KR100453776B1

KR100453776B1 - 변압기

Info

Publication number: KR100453776B1
Application number: KR1019970709399A
Authority: KR
Inventors: 제나디 알렉산드로비크 마르코브
Original assignee: 제나디 알렉산드로비크 마르코브
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 2005-05-10
Also published as: DE69739888D1; WO1997039463A1; CA2224708A1; JPH11508414A; KR19990022930A; CA2224708C; EP0844626A1; EP0844626A4; EP0844626B1

Abstract

발전소, 변전소, 파워 라인, 방송 장비, 측정 장비, 자동 제어 및 조절 장비에서 메인 전기 장비로 사용될 수 있는 여러 타입의 변압기가 제안된다. 본 발명에서는 일차권선이 두개의 섹션으로 구성되며 두개의 섹션은 서로에게 연결되고 서로에 대해 감기는 원리가 바탕이 된다. 이때, 변압기 동작 중 이러한 섹션들 중 하나에 의해 생성된 자속이 일차권선의 나머지 한 섹션에 의해 생성되는 자속을 상쇄하도록 하는 방식이 이용된다.

변압기(도 2)는 자기회로와, 자기회로의 한 코어 상에 한방향으로 감기는 두개의 섹션으로 구성되는 일차권선을 포함하며, 이때 두 섹션은 동일한 회선수를 가진다. 두 섹션의 권선들은 그 아웃(out)들에 의해 서로에게 연결되고, 권선의 인(in)들은 전원에 대한 유입구로 사용된다. 이차권선은 자기회로의 동일한 코어 상의 일차권선 위에 감기며, 부하 R_H가 이차권선에 연결된다.

변압기의 발전된 형태는, 일차권선의 섹션들이 자기회로의 한 개의 코어(3 실시예)나 두개의 코어(4 실시예) 상에 감기는 형태로서, 권선의 섹션들이 감기는 방향이 다르고(한방향일 수도 있고 서로 반대방향일 수도 있음), 결과적으로, 권선의 연결이 다르며, 또한, 이차권선의 배치에 또한 차이가 있다(한 실시예에서는 아예 이차권선이 없다).

Description

변압기

본 발명은 전기 장비 분야에 관한 것으로서 발전소, 변전소, 전원 라인, 방송 장비, 측정, 자동제어, 조절 장치의 기본적 전기 장비에 관한 것이다.

변압기는 둘 또는 그 이상의 전도도 결합 전선을 가지는 전기 에너지의 전자기 정적 변환기이며 한 전압의 교류(사인파) 전류를 같은 주파수를 갖는 또다른 전압의 교류 전류로 변환시키도록 만들어진다.

변압기의 동작원리는 1831년 M. 파라데이에 의해 발견된 전자기 유도 효과에 따른 것이다(B.N. Sergreenko, V.M. Kiselev, N.A. Akimova. Electrical Machines. Transformers. Pub. "Vysshaya Shkola," Moscow, 1989, 350 페이지). 구조 및 용도의 특징에 따라, 변압기는 전원, 용접, 측정 및 특수한 변압기로 나뉘어질 수 있다.

파워 네트워크의 필요한 요소인 변압기는 가장 널리 알려진 용도를 갖는다.

이 변압기는 두 개의 부분적 부분, 자기회로와 권선을 가진다. 또한 높은-파워의 변압기는 냉각 시스템을 가진다.

자기회로는 권선, 탭 그리고 변압기의 다른 요소들을 장착시키고 고정시키기 위한 구조적 베이스이며, 권선사이의 자기적 결합을 증폭시키도록 한다.

권선이 배치되어 있는 자기회로의 부분은 코어라 불리며, 자기회로를 폐쇄시키는 나머지 부분은 요크(yoke)라 한다. 변압기의 권선은 자장을 발생시키도록 하며 이에 의해서 전력이 전달된다. 전력이 공급되는 변압기의 권선은 일차권선이라 하고, 전력이 이용되어질 권선은 이차권선이라 한다.

공지의 발명은 특수한 변압기의 발생 또는 변압기의 특수한 구조적 요소의 변경에 대한 것이며, 일정 재료로부터 자기회로의 실현 그리고 이들의 구조적 외관, n개의 자기회로 상호간의 자기회로 연결, 각기 다른 절연 및 냉각 시스템의 사용, 권선의 실현, 잡음 면역을 향상시키기 위한 추가의 요소들과 관련한다.

변압기는 자동차와 관련하여서도 알려져 있다[PCT (WO), 93/14508]. 작은 크기의 광 변압기는 쉘(shell) - 형상의 철코어로 되어 있으며 코어위에는 전도도 결합 입출력 권선이 감겨져 있다. 공극을 가지는 자기요소가 입력과 출력 권선사이에 제공되며, 자기 요소 발생의 강한 자기 결합이 출력 권선사이에 위치한다. 상기 요소는 코어에 의해 둘러싸인 갭(5d)내에 배치되며 갭들이 없는 자기회로 그리고 자기회로를 가지며 이를 코어 및 권선으로 부터 절연시키는 절연 판으로 되어있다.

변압기는 공지의 [PCT (WO), 93/16479]이며, 코어는 강자성 권선으로부터 만들어진다. 강자성 권선으로부터 나선식으로 감겨진 코어가 제의된다. 코어는 접지로의 단락회로가 있는때 동작하는 회로를 개방시키기 위해 한 스위치내에서 각기 다른 전류 센서내에서 사용된다. 강자성 도선은 나선형으로 감기며, 그 회선이 서로 평행하고 코어 전길이를 따라 연장된다. 상기의 회선은 전류 라인가까이에 위치하며, 단락 회로 모니터를 가지며 이때 두 라인은 전원에 연결된다.

이들에서의 전류는 반대 방향으로 흐른다. 코어는 상기 전류에 의해 발생된 자장과 상호작용한다. 강자성 도선이 사용되는때, 단면을 증가시키지 않고 결과적으로 크기를 증가시키지 않고 코어의 표면적을 크게 증가시키는 것이 가능하다.

변압기는 [RU, C1, 2041514]에서 알려져 있으며, 실리콘, 붕소, 철 그리고 코어에 전도될 수 있도록 결합된 여러개의 권선으로 이루어진 여러 자기 권선으로부터 만들어진 하나 또는 여러개의 스트립 코어로 구성된다. 상기 자기 합금은 추가적으로 구리 그리고 니오븀, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 크롬 및 바나듐 그룹으로부터 선택된 하나나 여러개의 컴포넌트로 구성되며, 합금 컴포넌트의 비는 원자의 수비로 구리가 0.5-2.0이고, 니오븀, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 바나듐 그룹으로부터의 하나나 여러개의 컴포넌트가 2-5이며, 실리콘이 5-18이고, 붕소가 4-12이고 나머지가 철이게 된다.

변압기는 하나의 권선을 가지는 3개 또는 4개 타입의 절연 유닛으로 구성된 [PCT (WO), 93/18529]에서 설명된다. 이같은 타입의 변압기는 짧은 시간으로 조립된다.

스트립 절연을 가지는 전류 변압기는 댐핑 스크린내에 있으며 단자들을 갖는 1회 또는 여러회 감긴 일차권선 및 이차권선으로 구성된다. 상기의 권선들은 삽입 지지부와 연결 부싱에 의해 고정되며 에폭시 컴파운드로 커버된다. 변압기에는 추가로 절연 부싱, 일차권선상에 위치한 스크린, 그리고 지지 클램프가 제공된다. 절연 부싱들은 클램프의 반-달걀 모양 슬롯내에 장착되며, 댐핑 스크린은 개방되고 두 부분으로 이루어지며, 절연 패드가 두 부분사이의 갭내에 장착되고, 삽입 지지 부싱이 댐핑 스크린을 고정시키기 위해 적용할 수 있도록 절연부싱상에 장착된다.

고전압 변압기는 [RU, C1, 2035776]에서 알려져 있으며, 소켓상에 장착된 자기(porcelain) 하우징으로 구성되고 상기 소켓위에는 상기 하우징내에 있는 능동부분이 압축 포스트상에 위치하게 된다. 상기 능동 부분은 혼합된 장방형 자기회로로 구성되며, 이 회로는 요크, 권선이 감겨지게 되는 상측과 하측의 수평 코어를 갖는다. 잡음 면역을 줄이기 위해 변압기에는 추가의 스크린 - 중간 스크린, 상측 스크린 그리고 하측 스크린 그리고 용량성 스크린이 제공된다.

고-전압 변압기를 위한 권선은 [PCT (WO), 93/18528]에서 알려져 있다. 한 연결 요소가 권선의 전도성 부분에 고정되며 기계적 특성을 향상시키도록 하며, 두 번째 연결요소가 절연요소에 의해 상기 연결요소에 연결된다. 이같은 권선은 레진(수지)이 권선위로 뿌려진 드라이 변압기 내 회선수가 작은 저전압 권선으로 사용될 수 있다.

헤비-전류 변압기는 [RU, C1, 2027238]로 알려져 있으며, 토로이드 코어상에 배치된 일차권선, 그리고 일차권선을 포위하는 이차권선으로 구성된다. 이차권선은 N단면 내 토러스(torus) 내측 공동내에 있는 한 묶음의 유연한 전도체에 의해 만들어지며, N-1 단면 내 토러스 바깥측면으로부터 만들어지고, 이때 N은 - 일차권선의 회선수이고, 상기 묶음은 토러스 바깥측면상의 하나 또는 둘이상의 층으로 배열된다.

그러나, 모든 공지의 변압기는 한가지 원리에 따라 만들어지는데, 특히 - 일차권선으로 전력을 공급하고 이차권선으로부터는 전력을 공급받는 것이며, 이들은 모두 다음의 단점을 갖는다.

- 전압상승식 변압기(step-up transformers)의 이차권선의 회선수가 많다. 그럼에도 불구하고, 좁은 주파수폭(50-400 Hz) 내에서 동작한다. 변압기의 주파수폭이 제한됨에 따라 높은 주파수에서 자기회로에 손실이 발생된다.

- 권선의 저항이 크다. 즉, 지정된 출력 전압을 얻기 위해 이차권선의 회선수를 계산할 때 변압기의 비-부하 조건을 고려하여야 한다.

- 상기 단점을 줄이기 위해 모든 가능한 추가의 요소, 절연 등이 사용될 때 변압기의 구조가 복잡해진다.

도 1 은 본 발명(회로)에 따른 변압기를 도시한 도면.

도 2 는 본 발명(회로)에 따라 변압기의 또다른 실시예를 도시한 도면.

도 3 은 본 발명(회로)에 따라 변압기의 한 실시예를 도시한 도면.

도 4 는 본 발명(회로)에 따라 변압기의 한 실시예를 도시한 도면.

도 5 는 본 발명(회로)에 따라 변압기의 한 실시예를 도시한 도면.

도 6 은 본 발명(회로)에 따라 변압기의 한 실시예를 도시한 도면.

도 7 은 본 발명(회로)에 따라 변압기의 한 실시예를 도시한 도면.

도 8 은 페라이트 자기 회로를 갖는 변압기의 일차 및 이차 권선 내 전류 및 전압 증가를 도시한 도면.

도 9 는 강판(sheet steel)의 일차 및 이차권선 내 전류 및 전압 증가를 도시한 도면.

* 부호 설명

1: 자기회로 2: 일차권선의 첫 번째 섹션

3: 일차권선의 두 번째 섹션 4: 이차권선

a1: 첫 번째 섹션이 권선 인(in) x1: 첫번째 섹션의 권선 아웃(out)

a2: 두 번째 섹션의 권선 인(in) x2: 두 번째 섹션의 권선 아웃(out)

A: 이차권선의 권선 인(in) X: 이차권선의 권선 아웃(out)

본 발명의 목적은 일차권선의 단면적과 같은 단면적을 갖는 도선으로 이차권선을 감는 변압기를 구현하는 것이며, 이에 의해, 고압 변압기 이차권선 내 회선수가 감소하고, 기존 변압기의 다양한 변형을 가능하게 하는 것이다.

이 목적은 자기회로, 두 개 이상의 권선, 전원에 연결된 유입구, 부하에 연결된 유출구를 포함하는 변압기를 구성함으로서 구현된다. 이때, 일차권선은 동일한 회선수의 두 섹션들로 구성되고, 상기 섹션들은 서로 전기적으로 연결된다.

제안된 변압기에서는 일차권선의 두 섹션이 자기회로의 한 코어상에서 한 방향으로 감기며, 섹션들이 권선들의 아웃(out) 연결에 의해 서로 연결되고, 이들의 연결 포인트가 부하에 대한 유출구로 작용하며, 상기 두 섹션의 권선 인들(ins)이 전원에 대한 유입구로 작용한다(도 1).

상기 기술적 결과는 아래의 변압기를 발생시킴으로서 달성된다. 즉, 일차권선의 두 섹션이 한 방향으로 자기회로의 한 코어상에 감기며, 상기 섹션들의 권선의 아웃(out)들은 서로 연결되고, 섹션 권선의 인(in)들은 전원에 대한 유입구로 사용된다. 이차권선은 일차권선의 섹션들 위에서 자기회로의 동 코어상에 감긴다(도 2).

상기의 기술적 결과는 일차권선의 두 섹션이 자기회로의 한 코어상에서 반대방향으로 감기며, 첫 번째 섹션의 권선 아웃(out)과 두 번째 섹션의 권선 인(in)이 서로 연결되며, 첫 번째 섹션 권선의 인(in)과 두 번째 섹션의 권선 아웃(out)이 전원에 대한 유입구로 사용되는 변압기를 만들어 달성된다. 이차권선은 일차권선 섹션들 위에서 자기회로의 동 코어상에 감긴다(도 3).

상기 목적은 일차권선의 두 섹션들이 한 자기회로의 두 코어상에서 한 방향으로 감기며, 첫 번째 섹션 권선의 아웃(out)과 두 번째 섹션 권선의 인(in)이 서로 연결되고, 첫 번째 섹션의 권선 인(in)과 두 번째 섹션 권선 아웃(out)이 전원0에 대한 유입구로 작용함으로서 달성된다. 이차권선은 자기회로의 두 코어를 에워싸는 일차권선의 두 섹션 상에 감긴다(도 4).

상기에서와 동일한 기술적 결과가 일차권선의 두 섹션이 자기회로의 두 코어 상에서 반대방향으로 감기고, 상기 섹션 권선들의 아웃(outs)들이 서로 연결되며, 상기 섹션 권선들의 인(ins)들이 전원에 대한 유입구로서 사용되는 변압기를 제작함으로서 달성된다. 이차권선은 자기회로의 두 코어를 둘러싸는 일차권선의 두 단면상에 감겨진다(도 5).

같은 기술적 결과가 일차권선의 두 섹션이 한 자기회로의 두 코어상에 서로반대 방향으로 감겨지며, 첫 번째 섹션의 권선 인(in)이 두 번째 섹션의 권선 아웃(out)에 연결되고, 첫 번째 섹션의 권선 아웃이 두 번째 섹션의 권선 인(in)으로 연결되며, 이들의 연결 포인트가 전원에 대한 유입구로서 작용한다. 이차권선은 자기회로의 두 코어 모두를 에워싸는 일차권선의 두 섹션상에 감긴다(도 6).

상기의 목적은 일차권선의 두 섹션이 한 자기회로의 두 코어상에 한 방향으로 감기는 변압기를 제작함으로서 달성되며, 이때, 두 섹션이 인(in)을 인끼리, 아웃(Out)을 아웃끼리 연결시킴으로서 서로 연결되고, 그리고 이들의 연결 포인트가 전원에 대한 유입구로 사용된다. 이차권선은 자기회로의 두 코어를 둘러싸도록 일차권선의 두 섹션상에 감긴다(도 7).

일차권선의 섹션들은, 변압기의 동작중에 이들 섹션중 하나에 의해 발생되는 자속이 일차권선의 다른 섹션에 의해 발생된 자속을 상쇄하도록, 감기며 서로 연결된다.

제안된 변압기의 일차권선의 두 섹션이 전압 U1을 갖는 교류 전류 네트워크에 연결될 경우, 전류 i_o가 이를 따라 흐른다. 전류 io로 인한 권선의 한 섹션의 기자력 i_ow1은 변압기의 자기회로에서 교류 자속 F1을 발생시킨다. 이와 유사하게, 첫 번째 섹션의 기자력 iow1과 같은 기자력 i_ow2가 권선의 두 번째 섹션에서 나타난다. 섹션들이 서로 연결되기 때문에, 일차권선의 두 번째 섹션에서 출현하는, 자 속 F1의 방향과는 반대인 교류 자속 F2는 첫 번째 섹션 F1의 자속을 상쇄할 것이다. 그러나, 기자력의 유도로 인해 자기회로의 투자율이 변경된다. 네트워크 전류가 반주기중에 떨어질 때, 투자율 복원이 자기회로에서 일어나며, 결과적으로 기전력(emf)이 일차 및 이차권선에 유도된다. 일차권선 전류의 반주기 동안 이차권선 전압이 한주기를 통과한다.

두 권선이 같은 회선수로 같은 코어에 반대방향으로 감길 때, 그러나 반대의 리이드(첫번째 섹션 권선의 아웃과 두 번째 섹션 권선의 인)에 의해 서로 연결될 때(도 3), 일차권선 i_o내 자속이 또한 제로와 같으며, 같은 기술적 결과가 두 섹션의 권선이 한 방향으로 감기는 경우에서처럼 도달하여질 수 있다. R_H가 이차권선에 연결될 때, 전압의 형태는 변하지 않는다. 출력전압은 일차권선 회선수에 대한 이차권선 회선수 증가에 달려있다.

제안된 변압기의 이같은 실현은

1) 이차권선 내 회선수를 10-20 배로 줄이고, 결과적으로 변압기의 크기가 줄어든다.

2) 일차권선의 도선의 단면적과 같은 단면적을 갖는 굵기의 도선으로 이차권선을 감는 것이 가능하다.

3) 변압기의 출력에서 고압의 필요성에 따라 이차권선의 회선수가 일차권선내 회선수보다 많거나 적을 수 있다.

하기에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 이해를 돕기 위해 본원에 사용되는 권선과 섹션의 의미에 대하여 먼저 언급한다. 도 2-7을 보면 외견상 변압기가 세 개의 권선(2, 3, 4)으로 구성되는 데, 이중 서로 연결된 두 개의 권선(2, 3)이 전력을 공급받는 일차권선을 형성하고, 나머지 한 개의 권선(4)이 변압된 전력을 출력하는 이차권선을 형성한다. 이때, 서로 연결되는 두 개의 권선(2, 3)으로 일차권선이 구성되는 데, 서로 연결된 두 개의 권선(2, 3)을 일차권선(2, 3) 및 이차권선(4)에 대해 구별하기 위해 일차권선 내의 권선을 섹션으로 칭한다. 즉, 일차권선은 두 개의 섹션(2, 3)으로 구성된다. 따라서 본원에서는 권선과 섹션이 실질적으로 동일한 의미로 쓰이고 혼용하여 사용된다.

본 발명에 따른 변압기(도 1 에서 도시된 실시예에 따라)는 자기회로(1), 일차권선의 첫 번째 섹션(2), 일차권선의 두번째 섹션(3), 일차권선의 첫번째 섹션의 권선 인과 아웃 - a₁과 x₁, 일차권선의 두번째 섹션의 권선 인과 아웃 - a₂과 x₂, 일차권선의 첫번째 섹션에 연결된 부하의 저항 - R_H1, 일차권선의 두번째 섹션에 연결된 부하의 저항 - R_H2을 포함한다. 일차권선의 두 섹션, 첫 번째 섹션(2)과 두 번째 섹션(3)은 자기회로(1)상에 한 방향으로 감기며, 이들은 동일한 수의 회선수를 갖는다. 일차권선의 아웃 x₁과 x₂는 서로 연결되며, 권선의 인, a₁과 a₂는 전원에 개별적으로 연결된다. 부하 저항은 권선의 각 섹션에 병렬로 연결된다. 즉, R_H1은 전원으로부터 권선의 첫번째 섹션까지 사이에서 두 권선의 연결 포인트까지의 전류 경로에, R_H2는 이와 마찬가지로 두번째 섹션에 연결된다.

도 2 에서 도시된 실시예에 따른 본 발명의 변압기는 도 1 에 도시된 실시예에 따른 변압기와 유사하게 만들어진다. 차이점은 자기회로(1)의 같은 코어 위 일차권선의 섹션(2)(3) 위 세 번째 층에 이차권선(4)이 감긴다는 것이다. A와 X는 이차권선의 인과 아웃을 나타내며, R_H는 이차권선의 리이드 A와 X에 연결된 부하의 저항을 나타내는 것이다.

도 3 의 실시예에 따른 본 발명의 변압기는 도 2 에서 도시된 실시예에 따른 변압기와 유사하게 만들어진다. 차이점은 일차권선의 섹션들이 반대 방향으로 감긴다는 것이다. 첫 번째 섹션의 권선 아웃 x₁과 두 번째 섹션의 권선 인 a₂는 서로 이어지며, 섹션들의 다른 리이드들 a₁과 x₂는 전원에 대한 유입구로 작용한다.

도 4 의 실시예에 따른 본 발명의 변압기는 도 2 에서 도시된 변압기와 유사하게 만들어진다. 차이점은 일차권선의 두 섹션 (2, 3)이 자기회로(1)의 두 코어상에 감긴다. 섹션들은 첫 번째 섹션의 권선 아웃과 두 번째 섹션의 권선 인의 마주하는 리이드를 통해 서로 연결된다. 이차권선(4)은 일차권선의 두 섹션상에 감기며 자기회로의 두 코어를 에워싼다.

도 5 에서 도시된 실시예에 따른 본 발명의 변압기는 도 4 에 도시된 실시예에 따른 변압기와 유사하게 만들어진다. 차이점은 일차권선의 두 섹션이 서로 반대 방향으로 감기고, 권선의 아웃 x₁과 x₂가 서로 연결되며, 권선의 인 a₁과 a₂가 전원에 대한 유입구로 작용한다는 것이다.

도 6 에 도시된 실시예에 따른 본 발명의 변압기는 도 5 에 도시된 실시예에 따른 변압기와 유사하게 만들어진다(즉, 두 코어에 서로 반대방향으로 감김). 차이점은 첫 번째 섹션의 인 a₁과 두 번째 섹션의 아웃 x₂, 그리고 첫 번째 섹션의 아웃 x₁과 두 번째 섹션의 인 a₂가 상호연결되며 이들의 연결점들이 전원에 대한 유입구로 작용한다는 것이다.

도 7 에 도시된 실시예에 따른 변압기는 도 6 에 도시된 실시예에 따른 변압기와 유사하게 만들어진다. 차이점은 섹션들이 한 방향으로 감기고, 섹션의 권선들이 인 a₁과 a₂ 그리고 아웃 x₁과 x₂에 의해 서로 연결되며, 이들의 연결 포인트들이 전원에 대한 유입구로서 작용한다.

도 1 에 도시된 실시예에 따른 제안된 변압기의 동작원리는 다음과 같다.

I. 개방회로 (부하가 없는 상태)

섹션(2)(3)의 권선 인 a1과 a2는 전원에 개별적으로 연결되며, 같은 섹션의 권선 아웃 x₁과 x₂는 서로 연결된다. 전류 i는 이들 섹션의 권선들을 통해 흐르며 권선의 각 섹션에 기자력 mmf를 발생시키고, 그 크기는 iw에 달한다. 각 섹션 내 자속들은 동일하며 서로 반대방향을 향하기 때문에, 자속들이 서로 상쇄되고 코어의 자화를 역전시키기 않는다. 그러나, 자기회로 내 자장 중첩 원리의 유지 결과로 인해, 자기회로는 마이크로스코픽 레벨로 자장들과 상호작용하여, 결국 도메인 구조의 스트레스된 상호작용을 발생시키고 자기회로 물질의 투자율 변화를 일으킨다. 따라서, 시간에 따라 일차권선의 섹션들을 통과하는 전류의 변화가 투자율을 변경시키게 되고, 이같은 변경으로 인해 섹션들의 연결점과 권선들의 인사이에 놓인 권선들 내에 기전력이 발생된다. 그러나 이 기전력은 전원으로부터 입력되는 전류에 대해 위상이 이동된다. 이로 인해서, 변압기 출력에서의 전압은 단하나의 일차권선을 가질 때에 비해 10-20배가 상승된다.

II. 동작모드 (부하가 연결된 상태)

부하 저항 R_H1은 전원 U로부터 권선의 첫 번째 섹션(2)까지의 전류(i)의 경로에서 섹션들의 아웃들의 연결점까지 연결되며, 부하 저항 R_H2는 이에 따라 권선의 두 번째 섹션(3)에 연결된다. 전원으로부터의 전류 i는 폐-루우프를 흐르며, 일차 전류 i는 부하 R_H에 비례하여 각 루우프내에서 증가되어 결국 루우프 내 기전력을 변경시킨다. 즉, 기전력을 증가시킨다.

부하의 저항이 작을 때(즉, 권선의 저항과 동일할 때) 전압 U는 권선에서의 전압 강하와 동일할 것이며, 부하저항이 무한대로 상승하려할 때 이차전압 U가 비례하여 증가할 것이며, 그 결과로서 한 개의 일차권선만이 있을 때에 비해, 변압기의 출력에서 기전력이 수십배로 증가할 것이다.

도 2-7 에서 도시된 실시예에 따른 변압기의 동작원리는 도 1 에서 도시된 실시예에 따른 변압기 동작원리와 유사하다.

차이점은 이차권선(4)의 존재에 있다. 이들 실시예에서 기자력를 위한 일차권선이 개방(open)되어 있기 때문에, 일차권선에 비-부하 기전력이 항상 유도된다.즉, 권선에 자체 유도 전류가 생성되지 않으며, 모든 기자력 에너지는 이차권선의 기전력으로 제공된다. 이같은 조건하에서, 이차권선의 권선 전도체의 단위 길이당 전장세기는 전원에 의해 정해진 일차권선 내 전장세기의 10배를 넘을 수 있다. 결과적으로 이차권선이 일차권선과 비교해서 몇배 안되는 회선수를 가지더라도 이차권선의 전압이 주전압의 수십배에 달할 수 있다. 이차권선 내 전압과 전류의 형태는 일차권선 내 전압과 전류 형태를 반복한다.

도 8 은 페라이트 자기회로를 갖는 변압기의 일차 및 이차권선 내 전류와 전압의 증가를 도시한 것이다.

자기회로의 투자율 μ는 사인파 형태의 전류와 함께 다음과 같이 시간에 따라 변화한다. 0에서 π/4에서 투자율이 증가한 뒤 π/4로부터 π/2사이에서 떨어지며, π/2로부터 3π/4 사이에서 투자율의 복원 속도가 다시 증가하고 그리고 3π/4로부터 π사이에서 μ의 회복이 느려진다. 이같은 투자율의 변화 결과로, 이차권선에 두배의 주파수로 기전력이 유도되며, 일차권선 내 전류의 반주기동안 완전한 한 주기의 이차전류가 있게 된다.

도 9 는 강판(sheet steel) 자기회로를 갖는 변압기의 일차 및 이차권선 내 전류와 전압의 증가를 도시한 것이다. 이같은 타입의 자기회로에서는 π/6로부터 π/4 까지 일차 전류 곡선 및 이차 전류 곡선 형태에 이동이 있으며, 전류 형태는 유지된다.

각 타입의 변압기 변압비는 경험적으로 결정된다.

각기 다른 타입 변압기의 구체적인 동작예가 본 발명의 이해를 돕기 위해 아래에 제공된다. 아래에 기재하지 않은 변압기의 예들로도 같은 결과를 얻을 수 있다.

예 1.

M600HH-8 K100-60-15 페라이트 링이 자기회로로서 사용되었다. 일차권선의 두 섹션이 4개의 링으로부터 조립된 자기회로의 한 코어상에, 한 섹션 위에 다른 한 섹션이 놓이는 방식으로 감겼다. 두 섹션의 권선 아웃은 서로 연결되며, 부하 저항 R_H가 각 섹션에 병렬로 연결되고 - 부하의 한 단부들은 섹션들의 연결점, 즉, 아웃(outs)으로, 부하의 다른 한 단부들은 섹션들의 인(ins)에 연결되고, 각 섹션의 권선 인들은 전원에 연결되었다. 섹션의 회선 수는 두 섹션 모두 60이다. 이 변압기의 변압비는 11이었다. 변압기 출력에서의 전압 측정 결과는 표 1의 예 1란에 제시된다.

페라이트 U-형 자기회로를 이용하여 변압기를 만들었을 때도 비슷한 결과를 얻을 수 있었다.

예 2.

강판으로 만들어지며 2,5kW의 전력으로 설계된 링-타입의 자기회로가 자기회로로 사용되었다. 일차권선의 두 섹션이 자기회로의 코어상에 감기었으며, 두 섹션은 한 방향으로 감기었다. 두 섹션의 아웃이 서로 연결되고 두 섹션의 인들은 전원에 연결되었다. 이차권선은 일차권선 위에 감기었다(이차권선의 감겨진 방향은 변압기의 동작에 영향을 미치지 않는다).

변압비는 실험적으로 결정되며 5와 동일하였다.

일차권선의 한 섹션의 회선수는 110이었으며, 이차권선의 회선수도 110이며, 일차 및 이차권선 도선의 직경은 동일하게 1.2mm이다. 이차권선의 두 리이드에 한 개의 부하가 연결되었다. 일차권선의 입력부와 이차권선의 출력부에서, 즉, 상기 부하에 대해, 전압을 측정하였다. 측정결과는 표 1 의 예 2 란에 제공된다.

예 3.

U자형 페라이트가 자기회로로 사용되었다. 자기회로는 네 개의 유닛으로부터 조립되었다. 일차권선의 두 섹션은 자기회로의 두 코어상에 감겼으며, 각 섹션이 각기 한개의 코어에 감겼다. 섹션들은 서로 반대방향으로 감겼으나 같은 회선 수를 가졌다. 일차권선의 회선수는 120이다. 섹션들의 권선 아웃들은 서로 연결되었으며, 인들은 전원에 연결되었다. 두 코어를 에워싸는 이차권선이 일차권선 위에 감겼다. 이차 권선의 회선수는 120이다. 실험결과 변압비는 10이었다. 그 결과는 표 1 에서 예 3 으로 제시된다.

예 4.

강판으로 만들어진 U자형 자기회로가 자기회로로 사용되었다. 일차권선의 두 섹션은 자기회로의 두 코어상에 감겼으며, 각 섹션이 한개씩의 코어에 감겼다. 상기 섹션들은 한 방향으로 감겼으며, 각 섹션의 회선수는 120이었다. 첫 번째 섹션의 권선 아웃과 두 번째 섹션의 권선 인, 그리고 첫 번째 섹션의 권선 인과 두 번째 섹션의 권선 아웃이 서로 연결되었으며, 이들의 연결점이 전원에 연결되었다. 이차권선은 일차권선위에 감겼으며, 이차권선의 회선수는 120이었다.

변압기의 변압비는 8.5 였다. 측정 결과가 표 1, 예 4로 제시된다.

표 1

변압기 출력에서의 전압

모든 타입의 변압기 샘플은 3-5년동안 동작할 수 있도록 만들어진다. 이들 모두 샘플들은 실험실과 산업 현장에서 전기 응용 장비로서 사용될 수 있다.

Claims

자기회로(1), 두 개 이상의 권선(2, 3), 그리고 전원에 대한 유입구를 포함하는 변압기로서,

상기 자기회로(1)에는 두 개 이상의 권선(2, 3)이 감기고,

전원에 대한 상기 유입구는 상기 두 개 이상의 권선(2, 3)에 연결되며,

이때, 서로 전기적으로 연결되는 두 개의 권선(2, 3), 즉, 두 개의 섹션(2, 3)이 일차권선을 형성하고, 두 섹션(2, 3)의 회선수는 서로 동일

하며,

1) 두 섹션(2, 3)이 한 코어에 감기는 지, 두 섹션(2, 3)이 한 코어에 한개 씩 감기는 지 여부,

2) 두 섹션(2, 3)이 코어에 한방향으로 감기는 지, 서로 반대방향으로 감기는 지 여부, 그리고

3) 두 섹션(2, 3)의 권선 인들(ins)과 아웃들(outs)이 서로에게, 그리고 전원에 대한 유입구에 연결되는 방식

의 조합을 이용하여, 상기 유입구를 통해 일차권선에 전류가 공급될 때, 일차권선의 한 섹션(2)에 발생하는 자속의 크기가 다른 한 섹션(3)에 발생하는 자속의 크기와 같고 방향은 서로 반대이도록 함으로서 서로의 자속을 상쇄하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제 1 항에 있어서, 일차권선의 두 섹션(2, 3)이 자기회로(1)의 한 코어상에서 한 방향으로 감기며, 섹션들(2, 3)이 권선의 아웃들(xl, x2)을 연결함으로서 서로 연결되고, 이들 연결점(도 1의 xl, x2)이 부하(R_Hl, R_H2)에 대한 유출구로 작용하며 섹션의 권선 인들(a1, a2)이 전원에 대한 유입구로 작용함을 특징으로 하는 변압기.
제 1 항에 있어서, 일차권선의 두 섹션(2, 3)이 자기회로(1)의 한 코어상에서 한 방향으로 감기며, 섹션들(2, 3)이 권선의 아웃들(x1, x2)을 연결함으로서 서로 연결되고 섹션들(2, 3)의 권선 인들(a1, a2)이 전원에 대한 유입구로 작용함을 특징으로 하는 변압기.
제 1 항에 있어서, 일차권선의 두 섹션(2, 3)이 자기회로(1)의 한 코어상에서 반대 방향으로 감기며, 첫 번째 섹션(2)의 권선 아웃(x1)과 두 번째 섹션(3)의 권선 인(a2)이 서로 연결되고, 첫 번째 섹션(2)의 권선 인(a1)과 두 번째 섹션(3)의 권선 아웃(x2)이 전원에 대한 유입구로 작용함을 특징으로 하는 변압기.
제 3 항 또는 4 항에 있어서, 이차권선(4)이 일차권선 섹션들(2, 3) 위에서 자기회로(1)의 동 코어상에 감김을 특징으로 하는 변압기.
제 1 항에 있어서, 일차권선의 두 섹션(2, 3)이 상기 자기회로(1)의 두 코어상에서 한 방향으로 감기며, 첫 번째 섹션(2)의 권선 아웃(x1)과 두 번째 섹션(3)의 권선 인(a2)이 서로 연결되고, 첫 번째 섹션(2)의 권선 인(a1)과 두 번째 섹션(3)의 권선 아웃(x2)이 전원에 대한 유입구로서 작용함을 특징으로 하는 변압기.
제 1 항에 있어서, 일차권선의 두 섹션(2, 3)이 상기 자기회로(1)의 두 코어상에서 반대방향으로 감기며, 섹션들(2, 3)의 권선 아웃(x1, x2)이 서로 연결되고,섹션들(2, 3)의 권선 인들(a1, a2)이 전원에 대한 유입구로 작용함을 특징으로 하는 변압기.
제 1 항에 있어서, 일차권선의 두 섹션(2, 3)이 상기 자기회로(1)의 두 코어상에서 서로 반대방향으로 감기며, 첫 번째 섹션(2)의 권선 인(a1)이 두 번째 섹션(3)의 권선 아웃(x2)으로 연결되고, 첫 번째 섹션(2)의 권선 아웃(x1)이 두 번째 섹션(3)의 권선의 인(a2)으로 연결되며, 섹션들의 연결점들(a1, x1)이 전원에 대한 유입구로 작용함을 특징으로 하는 변압기.
제 1 항에 있어서, 일차권선의 두 섹션(2, 3)이 상기 자기회로(1)의 두 코어상에서 한방향으로 감기며, 한 섹션(2)의 권선 인(a1)이 다른 한 섹션(3)의 권선 인(a2)와 연결되고, 한 섹션(2)의 권선 아웃(x1)이 다른 한 섹션(3)의 권선 아웃(x2)과 연결되며, 이 두 연결점들(a1, x1)이 전원에 대한 유입구로 작용하게 됨을 특징으로 하는 변압기.
제 6 항 내지 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 일차권선의 두 섹션(2, 3) 위에 이차권선(4)이 감기며, 이차권선이 또한 자기회로(1)의 두 코어를 에워쌈을 특징으로 하는 변압기.