KR100217802B1

KR100217802B1 - 변압기

Info

Publication number: KR100217802B1
Application number: KR1019920001734A
Authority: KR
Inventors: 카렐 튜이스 로베르트
Original assignee: 요트.게.아. 롤페즈; 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 1991-02-13
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1999-09-01
Also published as: DE69204085T2; JPH04317307A; NL9100247A; EP0499311A1; EP0499311B1; KR920017140A; US5331271A; DE69204085D1

Abstract

변압기는 연한 자기 재료인 코어(7) 및 이것과 결합된 제1권선부(29) 및 제2권선부(31)를 포함하는데, 각각의 권선부는 적어도 하나의 와이어형 도체로 이루어져 있다.

변압기 내에 발생된 누설 인덕턴스를 위한 보상을 위하여, 상기 변압기는 또한 제1권선부(29) 및 제2권선부(31)에 결합된 제3권선부(33)를 포함하며 축전지(37)에 의해 상호 연결된 터미널(35)을 갖춘다.

Description

변압기

본 발명은 적어도 하나의 와이어형 도체로 각각 이루어지는 제1권선부 및 제2권선부를 갖춘 연한 자기 재료인 코어를 포함하는 변압기에 관한 것이다.

이러한 변압기의 예는 PIRE 47 No. 8(1959 년 8 월), pp1337-1342로부터 찾을 수 있다. 다수의 경우에 변압기의 누설 인덕턴스를 최소화시키는 것이 바람직한데, 즉 권선부(windings) 사이의 결합 정도가 가능한한 높아야 한다. 이러한 조건은 만일 변압기를 큰 밴드폭을 구비하는 시스템에서 사용하고자 하는 경우에는 넓은 주파수 범위에 걸쳐 만족되어야 한다. 인용된 공보는 결합(coupling), 예를 들면 권선부를 구성하는 도체의 꼬임을 증가시키는 공정을 기술한 것이다. 또, 토로이드형 변압기 코어를 사용하면 결합을 증가시킬수 있다. 그러나 실제로는, 상기 권선부의 전체 결합을 적절하게 접근시킬수 없으므로 약간의 누설 인덕턴스는 필연적이다.

본 발명의 목적은 누설 인덕턴스의 영향을 넓은 주파수 범위에 걸쳐 제거할 수 있는 변압기를 제공하는데 있다. 이를 성취하기 위하여 본 발명에 따른 변압기는 제1권선부 및 제2권선부와 결합하며, 축전지에 의해 상호연결된 터미널을 갖춘 제3권선부를 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 축전지의 값이 적절하게 선택되면, 주어진 주파수 범위내에서 누설 인덕턴스의 영향은 축전지의 영향에 의해 거의 제거될수 있다. 이를 목적으로 가변 가능하도록 축전지를 구성하는 것이 유익하다.

하기에 설명한 바대로, 고주파수를 위해 축전지는 제2권선부에 연결된 로드(load) 및 누설 인덕턴스와 직렬 연결되도록 한다. 이경우에 제3권선부의 권선수가 제2권선부의 권선수와 동일할 때 유리하다. 상기 축전지는 그때 변압에 의해 증가되는 값보다 오히려 직렬 연결로 실제값을 갖게 된다.

본 발명에 따른 변압기의 양호한 실시예는 제1, 제2 및 제3권선부로 구성된 도체가 적어도 일부분의 길이가 꼬여 있는 것을 특징으로 한다. 그 자체로 공지된 바와 같이, 이러한 공정은 권선부 사이의 결합을 증가시키므로서, 한편으로 축전지에 의해 보상될 누설 인덕턴스가 최소로 줄어들며 다른 한편으로 축전지가 누설 인덕턴스 및 로드와 가능한한 효과적으로 직렬 연결된다.

이하에 본 발명은 도면을 참조하여 더 상세히 기술하기로 한다.

제1도는 연한 자기재료, 예를들면 페라이트로 제조된 코어(7)상에 제공된 제1권선부(3) 및 제2권선부(5)를 포함하는, 공지된 변압기(1)의 회로도를 도시한 것이다. 로드(11)는 출력 터미널(9)을 경유하여 제2권선부(5)에 연결된다. 상기 제1권선부(3)는 입력 터미널(13)에 연결된다. 상기 제1권선부(3)내의 전류가 일정한 순간에 i₁과 같고, 또 제2권선부(5)의 전류가 i₂와 같을 때, 제1권선부 및 제2권선부에서의 자속이 각각 Φ₁및 Φ₂이면, 다음의 수학식 1이 양호하게 유지된다.

여기서, M은 두 권선부의 상호 인덕턴스이고, K는 결합 상수이고, L₁, L₂는 제1, 제2권선부의 인덕턴스이다. 이상적인 변압기에 대하여, K=1이다. 그러나 실제로, K는 두 권선부 사이의 결합이 완전치 못하기 때문에 1 보다 항상 작다. 제2도의 등가도에서, 변압기는 인덕턴스(L₁)를 갖춘 코일(19)이 병렬 연결된 제1권선부(17)와, 코일(23)이 직렬 연결된 제2권선부(21)를 포함하는 이상적인 변압기(15)로서 도시되어 있다. 코일(23)은 결합상수(K)의 영향을 나타낸 것이다. 코일의 인덕턴스(Ls)는 L₂(1-K²)와 동일하다. 이것은 누설 인덕턴스라고 한다. 상기 이상적인 변압기(15)에서는 결합상수 K가 1이고, 변압기가 L₁/M:1 이다. 만일 로드가, 예를들면 저항(R)이라면 입력 터미널(13) 사이에서 측정된 컨덕턴스(Y)는 수학식 2와 같다.

여기서, ω=2πf, f 는 입력 터미널(13)에 가한 사인파 교류 전압의 주파수이다. 상기 수학식 2로부터 컨덕턴스(Y)는 주파수(f)가 증가시 감소되는 것을 알 수 있다. 상기 감소는 K 가 더 작아질 때 더 커진다. Y의 편차는, 높은 주파수에서 로드(R)를 가진 변압기에 의해 형성된 회로의 임피던스가 입력 터미널(13), 예를 들면 중앙 안테나 시스템의 도체와 연결된 소스의 임피던스로부터 점진적으로 편향되기 때문에 반향을 야기하기가 쉽다.

상기 누설 인덕턴스의 영향은 제3도의 등가도에 도시된 바대로 코일(23)과 적합한 축전지(25)를 직렬로 연결시킴으로서 축소될 수 있다. 상기 축전지(25)의 값(Cs)은 주어진 주파수(f₀)에 대해 수학식 3과 같이 되도록 선택된다.

상기 주파수(f₀)에 대하여 입력 터미널(13)을 가로질러 측정한 임피던스는 그때 만일 변압기(15)가 1:1인 변압비를 갖춘다면 R과 동일하다. 주파수의 함수 f로서 임피던스 Z=1/Y의 편차는 제4도에 도시된다. 상기 임피던스는 선택된 주파수(f₀)를 위한 최소값(R)을 가지며 고주파수 및 저주파수에 대해 증가된다는 것을 도면에서 알 수 있다. 이것은 회로가 비교적 저주파수에서도 정확하게 작동되어야 하므로 바람직하지 않다. 그러므로, 이러한 상황에서 로드(11)에 직렬 연결된 축전지(25)를 사용하는 상기 해결책은 사용될 수 없다.

제5도는 설명된 단점을 갖추지 않는 변압기(27)의 선도를 도시한 것이다. 제1권선부(29) 및 제2권선부(31)에 부가하여, 변압기(27)는 도시된 바대로 가변 축전지(37)에 의해 상호 연결된 연결 터미널(35)을 갖춘 제3권선부(33)를 포함한다. 세 개의 권선부(29,31,33)사이의 결합은 가능한한 높아지는데, 그러므로서 누설 인덕턴스를 최소화시킨다. 상기 축전지(37)가 제3권선부(33)에 연결되기 때문에, 이것은 저주파수를 위한 로드(11)에 직렬 연결되지 않으므로서, 입력 터미널(13)을 가로질러 측정한 임피던스는 저주파수에 대해 증가하지 않는다. 그러나, 고주파수를 위하여 축전지(37), 로드(11) 및 누설 인덕턴스(23)는 직렬 연결될 수 있는데, 축전지 값을 조정함으로써 선택된 주파수를 위해 입력 터미널을 가로질러 측정한 임피던스는 R(변압비가 1:1임)과 동일하다. 세개의 권선부 사이의 고결합 때문에, 누설 인덕턴스(Ls)의 값이 매우 낮게 되므로서, 회로량(ω₀Ls/R)도 매우 낮아진다. 그 결과 상기 축전지(37)에 의해 이끌린 누설 인덕턴스 보상은 비교적 넓은 주파수 범위에 효과적이다.

제6도는 누설 인덕턴스가 제5도를 참조하여 기술된 방식으로 보상된 두 변압기를 사용하는 회로의 예를 도시한 것이다. 상기 회로는 입력 변압기(41) 및 출력 변압기(43)를 경유하여 시스템에 결합된 중앙 안테나 시스템을 위한 모듈(39)을 포함한다. 로드(11)는 송출 케이블 시스템을 나타낸 것이다. 인입 안테나 시스템은 내부임피던스(47)를 갖춘 전압 전원(45)으로 도시되어 있다. 입력 변압기(41)는 제1권선부(49), 제2권선부(51) 및 가변 축전지(55)가 연결된 보상 권선부(53)를 포함한다. 변압비는 1과 동일하지 않으며(예를들면 6:5), 누설 인덕턴스를 줄이기 위해 제2권선부는 종래의 네덜란드 특허 출원 제 90 02 005 호(PHN 13.437)에 기술된 방식으로 두 와이어형 도체로 이루어진다. 보상 권선부(53)는 제1권선부(49)와 동일한 권선수를 포함한다. 상기 권선부들을 이루는 도체는 권선부 사이의 결합을 최대로 크게 하기 위해 가능한한 큰 길이에 걸쳐 감긴다. 출력 변압기(43)는 제1권선부(57), 제2권선부(59) 및 가변 축전지(63)가 연결된 보상 권선부(61)를 포함한다. 제2권선부(59) 및 보상 권선부(61)는 권선수가 동일하고, 제1권선부는 모듈(39)에 동력을 가하기 위해 직류 전압이 적용될 수 있는 중심 태핑부(65)를 갖춘 두 개의 직렬 연결된 서브 권선부(sub-windings)로 이루어진다.

출력 변압기(43)의 구조는 제7도에 도시된다. 출력 변압기(43)는 가능한한 멀리 꼬여진 4개의 와이어형 도체(69,71,73,75)가 감겨있는 페라이트의 트로이형 코어(7)를 포함한다. 상기 도체(69,71)는 제1권선부(57)로 되어있다. 상기 도체(73)는 제2권선부(59)로 되어 있으며, 도체(75)는 보상권선부(61)로 되어 있다. 절연은 도체(69 내지 75)의 자유단으로부터 제거되었고, 이들 단부는 주석(tin)으로 도금되었다.

제1도는 공지된 변압기 및 이것과 연결된 로드의 회로도를 도시하는 도면.

제2도는 제1도에 도시된 변압기의 등가도(equivalent diagram)를 도시하는 도면.

제3도는 제1도에 도시된 변압기의 변형예의 등가도를 도시하는 도면.

제4도는 제3도에 도시된 변형예의 작동을 도시하는 도면.

제5도는 본 발명에 따른 변압기의 실시예의 등가도.

제6도는 본 발명에 따른 변압기의 두 실시예가 사용된 회로의 회로도를 도시하는 도면.

제7도는 본 발명에 따른 변압기의 실시예의 구조를 도시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 변압기 3,17,29,49,57 : 제1권선부

5,21,31,51,59 : 제2권선부 9 : 출력 터미널

11 : 로드 13 : 입력 터미널

23 : 누설 인덕턱스 25,37 : 축전지

33 : 제3권선부 35 : 터미널

41 : 입력 변압기 43 : 출력 변압기

55, 63 : 가변 축전지 65 : 중심 태핑부

69내지 75 : 도체

Claims

제1권선부(29) 및 이 제1권선부에 연결된 제2권선부(31)를 갖추고, 각각의 권선부가 적어도 하나의 와이어형 도체로 이루어지고, 연한 자기재료로 제조된 코어(7)를 포함하는 변압기에 있어서, 상기 제1권선부(29) 및 제2권선부(31)에 결합되어 있으며, 축전지(37)에 의해 상호 연결된 터미널(35)을 갖춘 제3권선부(33)를 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제1항에 있어서, 상기 축전지(37)는 가변가능한 방식인 것을 특징으로 하는 변압기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3권선부(33)의 권선수는 제2권선부(31)의 권선수와 동일한 것을 특징으로 하는 변압기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1권선부(29), 제2권선부(31) 및 제3권선부(33)로 이루어진 상기도체는 그 길이의 일부분이 꼬여져 있는 것을 특징으로 하는 변압기.