상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자기 차폐 공심 리액터에 관한 것으로 특히, 저 임피던스 회로(필터)를 인버터와 부하단 근처에 설치하여 접속하면 고조파 전류가 상기 회로에 흡수되어 고조파를 억제하는 것으로 특히, 상기 저 임피던스 회로 소자 중 자성체 철심을 사용하지 않는 공심 구조로 설계되어 설치 공간에 제약을 받지 않는 자기 차폐 공심 리액터에 관한 것이다.
본 발명인 자기 차폐 공심 리액터는 고조파를 저감시키기 위해 구비되는 필터의 구성 요소 중에 리액터(코일), 기호로는 L에 관한 것이다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 공심 리액터의 분리사시도를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명에 따른 3상 자기차폐 공심 리액터의 케이스부를 나타낸 사시도, 도 5는 본 발명인 자기차폐 공심 리액터(3상)의 정면도, 도 6은 측면도, 도 7은 평면도를 나타낸 것이다.
우선, 본 발명인 자기 차폐 공심 리액터는 기존의 철심 리액터가 가지는 자기포화현상이나 소음, 발열 등의 문제점과 기존 공심 리액터의 설치 공간상에 제약의 문제점을 모두 해결한 이상적인 리액터로서, 리액터의 내부가 자계의 영향을 받지 않도록 한 것이다.
상기 자기 차폐 공심 리액터는 공심 리액터를 용접 처리 과정을 통해 일체형으로 만든 케이스에 수납하여 고정시킨 것으로, 고조파를 상한치 이내로 억제하기위해 설치하는 공심 리액터 본체부(32)와 상기 공심 리액터 본체부(32)를 고정시키기 위해 상하단에 구비된 고정 부재(31)와 상기 고정 부재(31)의 상단과 하단 일측으로 입·출력용 단자를 연결하기 위해 구비된 결선용부스(34)와 상기 고정 부재(31)에 구비된 홀을 통해 상기 공심 리액터 본체부(32)를 고정시키기 위해 구비된 황동봉(35)을 포함하여 구성된다.
본 발명인 자기 차폐 공심 리액터는 상기 공심리액터를 자계의 영향을 받지 않도록 수납하기 위한 일체형의 자기차폐용 케이스부(40)가 구비되고, 상기 자기차폐용 케이스부(40)의 후면에 구비된 보조판수단(45)과 상기 보조판 수단에 소정의 간격으로 구비된 환기팬(46)을 포함한다.
우선, 도 3을 참조하여 고정부재와 결합된 공심 리액터를 상세히 설명하면, 도 3은 케이스에 삽입하기 용이하도록 고정부재와 결합된 공심 리액터의 분리 사시도를 나타낸 것으로, 공심 리액터(30)는 고조파를 상한치 이내로 억제하기 위해 설치하는 공심 리액터 본체부(32)와 상기 공심 리액터 본체부(32)를 고정시키기 위해 상하단에 구비된 고정 부재(31)와 상기 고정 부재(31)의 상단과 하단 일측으로 입·출력용 단자를 연결하기 위해 구비된 결선용부스(34)와 상기 고정 부재(31)와 조임수단(35)에 의해 부착되어 상기 공심 리액터 본체부(32)를 내부에서 고정시키기 위한 황동봉(33)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 공심 리액터 본체부(32)는 여러가닥의 코일(39)을 원형으로 적층하여 자성체 철심을 사용하지 않는 공심 구조로 설계된 것으로, 상기 적층된 코일(39)의 각 층간에 소정의 간격을 유지하기 위해 코일층간 인슐레이터(36)와 상기 고정 부재(31)에 결합된 공심 리액터 본체부(32)의 상단과 하단에 소정의 공간 즉, 틈새가 형성되는데, 상기 틈새 사이에 삽입하여 더 견고하게 고정하기 위한 코일고정용 인슐레이터(37)를 구비한다.
즉, 상기 코일(39)은 여러 가닥의 코일을 나선형으로 적층한 후 병렬식으로 나열한 것으로, 상기 코일의 사이에 인슐레이터(36, 37)를 구비한 것이다.
상기 인슐레이터(Insulator)(36,37)는 코일을 고정하기 위해 사용될 뿐만 아니라, 코일의 내부나 외부의 진동을 차단시켜 주고, 충격 흡수 및 소음을 방지하는 일종의 완충기 역할을 하는 것으로, 그 재질이나 형태는 다양하다.
상기 결선용 부스(34)는 각종 고조파 발생원의 기기나, 부하와의 연결을 용이하게 연결할 수 있도록 상기 고정 부재(31)의 상단과 하단의 일측에 입·출력 단자용으로 하나씩 구비되며, 상기 고정 부재(31)의 가장자리 위치에 보조홀(38)이 더 구비되어, 상기 공심 리액터 본체부(32)를 자기차폐용 케이스부에 수납할 시 견고하게 고정할 수 있도록 한다.
우선, 도 4를 참조하여 공심 리액터의 내부가 자계의 영향을 받지 않도록 수납할 수 있는 케이스부를 설명한다.
우선, 상기 자기차폐용 케이스부(40)가 단상용일 경우, 공심 리액터의 양측면과 상단과 하단을 알맞게 감쌀 수 있는 정도의 크기로, 소정의 두께를 가진 규소 강판(41)으로 제작된다.
상기 규소 강판(41)으로 제작된 자기차폐용 케이스부(40)를 더욱 견고하게 하기 위하여 규소 강판의 정면과 후면을 그 재질이 스틸강판인 찬넬수단(42)을 덧대어 마감처리를 하며, 상기 찬넬수단(42)은 상기 자기차폐용 케이스부(40)의 상단과 하단에 소정의 길이만큼 더 길게하여 하단은 고정시트부(47)와 상단은 고리부(48)와 연결될 수 있도록 한다.
상기 고정시트부(47)는 조임 수단 및 용접처리에 의해 상기 찬넬 수단(42)으로 마감처리된 규소 강판(41)과 결합되며, 상기 고리부(48)는 자기차폐 공심 리액터를 운반하기 용이하도록 구비된 것이다.
상기 찬넬수단(42)은 규소 강판(41)이 흔들리지 않도록 직접적으로 고정하는 역할을 하고, 상기 규소 강판(Silicon Steel Plate)(41)은 철(Fe)에 5% 이내의 규소(Si)를 가한 것을 압연한 철판으로, 자기적 특성이 좋고 저항율도 아주 높다.
도4에서 도시된 바와 같이. 3상인 공심 리액터의 케이스는 단상인 공심 리엑터의 케이스를 기본으로 하여, 각 층마다 소정의 간격을 두고 적층한 것으로, 상기 간격 사이는 스틸 강판의 찬넬수단(42)을 구비하여 공심 리액터를 지지할 수 있도록 하며, 3상으로 적층한 규소강판 자기차폐용 케이스부(40)의 정면과 후면을 소정의 길이만큼 더 길게 한 스틸 강판의 찬넬수단(42)을 용접 및 상단과 하단의 고정수단(43)을 통해 견고한 일체형을 형성한다.
또한, 용접된 찬넬 수단(42)에 조임수단을 더 구비하여 상기 규소강판을 더욱 견고하게 고정하여도 무방하며, 상기 공심 리액터(30)를 수납한 후에 공심 리액터 본체부를 고정시키는 고정부재(31)에 구비된 보조홀(38)과 상기 고정부재와 맞닿는 찬넬수단에 구비된 보조홀(44)은 볼트를 삽입하여 조립 및 분리가능하도록 한다.
또한, 공심 리액터의 작동으로 인해 발생하는 발열문제를 해결하기 위해 상기 자기차폐용 케이스부(40)의 후면에 보조판수단(45)을 설치하여 환기팬(46)과 상기 자기차폐용 케이스부(40)의 상단에 공심 리액터(30)를 보호할 수 있도록 덮개부(49)를 더 구비한다.
상기와 같이, 본 발명인 자기차폐 공심 리액터는 단상 또는 3상 리액터로 간단하게 설계가능하여 제조 공정에 따른 불편함을 해소할 수 있어 매우 효과적이다.
본 발명인 자기차폐 공심 리액터는 상기와 같이 결합된 공심 리액터를 케이스에 삽입하여 자력의 영향을 받지 않도록 하고, 고주파를 저감시키는데 가장 이상적인 리액터로서, 도 6와 도 7 및 도 8을 참조하면 완성된 자기차폐 공심 리액터의 구조를 쉽게 파악할 수 있다.
상기와 같이 구성된 자기차폐 공심 리액터를 고조파 발생원인 기기에 설치하여 그 작용 효과를 도 8와 도 9을 참조하여 더 상세히 설명하면, 도 9는 고조파 발생원 기기와 부하 사이에 연결한 자기차폐 공심 리액터를 도시한 블록도이며, 도 10은 도 9의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프도이다.
상기 실시예에서는 교류 전원부(90), 교류 리액터부(91), 인버터부(92), 인버터 제어부(93), 필터부(95), 부하(96)로 구성되며, 상기 필터부(95)는 자기차폐 공심 리액터(60)와 캐패시터부(94)로 구성된다.
상기 교류 전원부로(90)부터 출력된 3상의 교류 전압은 직류 전압을 기본으로 하는 인버터부(92)로 입력된다.
상기 인버터부(92)는 교류 전압을 정류하는 정류부와 상기 정류부에서 정류된 전원을 평활콘덴서를 통해 평활한 다음 직류 전압으로 변환하는 평활부와 상기평활부를 통해 변환된 직류 전압은 다시 교류 전압으로 변환하는 직류-교류 변환부를 포함한다.
상기 인버터부(92)는 상기 직류-교류 변환부에 통해 3상의 교류 전압을 출력하고, 상기 출력된 교류 전압은 부하(96)를 구동시키며, 상기 인버터부(92)의 입력측과 전원부 사이에는 교류 리액터(ACL)부(91)를 부착하여 전원의 토탈 임피던스를 크게 함으로써 전원 전류내에 포함되어 있는 저차 고조파를 1차적으로 저감하여 인버터 전원입력 회로에 과대한 피크전류가 흘러 인버터부가 소손됨을 미연에 방지하며, 상기 인버터부(92)와 부하(96) 사이에는 필터부(95)를 구비한다.
상기 필터부(95)는 자기차폐 공심 리액터(60)와 캐패시터부(94)로 구성되는데, 상기 커패시터부에 본 발명인 자기차폐 공심 리액터(60)를 연결하여 고조파 성분을 효과적으로 저감시켜 입력 전압과 거의 동위상인 거의 정현파가 출력된다.
상기 인버터 제어부(93)는 출력 전압이 설정치를 초과하고 그 설정치로부터 어떤 일정 전압을 초과하여 높게 되면, 부하가 정지한 것으로 또는 인버터부에 이상이 발생한 것이라고 판단하여 인버터부를 제어하고, 상기 필터부의 승압 동작을 정지시켜 인버터부를 보호한다.
상기와 같이 구성된 회로의 시뮬레이션 결과 도 8에 도시된 바와 같이 고조파 왜곡이 억제되어 입력 전원의 이용 효율이 향상된 정형파형이 출력됨을 알 수 있다.
또한, 본 발명인 자기차폐 공심 리액터는 고조파 제한 규정을 다룬 IEEE 519의 고조파 전류 및 전압 기준 또한 모두 만족하는 이상적인 리액터로서, 배전선로에 분로 리액터나 콘덴서의 직렬 리액터로서도 사용가능하여 전압 상승을 억제하는 역할을 수행한다.
이상의 실시예들은 본원 발명을 설명하기 위한 것으로 본원 발명의 범위는 상기한 실시예들에 한정되지 않으며 첨부된 청구 범위에 의거하여 정의되는 본원 발명의 범주 내에서 당업자들에 의하여 변형 또는 수정될 수 있다.