KR100382750B1

KR100382750B1 - 2차측권선분할방식의고압변환기및이를사용한고압발생장치

Info

Publication number: KR100382750B1
Application number: KR1019950048332A
Authority: KR
Inventors: 이정석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1995-12-11
Publication date: 2003-07-12
Also published as: KR970055183A

Abstract

본 발명은 2차측 권선 분할방식의 고압변환기 및 이를 사용한 고압발생장치에 관한 것으로서 특히, 고압변환기의 2차단을 코일과 절연지와 절연지지물로 구성된 조립식의 분할권으로 제작한 고압변환기 및 이를 사용한 고압발생장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 2차측 권선 분할방식의 고압변환기는 코어와, 코어 주위를 연속으로 권선한 1차단과, 복수개의 분할권으로 이루어지며 조립식 구성을 갖는 2차단자, 1차단과 2차단 사이에 존재하여 1차단과 2차단을 절연시키는 절연지지물을 포함함을 특징으로 하며, 분할권으로 구성된 2차단 각각은 권선코일과 권선 코일간의 절연을 위한 절연지와 코일층간의 절연거리를 확보하기 위한 절연지지물이 층층이 싸인 구조이다.

따라서, 본 발명에 의한 2차측 권선 분할방식의 고압변환기는 2차단의 코일을 분할권으로 권선하므로서 스트레이 용량을 줄여 온도가 한곳으로 집중되는 것을 방지하며, 코일을 감기위한 보빈을 별도로 사용하지 않고 절연유를 대신 사용하므로서 제품을 소형화시킬 수 있다. 또한, 2차측 권선을 조립식으로 제작하여 고장시 수리가 용이하며, 제조단가가 절감되는 이점이 있다.

Description

2차측 권선 분할방식의 고압변환기 및 이를 사용한 고압발생장치

본 발명은 2차측 권선 분할방식의 고압변환기 및 이를 사용한 고압발생장치에 관한 것으로서 특히, 고압변환기의 2차단을 코일과 절연지와 절연지지물로 구성된 조립식의 분할권으로 제작한 고압변환기및 2개의 DC/AC 인버터와 2개의 고압변환기를 사용하여 승압한 후 고압변환기의 2차단 분할권 출력을 정류하여 고전압을발생시키는 고압발생장치에 관한 것이다.

X선 발생장치 또는 CT촬영 X선 발생장치는 정밀의학 진단용으로 사용되기 때문에 출력특성이 좋고 안전하게 제작되어야 하며, 출력용량이 수십 kW이고 최대출력전압이 150kV이상이기 때문에 부피가 크고 무거운 단점이 있다.

초기의 X선 발생장치는 상용주파수 자체를 승압하여 고압을 발생하였으므로 부피가 큰 것은 물론이고, 응답속도가 느리고 출력전압의 안정성도 그리 좋지 않았다. 이러한 점을 개선하고자 상용전원전압을 직류전압으로 정류한 후 반도체 소자를 사용하여 고주파의 교류전압으로 변환한 후 고전압을 출력하는 인버터 방식의 X선 발생장치가 개발되었다.

제1도는 종래의 X선 발생장치를 도시한 블럭도로서, 상용전원으로부터 교류전원을 입력받는 AC입력회로와, AC입력회로의 교류전압을 직류전압으로 변환하는 입력정류회로와, 입력정류회로에서 출력되는 전압을 고주파의 교류전압으로 변환하는 DC/AC 인버터와, DC/AC 인버터의 출력전압을 승압하는 고압변압기와, 고압변압기에서 출력되는 전압을 전파정류하는 출력정류회로와, 고압변압기에서 출력되는 전압이 고압 케이블을 거쳐 피검체(미도시)에 X선을 방사하는 X선관을 구비한다.

X선 발생장치는, 교류입력전압을 정류하여 직류전압으로 만들고 이 직류전압을 공진형 인버터에서 다시 교류전압으로 변환한 후, 고압변압기(High Voltage Transfer: HVT)를 통해 승압하고 고압변압기의 2차단에서 정류하여 원하는 직류출력전압을 얻는다.

일반적으로 고압변압기와 그 후단의 출력정류회로는 고압탱크(High VotageTank; HVT)라 불리우는 통속에 들어있으며, 고압탱크에는 각 부품들간의 절연과 온도상승을 방지하기 위한 절연제가 들어있다. 고압변압기의 출력단은 150kV 정도의 고압이 유기되어야 하므로 2차단체는 많은 권선수가 필요하며, 2차단에서 발생하는 선간 스트레이용량(stray capacitance)과 층간 스트레이 용량(stral capacitance)이 증가하게 된다.

고압변압기에서 발생하는 스트레이 용량은 X선 발생장치 전체에 노이즈를 유발하고 손실을 증가시키며, 변압기마다 약간씩 다른 값을 갖는다. 따라서, X선 발생기 동작상 안정성에 문제를 야기시킬 수 있다. 또한, 고압탱크내에 있는 변압기의 코아(core)와 1차측 권선과 2차측 권선과 출력정류회로 등에서 발생하는 손실은 열로서 발산하는데, 각 소자들에서 발생되는 열을 효과적으로 분산시키지 못하면 열화로 인하여 소자가 파손되게 된다.

또한, 제1도에 도시한 미국특허번호 제4,545005호에서 제시된 방법에 의하면 고압변압기의 공진주파수를 높일 경우 평활콘덴서(C)의 출력용량을 작게 할 수 있으므로 고압변압기의 스트레이 용량을 줄이기 위해 2차측 권선을 4개로 나누고, 각각의 출력을 정류한 전압을 직렬로 연결하여 원하는 고전압을 얻는다.

즉, 원하는 출력을 얻기 위해 하나의 인버터와 하나의 변압기만을 사용하며, 분할권선을 위한 고압변압기 전용의 권선용 보빈(bobbin)을 사용한다. 따라서, 하나의 인버터와 하나의 변압기만을 사용한 종래의 방식은 큰 전력을 계속 공급하기가 어려우며, 고압변압기 전용의 권선 보빈을 사용하므로서 보빈 자체만큼의 부피가 커지게 되어 제품의 소형화가 어렵다. 또한, 층간/분할권간의 절연을 보빈이 감당하게 되므로 절연력이 절연유보다 떨어져 절연파괴의 가능성이 높으며, 제품의 제조단가 상승하게 된다.

본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결하기 위하여 고압변압기의 2차단을 코일과 절연지와 절연지지물만으로 구성된 조립식의 분할권으로 제작하여 스트레이 용량을 감소시켜 고압변압기의 절연력을 향상시키며, 고압변압기의 2차단 고장시 수리가 용이하며, 큰 용량의 전력을 연속적으로 출력할 수 있으며, 부피를 줄일 수 있는 2차측 권선 분할방식의 고압변환기를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상술한 문제점을 해결하기 위하여 2개의 DC/AC 인버터와 고압변환기를 사용하여 승압한 후 고압변환기의 2차측 분할권 출력을 정류한 각 출력전압을 부하에 직결로 인가하므로서 고전압을 발생시키는 2차측 권선 분할방식의 고압변환기를 사용한 고압발생장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 2차측 권선 분할방식의 고압변환기는 코어와, 코어 주위를 연속으로 권선한 1차단과, 복수개의 분할권으로 이루어지며 조립식 구성을 갖는 2차단과 1차단과 2차단 사이에 존재하여 1차단과 2차단을 절연시키는 절연지지물을 포함함을 특징으로 한다.

2차측 권선 분할방식의 고압변압기에 있어서, 2차단 각각은 권선코일과 권선코일간의 절연을 위한 절연지와 코일층간의 절연거리를 확보하기 위한 절연지지물이 층층이 싸인 구조임이 바람직하다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 2차측 권선 분할방식의 고압변환기를 사용한 고압발생장치는 상용교류전압을 직류전압으로 변환하는 입력정류회로; 입력정류회로에서 출력되는 직류전압을 고주파의 교류전압으로 변환하는 제1인버터; 제1인버터에서 출력되는 교류전압을 승압하여 +V/2를 출력하는 제1고압발생부; 제1고압변압부에서 출력되는 전압(+V/2)를 상기 제1인버터로 피드백하는 제1피드백회로: 입력정류회로에서 출력되는 직류전압을 고주파의 교류전압으로 변환하는 제2인버터: 제2인버터에서 출력되는 교류전압을 승압하여 -V/2를 출력하는 제2고압발생부; 및 제2고압변압부에서 출력되는 전압(-V/2)을 상기 제2인버터로 피드백하는 제2피드백회로를 포함함을 특징으로 한다.

고압발생장치에 있어서, 제1피드백회로와 제2피드백회로는 제1인버터와 상기 제2인버터를 각각 독립적으로 제어하고, 제1고압발생부와 제2고압발생부의 고압변압기는 2차측 권선 분할방식의 고압변환기를 사용하며, 제1고압발생부의 고압탱크에는 부품 상호간의 절연과 온도상승을 방지하기 위하여 절연강도가 높은 절연유 또는 절연가스와 같은 절연제를 채움이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

제2도는 본 발명에 의한 2차단 권선 분할방식의 고압변환기를 사용한 X 선 발생장치의 구성을 보인 도면으로서, 상용전원으로부터 교류전원을 입력받는 AC입력회로(11)와, AC입력회로(11)의 교류전압을 직류전압으로 변환하는 입력정류회로(12)와, 입력정류회로(12)에서 출력되는 직류전압을 평활하는 평활회로(13)와, 평활회로(13)에서 출력되는 직류전압을 고주파의 교류전압으로 변환하는 제1인버터(14)와, 제1인버터(14)의 출력에 직렬로 연결되어 제1인버터(14)의 출력전압을 승압하는 제1고압발생부(15)와, 제1고압변압부(15)에서 출력되는 전압을제1인버터(14)로 피드백하는 제1피드백회로(18)와, 평활회로(13)에서 출력되는 직류전압을 고주파의 교류전압으로 변환하는 제2인버터(24)와, 제1인버터(24)의 출력에 직렬로 연결되어 제2인버터(24)의 출력전압을 승압하는 제2고압발생부(25)와, 제2고압변압부(25)에서 출력되는 전압을 제2인버터(24)로 피드백하는 제2피드백회로(28)와, 제1고압발생부(15)와 제2고압발생부(25)로부터 출력되는 전압이 고압 케이블에 인가되어 피검체(미도시)에 X선을 방사하는 X선관(30)을 구비한다.

제3도는 제2도에 도시한 고압발생부(15, 25)의 상세회로를 보인 도면으로서, 제1고압발생부(15)는 2차측 전선 분할방식의 고압변압기(16)와 2차측 분할권의 출력을 각각 정류하는 제l출력정류회로(17)로 구성되며, 제2고압발생부(25)는 2차측 귄선 분할방식의 고압변압기(26)와 2차측 분할권의 출력을 각각 정류하는 제2출력 정류회로(27)로 구성된다.

여기서, 참조부호 31은 제1고압변압기(15)의 1차측 권선, 32는 2차측 권선중 첫번째 분할권선, 33은 2번째 분할권선, 34는 (n-1)번째 분할권선, 35는 n번째 분할 권선이며, 참조부호 41은 제2고압변압기(25)의 1차측 권선, 42는 2차측 권선중 첫번째 분할권선, 43은 2번째 분할권선, 44는 (n-1)번째 분할권선이고, 45는 n번째 분할 권선이다.

제4도는 본 발명에 의한 2차측 권선 분할방식의 고압변환기를 보인 도면으로서, 50은 코어이고, 31는 1차단이고, 32 내지 35는 2차단이다.

제5A도는 제4도에 도시한 고압변환기를 A화살표 방향으로 절단하였을 때 정면에서 본 도면이고, 제5B도는 제4도에 도시한 고압변환기를 B화살표 방향에서 본도면이다.

여기서, 참조부호 50은 고압변압기의 코어이며, 31은 1차측 권선이며, 51은 고압변압기의 1차측과 2차측간의 절연을 위한 지지물이며, 52는 고압변압기의 2차측 권선을 위한 지지물이며, 32 내지 35는 2차측 권선 분할권이며, 53은 2차측의 권선 코일이며, 54는 2차측 권선 코일간의 절연을 위한 절연지이며, 54는 2차측 권선 코일간의 절연을 위한 지지물이다.

이하, 첨부한 도면을 결부시켜 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

고압변압기의 2차측 권선의 손실을 보면 사용하는 코일의 직경에 따라 다르지만 대개 100W 이상이 되고, 고압탱크내에는 코어(50)와 1차측권선(31)과 2차측 권선(32)과 출력정류 다이오드(36~39) 등이 있으므로 이들의 손실을 모두 합하면 2kW 이상이 된다.

손실은 모두 열로 환산되는데 열이 한곳에 모이게 되면 열이 모이는 곳에 있는 부품의 열화로 인해 파손되므로 열원은 분산시켜주는 것이 좋다. 따라서, 열원중의 하나인 2차측 권선(32)을 4개 이상 분할하여 열의 집중을 피하고 보빈(bobbin)을 사용하지 않으므로서 열이 절연류에 빨리 절달되도록 하였다.

제4도는 본 발명에 의한 2차측 권선 분할방식 고압변환기의 실시예로서, 코어(50) 주위에 코일을 감은 1차 권선(31)이 있고, 6개의 분할권으로된 2차 권선(32)이 1차 권선(31) 주위를 둘러싼다. 1차 권선(31)과 2차 권선(31) 사이에는 지지물이 있어서 1차 권선(31)과 2차 권선(31) 사이가 절연된다.

제5A도는 제4도에 도시한 고압변환기를 A화살표 방향에서 본 도면으로서, 코어(50) 주위를 1차 권선(31)이 에워싸고, 1차 권선(31)과 분할권의 2차 권선(32~35) 사이를 절연하기 위한 절연지지물(51, 52)이 있다.

2차단의 권선은 절연물(51,52)로 지지하여 6개의 분할권으로 구성되며, 6개의 분할권은 조립할 수 있도록 제작한다. 또한, 출력정류다이오드(36～39)를 하나의 보드(board)로 만들며, 고압탱크(HVT)에는 부품 상호간의 절연과 온도상승을 방지하기 위하여 절연유 또는 절연가스등 절연강도를 높일 수 있는 절연제를 넣는다.

2차측 권선의 일부분을 확대한 그림을 제5A도의 좌측에 도시하였으며, 2차측 권선(32)은 고압변압기 2차측 권선 코일(53)과, 2차측 권선 코일(53) 사이의 절연을 위한 절연지(54)와, 2차측 권선 코일층 사이의 절연거리를 확보하기 위한 절연지지물(55)이 층층이 싸인 구조이다.

제5B도는 제4도에 도시한 고압변환기를 B화살표 방향으로 절단하였을 때 정면에서 본 도면으로서, b부분을 확대해서 보면 좌측의 그림과 같으며, 참조부호는 제5A와 같다.

제2도는 본 발명에 의한 2차단 권선 분할방식의 고압변환기를 사용한 X 선 발생장치의 구성을 보인 도면으로서, X선관(30)에 안정된고전압(V)을 출력하기 위하여 2개의 공진형 인버터(14, 24)와 2개의 고압변압기 탱크(15, 25)와 2개의 피드백회로(18, 28)를 사용한다. 즉, 1개의 인버터로는 전력의 총용량(P)를 감당하기 어럽기 때문에 2개의 인버터를 사용하여 각각 P/2를 감당하게 하며, 인버터가 2개 이므로 고압변압기와 피드백회로도 각각 2개를 사용한다.

즉, 제1고압변압기(15)가 P/2를 담당하여 +V/2를 관전압(30)으로 출력하고, 제2고압변압기(25)가 P/2를 담당하여 -V/2를 관전압(30)으로 출력하여 제1고압변압기(15)와 제2고압변압기(25)를 직렬로 X선관(30)에 연결하며 최종전압 V를 X선관(30)에 인가한다.

입력정류회로(12)와 평활회로(13)를 통하여 교류상용전압을 정류하고 평활하여 직류전압으로 만든후에 제1인버터(14)와 제2인버터(24)에서 스위칭을 통해 수십kHz의 교류전압을 발생시킨다. 이 교류전압은 트랜지스터, FET, IGBT 등 고속 스위칭이 가능한 반도체 소자들이 담당한다.

이때 발생한 수십KHz의 교류 전압은 제2고압변압기(15, 25)를 통해 승압되는데, 1차 권선수를 N1이라하고, 2차 권선수를 N2라 하고, 고압변압기의 1차 전압을 V1이라하고, 2차 전압을 V2라 하면, 권선비(n)는

가 된다.

따라서, 원하는 출력전압은 권선비(n)를 높여 쉽게 얻을 수 있다. 제1고압변압기(15)와 제2고압변압기(25)를 통해 각각 승압된 교류전압은 출력정류회로(17, 27)에 각각 입력되며, 출력정류회로(17, 27)는 고압변압기(15, 25) 2차측 분할권의 출력전압을 전파정류하여 이 직류전안을 X선관(30)에 직렬로 연결하므로서 원하는 최종 출력전압(V)을 얻을 수 있다.

최종 출력된 고압(V)은 입력변동이나 부하변동 등 외부의 영향에 관계없이일정하여야 하므로 출력전압을 항시 감시하여 설정된 값을 벗어나지 못하도록 제어하여야 한다. 따라서, 제1인버터(14)와 제1고압변압기(15) 사이의 피드백회로(18)는, 제2인버터(24)와 제2고압변압기(25) 사이의 피드백회로(28)와 독립적인 피드백을 수행하도록 설계한다.

상술한 바와같이 본 발명에 의한 2차측 권선 분할방식의 고압변환기는 2차단의 코일을 분할권으로 권선하므로서 2차측 권선 사이에서 발생하는 스트레이 용량을 줄여 노이즈 발생과 손실을 줄이며, 온도가 한곳으로 집중되는 것을 방지한다. 또한, 코일을 감기위한 보빈을 별도로 사용하지 않고 절연유를 대신 사용하므로서 보빈자체 만큼의 부피를 줄여 절연거리를 짤게 하여 제품을 소형화시킬 수있다. 또한, 2차측 권선을 조립식으로 제작하여 고장시 수리가 용이하며, 제조단가가 절감되는 이점이 있다.

본 발명에 의한 2차단 권선 분할방식의 고압변환기를 사용한 X선 발생장치는 2개의 DC/AC 인버터와 2개의 고압변환기를 사용하여 승압한 후 각 고압변환기의 출력전압을 부하에 직렬로 인가하므로서 한정된 고전압을 발생시킬 수 있다.

제1도는 종래의 고압변환기를 이용한 X선 발생장치의 구성을 보인 도면.

제2도는 본 발명에 의한 2차측 권선 분할방식의 고압변환기를 사용한 X선 발생장치의 구성을 보인 도면.

제3도는 제2도에 도시한 고압발생부의 상세회로를 보인 도면.

제4도는 본 발명에 의한 2차측 권선 분할방식의 고압변환기의 실시예를 보인 도면.

제5A도는 제4도에 도시한 고압변환기를 A화살표 방향에서 본 도면.

제5B도는 제4도에 도시한 고압변환기를 B화살표 방향으로 절단하였을 때 정면에서 본 도면.

Claims

하나의 코어;

상기 코어의 주위를 권선하고 있는 하나의 1차권선부;

상기 1차권선부를 소정의 개수의 영역으로 분할할 때, 상기 분할된 각각의 영역에 대응되도록 상기 1차권선부를 소정의 절연 거리를 서로 유지하며 권선하는 복수개의 층으로 구성되는 복수개의 2차권선부;

상기 1차권선부와 2차권선부간의 절연을 유지시키는 절연지지부; 및

상기 2차권선부에서 출력되는 교류전압을 정류하는 정류다이오드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압변환기.
제1항에 있어서, 상기 2차권선부는

상기 1차권선부를 권선하면서 복수개의 층을 이루어 형성되는 코일부;

상기 코일부의 코일층사이의 절연을 유지시키는 제1절연부;

상기 코일부의 코일층사이의 절연거리를 유지시키는 제2절연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압변환기.
상용교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류부;

상기 정류부로부터 출력되는 직류전압을 고주파의 교류전압인 중간전압으ㄹ로 변환시키는 인버터;

상기 인버터로부터 출력되는 중간전압을 승압시켜 목표전압으로 변환시키는 고압발생부; 및

상기 고압발생부의 출력전압인 목표전압의 값에 따라서 상기 인버터를 제어하여 중간전압을 조절하는 피드백회로부를 포함하고,

상기 고압발생부는 하나의 코어, 상기 코어의 주위를 권선하고 있는 하나의 1차권선부, 상기 1차권선부를 소정의 개수의 영역으로 분할할 때 상기 분할된 각각의 영역에 대응되는 상기 1차권선부를 소정의 절연거리를 서로 유지하며 권선하는 복수개의 층으로 구성되는 복수개의 2차권선부, 상기 1차권선부와 2차권선부간의 절연을 유지시키는 절연지지부, 및 상기 2차권선부에서 출력되는 교류전압을 정류하는 정류다이오드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압발생장치.
제 3 항에 있어서, 상기 고압 발생장치는

상기 정류부로부터 출력되는 직류 전압을 입력받아 소정의 목표 전압을 출력하는 복수개의 전압 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압발생장치.