MX2013008399A - Circuito de acondicionamiento de energia ac. - Google Patents

Abstract

Una bobina de choque multi-serpentín para un acondicionador de energía AC incluye un núcleo magnético que tiene primera, segunda y tercera patas paralelas; un primer serpentín envuelto alrededor de la primera pata termina en el primer y segundo conductores en extremos respectivos; un segundo serpentín envuelto alrededor de la segunda pata termina en el primer y segundo conductores en extremos respectivos; un tercer serpentín envuelto alrededor de la tercera pata termina en el primer y segundo conductores en extremos respectivos; un cuarto serpentín está formado desde una porción próxima del segundo conductor de dicho primer serpentín; el cuarto serpentín está envuelto alrededor de una porción distante del segundo conductor del tercer serpentín; un quinto serpentín está formado desde una porción próxima del segundo conductor del tercer serpentín; el quinto serpentín está envuelto alrededor de una porción distante del segundo conductor del primer serpentín; también se divulgan acondicionadores de energía AC que utilizan una o más de esas bobinas de choque.

Description

CIRCUITO DE ACONDICIONAMIENTO DE ENERGIA AC CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a la distribución de energía AC, y de manera más particular a un aparato para acondicionar la energía suministrada y reducir el uso de energía .

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Las sobretensiones transitorias son comunes en todos los sistemas de energía. Los cortos en iluminación, conmutación de generador y líneas de energía principales son ejemplos de sobretensiones externamente generadas. Las sobretensiones de hasta dos veces el voltaje aplicado son comunes y se han observado hasta 50 veces el voltaje aplicado.

Más comunes y más frecuentes son las sobretensiones transitorias causadas por dispositivos de carga inductiva tales como motores, transformadores, bobinas de relé y balastos de luz fluorescente. Estos se conocen como sobretensiones internamente generadas.

Diversos supresores de sobretensiones de voltaje transitorias son muy conocidas en las patentes de los Estados Unidos números 4,152,743; 4,259,705; 4,854,622; 4,587,588; 4,739;436; 4,760,485; 4,777,555; 4,802,055; 4,845,580; 4,866,560; 4,870,528; 4,870,534; y 4,901,183 que ilustran varios sistemas de supresión de voltaje transitorio, supresores de sobretensiones y filtros para uso en la distribución de energía eléctrica. Estas patentes divulgan circuitos que utilizan dispositivos tales como condensadores y varistores entre líneas de energía junto con bobinas de choque en serie con las líneas de energía para filtrar la energía AC. Ninguna de estas referencias divulga o sugiere el aprovisionamiento de inductores a través de las líneas de energía o a través de una línea de energía y la línea neutral de una fuente de energía. Estas patentes tampoco divulgan el aparato para reducir sustancialmente el consumo de energía.

La patente de los Estados Unidos comúnmente cedida 5,105,327, incorporada aquí por referencia, divulga un acondicionador de energía para líneas de energía AC que tiene una bobina de choque y condensador acoplados en serie a través de las líneas de energía. La bobina de choque comprende un serpentín que termina en una línea, con la línea en bucle de regreso a través del serpentín. Las líneas de energía entonces son equilibradas para proporcionar mayor eficiencia operativa. Los condensadores y supresores transitorios son utilizados para la supresión transitoria y la corrección del factor de energía.

Cualquier carga que requiera un campo magnético para operar, por ejemplo motores, transformadores, balastos de lámpara fluorescente, solenoides y similares ocasionarán que cambie la relación de fase entre el voltaje y la corriente suministrados por la utilidad. Dicho deslizamiento de fase reduce la eficiencia de la carga, teniendo como resultado un consumo de energía incrementado.

El ángulo de fase entre voltaje y corriente se denomina factor de potencia. Los circuitos inductivos tienen un factor de potencia de arrastre debido a los atrasos del voltaje. Los circuitos capacitivos tienen un factor de potencia delantero debido a que la corriente avanza el voltaje. Es deseable hacer que el ángulo entre voltaje y corriente se aproxime a cero. Cuando el voltaje y la corriente están en fase, el factor de potencia es la unidad y se obtiene la utilización más eficiente del sistema de distribución de energía.

Sería conveniente proporcionar un aparato para acondicionar la energía AC a fin de eliminar las corrientes momentáneas y sobretensiones y reducir la energía consumida por las cargas inductivas y capacitivas en una manera que mejore al momento de la operación y eficiencia de los dispositivos de la técnica anterior, incluyendo!. , los dispositivos divulgados en la patente de los Estados Unidos 5,105,327. La presente invención proporciona bobinas de choque multi-serpentin y un aparato acondicionador de energías que se puede implementar para lograr estas y otras ventaj as .

SUMARIO DE LA INVENCION De acuerdo con la invención se proporciona una bobina de choque multi-serpentín . La bobina de choque incluye un núcleo magnético que tiene una primera pata con una segunda pata y una tercera pata. Las tres patas son sustancialmente paralelas entre sí. Un primer serpentín está envuelto alrededor de la primera pata. El primer serpentín termina en un primer conductor en un primer extremo del mismo y un segundo conductor en un segundo extremo del mismo. Un segundo serpentín está envuelto alrededor de la segunda pata del núcleo y termina en un primer conductor en un primer extremo del mismo y un segundo conductor en un segundo extremo del mismo. Un tercer serpentín está envuelto alrededor de la tercera pata y termina en un primer conductor en un primer extremo del mismo y un segundo conductor en un segundo extremo del mismo. Un cuarto serpentín está formado desde una porción próxima del segundo conductor del primer serpentín. El cuarto serpentín está envuelto alrededor de una porción distante del segundo conductor del tercer serpentín.

Un quinto serpentín está formado desde una porción próxima del segundo conductor del tercer serpentín. El quinto serpentín está envuelto alrededor de una porción distante del segundo conductor del primer serpentín.

En una modalidad preferida, la porción distante del segundo conductor de dicho primer serpentín pasa a través de dicho tercer serpentín antes de pasar a través de dicho quinto serpentín. De igual manera, la porción distante del segundo conductor de dicho tercer serpentín pasa a través de dicho primer serpentín antes de pasar a través de dicho cuarto serpentín.

El núcleo magnético se puede formar a partir de dos núcleos cerrados rectangulares colocados lado a lado con lados adyacentes formando la segunda pata. La primera y tercera patas pueden incluir, cada una, un espacio. La segunda pata puede incluir espacios sustancialmente alineados en los lados adyacentes de los núcleos cerrados rectangulares. Los espacios pueden estar centralmente ubicados a lo largo de sus patas respectivas. Se puede proporcionar un espacio adicional a lo largo de la longitud de los lados adyacentes de los núcleos cerrados rectangulares. Además, cada uno de los núcleos cerrados rectangulares puede estar contenido dentro de una cubierta aislante .

Una bobina multi-serpentin de acuerdo con una modalidad preferida de la invención tiene su primer serpentín envuelto en una de una dirección en sentido de las manecillas del reloj y contrario a las manecillas del reloj, con el segundo y tercer serpentines estando envueltos en la otra de la dirección en sentido de las manecillas del reloj y contrario a las manecillas del reloj . De manera más particular, el primer serpentín se puede envolver en una dirección contraria a las manecillas del reloj con el segundo y tercer serpentones envueltos en una dirección en sentido de las manecillas del reloj . El cuarto serpentín está envuelto en la misma dirección que el primer serpentín, por ejemplo, en sentido contrario a las manecillas del reloj . El quinto serpentín está envuelto en la misma dirección que el tercer serpentín, por ejemplo, en el sentido de las manecillas del reloj .

Un acondicionador de energía para líneas de energía AC de acuerdo con la invención incluye una bobina multi-serpentin y al menos un condensador. Se proporcionan medios para acoplar la bobina de choque y al menos un condensador en serie a través de una fuente de energía AC. La bobina de choque comprende un núcleo magnético que tiene una primera pata, una segunda pata y una tercera pata. Las patas del núcleo son sustancialmente paralelas entre sí. Un primer serpentín está envuelto alrededor de la primera pata. El primer serpentín termina en un primer conductor en un primer extremo del mismo y un segundo conductor en un segundo extremo del mismo. Un segundo serpentín está envuelto alrededor de la segunda pata. El segundo serpentín termina en un primer conductor en un primer extremo del mismo y un segundo conductor en un segundo extremo del mismo. Un tercer serpentín está envuelto alrededor de la tercera pata y termina en un primer conductor en un primer extremo del mismo y un segundo conductor en un segundo extremo del mismo. Un cuarto serpentín está formado desde una porción próxima del segundo conductor del primer serpentín. El cuarto serpentín está envuelto alrededor de una porción distante del segundo conductor del tercer serpentín. Un quinto serpentín está formado desde una porción próxima del segundo conductor del tercer serpentín. El quinto serpentín está envuelto alrededor de una porción distante del segundo conductor del primer serpentín .

El acondicionador de energía puede tener una pluralidad de bobinas de choque multi-serpentín, cada una acoplada en serie con al menos un condensador a través de. una fuente de energía AC respectiva. En dicha modalidad, los medios de acoplamiento están adaptados para acoplar cada una de las bobinas de choque multi-serpentín con el primer y cuarto serpentines en serie con al menos un condensador a través de una fuente de energía AC respectiva, el segundo serpentín en serie con al menos un condensador a través de una fuente de energía AC respectiva, y el tercer y quinto serpentines en serie con al menos un condensador a través de una fuente de energía AC respectiva.

En una modalidad con una sola bobina de choque multi-serpentín, los medios de acoplamiento se pueden adaptar para acoplar el primer y cuarto serpentines en serie con al menos un condensador a través de una fuente de energía AC respectiva, el segundo serpentín en serie con al menos un condensador a través de una fuente de energía AC respectiva; y el tercer y quinto serpentines en serie con al menos un condensador a través de una fuente de energía AC respectiva.

El núcleo magnético se puede formar de dos núcleos cerrados rectangulares colocados lado a lado co los lados adyacentes formando la segunda pata. Cada una de la primera y tercera patas pueden incluir un espacio. La segunda pata puede incluir espacios sustancialmente alineados en los lados adyacentes de los núcleos cerrados rectangulares. Los espacios en la primera, segunda y tercera patas pueden estar centralmente ubicados a lo largo de sus patas respectivas. Un espacio adicional puede residir a lo largo de la longitud de los lados adyacentes de los núcleos cerrados rectangulares.

Este espacio adicional puede resultar, por ejemplo, del aprovisionamiento de una cubierta aislante en cada uno de los núcleos cerrados rectangulares.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Haciendo referencia ahora a las figuras, donde elementos similares son numerados de manera similar: La figura 1 es un diagrama que muestra una estructura de núcleo magnético en la cual se puede devanar una bobina de choque de acuerdo con la invención.

La figura 2 es una vista en sección transversal de una porción del núcleo.

La figura 3 es una vista agrandada del núcleo con devanados sobre el mismo para formar una bobina de choque multi-serpentin de acuerdo con la invención.

La figura 4 es un diagrama esquemático de un acondicionador de energía de una sola fase utilizando una bobina de choque de acuerdo con la invención.

La figura 5 es un diagrama esquemático de un acondicionador de energía de tres fases utilizando una bobina de choque de acuerdo con la invención.

La figura 6 es un diagrama esquemático de . un acondicionador de energía de tres fases utilizando dos bobinas de choque de acuerdo con la invención.

La figura 7 es un diagrama esquemático de un acondicionador de energía de tres líneas de tres fases utilizando tres bobinas de choque de acuerdo con la invención .

La figura 8 es un diagrama esquemático de un acondicionador de tres líneas, tres fases con potencia neutral utilizando tres bobinas de choque de acuerdo con la invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE IA INVENCION Un acondicionador de energía para alternar la corriente de acuerdo con la invención utiliza una bobina de choque multi-serpentín única. Haciendo referencia a la figura 1, se muestra una estructura de núcleo magnético 10 que se puede utilizar para fabricar una bobina de choque de acuerdo con la invención. La bobina de choque se puede fabricar, por ejemplo, utilizando dos núcleos lado a lado 12 y 14. Dichos núcleos pueden comprender, por ejemplo, núcleos de "Bobina de Choque Torroid de Ajuste a Presión" disponibles de Radio Shack con el Catálogo No. 273-104. Estos núcleos incluyen un núcleo de ferrita con una cubierta exterior de plástico. En particular, la cubierta 13 (como se muestra en una línea sólida) se ilustra rodeando las secciones de núcleo 12a, 12b (que se muestran en líneas con guiones) y la cubierta 15 (que se muestra en una linea sólida) se muestra rodeando las secciones de núcleo 14a, 14b (que se muestran en lineas con guiones) .

Cada uno de los núcleos 12 y 14 está construido de dos componentes de núcleo de ferrita en forma de C 12a, 12b y 14a, 14b respectivamente que, cuando son ensamblados lado a lado dentro de las cubierta exteriores de plástico 13, 15 respectivamente, forman espacios en donde se encuentran los extremos superior e inferior de cada "C". Estos espacios se pueden observar en los números - de referencia 16 y 18a en el núcleo 12. Espacios similares 18b y 22 se muestran en el núcleo 14. Cuando los dos núcleos 12 y 14 son colocados lado a lado como se muestra en la figura 1, se forma un espacio adicional 24 a lo largo de los lados adyacentes de los núcleos. Se observa que el espacio 24 comprende el espacio entre los núcleos de ferrita reales (es decir, entre las lineas con guiones) lo cual en su mayoría queda determinado por el grosor de las paredes de las porciones de cubierta de plástico 13, 15 que residen dentro del espacio.

La estructura de núcleo que se muestra en la figura 1 tiene como resultado tres patas alrededor de las cuales se devanan los serpentines de alambre de acuerdo con ' la invención. Estas son una pata superior 31, una pata media 33a, 33b y una pata inferior 35. Tal como se puede observar, la pata superior 31 es parte del núcleo 12, la parte inferior 35 es parte del núcleo 14, y la pata media 33a, 33b comprende porciones de ambos núcleos 12 y 14. Se puede colocar un punto 110 (por ejemplo, pintura) , por ejemplo, en la esquina derecha inferior del núcleo 12 para ayudar a una persona a mantener la estructura de núcleo en una orientación apropiada cuando se devanan los serpentines en las patas. Esto es importante ya que la operación adecuada de la bobina de choque dependerá de las direcciones en las cuales están devanados los diversos serpentines.

Cuando los serpentines son devanados de manera apropiada de acuerdo con la invención, tal como se explicará a continuación, el campo magnético creado cuando la bobina de choque es energizada estará orientado en las direcciones mostradas por las flechas 100, 102, 104 y 106. En particular, el campo en la primera pata 31 estará orientado de izquierda a derecha conforme a lo designado por las flechas 100. El campo en la segunda pata 33a, 33b estará orientado de derecha a izquierda conforme a lo designado por las flechas 102, 104. El campo en la tercera pata 35 estará orientado de izquierda a derecha conforme a lo designado por las flechas 106. Se debiera apreciar que los serpentines también se pueden devanar de manera que los campos magnéticos quedarán orientados en direcciones opuestas a aquellas mostradas en el ejemplo de la figura 1.

La figura 2 es una sección transversal del núcleo tomada a lo largo de la linea 2-2 que se muestra en la figura 1. En particular, la figura 2 ilustra el núcleo de ferrita 14b dentro de la cubierta de plástico 15. La cubierta 15 actúa como una camisa de aislamiento para el núcleo. Se observa que la cubierta 15 cubre tres lados del núcleo 14b, con el lado 14c del núcleo de ferrita quedando expuesto.

La figura 3 es una vista detallada, agrandada de una bobina de choque de acuerdo con la invención que ha sido devanada sobre la estructura de núcleo 10 de la figura 1. La bobina de choque tiene cinco serpentines, tres de los cuales' (primer serpentín 30, segundo serpentín 32 y tercer serpentín 34) están devanados alrededor de patas respectivas 31, 33a, b y 35 del núcleo. Un cuarto serpentín 36 está devanado alrededor de una porción de conductor del tercer serpentín. El quinto serpentín 38 está devanado alrededor de una porción de conductor del primer serpentín. La bobina de choque está adaptada para uso en diversas modalidades de los acondicionadores de energía AC, también referidos como sistemas de "eficiencia de derivación". Ejemplos de dichos acondicionadores de energía se proporcionan en las figuras 4-8.

En la modalidad de la bobina de choque que se ilustra en la figura 3, el primer serpentín 30 está envuelto alrededor de la primera pata 31 del núcleo 12. El segundo serpentín 32 está envuelto alrededor de una segunda pata, la cual consiste de la pata 33a del núcleo 12 y la pata adyacente 33b del núcleo 14. El tercer serpentín 34 está envuelto alrededor de una tercera pata 35 del núcleo 14. Tal como se indica, los espacios 16 y 22 están centrados a lo largo de la primera pata 31 y tercera pata 35, respectivamente. De manera similar, los espacios 18a y 18b (juntos referidos como el espacio 18) generalmente están alineados en una posición centrada a lo largo de la segunda pata 33a, 33b. Tal como se puede observar en la figura 1, las tres patas 31, 33a, b y 35 son sustancialmente paralelas entre sí .

La dirección en la cual el primer, segundo y tercer serpentines están envueltos alrededor de sus patas respectivas es importante para la operación de la bobina de choque multi-serpentín y, de manera más particular, para energizar los acondicionadores fabricados a partir de la bobina de choque. En particular, el primer serpentín 30 está envuelto en una dirección (por ejemplo, contraria a las manecillas del reloj) y el segundo y tercer serpentines 32, 34 están envueltos en la dirección opuesta (por ejemplo,'¦ en el sentido de las manecillas del reloj ) . Se debiera apreciar que estas direcciones se pueden invertir, siempre y cuando se mantengan las relaciones entre los serpentines.

Aunque el número de giros presente en cada serpentín puede variar dependiendo de los requerimientos del circuito en el cual se utiliza la bobina de choque, típicamente cada uno de los serpentines 30, 32 y 34 tendrá 4-6 giros de, por ejemplo, alambre de cobre trenzado aislado 12 AWG. En la modalidad ilustrada, cada uno del primer, segundo y tercer serpentines 30, 32 y 34 tiene cinco giros, con el primer serpentín envuelto alrededor de la pata 31 en una dirección contraria a las manecillas del reloj y el segundo y tercer serpentines envueltos alrededor de la pata 33a, 33b y 35, respectivamente, en una dirección en el sentido de las manecillas del reloj . También en la modalidad ilustrada, el cuarto y quinto serpentines 36 y 38, respectivamente, tienen siete giros.

El cuarto serpentín 36 se extiende desde el primer serpentín 30 y el quinto serpentín 38 se extiende desde el tercer serpentín 34. Tal como se puede observar en las figuras, el primer serpentín 30 tiene un primer conductor 40 y un segundo conductor 41. El cuarto serpentín 36 está formado de una porción del segundo conductor 41 que está cerca del primer serpentín 30. De igual manera, el tercer serpentín 34 tiene un primer conductor 44 y un segundo conductor 45. El quinto serpentín 38 está formado de una porción del segundo conductor 45 que está cerca del tercer serpentín 34.

El cuarto serpentín 36 está envuelto alrededor de una porción 45' del segundo conductor 45 del tercer serpentín 34 que está lejos del tercer serpentín 34. De manera similar, el quinto serpentín 38 está envuelto alrededor de una porción 41' del segundo conductor 41 del primer serpentín 30 que está lejos del primer serpentín 30. En ruta al cuarto serpentín 36, el segundo conductor 45 del tercer serpentín pasa a través del primer serpentín 30 como se muestra en 45". Esto ocurre después de la formación del quinto serpentín 38 ,en el segundo conductor 45. Como resultado de esta estructura, la porción distante del segundo conductor 45 del tercer serpentín 34 pasa a través del primer serpentín 30 antes de pasar a través del cuarto serpentín 36.

De la misma manera, en su ruta al quinto serpentín 38, el segundo conductor 41 del primer serpentín pasa a través del tercer serpentín 34 como se muestra en 41". Esto ocurre después de la formación del cuarto serpentín 36 en el segundo conductor 41 del serpentín 30. Como resultado, la porción distante del segundo conductor 41 del primer serpentín 30 pasa a través del tercer serpentín 34 antes de pasar a través del quinto serpentín 38.

La bobina de choque única que se muestra en la figura 3 se puede utilizar en cualquiera de una variedad de diferentes implementaciones de acondicionador de energía. Estos incluyen, por ejemplo, unidades residenciales/recreativas de fase sencilla de 120/240 voltios, así como unidades comerciales/industriales de tres fases de 208, 240, 480 y 600 voltios (para aplicaciones de tres, cuatro y cinco alambres) . Diversas modalidades de este tipo se muestran en las figuras 4-8. Se observa que por claridad en los dibujos, los espacios de aire 16, 18, 22 y 24 de las bobinas de choque, los cuales se muestran en las vistas agrandadas de las figuras 1 y 3, no se ilustran en las figuras 4-8. No obstante, cada una de las bobinas de choque en las figuras 4-8 tiene estos espacios de aire.

La figura 4 es un diagrama esquemático de una implementación de acondicionador de energía de 120 voltios de una sola fase. En esta modalidad, el primer conductor 40 del primer serpentín 30 está conectado a la línea 50 (Ll) de una fuente de energía AC que se va a acondicionar. El segundo conductor 41 del primer serpentín 30 está conectado en su extremo libre al neutral 52 (N) de la fuente de energía AC a través de un condensador 54. De manera similar, el primer conductor 44 del tercer serpentín 34 está conectado a ' la linea 50 (Ll) de la fuente de energía AC, y el segundo conductor 45 está conectado en su extremo libre al neutral 52 a través de un condensador 56. El segundo serpentín 32 está acoplado entre la linea 50 y el neutral 52 también. En particular, la línea 42 del segundo serpentín 32 está acoplada a la línea 50 (Ll) y la línea 43 del segundo serpentín 32 está acoplada al neutral 52 (N) a través del condensador 58.

La modalidad de la figura 4 incluye varios componentes adicionales. Una lámpara 60 (por ejemplo, LED o incandescente) está conectada entre la línea 50 y el neutral 52 a través de una resistencia de limitación de corriente 62. La supresión de la corriente momentánea es proporcionada por un varistor (por ejemplo, MOV) 64 acoplado entre Ll y neutral. Una resistencia de purga 66 está acoplada en paralelo con el varistor 64 para purgar cargas almacenadas, reduciendo así la posibilidad de choque eléctrico a un electricista que trabaja con la unidad después que se ha apagado la energía.

La figura 5 es un diagrama esquemático de un ejemplo de unidad recreativa de 240 voltios (por ejemplo, para moto acuática) que tiene la línea 50 (Ll) , línea 53 (L2) y neutral 52 (N) . Al igual que con la modalidad de la figura 4, una sola válvula de choque 10 es utilizada con el primer, segundo y tercer serpentines 30, 32, 34 acoplados tal como se muestra. Componentes adicionales en esta implementación incluyen la lámpara 61 y resistencias en serie 63, varistor 65 con resistencia de purga paralela 67, y el varistor 68.

La figura 6 muestra un ejemplo de una implementación de acondicionador de energia de tres fases de 240 voltios que utiliza las bobinas de choque multi-serpentin 10 de la presente invención. En esta modalidad, se utilizan dos bobinas de choque idénticas 10a y 10b. Estas bobinas de choque son las mismas que la bobina de choque 10 que se ilustra en la figura 3. El primer, segundo y tercer serpentines 30, 32 y 34 de cada bobina de choque están acoplados a las lineas Ll, L2 y N de la fuente de energia AC tal como se muestra. Componentes adicionales en esta implementación incluyen los condensadores 70, 72 y 74.

La figura 7 muestra' una modalidad de tres fases conveniente, por ejemplo, para un acondicionador de energia de 480 voltios instalado en una fuente AC que tiene, tres lineas con corriente 50 (Ll), 53 (L2) y 55 (L3) . Se proporcionan tres bobinas de choque 10a, 10b y 10c, cada una con la misma configuración que la bobina de choque 10 que se muestra en la figura 3. El primer, segundo y tercer serpentines 30, 32 y 34 de cada bobina de choque están acoplados a las lineas Ll, L2 y L3 de la fuente de energía tal como se muestra. Componentes adicionales en esta implementación incluyen la lámpara 80 y la resistencia en serie 81, y los condensadores 83, 84 y 85. Una resistencia de purga adicional 69 también se proporciona a través del varistor 68.

La figura 8 es un diagrama esquemático de un ejemplo de acondicionador de energía utilizado, por ejemplo, para una fuente de energía AC configurada en Y de tres fases de 208 voltios o -480 voltios. Dicha fuente de energía tiene tres líneas con corriente y una neutral. Estas se muestran en la figura 8 como la línea 50 (Ll) , línea 53 (L2), línea 55 (L3) y neutral 52 (N) . Se proporcionan tres bobinas de choque 10a, 10b y 10c, cada una con la misma configuración que la bobina de choque 10 que se muestra en la figura 3. El primer, segundo y tercer serpentines 30, 32 y 34 de cada bobina de choque están acoplados a las líneas Ll, L2, L3 y N de la fuente de energía tal como se muestra. Componentes adicionales en esta implementación incluyen el varistor 85 y la resistencia 86.

La bobina de choque multi-serpentín de la presente invención proporciona acondicionadores de energía con protección de sobretensión y corrientes momentáneas mejorada así como ahorros de energía sustanciales . sobre los acondicionadores de energía de la técnica anterior, incluyendo mejoras significativas sobre los acondicionadores de energía divulgados en la patente de los Estados Unidos 5,105,327. La protección contra sobretensión y corrientes momentáneas se proporciona a través de varios condensadores y supresores de corrientes momentáneas. Tal como se muestra en los dibujos, los condensadores son proporcionados a través de las líneas de energía. Los supresores de corrientes momentáneas, tal como los dispositivos con varistor de óxido de metal ("MOV") se pueden colocar en diversos puntos a través del circuito. Un MOV puede ser colocado a través de líneas de energía de entrada. Un MOV se puede acoplar desde las líneas de entrada al neutral. Los MOVs se pueden colocar entre neutral y el suelo. Resistencias de purga a través de los supresores de corrientes momentáneas llevan hacia abajo la carga mantenida por el circuito para protección contra choque eléctrico cuando la' unidad es desconectada de la fuente de energía AC.

Los valores de los diversos componentes mostrados dependerán de la fuente de energía AC que se va a acondicionar y las cargas que van a ser protegidas por los acondicionadores de energía. Típicamente, los condensadores serán entre 25-100 microfaradios y tendrán un límite de voltaje que es' conveniente para el voltaje máximo que sé va a aplicar al acondicionador de energía. Las resistencias.. de purga colocadas a través de los varistores serán en el orden de 30K O a 100K O o más con una clasificación de energía típica de 2 watts. Los dispositivos MOV utilizados para los supresores de corrientes momentáneas típicamente serán seleccionados para tener una clasificación de aproximadamente 40,000 joules cada uno.

Los acondicionadores de energía que utilizan las bobinas de choque multi-serpentín aquí divulgadas son independientes de la frecuencia, de manera que pueden trabajar en la corriente de línea de 60 Hz encontrada en Norteamérica así como en la corriente de 50 Hz utilizada en otras partes del mundo. Los acondicionadores de energía fabricados utilizando las bobinas de choque inventivas se ven muy mejorados sobre los dispositivos de la técnica anterior debido a diversos factores, incluyendo el diseño de núcleo de tres patas, el aprovisionamiento de cinco serpentines en cada bobina de choque con la configuración de devanado aquí mostrada, y los cuatro espacios de aire separados proporcionados en el núcleo. Estos espacios de aire se muestran de manera más clara en la figura 1 como los espacios 16, 18 (18a y 18b), 22 y 24. Pruebas han mostrado que los ahorros de energía son aproximadamente el doble dé los ahorros proporcionados por los dispositivos de la técnica anterior del tipo mostrado en la patente de los Estados Unidos 5,105,327, con supresión de sobretensión más rápida y la capacidad para manejar sobretensiones mucho más grandes. Las mejoras en la supresión de sobretensión se logran, al menos en parte, debido a los múltiples espacios de aire proporcionados en las bobinas de choque los cuales evitan que las bobinas de choque se saturen. También se proporciona una mejor filtración gracias a que los acondicionadores de energía utilizan las bobinas de choque de la presente invención .

Los componentes del acondicionador de energía se pueden proporcionar en un módulo que está conectado a las líneas de energía de un usuario en el panel de servicio. De manera alternativa, el módulo se puede conectar a las líneas de energía del usuario en una carga. Una pluralidad de dichos módulos se puede proporcionar en un establecimiento comercial o residencia. Por ejemplo, un módulo se puede instalar en cada accesorio de luz fluorescente en un edificio de oficinas o en cada línea separada que alimenta a dichos accesorios de iluminación. .Las conexiones al módulo se realizan en derivaciones en las líneas de energía. No hay necesidad de cortar las líneas de energía cuando se instala el módulo, debido a que ninguno de los componentes está colocado en serie con alguna de las líneas.

Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a diversas modalidades ejemplares, aquellos expertos en la técnica entenderán que se pueden realizar diversos cambios y que equivalentes pueden ser sustituidos por elementos de los mismos sin apartarse del alcance de la invención. Además, se pueden realizar muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas sin apartarse del alcance esencial de la misma. Por lo tanto, se pretende que la invención no quede limitada a las modalidades particulares divulgadas como el mejor modo contemplado para llevar a cabo esta invención, pero que la invención incluirá todas las modalidades que caen dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1.- Una bobina multi-serpentin que comprende: un núcleo magnético que tiene una primera pata, una segunda pata y una tercera pata, dichas patas son sustancialmente paralelas entre si; un primer serpentín envuelto alrededor de dicha primera pata y que finaliza en un primer conductor en un primer extremo del mismo y un segundo conductor en un segundo extremo del mismo; un segundo serpentín envuelto alrededor de dicha segunda pata y que termina en un primer conductor en un primer extremo del mismo y un segundo conductor en un segundo extremo del mismo; un tercer serpentín envuelto alrededor de dicha tercera pata y que termina en un primer conductor en un primer extremo del mismo y un segundo conductor en un segundo extremo del mismo; un cuarto serpentín formado desde una porción próxima del segundo conductor de dicho primer serpentín, dicho cuarto serpentín está envuelto alrededor de una porción distante del segundo conductor de dicho tercer serpentín; y un quinto serpentín formado desde una porción próxima del segundo conductor de dicho tercer serpentín, dicho quinto serpentín está envuelto alrededor de una porción distante del segundo conductor de dicho primer serpentín.

2. - La bobina, de choque multi-serpentín de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque: la porción distante del segundo conductor de dicho primer serpentín pasa a través de dicho tercer serpentín antes de pasar a través de dicho quinto serpentín; y la porción distante del segundo conductor de dicho tercer serpentín pasa a través de dicho primer serpentín antes de pasar a través de dicho cuarto serpentín.

3. - La bobina de choque multi-serpentín de conformidad con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque dicho núcleo magnético está formado de dos núcleos cerrados rectangulares colocados lado a lado con Alados adyacentes formando dicha segunda pata.

4. - La bobina de choque multi-serpentín : de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque: dicha primera pata incluye un espacio; dicha segunda pata incluye espacios sustancialmente alineados en los lados adyacentes de dichos núcleos cerrados rectangulares; y dicha tercera pata incluye un espacio.

5. - La bobina de choque multi-serpentin de conformidad con la reivindicación 4, que además comprende un espacio adicional a lo largo de la longitud de los lados adyacentes de dichos núcleos cerrados rectangulares.

6. - La bobina de choque multi-serpentin de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque dichos espacios están centralmente ubicados a lo largo de sus patas respectivas.

7. - La bobina de choque multi-serpentin de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizada porque cada uno de dichos núcleos cerrados rectangulares está contenido dentro de una cubierta aislante.

8. - La bobina de choque multi-serpentin de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones l a 7, caracterizada porque dicho primer serpentín está envuelto en una de una dirección en sentido de las manecillas del reloj y sentido contrario a las manecillas del reloj, y dicho segúndo y tercer serpentines están envueltos en la otra de dicha dirección en sentido de las manecillas del reloj y sentido contrario a las manecillas del reloj .

9. - La bobina de choque multi-serpentin de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque dicho cuarto serpentín está envuelto en la misma dirección que dicho primer serpentín y dicho quinto serpentín está envuelto en la misma dirección que dicho tercer serpentín.

10. - La bobina de choque multi-serpentín de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque dicho primer y cuarto serpentines están envueltos en una dirección contraria a las manecillas del reloj, y dicho segundo, tercer y quinto serpentines están envueltos en una dirección en el sentido de las manecillas del reloj .

11. - Un acondicionador de energía para líneas de energía AC que comprende: una bobina de choque multi-serpentín; al menos un condensador; y medios para acoplar dicha bobina de choque y : al menos un condensador en serie a través de una fuente de energía AC; en donde dicha bobina de choque comprende: un núcleo magnético que tiene una primera pata, una segunda pata y una tercera pata, dichas patas" son sustancialmente paralelas entre sí; un primer serpentín envuelto alrededor de dicha primera pata y que termina en un primer conductor en un primer extremo del mismo y un segundo conductor en un segundo extremo del mismo; un segundo serpentín envuelto alrededor de dicha segunda pata y que termina en un primer conductor en un primer extremo del mismo y un segundo conductor en un segundo extremo del mismo; un tercer serpentín envuelto alrededor de dicha tercera pata y que termina en un primer conductor en un primer extremo del mismo y un segundo conductor en un segundo extremo del mismo; un cuarto serpentín formado desde una porción próxima del segundo conductor de dicho primer serpentín, dicho cuarto serpentín está envuelto alrededor de una porción distante del segundo conductor de dicho tercer serpentín; y un quinto serpentín formado desde una porción próxima del segundo conductor de dicho tercer serpentín, dicho quinto serpentín está envuelto alrededor de una porción distante del segundo conductor de dicho primer serpentín;.

12.- El acondicionador de energía de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque: la porción distante del segundo conductor de dicho primer serpentín pasa a través de dicho tercer serpentín antes de pasar a través de dicho quinto serpentín; y la porción distante del segundo conductor de dicho tercer serpentín pasa a través de dicho primer serpentín antes de pasar a través de dicho cuarto serpentín.

13. - El acondicionador de energía de conformidad con las reivindicaciones 11 o 12, que además comprende una pluralidad de dichas bobinas de choque multi-serpentín, cada una acoplada en serie con al menos un condensador a través de una fuente de energía AC respectiva.

14. - El acondicionador de energía de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque dichos medios para acoplamiento están adaptados para acoplar cada una de dichas bobinas de choque multi-serpentín con: dicho primer y cuarto serpentines en serie con al menos un condensador a través de una fuente de energía AC respectiva; dicho segundo serpentín en serie con al menos un condensador a través de una fuente de energía AC respectiva; y dicho tercer y quinto serpentines en serie con al menos un condensador a través de una fuente de energía AC respectiva .

15. - El acondicionador de energía de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque dichos medios para acoplamiento están adaptados para acoplar : dicho primer y cuarto serpentines en serie con al menos un condensador a través de una fuente de energía AC respectiva; dicho segundo serpentín en serie con al menos un condensador a través de una fuente de energía AC respectiva; y dicho tercer y quinto serpentines en serie con al menos un condensador a través de una fuente de energía AC respectiva .

16. - El acondicionador de energía de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque dicho núcleo magnético está formado de dos núcleos cerrados rectangulares colocados lado a lado con lados adyacentes formando dicha segunda pata.

17. - El acondicionador de energía de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque: dicha primera pata incluye un espacio; dicha segunda pata incluye espacios sustancialménte alineados en los lados adyacentes de dichos núcleos cerrados rectangulares; y dicha tercera pata incluye un espacio.

18. - El acondicionador de energía de conformidad con la reivindicación 17, que además comprende un espacio adicional a lo largo de la longitud de los lados adyacentes de dichos núcleos cerrados rectangulares.

19. - El acondicionador de energía de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque dichos espacios están centralmente ubicados a lo largo de sus patas respectivas.

20. - El acondicionador de energía de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19, caracterizado porque cada uno de dichos núcleos cerrados rectangulares está contenido dentro de una cubierta aislante.