下美國專利中找到1,730,881 5,650,9084,019,122 5,671,1104,802,055 5,737,1615,532,897在1996年7月2日授權(quán)公告的Carpenter,Jr.的美國專利5,532,897中，講授了一種高壓變電站級的浪涌抑制系統(tǒng)，它包括高能電涌放電器和低能電涌放電器。浪涌攔截器連接到兩個(gè)電涌放電器之間。浪涌攔截器包括與高能電阻并聯(lián)的電感器。
在1997年9月23日授權(quán)公告的McCartney等人的美國專利5,671,110中，發(fā)明了一種裝置，用于保護(hù)非隔離的數(shù)據(jù)通訊電纜，避免受AC電源發(fā)生接地不對稱的不利影響。電流相加變壓器聯(lián)結(jié)到AC電源上。電流相加變壓器包括一個(gè)單變壓器鐵心和多個(gè)線圈。在AC電源中，每個(gè)線圈分別與每相、零線和地線連接。在一個(gè)或多個(gè)非隔離數(shù)據(jù)電纜的數(shù)據(jù)電纜地線中，電流相加變壓器對浪涌電流提供了高阻抗。
在1998年4月7日授權(quán)公告的Thomas的美國專利5,737,161中，發(fā)明了一種過流保護(hù)設(shè)備，它包括一個(gè)繼電器和一個(gè)PTC設(shè)備，其中繼電器的兩個(gè)線圈繞在普通的磁心上，PTC設(shè)備與繼電器觸點(diǎn)并聯(lián)。第一線圈是低阻抗電流線圈，而第二線圈是高阻抗電壓線圈。
上面列出但沒有在這里特別討論的其它專利，可以認(rèn)為是具有一般的重要性的現(xiàn)有技術(shù)，其中使用的瞬態(tài)過程電涌放電器由線圈和鐵心組成。
進(jìn)一步，在1997年11月18日授權(quán)公告的Carlson的美國專利5,689,130中講授了隔離電源，它用于保護(hù)電力設(shè)備避免瞬態(tài)過程電壓和電流。提供的濾波器包括環(huán)形鐵心和電阻，電阻用于連接攔截器變壓器。濾波器聯(lián)結(jié)在變壓器的副邊零線接頭和副邊地線接頭之間，來旁路電流或電壓火花。鐵氧體磁珠連接到地線和接線端之間，用于過濾70-200kHz范圍的電流。
然而，上面討論的現(xiàn)有技術(shù)都沒有講述本發(fā)明那樣的裝置，本發(fā)明的裝置用于衰減AC輸電線上的高頻瞬態(tài)過程，本發(fā)明包括一個(gè)連續(xù)衰減器電路，用于衰減頻率在50kHz到200MHz頻率的高頻瞬態(tài)過程，其中連續(xù)衰減器電路聯(lián)結(jié)在地線和電力負(fù)載地線之間。本發(fā)明對于上面討論的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了顯著的改進(jìn)。
由此，本發(fā)明的一般目的是提供改進(jìn)的裝置，用于衰減高頻瞬態(tài)過程，其適用的頻率范圍比傳統(tǒng)技術(shù)中的頻率范圍更寬。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的方法和裝置，用于衰減AC輸電線上范圍從50kHz到200MHz的高頻瞬態(tài)過程，防止損壞聯(lián)結(jié)到AC輸電線上的靈敏的電力和電子電路及設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的方法和裝置，用于衰減高頻瞬態(tài)過程，這個(gè)裝置包括由多個(gè)環(huán)形鐵心形成的連續(xù)衰減器電路。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的方法和裝置，用于衰減高頻瞬態(tài)過程，這個(gè)裝置包括隔離變壓器和連續(xù)衰減器電路。
本發(fā)明仍有一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的方法和裝置，用于衰減高頻瞬態(tài)過程，這個(gè)裝置包括接地故障斷路器和連續(xù)衰減器電路。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，提供了衰減AC輸電線上高頻瞬態(tài)過程的裝置，防止損壞電力負(fù)載中靈敏的電力和電子電路，其中電力負(fù)載聯(lián)結(jié)到AC輸電線上。AC輸電線具有地線，并且電力負(fù)載具有電力負(fù)載地線。提供的隔離變壓器具有原邊繞組和副邊繞組。原邊繞組具有原邊電源接頭、原邊零線接頭和原邊靜電屏蔽接頭。副邊繞組具有副邊電源接頭、副邊零線接頭和副邊靜電屏蔽接頭。原邊電源接頭、原邊零線接頭和原邊靜電屏蔽接頭與AC輸電線電聯(lián)結(jié)。
副邊電源接頭、副邊零線接頭和副邊靜電屏蔽接頭與電力負(fù)載電聯(lián)結(jié)。原邊靜電屏蔽接頭與副邊靜電屏蔽接頭電連接到一起，并連接到地線上。連續(xù)衰減器電路用于衰減頻率范圍從50kHz到200MHz的高頻瞬態(tài)過程，連續(xù)衰減器電路電聯(lián)結(jié)在地線和電力負(fù)載之間。
當(dāng)聯(lián)系下面的附圖閱讀本文時(shí)，從后面的具體描述中可以看到，本發(fā)明的這些及其它目的與優(yōu)點(diǎn)變得更充分明顯，其中相似的參考數(shù)字指示所有附圖中的相應(yīng)部分，其中
圖1是示意性的電路圖，顯示了用于衰減高頻瞬態(tài)過程的裝置，它根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)成。
圖2是示意性的電路圖，顯示了本發(fā)明第二實(shí)施例的裝置，它用于衰減高頻瞬態(tài)過程；并且圖3是具體圖示，顯示了多個(gè)環(huán)形鐵心形成的連續(xù)衰減器電路，它在圖1或圖2的裝置中使用。
現(xiàn)在具體參考圖示，在圖1中顯示了改進(jìn)的裝置110的示意性電路圖，裝置110根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)成，用于衰減高頻瞬態(tài)過程。裝置110用于衰減范圍從50kHz到200MHz的高頻瞬態(tài)過程，并用于隔離由于外部AC(alternatingcurrent，即交流)電源114在電力負(fù)載112上發(fā)生的瞬態(tài)過程。裝置110包括隔離變壓器116，它具有原邊繞組118和副邊繞組120。典型地，原邊繞組與副邊繞組的匝數(shù)比為1∶1。
外部AC電源114通過標(biāo)準(zhǔn)三管腳電力插頭122，連接到變壓器116的原邊繞組118上。隔離變壓器116具有原邊電源接頭124，連接到插頭122的線接頭L上；原邊零線接頭126，連接到插頭122的線接頭N上；和原邊靜電屏蔽接頭128，它連接到插頭122的線接頭EG上。隔離變壓器116還具有副邊電源端130、副邊零線接頭132和副邊靜電屏蔽接頭134。原邊靜電屏蔽接頭128和副邊靜電屏蔽接頭134連接到一起，并連接到線接頭136上，線接頭136作為原邊地線GND。
金屬氧化物可變電阻(MOV)138的兩端，分別連接到隔離變壓器116的副邊電源接頭130和副邊零線接頭132上。金屬氧化物可變電阻138用于箝住一個(gè)高壓，這個(gè)高壓可以通過變壓器的副邊繞組聯(lián)結(jié)到電力負(fù)載112上。濾波電容140并聯(lián)到MOV138上，并且濾波電容的兩端分別連接到隔離變壓器116的副邊電源接頭130和副邊零線接頭132上。使用電容140的目的是，衰減100kHz頻率范圍內(nèi)的高頻電壓和電流脈沖。
進(jìn)一步，電容140的一端連接到電力負(fù)載112的負(fù)載電源接頭142上，而它的另一端在接點(diǎn)A連接到電力負(fù)載112的負(fù)載零線接頭144上。接點(diǎn)A還通過接頭線146連接到原邊地線GND上。電力負(fù)載的電力負(fù)載地線148連接到接點(diǎn)B上，接點(diǎn)B通過接頭線150連接到浮動地FG上。
為了衰減高頻瞬態(tài)過程電壓和電流，防止它直接返回給變壓器的原邊繞組，其中高頻瞬態(tài)過程電壓和電流由電力負(fù)載112的電力負(fù)載線148產(chǎn)生，本發(fā)明的連續(xù)衰減器電路152連接到接點(diǎn)B的浮動地FG，與接點(diǎn)A的原邊地線GND之間。不像前述現(xiàn)有技術(shù)的130專利，現(xiàn)有技術(shù)使用鐵氧體磁珠、電阻和鐵環(huán)形成的濾波電路，用于在70-200kHz的范圍內(nèi)對電流濾波，本發(fā)明的快速連續(xù)衰減器電路152，在高頻瞬態(tài)過程到達(dá)變壓器的副邊繞組之前，對范圍從50kHz到200MHz的高頻瞬態(tài)過程進(jìn)行濾波。
現(xiàn)在參考圖3，顯示了連續(xù)衰減器電路152的具體圖示，連續(xù)衰減器電路152包括多個(gè)部分154a、154b和154c。第一部分154a包括三個(gè)串聯(lián)的鐵環(huán)T1、T2和T3，它們被調(diào)諧到50kHz到100kHz的頻率范圍。第二部分154b包括兩個(gè)串聯(lián)的鐵環(huán)T4和T5，它們被調(diào)諧到100MHz的頻率。第三部分154c包括兩個(gè)串聯(lián)的鐵環(huán)T6和T7，它們被調(diào)諧到200MHz的頻率。
鐵環(huán)T1到T7的每一個(gè)具有環(huán)形鐵心，典型地，它們順序地具有從1英寸到6英寸的直徑。每個(gè)鐵環(huán)的直徑?jīng)Q定于被衰減的高頻瞬態(tài)過程的量級。雖然鐵心顯示環(huán)形，但明顯也可以使用其它形狀的鐵心。進(jìn)一步，鐵環(huán)可以是開環(huán)形的，環(huán)形鐵心由磁性材料形成，如鐵和鐵氧體，它們被環(huán)氧樹脂包裹起來。一股單一的連續(xù)銅導(dǎo)線156，對于鐵環(huán)T1-T7的每個(gè)鐵心獨(dú)自連續(xù)地纏繞幾圈，其中鐵環(huán)T1-T7以或者一端接著一端的方式、或者一側(cè)接著一側(cè)的方式、或者疊合的方式彼此靠近放置。以這種方式，通過使用導(dǎo)線156的不問斷的和連續(xù)的一股銅線，實(shí)現(xiàn)編織導(dǎo)線的效果。
如后所述，銅導(dǎo)線156靠近鐵環(huán)T1的一端連接到接線片158上，而靠近鐵環(huán)T7的另一端連接到接線片160上。收縮管162可以包圍鐵環(huán)T1-T7放置，將它們包裝在單一的容器中。在優(yōu)選實(shí)施例中，線的尺寸以美國導(dǎo)線規(guī)格(AWG，即American Wire Gauge)度量，應(yīng)該為12、14或16號尺寸，并且最好為16號尺寸。然而，本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人士應(yīng)該清楚地理解，可以使用不同的導(dǎo)線尺寸、匝數(shù)和鐵心尺寸，來適應(yīng)瞬態(tài)過程電壓和電流的各種量級和頻率。連續(xù)衰減器電路152的總阻抗服從于國家電子編碼(NEC，即NationalElectronic Code)和保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室(UL，即Underwriter Laboratories)的要求，使之對于電子產(chǎn)品的接地導(dǎo)線是安全的。
在圖2中，說明了本發(fā)明第二實(shí)施例的裝置210，它用于衰減高頻瞬態(tài)過程。裝置210在其結(jié)構(gòu)上實(shí)質(zhì)與圖1的裝置110相同，除了使用了接地故障斷路器(GFCI，即Ground Fault Current Interruptor)216代替隔離變壓器116。GFCI216的輸入電源接頭224連接到插頭122的線接頭L上；它的輸入零線接頭225連接到插頭的線接頭N上；它的接地故障線228連接到插頭的線接頭EG上。GFCI216還具有輸出電源接頭230和輸出零線接頭232，它們聯(lián)結(jié)到電力負(fù)載114上。
在第一操作模式下，GFCI216將輸出電源和零線接頭電聯(lián)結(jié)到輸入電源和零線接頭上；在第二操作模式下，輸出電源和零線接頭與輸入電源和零線接頭電隔離。除了這些差別，用于衰減高頻瞬態(tài)過程的裝置210的操作和功能，與前面關(guān)于圖1描述的方式相同。這樣，元件互連和它們操作的具體描述不再重復(fù)。
這樣，從前面的具體描述可以看到，本發(fā)明提供了改進(jìn)的方法和裝置，用于衰減AC輸電線上的高頻瞬態(tài)過程，防止損壞電力負(fù)載中靈敏的電力和電子電路，其中電力負(fù)載聯(lián)結(jié)到AC輸電線上。AC輸電線具有地線，并且電力負(fù)載具有電力負(fù)載地線。用于衰減范圍從50kHz到200MHz高頻瞬態(tài)過程的連續(xù)衰減器電路，電聯(lián)結(jié)到地線和電力負(fù)載地線之間。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，已經(jīng)說明并描述了當(dāng)前考慮的問題，本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人士應(yīng)該明白，可以進(jìn)行各種變化和修改，并且相應(yīng)部分可以被所需的其它元件替換，而沒有脫離本發(fā)明的范圍。而且，根據(jù)本發(fā)明的講述，可以進(jìn)行很多基于其基本構(gòu)思的改進(jìn)來適應(yīng)各種情況和材料。這樣，本發(fā)明不限于上述本發(fā)明的特定實(shí)施例，這個(gè)實(shí)施例不被限定為實(shí)施本發(fā)明的最佳形式，而是使本發(fā)明包括所有可能的實(shí)施例，這些實(shí)施例均落入所附權(quán)利要求書的限定范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種用于衰減AC輸電線上的高頻瞬態(tài)過程的裝置，防止損壞電力負(fù)載中聯(lián)結(jié)到AC輸電線上的靈敏的電力和電子電路，所述AC輸電線具有地線，并且所述電力負(fù)載具有電力負(fù)載地線，所述裝置包括一個(gè)隔離變壓器，具有原邊繞組和副邊繞組，所述原邊繞組具有原邊電源接頭、原邊零線接頭和原邊靜電屏蔽接頭，所述副邊繞組具有副邊電源接頭、副邊零線接頭和副邊靜電屏蔽接頭；所述原邊電源接頭、原邊零線接頭和原邊靜電屏蔽接頭電聯(lián)結(jié)到所述AC輸電線上；所述副邊電源接頭、副邊零線接頭和副邊靜電屏蔽接頭電聯(lián)結(jié)到所述電力負(fù)載上；所述原邊靜電屏蔽接頭和所述副邊靜電屏蔽接頭電連接到一起，并連接到所述地線上；并且連續(xù)衰減器裝置用于衰減高頻瞬態(tài)過程，所述連續(xù)衰減器裝置電聯(lián)結(jié)到所述地線和所述電力負(fù)載地線之間。
2．如權(quán)利要求1所述的一種裝置，其中所述連續(xù)衰減器裝置包括多個(gè)環(huán)形鐵心和一股單一的連續(xù)導(dǎo)線，對于多個(gè)所述環(huán)形鐵心的每一個(gè)，導(dǎo)線獨(dú)自連續(xù)地纏繞幾圈，所述一股導(dǎo)線使它的第一端連接到所述地線上，并使它的第二端連接到所述電力負(fù)載地線上。
3．如權(quán)利要求2所述的一種裝置，其中所述多個(gè)環(huán)形鐵心的前三個(gè)調(diào)諧到50kHz到100kHz的頻率范圍，所述多個(gè)環(huán)形鐵心的下面兩個(gè)調(diào)諧到100MHz的頻率，所述多個(gè)環(huán)形鐵心的最后兩個(gè)調(diào)諧到200MHz的頻率。
4．如權(quán)利要求3所述的一種裝置，進(jìn)一步包括高壓箝位裝置，它聯(lián)結(jié)到所述隔離變壓器的所述副邊電源接頭和所述副邊零線接頭之間，用于將其間的電壓箝在預(yù)定水平上。
5．如權(quán)利要求4所述的一種裝置，其中所述箝位裝置是金屬氧化物可變電阻。
6．如權(quán)利要求5所述的一種裝置，進(jìn)一步包括濾波電容裝置，它也聯(lián)結(jié)在所述隔離變壓器的所述副邊電源接頭和所述副邊零線接頭之間，用于衰減高頻電壓和電流脈沖。
7．一種用于衰減AC輸電線上的高頻瞬態(tài)過程的裝置，防止損壞電力負(fù)載中聯(lián)結(jié)到AC輸電線上的靈敏的電力和電子電路，所述AC輸電線具有地線，并且所述電力負(fù)載具有電力負(fù)載地線，所述裝置包括接地故障斷路器，具有輸入接頭和輸出接頭，在第一操作模式下用于將所述輸出接頭電聯(lián)結(jié)到所述輸入接頭上，并且在第二操作模式下用于將所述輸出接頭從所述輸入接頭上電隔離；所述輸入接頭電聯(lián)結(jié)到所述AC輸電線上；所述輸出接頭電聯(lián)結(jié)到所述電力負(fù)載上；所述接地故障斷路器電連接到所述地線上；并且連續(xù)衰減器裝置用于衰減高頻瞬態(tài)過程，其中連續(xù)衰減器裝置電聯(lián)結(jié)到所述地線和所述電力負(fù)載地線之間。
8．如權(quán)利要求7所述的一種裝置，其中所述連續(xù)衰減器裝置包括多個(gè)環(huán)形鐵心和一股單一的連續(xù)導(dǎo)線，對于多個(gè)所述環(huán)形鐵心的每一個(gè)，導(dǎo)線獨(dú)自連續(xù)地纏繞幾圈，所述一股導(dǎo)線使它的第一端連接到所述地線上，并使它的第二端連接到所述電力負(fù)載地線上。
9．如權(quán)利要求8所述的一種裝置，其中所述多個(gè)環(huán)形鐵心的前三個(gè)調(diào)諧到50kHz到100kHz的頻率范圍，所述多個(gè)環(huán)形鐵心的下面兩個(gè)調(diào)諧到100MHz的頻率，所述多個(gè)環(huán)形鐵心的最后兩個(gè)調(diào)諧到200MHz的頻率。
10．如權(quán)利要求9所述的一種裝置，進(jìn)一步包括高壓箝位裝置，它聯(lián)結(jié)到所述隔離變壓器的所述副邊電源接頭和所述副邊零線接頭之間，用于將其間的電壓箝在預(yù)定水平上。
11．如權(quán)利要求10所述的一種裝置，其中所述箝位裝置是金屬氧化物可變電阻。
12．如權(quán)利要求11所述的一種裝置，進(jìn)一步包括濾波電容裝置，它也聯(lián)結(jié)在所述隔離變壓器的所述副邊電源接頭和所述副邊零線接頭之間，用于衰減高頻電壓和電流脈沖。
13．一種用于衰減AC輸電線上的高頻瞬態(tài)過程的方法，防止損壞電力負(fù)載中聯(lián)結(jié)到AC輸電線上的靈敏的電力和電子電路，所述AC輸電線具有地線，并且所述電力負(fù)載具有電力負(fù)載地線，所述方法包括步驟將所述隔離設(shè)備的輸入接頭電聯(lián)結(jié)到所述AC輸電線上；將所述隔離設(shè)備的輸出接頭電聯(lián)結(jié)到所述電力負(fù)載上；將所述隔離設(shè)備電聯(lián)結(jié)到所述地線上；并且衰減連續(xù)衰減器電路中的高頻瞬態(tài)過程，其中連續(xù)衰減器電路電聯(lián)結(jié)到所述地線和所述電力負(fù)載地線之間。
14．如權(quán)利要求13所述的一種方法，其中所述連續(xù)衰減器裝置包括多個(gè)環(huán)形鐵心和一股單一的連續(xù)導(dǎo)線，對于多個(gè)所述環(huán)形鐵心的每一個(gè)，導(dǎo)線獨(dú)自連續(xù)地纏繞幾圈，所述一股導(dǎo)線使它的第一端連接到所述地線上，并使它的第二端連接到所述電力負(fù)載地線上。
15．如權(quán)利要求14所述的一種方法，其中所述多個(gè)環(huán)形鐵心的前三個(gè)調(diào)諧到50kHz到100kHz的頻率范圍，所述多個(gè)環(huán)形鐵心的下面兩個(gè)調(diào)諧到100MHz的頻率，所述多個(gè)環(huán)形鐵心的最后兩個(gè)調(diào)諧到200MHz的頻率。
16．如權(quán)利要求15所述的一種方法，進(jìn)一步包括高壓箝位裝置，它聯(lián)結(jié)到所述隔離變壓器的所述副邊電源接頭和所述副邊零線接頭之間，用于將其間的電壓箝在預(yù)定水平上。
17．如權(quán)利要求16所述的一種方法，其中所述箝位裝置是金屬氧化物可變電阻。
18．如權(quán)利要求17所述的一種方法，進(jìn)一步包括濾波電容裝置，它也聯(lián)結(jié)在所述隔離變壓器的所述副邊電源接頭和所述副邊零線接頭之間，用于衰減高頻電壓和電流脈沖。
19．如權(quán)利要求13所述的一種方法，其中所述隔離設(shè)備是隔離變壓器。
20．如權(quán)利要求13所述的一種方法，其中所述隔離設(shè)備是接地故障斷路器。
全文摘要
本文提供了一種用于衰減AC輸電線上的高頻瞬態(tài)過程的裝置和方法,防止損壞電力負(fù)載中聯(lián)結(jié)到AC輸電線上的靈敏的電力和電子電路。AC輸電線具有地線,并且電力負(fù)載具有電力負(fù)載地線。連續(xù)衰減器電路用于衰減高頻瞬態(tài)過程,其中連續(xù)衰減器電路電聯(lián)結(jié)到地線和電力負(fù)載地線之間。連續(xù)衰減器電路包括多個(gè)環(huán)形鐵心和一股單一的連續(xù)導(dǎo)線,對于多個(gè)環(huán)形鐵心的每一個(gè),導(dǎo)線獨(dú)自連續(xù)地纏繞幾圈。
文檔編號H03H7/09GK1303157SQ01102909
公開日2001年7月11日 申請日期2001年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月3日
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