KR100753554B1

KR100753554B1 - 공극의 이격을 방지하는 인버터 트랜스포머

Info

Publication number: KR100753554B1
Application number: KR1020050119009A
Authority: KR
Inventors: 민균 장
Original assignee: 용인전자주식회사
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2007-09-12
Also published as: KR20070059763A

Abstract

이 발명은, 4계조(8분포) 권선으로 트랜스포머의 1차 측과 2차 측 사이에 서로 다른 방향으로 전류가 흐르게 결선하여, 공극의 이격을 방지하는 인버터 트랜스포머의 제공을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 이 발명은, 상기 트랜스포머를 4계조(8분포) 권선으로 결선하고, 상기 권선은 1차 측과 2차 측 사이에 흡인력이 작용하도록 서로 다른 방향으로 전류가 흐르게 결선하며, 상기 4계조(8분포) 권선의 1차 측과 2차 측 사이에 이격 거리를 유지하기 위해 설치되는 에어 덕트를 1차측 권선과 2차측 권선 사이를 공극 주변과 그 이외로 구분하여, 상기 공극 부근에 설치되는 에어 덕트가 그 이외에 설치되는 에어 덕트보다 얇은 두께로 형성시킨다.

이러한 구성을 갖는 공극의 이격을 방지하는 인버터 트랜스포머에 의하면, 4계조(8분포) 권선으로 1차측과 2차측을 결선함으로써, 종래 2계조(4분포) 권선으로 결선하는 경우와 달리, 동작 과정에서 1차측과 2차측 권선에 흐르는 전류가 분산되므로 전류에 의해 발생하는 열 분포도 분산이 이루어져 트랜스포머의 공극이 이격되는 것을 방지하는 한편, 이와 함께 전류가 분산되어 흐르게 하여 트랜스포머의 용량 한계를 극복하여 권선을 각동선으로 결선할 수 있어 전체 크기가 작아지면서 작업성과 절연이 좋아지고 비용도 낮아지며 인버터에서 발생하는 고조파를 누설 제거함으로써 고조파 함유율을 대폭 낮출 수 있어 전력 품질을 높이는 효과도 있게 된다.

또한, 종래 2계조(4분포) 권선으로 결선하는 경우와 달리, 인버터 트랜스포머의 1차측 권선과 2차측 권선 간에 전류의 흐름을 서로 다른 방향으로 되어지게 결선함으로써, 권선 간 상호 흡인력이 작용하게 하여 트랜스포머의 공극이 이격되는 것을 방지하는 효과가 있게 된다.

또한, 종래 2계조(4분포) 권선으로 결선하는 경우에 비해, 4계조(8분포) 권선으로 결선하는 경우에는 공진 주파수를 적정 범위 내로 유지하기 위한 인버터 트랜스포머의 리액턴스 값이 작게 되므로, 상기 공극의 이격 거리도 상대적으로 작아져 트랜스포머의 공극이 이격되지 않는 환경을 조성할 수 있는 효과도 있게 된다.

Description

공극의 이격을 방지하는 인버터 트랜스포머 {Inverter transformer for preventing gap-separation}

도 1a 및 도 1b는 단상 인버터의 일반적인 구성 및 이러한 구성을 갖는 단상 인버터의 구형파 출력 파형을 도시한 것이고,

도 2a 및 도 2b는 도 1a의 단상 인버터 출력 단에 트랜스포머 및 커패시터를 설치하여 구성된 필터가 포함된 단상 인버터 및 이러한 인버터의 필터 공진에 의해 발생되는 사인파 출력 파형을 도시한 것이고,

도 3a 및 도 3b는 2계조(4분포) 권선으로 결선된 종래 공극을 갖는 인버터 트랜스포머를 도시한 것이고,

도 4a 및 도 4b는 4계조(8분포) 권선으로 결선된 이 발명의 실시 예에 따른 공극 이격 방지를 위한 인버터 트랜스포머를 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 종래 2계조(4분포) 권선으로 결선된 인버터 트랜스포머

11, 110 : 코어

12, 120 : 공극

13, 130 : 1차측 권선

14, 140 : 2차측 권선

15, 150, 160 : 에어 덕트

100 : 이 발명의 4계조(8분포) 권선으로 결선된 인버터 트랜스포머

이 발명은 공극(GAP)의 이격을 방지하는 인버터 트랜스포머에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트랜스포머의 1차측과 2차측 권선 간의 전류 흐름 방향을 서로 반대가 되게 결선하고, 트랜스포머의 1차측과 2차측 권선 간에 흐르는 전류를 분산시켜 고른 열 분포를 이루게 하여 공극이 이격되는 것을 방지하는 인버터 트랜스포머에 관한 것이다.

직류의 단속 동작 및 동작의 메커니즘 차이에 따라 단상, 3상, PWM 등으로 구별되는 전력 변환 장치인 인버터(inverter)는, 일반적으로 마이크로프로세서에서의 디지털 제어가 실행되면서 반도체 스위치 소자의 스위칭에 의해 직류에서 임의 주파수의 교류를 얻는다.

예를 들면, 단상 인버터는, 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 2쌍의 스위치 S1과 S4, S2와 S3을 교대로 각각 온ㆍ오프되도록 파워 트랜지스터 및 GTO(Gate Turn Off) 사이리스터 등 반도체 스위치 소자가 마이크로프로세서의 디지털 제어에 의해 스위칭 작용을 하며, 이러한 동작의 결과, 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이, 진폭이 직류 전원 전압과 동등한 구형파 전압이 출력단인 부하에 발생한다.

이 경우, S1, S4와 S2, S3과의 전환 주기를 바꿈으로써 출력 주파수를 바꿀 수 있고, 또한 직류 전원 전압을 바꿈으로써 출력 전압의 진폭을 각각 바꿀 수도 있다.

그러나, 일반적인 전기ㆍ전자 기기를 사인파가 아닌 구형파 전압으로 동작시키게 되면, 잡음, 진동, 과열 등의 현상이 발생되기 쉬워 인버터의 출력 전압의 파형은 사인파 또는 사인파에 가까워야 한다.

이로부터, 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이, 구형파의 출력 전압이 발생되는 부하단에 트랜스포머를 설치하고, 이 트랜스포머의 2차 측에 커패시터를 연결하여 구성한 필터로 공진시켜, 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이, 교류 정현파를 출력하여 효율 및 안정도를 전체적으로 높인다.

여기서, 상기 필터를 구성하는 고정값인 커패시턴스와 관련지어 리액턴스를 일정 범위내로 유지시켜 공진에 적합하도록 하기 위해, 트랜스포머의 권선이 결선되는 코어에는 공극(GAP)을 두게 된다.

따라서, 상기 공극의 이격 거리를 일정하게 유지시켜 상기 필터의 공진 주파수가 일정하게 유지되면서 제대로 된 사인파의 출력 전압을 얻을 수 있게 한다.

종래 2계조(4분포) 권선으로 결선된 공극을 갖는 인버터 트랜스포머(10)는, 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 코어(11)의 양단에 1차측 권선(13)과 2차측 권선(14)이 공극(12)을 사이에 두고 결선되며, 상기 권선(13)(14) 간에는 이 격 거리를 유지시키는 에어 덕트(15)가 설치된다.

그런데, 종래 2계조(4분포) 권선으로 결선하여 인버터 트랜스포머를 제작하는 경우, 동작 과정에서 1차측 권선(13)과 2차측 권선(14)에 큰 전류가 흐르게 되어 절연이 나빠지고 권선을 동판으로 결선하여야 하므로 전체 크기가 커지면서 작업성도 나빠지며 비용이 높아지는 문제점이 있게 된다.

또한, 종래 2계조(4분포) 권선으로 결선하여 인버터 트랜스포머를 동작시키는 경우 1차측 권선(13)과 2차측 권선(14)에 큰 전류가 흐르게 되어 이러한 전류에 의해 발생되어지는 열에 의해 트랜스포머의 공극(12)이 이격되게 된다.

또한, 트랜스포머의 1차측 권선(13)과 2차측 권선(14) 간을 전류의 흐름이 같은 방향으로 결선하여 권선 간에 서로 반발력이 작용하므로 공극(12)이 이격되는 것을 방지하기 어렵게 된다.

상기에서 종래 2계조(4분포) 권선으로 결선하여 인버터 트랜스포머를 동작시키는 과정에서 발생되어지는 열 또는 권선 간의 결선에 따른 같은 전류 방향에 의해 트랜스포머의 공극 이격이 발생하는 경우에는, 소음이 커지게 되며, 2차측 출력에 고조파 함유율이 높아져 오동작, 동작불량, 기기손상 및 과열의 원인으로 되는 등 수명이 짧아질 뿐만 아니라 안정성이 떨어져 전력 품질이 낮아지는 문제점이 있게 된다.

이로부터 이 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인버터 트랜 스포머의 리액턴스 값이 일정해야 사인파를 출력하는 필터의 공진 주파수가 일정해질 수 있는 것으로부터, 4계조(8분포) 권선으로 트랜스포머의 1차 측과 2차 측 사이에 서로 다른 방향으로 전류가 흐르게 결선하여, 공극의 이격을 방지하는 인버터 트랜스포머의 제공을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 이 발명은, 공극을 갖는 인버터 트랜스포머에 있어서, 상기 트랜스포머는 4계조(8분포) 권선으로 결선하고, 상기 권선은 1차 측과 2차 측 사이에 흡인력이 작용하도록 서로 다른 방향으로 전류가 흐르게 결선하는 것을 특징으로 하는 공극의 이격을 방지하는 인버터 트랜스포머를 제공한다.

바람직하게는, 상기 4계조(8분포) 권선의 1차 측과 2차 측 사이에 이격 거리를 유지하기 위해 에어 덕트를 설치하고, 상기 에어 덕트가 설치되는 1차측 권선과 2차측 권선 사이를 공극 주변과 그 이외로 구분하여, 상기 공극 부근에 설치되는 에어 덕트가 그 이외에 설치되는 에어 덕트보다 얇은 두께로 하여도 좋다.

이하에서는, 이 발명의 바람직한 실시 예를 첨부하는 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

이 발명의 실시 예에 따른 공극 이격 방지를 위한 인버터 트랜스포머(100)는, 코어(110)의 양단에 1차측 권선(130)과 2차측 권선(140)이 서로 마주하면서 위로부터 아래로 순서대로 감겨져 있으며, 상기 권선 간에는 에어 덕트(150)(160) 가 설치된다.

상기 트랜스포머(100)는, 도 4b에 도시되어 있는 바와 같이, 4계조(8분포) 권선으로 결선하는데, 1차 측 권선(130)과 2차 측 권선(140)사이에 흡인력이 작용하도록 서로 다른 방향으로 전류가 흐르게 결선된다.

따라서, 1차 측 권선(130)과 2차 측 권선(140)사이에는 항상 흡인력이 작용하게 된다.

여기서, 상기 에어 덕트(150)(160)는, FRP 소재가 주로 사용되어지며, 상기 4계조(8분포) 권선의 1차 측과 2차 측 사이에 이격 거리를 유지하기 위해 권선 간에 각각 설치되어지는데, 특히 이 발명에서는 상기 공극(120) 부근에 설치되는 에어 덕트(160)가 그 이외에 설치되는 에어 덕트(150)보다 얇은 두께로 형성시킨다.

예를 들면, 상기 코어(110)의 위로부터 1차측 권선(130)과 2차측 권선(140)사이에는 10T 두께의 에에 덕트(150)를 설치하고, 이어서 2차측 권선(140)과 1차측 권선(130) 사이, 즉 공극(120) 주변에는 5T 두께의 에어 덕트(160)를 설치하며, 이어서 1차측 권선(130)과 2차측 권선(140)사이에는 10T 두께의 에에 덕트(150)를 다시 설치하게 된다.

이 경우, 상기 1차측 권선(130)과 2차측 권선(140)사이에는 공극(120) 주변과 그 이외로 구분하여 두께가 2배 정도 달리하는 에에 덕트(15)를 설치하는데, 항상 흡인력이 작용하는 1차 측 권선(130)과 2차 측 권선(140)사이 중에서도 공극(120)이 형성되어 있는 코어(110)의 중앙 쪽으로 흡인력을 집중하여 작용하도록 함으로써 공극(120)의 이격을 최대한 방지하게 할 수 있게 한다.

또한, 상기 트랜스포머(100)는 4계조(8분포) 권선으로 결선됨으로 인하여, 권선에 흐르는 전류를 분산시킬 수 있으므로 대 전류일 경우에도 동판 권선이 아닌 각동선으로 제작이 가능하여 절연 처리가 용이하고 전체 크기가 작아져 제작도 쉽게 할 수 있으며 비용도 적게 들어간다.

또한, 상기 트랜스포머(100)는 4계조(8분포) 권선으로 결선됨으로 인하여, 종래 2계조(4분포) 권선으로 결선하는 경우에 비해, 리액턴스 값이 작게 되므로 상기 공극(120)의 이격 거리도 상대적으로 작게 할 수 있어 트랜스포머의 공극이 이격되지 않는 환경을 조성할 수 있다.

이 발명은 상기의 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재되는 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하고, 이러한 변형도 이 발명의 범위 내에 포함된다.

예를 들면, 이 발명의 실시 예에서는 단상 인버터를 주로 설명하고 있지만, 대 전류의 경우에는 3상 인버터에도 적용할 수 있음은 물론이다.

이상에서 상세하게 설명한 공극의 이격을 방지하는 인버터 트랜스포머에 의하면, 4계조(8분포) 권선으로 1차측과 2차측을 결선함으로써, 종래 2계조(4분포) 권선으로 결선하는 경우와 달리, 동작 과정에서 1차측과 2차측 권선에 흐르는 전류가 분산되므로 전류에 의해 발생하는 열 분포도 분산이 이루어져 트랜스포머의 공극이 이격되는 것을 방지하는 한편, 이와 함께 전류가 분산되어 흐르게 하여 트 랜스포머의 용량 한계를 극복하여 권선을 각동선으로 결선할 수 있어 전체 크기가 작아지면서 작업성과 절연이 좋아지고 비용도 낮아지며 인버터에서 발생하는 고조파를 누설 제거함으로써 고조파 함유율을 대폭 낮출 수 있어 전력 품질을 높이는 효과도 있게 된다.

Claims

공극을 갖는 인버터 트랜스포머에 있어서,

상기 트랜스포머는, 4계조(8분포) 권선으로 결선하고,

상기 권선은, 1차 측과 2차 측 사이에 흡인력이 작용하도록 서로 다른 방향으로 전류가 흐르게 결선하는 것을 특징으로 하는 공극의 이격을 방지하는 인버터 트랜스포머.
제 1항에 있어서,

상기 4계조(8분포) 권선의 1차 측과 2차 측 사이에 이격 거리를 유지하기 위해 에어 덕트를 설치하고,

상기 에어 덕트가 설치되는 1차측 권선과 2차측 권선 사이를 공극 주변과 그 이외로 구분하여, 상기 공극 부근에 설치되는 에어 덕트가 그 이외에 설치되는 에어 덕트보다 얇은 두께인 것을 특징으로 하는 공극의 이격을 방지하는 인버터 트랜스포머.