專利名稱：節(jié)約電力的設備及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及為家居及商業(yè)提供能源的交流電，特別涉及一種在交流電供應中產(chǎn)生電流微中斷或脈沖的裝置及方法。該電力供應提供電流及均方根(RMSroot-mean-square)電壓至一附帶電感的或阻性的或組合電荷，其由電子供應加予電壓。本裝置及方法由多次微秒中斷中斷電流流量，得到在一交流電工作周期兩端大致相同的總中斷時間，有效減低家居及商業(yè)裝置耗電的真正數(shù)量，期間同時容許該裝置為不可見，并容許其以正常參數(shù)操作而不受損壞?，F(xiàn)公開的裝置在一些優(yōu)選實施例亦提供監(jiān)察及保持一使用獨立電路的家居或商業(yè)獨立斷路器與一中央監(jiān)察系統(tǒng)聯(lián)系的能力，在該實施例裝置容許獨立電路可定制電力以配合電荷、減少每一獨立電路的耗電和監(jiān)察電路故障。
背景技術：
在新時代中，美國與工業(yè)化國家都以很多的電力裝置作業(yè)，以提供可控制的生活環(huán)境、機器及裝置，從而提高并增加一般人的工作量。這些電力裝置一般以交流電發(fā)動，通過大廈的電力系統(tǒng)聯(lián)系地區(qū)電力網(wǎng)，并通過商業(yè)及住宅房間及外墻處于便利位置的電線、接線盒及電插座，從公用發(fā)電裝置供應電力。
在使用一般交流電的家居，電力裝置如計算機、電視、冰箱、空調、暖氣裝置，以及其它大量的電力設備，都能提高舒適程度及生產(chǎn)力。商業(yè)中也同樣以交流電發(fā)動計算器、機器、抽水機、照明設備、電動機，以及環(huán)境周遭的發(fā)熱及冷凍裝置，還有其它數(shù)以千計的裝置也以交流電發(fā)動，以提高工人的生產(chǎn)力，并且提供一個可控制的工作環(huán)境。
大部分這些商業(yè)及住宅通過由主接線盒延伸的電線所組成的多個電路提供電流以發(fā)動各種耗電裝置，該主接線盒透過多個斷路器連接公用電力網(wǎng)，以把交流電傳至獨立電路。把電力裝置連接至電路的一般方法，是把電力裝置的插頭插入與獨立電路聯(lián)系的插座。在抽取大量電流的裝置的例子中，如需要大量電流的空調、電力發(fā)動機及其它電器，可能需要一通過接線盒的永久電線連接。大部分由中央電力網(wǎng)的交流電發(fā)動的電力裝置就是以這方法連接，而且運作良好。
電力一般由發(fā)電公司以交流電的形式供應，交流電在美國以每秒120周或60赫的頻率交流，而在其它國家則以每秒100周或50赫的頻率交流。有別于直流電以固定電流方向及固定電流流量通過電路，交流電則沒有固定方向或固定流量。由于交流電在電路中前后流動，因此沒有方向，但電流在電路中振動的次數(shù)會產(chǎn)生頻率，所述頻率是決定電路中電流效能的元素。交流電路中提供電力發(fā)動組件的可用電流(I)一般取決于I＝Imax Sin2 FT，F(xiàn)是頻率，T是時間。
美國及很多國家都以60赫供應電力，電流在一個方向中上升至最高，然后在頭一百二十分之一秒跌至零。接著電流在相反方向上升至頂點，然后又在接著的一百二十分之一秒跌至零，整個周期需時六十分之一秒。一個燈泡或一個電熱組件作為電阻性電荷，不管電流如何流動，運作都一樣良好，交流電發(fā)電機也是一樣。亦有很多國家使用50赫的振動時間。
在工業(yè)化國家中，很多家居及商業(yè)電器及電力裝置都依靠電流的固定頻率，并使用該交流為裝置計時，或在電動機的例子中實際地產(chǎn)生磁場使電動機本身轉動。對于使用電感電動機的電器和機器，由于它們依靠在周期中保持固定和以適合的頻率振動的交流電，這尤其真確。因此，對一般家居及商業(yè)電力裝置而言，任何配合交流電使用的節(jié)約電能裝置及方法必須隱閉于利用電流提供時間或頻率的裝置，使電力裝置“見到”提供電流以適當?shù)臅r間振動，從而根據(jù)電流的交流以正常參數(shù)運作。
一般使用的調光器常常不能真正節(jié)約能源，這是因為很多調光器只是在電路設置一電阻器，以在調暗燈光時吸收原本供應至電燈的電流。較新款的調光器和節(jié)能裝置的作用只是在其中一個電流振動周期的一段預設時間內中斷電流，或在電流中造成一個預設時間大缺口或中斷。這電流中的大缺口所能有效做到的，是降低每個振動周期單次持續(xù)時間的最大可用電流，從而降低電路中可供應至裝置的電流。因此，輸出頻率與輸入頻率有一定差別。在電流周期造成愈長的缺口，愈少電流可供應至附帶裝置，但斷路時間愈大，輸出頻率與輸入頻率的差別愈大。
不過，對于依靠持續(xù)和固定振動的電流周期以提供定時器予附帶裝置的電力裝置而言，這些從電流周期的一端中斷一段的裝置對其造成大破壞。當一個周期的一大部份缺乏電流，需要固定60赫或50赫線路電流周期的計算機、感應電動機及相似裝置的功能便會被嚴重損害。如果該段電流持續(xù)缺電一段足夠長的時間，有些裝置更會錯誤地感到反向電流，從而關閉裝置，甚至當電流再次流通時對電路造成破壞。
電感式交流電動機是主要的耗能者，因此是節(jié)約電能的主要目標，使用感應式交流電動機會引起另一個嚴重問題。這些電動機的運作是把繞組置于電樞，其分隔放置，以善用交流電供應的固定的60赫或50赫振動時間，以及大致相同的電路輸出頻率和輸入頻率。當多個所述電動機利用輔助固定繞組開始轉動電樞，當達到理想的電樞速度，便只有繞組把電樞維持于其理想及適當?shù)霓D動。如果一般斷路裝置如調光器被裝入提供電力至感應電動機的電路，所述裝置只中斷從一次振動的一段的電流，或是于兩段均中斷太大的部份。這電流中斷把電流頻率的平衡破壞，亦對電動機內繞組形成的場造成大破壞，這是因為分隔放置的繞組是善用60赫或50赫頻率圍繞電樞而產(chǎn)生的場。在一次振動的單一段區(qū)內中斷電流，會在中斷電流時破壞磁場，并破壞電動機的平衡，造成不規(guī)則旋轉、過熱、及裝置故障。如一般燈泡調光器般，以加長中斷來降低輸出，會進一步破壞磁場及破壞裝置的平衡，因此進一步增加對感應電動機的運作所造成的損害。因此，使用者被警告不要把一般調光器置于設有依靠交流電流固定頻率運作的電動機或其它裝置的電路。
再者，當使用電子裝置如計算機、電視及音響設備等，工業(yè)界及消費者采取多種措施以確保持續(xù)及完全不間斷的電源，更在電路加添組件以除去電力波動。這些組件一般在輸出頻率和輸入頻率定期監(jiān)察交流電流周期，如果感應到電流中斷，所述裝置便使用電池或其它電流儲存裝置產(chǎn)生電流以填補缺口。因此，一般調光器形式的電流中斷裝置不能在這些電路的電源供應作上流運作，這是因為處于電路下游的裝置會嘗試把調光器從交流電振動的一端所中斷的電流復原。
現(xiàn)公開裝置明顯地節(jié)約能源消耗，并解決交流電流中斷對組件造成損壞的問題?，F(xiàn)公開裝置亦可提供更大的能力，透過多個在交流線路電流的電流振動的兩個相位時的電流短暫微中斷，去管理傳送至單一裝置或整個家居或大廈的交流電。在完整一秒或其它時間的交流電周期，把電流在振動端以具體合計等量的時間中斷多個微秒段，附帶的交流電力裝置感應到的現(xiàn)公開裝置的表面輸出頻率可保持大致相同，這是因為提供至電路或組件以及被它們使用的輸入頻率、有效電流及均方根電壓都被降低。不過，一般切斷電力的裝置于一頻率周期的一次振動把電流中斷一段較長或較短的時間，而現(xiàn)公開裝置則在每個周期的兩次振動把電流作微切斷，并如此這般持續(xù)大致相同的總持續(xù)時間，及大致相同次數(shù)的微秒持續(xù)時間。結果，被附帶的電力裝置所“見到”的交流電輸出頻率大致相等于交流電輸入頻率，但所提供的有效電流及均方根電壓則被降低。由于電流只作數(shù)微秒持續(xù)中斷，而且每個交流電周期的兩端被微中斷大致同等地中斷，故造成大致相同的合計持續(xù)中斷時間，因此附帶裝置不會發(fā)現(xiàn)所述中斷。需要正常的60赫頻率的美國交流電裝置可正常運作，但可使用較少電流，并處于較低的均方根電壓。即使如電線調節(jié)器或不間斷電源等裝置，它們雖然對交流電振動的電流和頻率抽樣以確認電壓和頻率，但亦不會感應到中斷，這是因為電流中多個短暫微秒中斷一般較抽樣頻率快，而且，中斷發(fā)生于電路的輸出及回路端，以在一秒工作周期中于交流電振動的兩端得到大致相同的合計電流中斷量。
現(xiàn)時的優(yōu)選模式具有一開關裝置，其可制造持續(xù)數(shù)微秒的電流中斷，并在每個周期中發(fā)生10至100次，其中一半中斷發(fā)生于每個個別交流電流周期的負振動，另一半發(fā)生于每個個別交流電流周期的正振動。所述微秒中斷可發(fā)生于單相或多相交流電源供應，如一般大發(fā)動機使用的三相電源供應。其中一個優(yōu)選模式具有每周期五十次所述電流微中斷，但根據(jù)電路的電流和電壓要求，這可在上述范圍內作出調整。由于美國一般的60赫交流電路的每個完整周期只需時一秒，在兩端振動的二十五次中斷持續(xù)時間均十分短暫。另外，由于短暫中斷的次數(shù)多，延長或縮短每次中斷可廣泛地影響供應至電路的最大有效電流，而不會使附帶裝置感應周期的正或負振動的終結。因此，本裝置及方法可改變電流微中斷的長度及次數(shù)，以提供運作裝置的電路的電荷所需的均方根電壓及電流。當50次上述中斷均增加相對地非常短暫的電流中斷時間，便會對最大可用電流造成較大的總合計效果。相反而言，作出小量調節(jié)以縮短中斷，便會大大地增加可用電流的合計總和。因此，這可造成一種可輕易調節(jié)的電路，在電路輸出被調整時，可容許附帶電力裝置以正常參數(shù)運作，并使用最低要求的電流及均方根電壓。
當然，現(xiàn)時的最優(yōu)選模式在一般交流電路的電流的兩端中斷電流數(shù)微秒，以得到最佳及最透明的電流降低，以及對系統(tǒng)從電路增加或減少不同的電荷作出最佳的控制。不過，可見的是，部份系統(tǒng)并不需要所述對電荷透明的平衡系統(tǒng)，可以預見的是，當只用于阻性電荷如調光器時，只需微中斷一半的振動便可減低電能用量。不過，現(xiàn)時的最優(yōu)選模式透過在一個交流電流周期的每端的大致等量的微中斷，使其具有大致相同的總電流中斷時間。
在現(xiàn)公開裝置的最簡單的形式中，利用所述裝置供應予電路的有效電流可以是靜態(tài)及不能調較的，透過簡單地設計限時微中斷的次數(shù)和持續(xù)時間，可達到對與本裝置的輸出端的附帶的一個或以上的裝置提供理想的靜態(tài)電流輸出及均方根電壓。在這簡單的形式中，會利用一開關裝置，其可處理線路電流，并可制造極短暫的中斷，所述開關裝置會被計時或控制在一預設步伐，以在輸出端得到理想的電流和線路電壓。這實施例可以在本裝置放置于交流電發(fā)動機或是在交流電路下流的附帶單一裝置前面時使用。又或是，如在最優(yōu)選模式一般，可監(jiān)察電路往電荷的輸出電流及當電流反向流動時的回路電流，根據(jù)監(jiān)察電路附帶裝置的運作需要，可增加或減少由開關裝置提供的電流微中斷持續(xù)時間和/或次數(shù)。電路監(jiān)察可透過反饋電路進行，其與開關裝置輸出端的其中一條電線及一定時器和/或計算機控制器聯(lián)系，定時器和/或計算器控制器透過持續(xù)聯(lián)系切斷電路中的電流的開關裝置，控制交流電周期每次振動中的微中斷次數(shù)和/或持續(xù)時間。如果附帶電力裝置需要較少的電流和有效均方根電壓，透過對開關裝置發(fā)出指令可增加電流中斷的次數(shù)和/或持續(xù)時間。如果附帶裝置需要較多的電流和有效均方根電壓，便可減少中斷的次數(shù)和/或持續(xù)時間。如果附帶電力裝置需要特別純凈的電源供應，微中斷的次數(shù)可以增加及縮短，直至電力裝置不能感應到電流中斷但仍使用較少電能。
如上所述，把電流的每次振動中斷大致相等的次數(shù)，并中斷大致相等微秒計，而得到大致相等的總電流中斷量，與電流發(fā)生一次或數(shù)次長時間中斷的情況相比，這些中斷基本上是不會被附帶裝置感應到的，這是因為附帶裝置不會感應到逆電流?，F(xiàn)公開裝置在加入三相及其它多相交流電供應時亦同樣地操作良好。因此，對于一些對電流振動十分敏感，而且假定電流中斷一段預設時間便等于逆電流的裝置如計算機、電感電動機及其它裝置，當利用現(xiàn)公開的裝置及方法，這些裝置只感應到裝置輸出端較低的電流及有效電壓，因而可以正常參數(shù)運作。
美國專利號4,616,301斯摩(Small)公開了一種切換電源供應，以把輸入電壓轉換為不同的輸出電壓。不過，斯摩公開的固定脈沖或電流中斷持續(xù)時間以及把線路輸出的頻率改變，需要電力變壓器及扼流器才可完成。這使裝置變得笨重，因而有可能對指定頻率裝置如電感發(fā)動機及計算機造成破壞。
因此，一種可輕易制造、可方便地插入家居或商業(yè)用單相或多相交流電路、并可減低附帶電力組件的耗電量的裝置是有需要的。這種裝置應該不被電路的附帶電力組件感應，或應該可調較至達到此效果，并必須保持組件的表面線路輸出頻率，以防止對附帶電力組件造成故障或破壞。在較復雜的實施例中，這種裝置應可持續(xù)監(jiān)察其電路，以提供最少的電流供電路電荷正常運作，并持續(xù)地對電路電荷的改變作出調整。再者，在較復雜的實施例中，這種裝置應設有在電流中斷時從電路去除剩余電能的裝置。其次，這種裝置應可用作斷路器及電路監(jiān)察器，以對裝置的獨立電路的使用及運作或故障提供實時分析及遙測。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種經(jīng)濟及安裝簡易的監(jiān)察交流電流及減低用電量的裝置，其可對裝置下游的電荷要求作預設或持續(xù)的監(jiān)察，并可調較供應的電流及均方根電壓。它可以插入標準接線盒，或特別為凹紋電路而設定，又或是安裝在電力裝置成品如交流電發(fā)動機之中。
當在單相或多相交流電電路中制造多次微秒電流中斷，本裝置透過在每個獨立交流電周期在交流電振動的兩端提供微秒中斷而平衡輸出，可降低供應電流、有效電壓及附帶電荷的耗電量，同時不被附帶電荷感應。
另外，在較復雜的實施例中，以控制器監(jiān)察供應至附帶電荷的電壓可不斷對電流中斷時間及持續(xù)時間作調整，從而節(jié)約最多的電能，同時避免對電荷的附帶組件造成破壞。額外的箝位電路及定時電路可除去電流微中斷時線上的剩余電能，從而進一步加強本裝置的能力。
本發(fā)明的目的是提供一種可輕易地裝入或與一般交流電路配合的節(jié)能裝置。
本發(fā)明的另一目的是單相或多相供應至附帶電荷的電源供應中，利用交流電振動兩端的交流電微秒中斷，不被電荷感應。
本發(fā)明的另一目的是中央監(jiān)察多電路安裝的獨立電路的電流。
本發(fā)明的另一目的是通過利用微秒電流中斷和在所述微秒中斷期間除去線內的剩余電能，使電感電荷可更有效地操作本發(fā)明的其它目的會在說明書的以下部份說明，其中的詳細說明只為詳盡公開本發(fā)明，并不對本發(fā)明造成限制。


圖1示出了本裝置最簡單的實施例，其設有操作開關裝置的控制單元，以在交流電周期兩端對交流電路作出多次電流微秒中斷。
圖2示出了本裝置被插入具有兩條加電壓的臂或電線的電路。
圖3示出了本裝置被插入具有三條加電壓的臂或電線的電路。
圖4示出了控制開關裝置在一般交流電頻率周期的振動兩端提供大致相等的電流中斷。
圖5示出了開關裝置的一個簡單實施例。
圖6A及6B示出了一控制裝置的實施例，其可對開關裝置所提供的電流中斷的時間及持續(xù)時間作出控制及計時，并提供額外的能力去監(jiān)察及調整連接電荷的電路。
圖7示出了箝位電路及間歇接地電路。
圖8示出了本裝置以連接至一般接線盒的導電條的一般斷路器形式安裝，以服務獨立電路。
圖9示出了本裝置作為一般功率計及接線盒的介面。
具體實施例方式
參照圖1至圖9，其示出了現(xiàn)公開的裝置的優(yōu)選實施例，特別是，圖1示出了最簡單形式的裝置10的組件，其設有控制單元14，以操作用以中斷交流電路的電流數(shù)微秒的開關裝置16。如圖所示，中斷交流電路12的電流的開關裝置16以帶電或加電壓線18及中性線20組成；如圖所示，所述開關裝置中斷帶電或加電壓線18，而不是中斷中性線20或地線，中性線20或地線提供另一半電路，使電能從交流電供應24如一般發(fā)電廠的電力網(wǎng)供應至電荷22。由于較少電流需要開關，所述開關裝置在帶有多條加電壓線18的多相電路中優(yōu)選插入加電壓線18，但只要開關裝置16可以處理電路中兩條或三條加電壓線的電流，在使用只有兩條電線的單相電路，開關裝置16亦可插入中性線20，亦可插入多相電路的中性線20。裝置10可設有最簡單形式的控制器14，以使用由發(fā)電廠供應的一般交流電路為例，所述控制器預先編程或設定預設參數(shù)，在一般一秒的交流電周期期間，在交流電流的兩端或兩個方向把電路12由加電壓線18至電荷22，再回返至中性線20的電流中斷預設的數(shù)微秒。當然，可預期業(yè)內技術人員應根據(jù)個別電路及其附帶電荷，可使用其它交流電周期的持續(xù)時間。
在裝置10的優(yōu)選實施例中，可設置反饋電路26以監(jiān)察電壓和/或電流的線路情況以及持續(xù)調整開關裝置16及微秒電流中斷，從而把適當?shù)碾娏骷熬礁妷簜髦粮綆щ姾?2，這雖然較復雜，但可達到更佳的控制?，F(xiàn)時，把均方根電壓維持于大致105伏可達到最佳效果，這是以控制器14調整一個周期中交流電流每端微秒中斷的次數(shù)和持續(xù)時間，以達到大致相同的中斷次數(shù)及大致相同的總合計電流中斷時間，以維持該均方根電壓。不過，可預期業(yè)內技術人員根據(jù)附帶于電路1 2的電荷22及其表現(xiàn)及需要，可使用其它電壓。
如上所述，裝置10中斷交流電流兩個方向的電流，以在交流電流每個一般的一秒工作周期于電流振動的兩端達到平衡和大致相同的電壓和電流持續(xù)時間。如圖4所示，在電流振動的兩端提供多次持續(xù)大致相等微秒的電流中斷，以在電流振動的兩端達到大致相同的總電流中斷，在這情況下，對于電路12的電荷22而言，中斷是大致不可見的。這解決了現(xiàn)有技術所造成的問題，現(xiàn)有技術使用一次或數(shù)次長期的電流中斷，而導致使用該電流的裝置發(fā)生前述的故障。當然，在兩相電路12的一面或兩面臂端可使用多個開關裝置16，以根據(jù)電荷組件的不同特性要求及電路的不同電流和電壓要求作出調整，如圖2所示。不過，在現(xiàn)時的最佳實施例中，在兩相120伏電路12，或如圖2所示的兩相220伏電路，或如圖3所示具有三條加電壓線18的三相電路中，可設置一個或多個控制器14控制的開關裝置16，用以中斷從電源供應24通過每條加電壓線18傳到電荷22的電流。圖5示出了一個在交流電流制造微秒中斷的開關裝置16的一個優(yōu)選實施例，但可預期業(yè)內技術人員可使用任何可以處理微秒持續(xù)時間及電流要求的開關設計。
如圖1至圖3所示，以及如圖7中較詳細地示出，裝置10可選擇配以兩個電路裝置以提供額外的好處。其中一種是以箝位電路28為形式的裝置，其把聯(lián)系電荷22及開關裝置16的加電壓輸出線19的電壓箝位，所述箝位電路把電壓拑位于從電源供應24提供至開關裝置16的輸入電壓的正或負7/10。特別是對于電感性的電荷22而言，這避免有可能于加電壓輸出線19形成的電壓所產(chǎn)生的潛在問題。
另一種可選擇性地設于裝置10的更有用的組件，是一種除去電感電荷中的剩余電能的方法，其以電路形式在開關裝置16開放電路及為輸出線19減電壓時，于其時間距把輸出線19接地。操作時，當開關裝置16中斷到輸出線19的電流，接地電路30把輸出線19接地，從而除去任何剩余電能，這些剩余電能是當輸出線傳至電感電荷的電能被關閉時，電動機電感產(chǎn)生的電能的副產(chǎn)品。這些電能使電感電動機的磁場渦旋，其傾向把電樞向理想的電動機轉動的相反方向拉動，而減低電感電動機的效率，并使電感電動機加熱。在開關裝置16打開電路所引致的微秒電流中斷的時距期間把輸出線19接地，可除去電感電荷的剩余電能，從而提高電感電荷如電動機的效率。控制裝置14不但是使開關裝置16打開電路的訊號源，傳至接地電路30的相同訊號亦同時把輸出線19接地。當控制裝置14向開關裝置16發(fā)出相反的訊號，以關閉開關裝置16和把輸出線19加電壓，相同的訊號使接地電路30分離。當然，業(yè)內技術人員應可設計或利用其它的電路。因此，優(yōu)選設置把輸出線間歇性接地的裝置，以在開關裝置已把輸出線19減電壓時除去電路的剩余電能。
圖6示出了控制裝置14的優(yōu)選實施例，其使用微處理器及附帶組件以提供開關裝置16所提供的電流中斷時間及持續(xù)時間，以及接地電路30提供的把輸出線19接地的相對時間和持續(xù)時間，并同時透過反饋電路26監(jiān)察裝置的電荷端。因此，無論輸入電壓是否高于輸出電壓，它亦可提供有效的編程和/或實時回應的輸出電壓?？刂蒲b置14具有射頻干擾(RFI)濾波器，它是一種低通濾波器，以防止開關所產(chǎn)生的脈動返回提供電源供應24的發(fā)電廠的公用線。在優(yōu)選實施例的電路中，設有一氣管式線路沖擊波或電涌抑制器，其可抑制任何高于470伏的電壓，并會在納秒之間把高達20,000安培分流到接地；具有約50瓦耗散的串聯(lián)電阻器，而電壓在其中下降的，是被電荷帶動的電流；差動放大器產(chǎn)生電壓波形，其代表經(jīng)過濾并成為交流電流基準并用于處理器的電荷電流。另外，同時地，它產(chǎn)生用于微處理器的交流電壓基準，而這些微處理器使用的是高速跟蹤的交流電流及交流電壓。之后，兩個過濾基準交流電流及交流電壓的低通過濾器把交流電流傳至定標放大器。定標放大器為開關設定線路電流點。然后，電流便進入帶有磁滯的比較器。合作器的輸出從低狀態(tài)轉為高狀態(tài)。
線路電流限制訊號傳至開始/停止模塊，并重新設定其輸出為零，并在5秒內停止。五秒的延遲后，20毫秒的開關頻率脈沖觸發(fā)開關晶體管至全面啟動狀態(tài)，為時一秒，其把60赫電壓傳至電荷。脈寛調制訊號經(jīng)過開關控制器線路，開關控制器線路產(chǎn)生放大訊號、感應輸入及跟隨60赫的波形。當輸入的脈寛調制訊號從低狀態(tài)轉為高狀態(tài)，開關控制器會產(chǎn)生12伏或比當時的60赫波形更高的電壓，以開動晶體管。所述訊號然后被傳至緩沖放大器，緩沖放大器供應開動開關晶體管所需的極高峰值電流。
當脈寛調制訊號降低，放大的電壓便會下降，并透過緩沖放大器關閉開關晶體管。開關晶體管在60赫波形的正向變換時開動。然后，負開關晶體管在低于正常輸入(于60赫為零)的偏移時開動。
若微處理器偵察到任何問題，緊急旁路便會開動，導致開關預設地進入持續(xù)開動狀態(tài)，因而終止電流中斷。輸出射頻干擾濾波器與其它射頻干擾濾波器相同，但其具有大于9千赫的抑制頻率。
一般地面電力供應有兩種，其以正或負200伏供應，并以正及負7.5伏運作。然后，負200伏的供應直接與控制地面聯(lián)系。在這一點的基準為正30.0伏及正12.0伏的電源供應，以供應開關的控制功能，其以60赫輸入線路電力的最低交流電流點作基準。數(shù)字第五次60赫低通濾波器的時鐘頻率源自以鎖相回路(PPT)控制的數(shù)字定時器。時鐘頻率為6千赫。數(shù)字定時器亦為脈寛調制器提供3千赫的訊號，并全部以60周期波形鎖相。之后，輸出傳至峰值偵測器，其產(chǎn)生相等于其輸入的正弦波的正峰值的直流電壓。峰值偵測器的輸出傳至定標放大器，其用以決定開關電路的輸出電壓，在優(yōu)選實施例中，其為大致105伏均方根，然后輸出傳至反相放大器，其使脈寛調制器產(chǎn)生百分之50至99工作周期的脈寛，然后傳至停止/開始模塊。
開關晶體管產(chǎn)生的相同訊號把開關裝置開動或關閉，造成接地電路30的相互作用，當電流被關閉，接地電路30會接合并發(fā)出電能，而當開關裝置16開動電流，接地電路30便會分離。
雖然上述控制器14為控制裝置14的優(yōu)選實施例，但可預期業(yè)內技術人員作出改變或變動。
圖8至圖9示出了現(xiàn)公開裝置10的實施例，所述裝置可以用于新的或改造過的一般交流電供應接線盒，這些接線盒具有附于導電條34的斷路器32。在這實施例中，會設定以多個開關裝置16加設于或取代接線盒中附于導電條34的一般斷路器32。這實施例可容許多個裝置10去控制多個具有不同電流要求的電路。在這實施例中，提供微秒電流斷路的開關裝置16會設定為安裝于一般家居或商業(yè)接線盒31附帶的斷路器32，以提供簡易的改造和安裝?？刂蒲b置14會設定為控制各獨立開關裝置16，并從各電路12接收電流和電壓使用的反饋，并根據(jù)每個獨立電路的要求調較微秒電路中斷。如果接地電路30亦安裝于其中，它會以相互于開關裝置16的形式循環(huán)開關。
這實施例可透過安裝了開關裝置及有關組件的每個獨立電路中的獨立回饋電路，對輸入中央處理器的數(shù)據(jù)進行遙距監(jiān)察。如果控制裝置1 4以調制解調器或其它一般遙距聯(lián)系方法連接至遙距監(jiān)察站，它可對家居或商業(yè)或各獨立電路的用電作雙向實時控制，因而容許以一遙距控制器實時改變系統(tǒng)特征，或在超電荷或沒有付款時遙距中斷電力。
現(xiàn)公開裝置的實施例亦可同時用作高速斷路器，其如圖8所示安裝于導電條上?；仞侂娐?6可持續(xù)監(jiān)察開關裝置16輸出至設有本裝置的電路的電壓和電流。如果輸出線19的電流電壓比例超過預設水平，控制裝置14便會立即開動開關裝置16，并使電路12脫扣。所形成的高速斷路器的反應時間，是在到達或超越監(jiān)察線的預設電流之后不多于4毫秒。預設電流參數(shù)以定標放大器設定，其設定斷路器以10至250安培或以上運作，并可持續(xù)地在該電流范圍內作調整。當然，根據(jù)監(jiān)察電路的需要，也何使用其它電流范圍。當?shù)竭_設定的電流限制，定標放大器便會觸發(fā)合作器重新啟動開動/停止模塊至零輸出，因而關閉開關晶體管，以致通過監(jiān)察電路的電流和電壓終止。選擇地，可設置5秒啟動延遲以監(jiān)察短暫或過度電流狀況，并容許斷路器重新啟動，以及在觸發(fā)過度電流狀況的線路被移除時提供電流。因此，如果導致線路超越電流的情況消失，以致需要人手操作，斷路器便會智能地重新啟動。又或是，如果在相聯(lián)系的遙距監(jiān)察站，裝置可傳送消失的狀況回站，并遙距進行重新啟動，以開啟電流。
如圖8所示的在斷路器32中設有開關裝置16的現(xiàn)公開裝置10，當插入一帶有電荷的電路時可用作電涌保護器。當裝置的輸入電壓達到正或負470伏峰值，現(xiàn)公開裝置可提供電線電涌保護。在本說明書及附圖公開的控制器14中，氣管會在少于5納秒內把最多100,000安培傳至公用。
另外，如圖所示的現(xiàn)公開裝置可用作或可設有一電力控制器，其可調整至高電荷要求。在監(jiān)察電路時，當所述裝置偵測到電流在一段10毫秒的期間內因電力負荷如大電動機轉動或停轉而急速增加，所述裝置便會立即容許控制器14切換至在一段預設時間內，現(xiàn)時為一秒半，容許全面的電流和電壓于電路中。之后所述裝置回復正常運作參數(shù)，以微中斷電路節(jié)約電能。這是現(xiàn)公開裝置特別寶貴的特征，可達到設有本裝置的空調、冰箱及其它高電流組件的發(fā)動其大發(fā)動機的高電流要求。
當本裝置因任何理由發(fā)生故障，控制器14啟動緊急旁路恢復不間斷電流，從而確保電荷不會發(fā)生電力中斷。如圖所示，旁路以60赫波形在兩個周期的時間內運作，因此不會影響附帶裝置的運作。
最后，圖9示出了本裝置的另一優(yōu)選實施例，其設于一適當尺寸和設定合適的介面組件之內，以把現(xiàn)公開裝置加插于家居或商業(yè)和電源供應之間。這實施例的裝置10密封于介面36之內，所述介面設置于表38及家居或商業(yè)接線盒31及其導電條34之間，并為整個家居或商業(yè)電力系統(tǒng)提供微秒電流中斷。這實施例雖然沒有如其它實施例般提供獨立電路監(jiān)察能力，但其可特別容易安裝，只要拆卸和再裝上表38及置于其間的介面裝置，并完成接線盒31至地區(qū)電力網(wǎng)的電源供應24的電路便可。
應理解的是，雖然現(xiàn)公開裝置的最優(yōu)選實施例采用上述獨立組件，以達到控制設有這些組件的電力系統(tǒng)的最多功能，但可預期利用一個或以上的獨立組件亦可大大地改進表現(xiàn)及實用性。另外，雖然本節(jié)約電能設備的所有基本特點及特征均以多個優(yōu)選實施例說明，但應理解業(yè)內技術人員可作出多項不離本發(fā)明的精神或范疇的替換、改編及改變。因此，所有有關改編、變動和替換包含在以下權利要求所訂定為本發(fā)明的范疇之中。
權利要求
1.一種節(jié)約電力的設備，其設于具有周期的電路之中，所述周期包括正及負的交流振動，其特征在于其包括把交流電流從電源傳至電荷的電線；透過所述電線以多次微秒增量中斷電流的開關裝置；及控制所述中斷的次數(shù)及每次中斷持續(xù)時間的控制裝置。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于所述控制裝置控制所述中斷正及負振動，并中斷所述電流每周期約為10至100次。
3.如權利要求1所述的設備，其特征在于所述控制裝置在一中性線中斷電流。
4.如權利要求1所述的設備，其特征在于所述控制裝置在一加電壓線中斷電流。
5.如權利要求1所述的設備，其特征在于其亦包括在所述中斷時把所述電線接地的裝置，以除去任何剩余電能，所述剩余電能是當所述電線的電流關閉時由電感電荷產(chǎn)生的電能的副產(chǎn)品。
6.如權利要求1所述的設備，其特征在于其亦包括監(jiān)察電線狀況及持續(xù)調整所述中斷的次數(shù)和持續(xù)時間的裝置，以向所述電荷提供預設的電流和均方根電壓。
7.如權利要求1所述的設備，其特征在于其亦包括濾波裝置，以過濾所述電線以防止任何低頻率脈沖經(jīng)所述電線返回所述電源。
8.一種節(jié)約電力的方法，其用于具有周期的電路之中，所述周期包括正及負的交流振動，其特征在于其包括透過連接至一電荷的電線從電源供應交流電；透過所述電線在所述正及負振動中以多次微秒增量中斷電流；及控制所述中斷的次數(shù)及每次中斷的持續(xù)時間。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于所述電流在一中性線被中斷。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于所述電流在一加電壓線被中斷。
11.如權利要求8所述的方法，其特征在于其亦包括在所述中斷時把所述電線接地，以除去任何剩余電能，所述剩余電能是當所述電線電流關閉時由電感電荷產(chǎn)生的電能的副產(chǎn)品。
12.如權利要求8所述的方法，其特征在于其亦包括監(jiān)察電線狀況及持續(xù)調整所述中斷的次數(shù)和持續(xù)時間，以向所述電荷提供預設的電流和均方根電壓。
13.如權利要求8所述的方法，其特征在于其亦包括把所述電線的中斷電壓箝位至由一預設電壓加上或減去一預設范圍的電壓。
14.如權利要求8所述的方法，其特征在于其亦包括把所述電線過濾，以防止任何低頻率脈沖返回所述電源。
15.如權利要求8所述的方法，其特征在于所述電流的中斷每周期約為10至100次。
16.如權利要求8所述的方法，其特征在于在所述負振動的所述電線的所述電流的總合計中斷時間大致相等于所述正振動的總合計中斷時間。
17.一種節(jié)約電力的方法，其用于具有周期的電路之中，所述周期包括正及負的交流振動，其特征在于其包括透過連接至一電荷的電線從電源供應具有負及正振動的交流電；透過所述電線在各所述正及負振動中以多次微秒增量中斷電流，每周期約為10至100次；在所述中斷時把所述電線接地，以除去任何剩余電能，所述剩余電能是當所述電線電流關閉時由電感電荷產(chǎn)生的電能的副產(chǎn)品；監(jiān)察電線狀況及持續(xù)調整所述中斷的次數(shù)和持續(xù)時間，以向所述電荷提供預設的電流和均方根電壓；把所述電線的中斷電壓箝位至由一預設電壓加上或減去一預設范圍的電壓；把所述電線過濾，以防止任何低頻率脈沖返回所述電源；及控制所述中斷的次數(shù)及每次中斷的持續(xù)時間。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于在所述負振動的所述電線的所述電流的總合計中斷時間大致相等于所述正振動的總合計中斷時間。
19.一種節(jié)約交流電的設備，交流電具有一正振動和一負振動，各有完整周期，并于一交流電路傳至一電荷，其特征在于其包括一開關裝置，所述開關裝置具有輸入端和輸出端，可插入一交流電路最少一條電線之中，使所述輸入端與一交流電源供應聯(lián)系，所述輸出端與所述交流電路發(fā)動的所述電荷聯(lián)系；所述開關裝置設一開放位置，以中斷所述輸入端及所述輸出端之間的聯(lián)系；所述開關裝置設一關閉位置，以連接所述輸入端至所述輸出端；一控制裝置，把所述開關裝置于所述關閉位置及所述開放位置之間切換；所述控制裝置在每個完整交流電流周期中多次使所述開關裝置從所述關閉位置切換至所述開放位置，從而在每個所述交流電流周期造成多次獨立的電流中斷，并中斷所述交流電流傳至與所述開關裝置的所述輸出端聯(lián)系的所述電荷；在所述正振動的所述獨立中斷的次數(shù)大致相等于每個所述交流電流周期在所述負振動的所述獨立中斷的次數(shù)；由所述開關裝置的所述輸出端傳至所述電荷的有效電壓從而被降低至一預設水平，但所述電流中斷的持續(xù)時間維持足夠的短暫及相同，使其不能被所述電荷感應，因而降低所述電荷的耗電量。
20.如權利要求19所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括所述控制裝置使所述正振動的所述獨立中斷的總合計持續(xù)時間大致相等于每個所述交流電流周期的所述負振動的所述獨立中斷的總合計持續(xù)時間，由所述開關裝置的所述輸出端傳至所述電荷的有效電壓從而被降低至一預設水平，但所述電流中斷的持續(xù)時間維持足夠的短暫及相同，使其不能被所述電荷感應，因而降低所述電荷的耗電量。
21.如權利要求19所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括一反饋電路以聯(lián)系所述開關裝置的輸出端及所述控制裝置；所述反饋電路把均方根電壓從所述開關裝置的所述輸出端傳至所述控制裝置，所述控制裝置隨后調整每個所述交流電流周期的所述正振動的所述獨立中斷的次數(shù)和持續(xù)時間以及所述負振動的所述獨立中斷的次數(shù)和持續(xù)時間，從而把所述開關裝置的所述輸出端輸出的所述均方根電壓維持于所述預設電壓。
22.如權利要求20所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括一反饋電路以聯(lián)系所述開關裝置的輸出端及所述控制裝置；所述反饋電路把均方根電壓從所述開關裝置的所述輸出端傳至所述控制裝置，所述控制裝置隨后調整每個所述交流電流周期的所述正振動的所述獨立中斷的次數(shù)和持續(xù)時間以及所述負振動的所述獨立中斷的次數(shù)和持續(xù)時間，從而把所述開關裝置的所述輸出端輸出的所述均方根電壓維持于所述預設電壓。
23.如權利要求19所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括把所述開關裝置的所述輸出端的電壓箝位于所述開關裝置的所述輸入端的輸入電壓以上及以下的預設電壓的裝置。
24.如權利要求20所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括把所述開關裝置的所述輸出端的電壓箝位于所述開關裝置的所述輸入端的輸入電壓以上及以下的預設電壓的裝置。
25.如權利要求21所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括把所述開關裝置的所述輸出端的電壓箝位于所述開關裝置的所述輸入端的輸入電壓以上及以下的預設電壓的裝置。
26.如權利要求22所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括把所述開關裝置的所述輸出端的電壓箝位于所述開關裝置的所述輸入端的輸入電壓以上及以下的預設電壓的裝置。
27.如權利要求19所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括電路裝置，只是當所述開關裝置處于所述開放位置，所述開關裝置的所述輸出端從所述開關裝置的所述輸出端除去剩余電能。
28.如權利要求20所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括電路裝置，只是當所述開關裝置處于所述開放位置，所述開關裝置的所述輸出端從所述開關裝置的所述輸出端除去剩余電能。
29.如權利要求21所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括電路裝置，只是當所述開關裝置處于所述開放位置，所述開關裝置的所述輸出端從所述開關裝置的所述輸出端除去剩余電能。
30.如權利要求22所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括電路裝置，只是當所述開關裝置處于所述開放位置，所述開關裝置的所述輸出端從所述開關裝置的所述輸出端除去剩余電能。
31.如權利要求19所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于所述開關裝置置于一外在殼體之內，所述殼體的尺寸可容許所述開關裝置的所述輸入端與一接線盒的母線協(xié)調地接合，而所述輸出端構造為可與聯(lián)系所述電荷的電線協(xié)調地接合。
32.如權利要求20所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于所述開關裝置置于一外在殼體之內，所述殼體的尺寸可容許所述開關裝置的所述輸入端與一接線盒的母線協(xié)調地接合，而所述輸出端構造為可與聯(lián)系所述電荷的電線協(xié)調地接合。
33.如權利要求21所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于所述開關裝置置于一外在殼體之內，所述殼體的尺寸可容許所述開關裝置的所述輸入端與一接線盒的母線協(xié)調地接合，而所述輸出端構造為可與聯(lián)系所述電荷的電線協(xié)調地接合。
34.如權利要求22所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于所述開關裝置置于一外在殼體之內，所述殼體的尺寸可容許所述開關裝置的所述輸入端與一接線盒的母線協(xié)調地接合，而所述輸出端構造為可與聯(lián)系所述電荷的電線協(xié)調地接合。
35.如權利要求23所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于所述開關裝置置于一外在殼體之內，所述殼體的尺寸可容許所述開關裝置的所述輸入端與一接線盒的母線協(xié)調地接合，而所述輸出端構造為可與聯(lián)系所述電荷的電線協(xié)調地接合。
36.如權利要求19所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于所述開關裝置置于一介面之內運作，所述介面構造為可合適地置于一接線盒上的用電表及其安裝之間，所速開關裝置的輸入與所述用電表的電輸出協(xié)調地接合，所述開關裝置的輸出端于所述用電表的正常安裝與所述接線盒協(xié)調地接合。
37.如權利要求20所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于所述開關裝置置于一介面之內運作，所述介面構造為可合適地置于一接線盒上的用電表及其安裝之間，所述開關裝置的輸入與所述用電表的電輸出協(xié)調地接合，所述開關裝置的輸出端于所述用電表的正常安裝與所述接線盒協(xié)調地接合。
38.如權利要求21所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于所述開關裝置置于一介面之內運作，所述介面構造為可合適地置于一接線盒上的用電表及其安裝之間，所述開關裝置的輸入與所述用電表的電輸出協(xié)調地接合，所述開關裝置的輸出端于所述用電表的正常安裝與所述接線盒協(xié)調地接合。
39.如權利要求20所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于所述交流電路具有多條加電壓線及一條中性線以供應所述交流電路；每條所述加電壓線加插一開關裝置，每個所述開關裝置設有一輸入端和一輸出端，所述輸入端與一交流電供應的一條加電壓線聯(lián)系，每個所述輸出端以所述交流電路與所述電荷聯(lián)系。
40.如權利要求39所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括一反饋電路以聯(lián)系每個所述開關裝置的每個輸出端及一控制裝置；所述反饋電路把有效電壓從所述開關裝置的每個所述輸出端傳至所控制裝置，所述控制裝置隨后調整每條所述加電壓線的每個所述交流電流周期的所述正振動的所述獨立中斷的次數(shù)和持續(xù)時間以及所述負振動的所述獨立中斷的次數(shù)和持續(xù)時間，從而把每個所述開關裝置的每個所述輸出端輸出的所述電壓維持于所述預設電壓。
41.如權利要求39所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括電路裝置，只是當每個所述開關裝置處于所述開放位置，透過把每個所述開關裝置的所述輸出端接地，以從每個所述開關裝置的所述輸出端除去剩余電能。
42.如權利要求40所述的節(jié)約交流電的設備，其特征在于其亦包括電路裝置，只是當每個所述開關裝置處于所述開放位置，透過把每個所述開關裝置的所述輸出端接地，以從每個所述開關裝置的所述輸出端除去剩余電能。
全文摘要
一種控制電力的設備和方法，為一般60赫或其它一般頻率的交流電供應電壓波形，提供指定電荷有效輸出電流和電壓，其輸出頻率與輸入頻率相同。利用可把電流作微開關的開關裝置，以及在交流電流振動兩端多次大致相等長度和持續(xù)時間的電流中斷，可把輸出有效電壓及所得的電流預設及控制至一預先編程的輸出水平，不論輸入電壓為單相或多相。又或是，透過把電荷累積于被監(jiān)察和持續(xù)周調整的電路，可持續(xù)監(jiān)察輸出電壓和所得的電流，以得到最多的電能節(jié)約，而同時避免對附帶于電路的組件造成破壞。額外的實施例可利用微中斷裝置作為一斷路器作過度電流保護，并可作為一智能斷路器以得到獨立電路電能使用的數(shù)據(jù)流，其可以傳至一地區(qū)監(jiān)察站或以電子傳送把信息傳至一遙距監(jiān)察站。實時監(jiān)察和調整電力使用可透過該等聯(lián)系達到，而裝置和聯(lián)系監(jiān)察站的雙向聯(lián)系亦容許實時電力使用收費以及從預先付款的賬戶扣除實時電力使用的費用。
文檔編號H02J3/00GK1539194SQ02815551
公開日2004年10月20日 申請日期2002年5月23日 優(yōu)先權日2001年8月10日
發(fā)明者沙·C·亞瑪利那, 占美·亞斯布利, 亞斯布利, 沙 C 亞瑪利那 申請人:微脈沖科技公司