KR100253691B1 - 댐핑코일을 부착한 변압기(리악터) - Google Patents

Abstract

본 발명은 댐핑코일을 부착한 변압기(리악터)(Transformer (Reactor)with damping coll)에 관한 것으로, 포화를 방지하기 위하여 보통 철심에 다가 공극(air Gap)이 있는 레그를 추가하되, 공극레그에 댐핑코일(Damping Coil)을 설치하여 철심의 포화를 방지하고 한류성능을 증진시키고,1차권선을 쇄교하는 자로가 병렬연결 되어있는 것을 특징으로 한다.

Description

댐핑코일을 부착한 변압기(리악터)

본 발명은 댐핑코일을 부착한 변압기(리악터)(Transformer (Reactor)with damping coil)에 관한 것으로 공극레그에 댐핑코일을 부착하여 철심의 포화를 방지하고 한류효과를 증진시켜 경제적으로 제작 할수 있도록 한 것이다.

자성 소자, 리악터 및 변압기는 대부분의 전기 디바이스에서 필수 불가결한 요소이다. 재료의 자기적 전기적 성질은 리악터와 전기기기의 설계와 제작에 많은 중요한 영향을 끼친다. 자기적 성질을 이용하는 여러부품은 가격, 체적, 무게 그리고 제작의 난이도 등 여러 요소를 고려하여 디자인된다. 그러므로 자성 소자의 특성을 지배하는 원리에 기초한 효과적인 디자인이 필요하다.

자성 소자의 한 종류라 할 수 있는 공극레그에 댐핑코일 부착한 변압기(리악터)는 양질의 전력공급과 사고전류 또는 과도전류(TRANSIENT CURRENT)에 의한 철심의 포화를 방지하고 한류성능을 높이기 위해서 개발되고 제안되었다. 일반적으로 포화문제는 정상상태의 리악터의 쇄교 자속을 약 두배로 설계를 하면 해결 할 수 있다. 하지만 이것은 변압기(또는 리악터)의 크기와 무게 그리고 가격의 증가를 초래하게 된다.

본 발명은 전기기기나 댐핑코일을 부착한 변압기(리악터)에서의 제한 인피던스의 감소를 막을 수 있는 새로운 리악터의 설계를 제안하고자 하는 것으로, 효과적인 공극의 도입이나 댐핑코일(단락된 초전도체 또는 단락된 초전도권선 또는 단락된 일반도체 또는 단락된 일반권선)과 같은 철심의 적절한 설계로서 코어의 포화를 방지할 수 있도록 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 2개의 자기회로를 병렬로 접속시키도록 하는 것이다.

즉, 낮은 동작전압, 전류에서는 댐핑코일 부착한 변압기(리악터)는 공극이 없는 자로의 인덕턴스에 의해서 포화를 방지하고, 높은 동작 전압, 전류에서는 댐핑코일 부착 변압기(리악터)는 공극이 있는 자로의 인덕턴스에 의해서 포화방지와 한류성능을 높이는 것이다.

일반적으로, 공극이 없는 철심을 사용하는 경우 포화가 일어나지 않게 하기 위해서는 설계조건으로 최대에너지를 몇배 증가시켜야 하므로 인덕터의 체적도 몇배 증가하게 된다.

이를 해소하기 위하여 본 발명은 후술하는 실시예에서와 같이 2개의 자기회로를 병렬 접속 시키도록 하는 것이다. 물론, 공극이 있는 레그(Leg)와 공극이 없는 레그의 개수는 여러개 가능하도록 하고 이의 여러 가지 조합도 가능하게 한다.

따라서 댐핑코일도 여러개 조합할 수 있다. 이와 같이 병렬 연결시킨 자기회로를 가지는 변압기와 리악터는 보다 폭 넓은 동작 전압을 가질수 있게 되며 이것의 특성을 개선하기 위해서 본 발명은 공극이 있는 레그에 댐핑코일(6)(단락된 초전도체 또는 단락된 초전도권선 또는 단락된 일반도체 또는 단락된 일반권선)을 설치하도록 하는 것이다. 상기에 있어 댐핑 코일은 단락된 도체로 정의할 수 있으며 이것이 설치된 리악터, 변압기는 인덕턴스가 거의 변화되지 않게 되고, 이러한 형태에서 변압기의 2차측 코일을 개방시키던가 없애면 리악터로 동작하게 된다.

본 발명은 더욱 구체적으로는 1차측 권선(초전도체 또는 초전도권선 또는 일반도체 또는 일반권선)과 2차측 권선(초전도체 또는 초전도권선 또는 일반도체 또는 일반권선)과 댐핑코일이 3개의 레그를 가진 철심에서 자기회로적으로 병렬연결시킨 것이다. 상기에 있어서 하나의 레그는 권선이 위치하는 레그이고, 중앙의 레그는 공극이 도입되어 있다. 이때 중앙의 공극레그는 좌측, 우측으로 외부에 위치 할수도 있다.

사고시 주폐자로에서 자기포화가 발생한다면 공극이 포함되지 않은 주자로서 자기저항 보다 공극이 포함된쪽 자로의 자기저항이 훨씬 더 작아지므로 자속은 자기 저항이 작은 측인 공극측으로 흐르게 되며 댐핑코일에 의해 포화치 이상의 자속을 상쇄 시킴으로써 급격한 임피던스의 감소를 방지하게 되므로 한류효과를 크게 증대시킬수 있게 되는 것이다.

한편, 공극이 없는 철심일 경우에는 자화곡선(B-H) 상에서 전류나 자계에 대해 포화가 빨리 일어나게 되나 철심에 공극이 형성되면 주폐자로4와 공극폐자로5가 병렬 연결되어 자화곡선 상에는 완만한 곡선을 이루게 되어, 자화제어 범위를 크게 개선할 수 있게 되는 것으로 이 공극레그에 댐핑코일(Damping Coil)을 설치 하여 더욱 효과를 높인다.

제1도는 초전도체의 자속 상쇄 효과를 설명하기 위한 설명도.

제2도는 본 발명의 댐핑코일을 부착한 변압기(리악터)를 적용시킨 전력계통으 회로예시도.

제3도는 본 발명의 댐핑코일을 부착한 변압기(리악터)구성도.

제4도는 본 발명의 다른 댐핑코일을 부착한 변압기(리악터)구성도.

제5도는 본 발명의 다른 댐핑코일을 부착한 변압기(리악터)구성도.

본 발명을 제1도-제5도에 의해 구체적으로 설명한다.

[실시예-1]

제3도는 공극(A)을 가지는 철심(1)의 일측레그(1A)에 내측에는 2차권선(2)를, 외측에는 1차권선(3)을 각각 설치하되, 주폐자로(일반적인 자로)(점선표시)(4)와 공극이 포함된 폐자로 (점선표시)(5)를 상기 1차권선(3) 또는 2차권선에 대해 자기회로적으로 병렬연결시켜 댐핑코일(6) 부착한 변압기(리악터)(10)를 구성한다.

그리고, 1차권선(3)과 2차권선(2)는 위치를 변경하여 상,하로 분리설치 또는 레그(1A)와 레그(1C)에 분리 설치할 수 있다.

상기에 있어 1차권선(3)과 2차권선(2)은 각각 초전도체 또는 초전도 권선이나 일반적인 도체 또는 일반적인 권선 어느것을 사용 하여도 무방하며, 이와같이 구성된 댐핑코일 부착한 변압기(리악터)(10)는 제1도에 도시한 바와 같이, 전력계통의 회로에 적용시켜 사고전류나 과도현상 상태에서 공극A와 댐핑코일 특성으로 자기 포화를 방지하고 한류성능을 높이는 것이다.

즉 제2도는 전기 시스템에서 적용되는 한 예를 나타낸 것이다. 전압 변동시 또는 전류 변동시를 가상하기 위해서 부하저항 RL을 연결하였다. 전압(또는 전류)변동은 부하저항 RL이 "0"으로 만듦으로써 구현되며 이에 따라 변압기(리악터)의 양단전압 또는 전류의 급격한 변화를 초래하는 것이다. 정상상태시는 공극레그로 가는 자속의 양은 매우 작으며, 댐핑코일에 의해 상쇄하게 된다. 사고시는 전압 또는 전류가 증가하게 되며 철심은 서서히 포화가 되게 된다. 그러므로 공극이 있는 레그의 자기저항은 상대적으로 작아지게 되어 포화점을 넘어가는 자속의 양이 증가하게 된다. 그러나 댐핑코일이 설치되어 있으므로 자속상쇄가 일어나게 되며 포화점을 넘어가는 자속을 상쇄시키게 된다. 그러므로 철심은 항상 포화점 이하에서 동작하게 되어 과동운전시라도 포화를 방지 할 수 있게 된다. 댐핑코일을 초전도체로 쓸 경우는 통과하는 자속의 양에 따라 임계전류를 조절하여야 하며 항상 임계전류 이하에서 동작함이 바람직하다.

제1도에서 외부에서 만들어준 자계(H)에 대해 상기 자계(H)를 없애려는 방향으로 전류가 발생하게 되므로 내부의 자계(-H)에 의해 자계는 거의"0"이 된다.

한편 철심(1)을 통과한 자속이 철심(1)의 최대자속에 도달하면 자속은 주폐자로(4)를 통하지 않고 공극(A)이 포함된 폐자로(5)를 통하게 된다.

이는 포화가 일어나는 시점에서 주폐자로(4)측의 자기저항이 공극(A)이 포함된 폐자로(5)측 자기저항보다 커지게 되므로 자속은 공극(A)이 포함된 폐자로(5)측을 택하게 되는 것이다.

즉, 공극(A)이 포함된 철심(1)은 공극이 없는 철심보다 포화가 늦게 발생될 뿐 아니라 높은 전류에서 포화가 일어나게 되므로 공극이 포함되지 않는 철심이 포화되지 않을 경우에는 자기저항(공극포함)＞자기저항(공극 미포함)이 되고, 공극이 포함되지 않은 철심이 포화되었을 경우에는 자기저항(공극포함) ＜자기저항(공극 미포함)이 된다.

이와 같이 공극(A)이 포함된 폐자로(5)측으로 자속의 흐름을 이동케하므로써 포화가 방지되고, 또 제3도에 도시한 바와 같이 공극(A)이 있는 레그(1B)에 댐핑코일(6)(Damping Coil) 즉, 단락된 일반도체 또는 단락된 일반권선 또는 단락된 초전도체 또는 단락된 초전도 권선(6)을 위치시켜 자속 상쇄효과에 의해 공극(A)내의 자속을 거의 "0"으로 유지시켜주어 포화도 방지하고, 충분한 양 만큼의 자속을 통과시켜 전류 제한효과를 더욱 증진시킬 수 있게 되는 것이다.

여기서 병렬자로를 여러개 만들기 위하여 공극의 크기나 이격(GAP)이 같거나 서로 다른 공극을 여러개 조합 할수도 있고 댐핑코일도 디 공극수에 맞추어 전부 또는 일부 또는 없는 경우도 조합 설치하여 여러 가지 자화 특성을 만들어 자화제어 범위를 넓힐수가 있다.

또 상기 포화방지, 한류효과와 자화특성을 이용하여 소형제어 및 계측기기용 변성기(potential Transformer)로 사용 할수도 있다.

[실시예 2]

이 실시예는 제4,5도에서 도시한 바와 같이 철심(1)에 있어 공극(A)의 위치를 외측으로 변경시킴과 동시에 레그(1B)에 댐핑코일(Damping Coil)(6)을 위치시키고, 2차권선(2)와 1차권선(3)의 위치를 내,외측으로 변경시킨 것으로(실시예 1)과 그 작용이 동일하므로 생략한다.

[실시예 3]

이 실시예는 본 발명을 리악터(REACTOR)로 사용하는 경우이다.

즉, 제3도와 같은 실시예1에서 공극(A)을 가지는 철심(1)의 일측 레그(1A)에 내측에는 오픈된 초전도체(권선)(2) 또는 오픈된 일반도체 권선(2) 또는 권선(2)없이 하고, 외측에는 일반도체 또는 초전도체 또는 초전도권선 으로 된 1차권선(3)을 설치하도록 하여 리악터로 사용케 하는 것이며, 그 작용은 실시예 1과 동일하다.

그리고, 이 실시예는 제3,4,5도와 같은 실시예1,2에서 공극(A)이 있는 레그 (1B)에 댐핑코일(6)(단락된 일반도체 또는 단락된 권선 또는 단락된 초전도체 또는 단락된 초전도권선)을 설치하는 경우를 포함한다.

이상과 같이 본 발명은 포화를 방지할 수 있는 공극이 도입된 철심을 이용하여 주폐자로와 공극이 포함된 폐자로를 1차권선(3)에 대해 자기회로적으로 병렬연결하여 사고시 자속의 경로를 공극이 있는 자로측으로 변하게 하여 임피던스 증가에 따라 한류성능을 높이고 포화도 방지하는 것이다.

특히, 본 발명은 포화가 일어나지 않도록 공극이 포함된 철심과 일반적인 자로를 병렬 연결하여 포화를 방지함과 동시에 공극이 포함된 철심에서의 포화를 방지하기 위해 단락딘 초전도체(댐핑코일) 또는 단락된 일반도체(댐핑코일)를 이용하여 자속상쇄 효과로 한류효과를 더욱 증가 시킨 것이 특징이다.

Claims (3)

1. 포화를 방지할 수 있는 공극(A)이 형성된 철심(1)과,상기 철심(1)의 레그 (1A)에 1차권선(초전도체 또는 초전도권선 또는 일반도체 또는 일반권선)(3)과 2차권선(초전도체 또는 초전도권선, 또는 일반도체권선 또는 일반도체)(2)로 구성하여 주폐자로(4)와 공극이 포함된 폐자로(5)를 1차권선(3)에 대해 자기회로적으로 병렬연결 되고 공극 A가 있는 레그 1B에 댐핑코일(6)(단락된 일반도체 또는 단락된 일반권선 또는 단락된 초전도체 또는 단락된 초전도권선)을 설치하여 구성한 것을 특징으로 하는 댐핑코일을 부착한 변압기.
2. 제1항에 있어서, 1차 권선(3)과 2차권선(2)는 위치를 변경하여 내,외측으로 하거나, 상,하로 분리설치 또는 레그(1A)와 레그(1C)에 분리 설치토록 하고 공극A를 철심1의 내측 또는 외측에 위치시키거나 또 자기회로를 병렬로 여러개 만들기 위하여 공극(A)의 크기나 이격(GAP)이 같거나 서로 다른 것을 여러개 조합하고 댐핑코일(단락된 일반도체 또는 단락된 권선 또는 단락된 초전도체 또는 단락된 초전도 권선)도 이 여러 공극수에 맞추어 여러개 또는 일부 또는 없는 경우도 조합하여 구성함을 특징으로 하는 댐핑코일(Damping Coil)을 부착한 변압기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공극(A)을 가지는 철심(1)의 일측 레그(1A)에 내측에는 2차권선(2)(오픈된 초전도체 또는 오픈된 초전도권선 또는 오픈된 일반도체 또는 오픈된 일반권선)또는 2차권선(2)없이, 외측에는 1차권선(3) (일반도체 또는 일반권선 또는 초전도체 또는 초전도권선)을 설치하고 있는 주자로 이외의 병렬자로에 즉 공극(A)이 있는 레그(1B)에 댐핑코일(6)(단락된 일반도체 또는 단락된 일반권선 또는 단락된 초전도체 또는 단락된 초전도체권선)을 설치하여 리악터로 사용케함을 특징으로 하는 댐핑코일을 부착한 리악터.

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