KR0129618Y1 - 부하의 변동에 따라 2차전압이 보상되는 트랜스포머 - Google Patents

Abstract

본원 고안은 냉장고 등의 기동시 압축기에 대한 기동불량을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 부하의 변동에 따라 2차전압이 보상되는 트랜스포머에 있어서, 전원단자(D, E)로부터 전류를 공급받아 자속을 발생하는 1차권선(1)과, 상기 1차권선(1)과 직렬로 연결되며 상기 1차권선(1)으로부터 자속을 받아 부하구동전압을 발생하는 2차권선(2)과, 단상유도전동기의 초기 기동시에 상기 1차권선(1)으로부터 자속을 받아서 보조구동전압을 발생하는 보조2차권선(3)과, 상기 단상유도전동기의 초기 구동시에 상기 1차권선(1)과 상기 보조2차권선(3)을 접속하고, 정상 구동시에는 상기 1차권선(1)과 2차권선(2)을 직접 접속하는 절환수단(4)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부하의 변동에 따라 2차전압이 보상되는 트랜스포머에 관한 것이다.

Description

부하의 변동에 따라 2차전압이 보상되는 트랜스포머

제1도는 종래 단권 트랜스포머의 1, 2차권선 구성을 도시한 도면,

제2도는 본 고안이 적용되는 단권 트랜스포머의 부하로 사용되는 단상유도전동기 속도별 출력과 입력특성을 도시한 도면,

제3도는 본 고안에 따른 트랜스포머의 권선 구성을 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 1차권선 2 : 2차권선

3 : 보조2차권선 4 : 절환수단

5 : 릴레이 권선 6, 7, 8, 9 : 고정접점

10a, 10b : 가동접점

본 고안은 냉장고 등에 사용되는 트랜스포머에 관한 것으로, 특히 압축기 기동시 트랜스포머의 2차측 전압강하에 의한 기동불량을 없앨 수 있는 부하의 변동에 따라 2차전압이 보상되는 트랜스포머에 관한 것이다.

종래 국내판매용 냉장고의 경우 압축기는 일반적으로 정격전압 AC220V용을 사용하고 있으나, 전원조건이 안 좋은 지역은 110V의 전원에 트랜스포머를 연결시켜서 AC220V로 승압해서 사용하는 경우가 있다. 이 경우 가장 문제가 되는 것이 압축기 기동시 트랜스포머의 2차측 전압강하에 의한 기동불량이다. 즉, 트랜스포머를 사용하여 압축기에 AC220V를 공급하고 있지만, 압축기의 초기기동시에는 많은 전류가 흐르므로, 트랜스포머의 2차전압이 불안하여 압축기가 동작되지 않은 경우가 종종 있었다.

이에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다. 제1도는 종래의 단권 트랜스포머의 1, 2차 권선 구성을 도시한 도면이다. 제1도에서 Vin은 1차전압이고, Vout은 2차전압이며, N_AB는 1차권선(31)의 권선수이고, N_BC는 2차권선(32)의 권선수이다.

이와 같이 구성된 종래의 트랜스포머에 있어서, 변압비를 a라 하면

2차전압(Vout)은 아래(1)로 표시되고, 식(1)에서 변압비(a)는

이 된다.

상기 식(1)의 2차전압(Vout) = a Vin 은 트랜스포머 2차측에 부하가 없는 상태의 무부하 상태에서의 2차전압이므로, 실제 부하(13)가 걸릴 경우에는 식(3)과 같이 I·Z 의 전압강하(Vdrop)가 생기게 된다.

식(3)에서 Vdrop은 전압강하값이고, I는 부하에 흐르는 전류이며, Z는 부하의 임피던스이다.

그러므로 실제 부하가 걸린 상태에서는 2차전압(Vout')은 식(4)

같이 표시된다.

한편, 냉장고에 사용되는 소형 밀폐식 압축기는 그 압축기 구동용으로 단상유도전동기를 사용하며, 이 단상유도전동기의 속도별 출력, 입력특성은 제2도와 같다.

제2도에서 실선(R)은 단상유도전동기의 운전에 사용되는 운전권선만의 토오크이며, 점선(S)은 운전권선 토오크와 단상유도전동기의 기동시에만 사용되는 기동권선의 토오크의 합을 나타내는, 일점쇄선(T)은 운전권선과 기동권선에 흐르는 전류를 나타내며, U는 단상유도전동기가 정상적으로 가동되는 영역을 각각 나타낸다.

즉, 기동초기에서는 제2도에서 일점쇄선으로 도시된 바와 같이, 전류가 정상운전시의 7∼8배로 흐르게 되므로, 상기 식(4)에서 전류(I)가 켜져서 초기 기동시의 2차측 출력전압(Vout')은 실제 정상 운전상태하에서의 2차전압에 비하여 상당히 낮게 나타난다. 초기 기동시 이러한 전압강하는 모터기동력을 저하시키게 되어 결과적으로 압축기의 기동이 안되는 결과가 나타난다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 기동시에는 큰 변압기에 의해 높은 전압이 발생되고 기동이 완료되어 전류가 작아지면 변압비가 자동으로 낮아져 안정된 전압을 발생시킬 수 있는 부하의 변동에 따라 2차전압이 보상되는 트랜스포머를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안에 따른 부하의 변동에 따라 2차전압이 보상되는 트랜스포머는, 전원단자로부터 전류를 공급받아 자속을 발생하는 1차권선과, 상기 1차권선과 직렬로 연결되며 상기 1차권선으로부터 자속을 받아 부하구동전압을 발생하는 2차권선과, 단상유도전동기의 초기기동시에 상기 1차권선으로부터 자속을 받아서 보조구동전압을 발생하는 보조 2차권선과, 상기 단상유도전동기의 초기 구동시에는 상기 1차권선과 상기 보조 2차권선을 접속하고, 정상구동시에는 상기 1차권선과 2차권선을 직접 접속하는 절환수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 도시된 도면에 의거 본 고안의 일실시예를 상세히 설명한다.

제3도는 본 고안에 따른 단권 트랜스포머의 권선 구성을 나타낸 도면이다.

제3도에 있어서, (1)은 단권트랜스포머의 교류전류를 공급받아 자속을 발생하는 1차권선이고, (2)는 상기 1차권선(1)으로부터 자속을 받아서 부하(13)의 구동전압(Vout)을 발생하는 2차권선이며, (3)은 부하(13)인 유도전동기의 초기기동시에 후술하는 릴레이의 작동에 따라 상기 1차권선(1)으로부터 자속을 받아 2차측에 부족전압을 보충하는 보조2차권선이다. 그리고, (4)는 절환수단으로 작용하는 릴레이로서, 부하의 초기구동시에 단권트랜스포머의 1차측권선(1)을 통해서 릴레이 권선(5)의 양단에 입력전압(Vin)이 인가되어 전류가 흐르면, 발생되는 자력에 의해 밸런서(11)를 제3도에서 상부로 부세하여 가동접점(10a, 10b)을 고정접점(6, 7)에 접속시켜서 상기 보조권선(3)에 전류를 흐르게 함으로써 2차측의 부족분의 교류전압을 발생하고, 부하(13)의 초기기동상태가 지난 후, 정상구동상태시에는 릴레이(4)에 적은 량의 전류가 흐르게 되므로, 밸런서(11)가 제3도에서 하강하여 가동접점(10a, 10b)이 고정접점(8, 9)에 접속되어 단권트랜스포머의 상기 절환수단의 1차측 및 2차측권선(1, 2)에 유기되는 전압(Vout)만에 의해 부하를 구동한다. 여기에서 상기 절환수단(4)은 전류인가시에 자력을 발생하는 상하동되는 일측이 상기 1차권선에 접속된 고정접점(6, 8)과 일측이 상기 보조2차측권선(3)에 접속된 고정접점(7)과, 일측이 상기 보조2차측권선(3)의 타측 및 2차측권선(2)에 접속된 고정접점(9)과, 밸런서(11)와 상기 밸런서(11)의 상하동에 따라 지지로드(12)를 개재해서 부하(3)의 초기기동시에는 상기 고정접점(6, 7)에 접속하고 정상기동시에는 장기 고정접점(8, 9)에 전기적으로 접속하는 가동접점(10a, 10b)으로 구성된 릴레이이다. 상기 고정접점(6)과 고정접점(8)은 서로 항상 도통상태에서 공통단자이며, 릴레이 권선(5)에 있어서 ⓧ표시는 권선이 지면 내측으로 들어가는 것을, ⊙표는 권선이 지면 내측으로부터 지면의 표면 방향으로 나오는 것을 각각 표시한다. 또한, Vin은 교류1차전압이고, Vout은 교류2차전압이며, N_AB는 1차권선(1)의 권선수이고, N_BC은 2차측권선(2)의 권선수이며, N_BF는 보조2차측권선(3)의 권선수이다.

정상적인 부하의 구동일 경우의 1차측 권선수는 N_AB이고, 2차측 권선수는 이N_BC므로, 정상운전시 요구되는 2차전압을 내기 위한 변압기(a_run)는 식(5)

로 표시된다. 기동시 전압강하를 보강하기 위해서는 변압비가 a_run보다 커져야 하며 이때의 변압비를 a_start라 한다.

즉 변압비는 2차측 권선수를 늘려주면 증가되므로, 초기기동시에 릴레이(4)에는 대전류가 흘러서 밸런서(11)를 상부로 밀어올려 가동접점(10a, 10b)이 고정접점(6, 7)에 각각 접속되어 2차측에 보조권선(N_BF)을 대입 접속한다. 이때의 기동시 권선비(a_start)는 식(6)

으로 표시된다.

즉, 초기기동시의 권선비(a_start)는 정상운전시의 권선비(a_run)보다만큼 증가된다. 이와 같은 원리를 이용하여 초기 기동시에는 변압비가 (a_start)이 되고 정상 운전시에는 변압비(a_run)이 되어 2차전압이 기동시에는 출력전압이 V start가 되고 운전시에는 출력전압이 V_run이 되도록 하기 위하여 전류의 크기에 의해 동작되는 릴레이(4)를 1차권선(1)과 보조2차권선(3) 사이에 삽입하여 준다. 기동시에는 릴레이(4)의 가동접점(10a, 10b)이 제3도의 고정접점(6)과 고정접점(7)에 연결되어 2차측 권선수가 N_BF+ N_BC가 되며, 기동이 완료되면 릴레이(4)의 가동접점(10a, 10b)이 고정접점(8)과 고정접점(9)에 연결되어 2차측 권선수가 N_BC가 된다.

이러한 2차 권선측의 접점절환은 릴레이(4)의 동작에 따라 가동접점(10a, 10b)의 상하이동에 의해 이루어진다.

즉, 릴레이(4)의 가동접점(10a, 10b)은 전원이 인가되지 않은 상태에서는 밸런서(11)의 자중에 의해 고정접점(8)과 고정접점(9)이 접속되게 된다. 이 경우에는 1차권선(1)과 2차권선(2)이 서로 직렬로 연결된 상태로 된다. 한편, 부하(13)로서 전동기가 기동하게 되면, 제2도에서 볼수 있듯이 큰 전류가 흐르게 되므로, 플래밍의 오른손법칙에 의해 릴레이전선(5)에 강한 자력이 생겨 가동접점(10a, 10b)을 위로 밀어올려 고정접점(6)과 고정접점(7)이 접속되어 1차권선(1)과 보조2차권선(3) 및 2차권선(2)이 서로 직렬로 연결되게 된다.

그러면 트랜스포머 회로는 2차측 권선수가 N_BF+ N_BC가 되어

의 2차전압이 발생된다.

기동이 완료되어 전동기가 운전구역에서 연속운전이 되면 릴레이 권선(5)에 흐르는 전류(I)가 작아져 릴레이 권선(5)의 자력이 약해지면 밸런서(11)가 자중에 의해 떨어지게 되고 릴레이(4)에서는 고정접점(8)과 고정접점(9)이 서로 접속되게 되고, 1차권선(1)에서는 직접 2차권선(2)이 연결되게 된다. 이 경우 V_run= a_run·Vin의 정상적인 전압이 발생되게 되어 이상없이 전동기의 운전이 유지된다.

이와 같이 본 고안에 따른 부하의 변동에 따라 2차전압이 보상되는 트랜스포머 1차권선과 2차권선 및, 2차측에 가변적으로 접속되는 보조2차권선으로 구성되어 있으므로, 기동시에는 큰 변압비에 의해 높은 전압이 발생되고 기동이 완료되어 전류가 작아지면 변압비가 자동으로 낮아져 안정된 전압을 발생시킬 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Claims (1)

1. 전원단자(D, E)로부터 전류를 공급받아 자속을 발생하는 1차권선(1)과, 상기 1차권선(1)과 직렬로 연결되며 상기 1차권선(1)으로부터 자속을 받아 구동전압을 발생하는 2차권선(2)과, 기동시에 상기 1차권선(1)으로부터 자속을 받아서 보조구동전압을 발생하는 보조2차권선(3)과, 기동시에 상기 1차권선(1)과 상기 보조2차권선(3) 및 2차권선(2)을 직렬 접속하고, 정상 구동시에는 상기 1차권선(1)과 2차권선(2)을 직접 접속하는 절환수단(4)으로 이루어진 부하의 변동에 따라 2차전압이 보상되는 트랜스포머에 있어서, 상기 절환수단(4)이, 상기 1차권선(1)에 공통으로 연결되어 있는 고정접점(6, 8)과, 상기 보조2차권선(3)에 접속되어 있는 고정접점(7)과, 상기 2차권선(2)에 접속되어 있는 고정접점(9)과, 상기 고정접점(6)과 고정접점(7)을 접속시키고 혹은 고정접점(8)과 고정접점(9)을 접속시키는 가동접점(10a, 10b)과, 상기 가동접점(10a, 10b)에 지지로드(12)를 통해 연결되며 상하운동을 통해 가동접점(10a, 10b)을 상하로 이동시키는 밸런서(11) 및, 전원단(D, E)에 연결되며 1차권선(1)에 흐르는 전류량에 비례하여 권선중심의 밸런서(11)에 상측방향으로 힘을 발생시키는 릴레이 권선(5)으로 구성된 것을 특징으로 하는 부하의 변동에 따라 2차전압이 보상되는 트랜스포머.