KR100882543B1 - 자동전압조정기 및 토로이달 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동전압조정기 및 토로이달 변압기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전압 레벨을 정밀하게 제어할 수 있는 자동전압조정기 및 이에 이용되는 토로이달 변압기에 관한 것이다.

본 발명의 자동전압조정기는 입력단에 인가된 입력전압을 변환하여 출력단으로 출력하는 자동전압조정기에 있어서, 일단이 상기 입력단에 연결되고, 타단이 상기 출력단에 연결되는 주권선; 상기 주권선에 여자되는 주여자권선; 상기 주여자권선의 일단을 상기 기준전위 및 상기 출력단 중 하나에 선택적으로 연결하는 제1 스위치부; 상기 주권선에 여자되는 복수의 부여자권선들; 상기 복수의 부여자권선들을 선택적으로 상기 주여자권선에 선택적으로 직렬 연결되도록 스위칭하며, 하나 이상의 부여자권선이 상기 주여자권선의 타단에 연결되는 경우 상호 직렬 연결되어 상기 주여자권선의 타단에 직렬 연결되도록 스위칭하는 제2 스위치부; 상기 주여자권선 및 상기 부여자권선의 선택적 연결에 의해 생성되는 직렬 연결의 끝단을 상기 기준전위 및 상기 입력단 중 하나에 선택적으로 연결하는 제3 스위치부; 및 상기 제1 스위치부, 상기 제2 스위치부, 및 상기 제3 스위치부의 스위칭 제어를 통해 상기 출력단으로 출력되는 출력전압의 레벨을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해 사용자가 원하는 전압 레벨이 출력되도록 정밀한 전압 제어가 가능하게 되며, 절전 동작 및 전압 부스터로서의 다양한 응용이 정밀하게 이루어진 다. 특히, 1[turn]에 대응하는 전압 크기로 입력 전압을 변경하는 것이 가능하다.또한, 본 발명은 간단한 릴레이 스위칭 회로로 구성되고 반도체 스위칭 소자들을 배제함으로써, 상이한 계통 환경에 대해서도 적응적으로 동작가능하고 별도의 변경을 요하지 않는다.

자동전압조정기, 절전기, 토로이달 변압기

Description

자동전압조정기 및 토로이달 변압기{Automatic voltage regulator and toroidal transfomer}

본 발명은 자동전압조정기 및 토로이달 변압기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전압 레벨을 정밀하게 제어할 수 있는 자동전압조정기 및 이에 이용되는 토로이달 변압기에 관한 것이다.

토로이달 변압기를 이용한 자동전압조정기는 다양한 변압기 권선을 이용하여 구현될 수 있다. 그런데 어느 경우나, 출력 전압은 1,2차 코일의 권선에 따라 결정되기 때문에, 원하는 전압에 맞도록 코일을 감도록 하고, 혹은 여러 개의 출력 탭을 두어 다양한 전압을 출력하도록 되어 있다.

예를 들어, 단권 변압기는 도1에 도시된 바와 같이, 주권선(100)에 여자되는 여자권선(200)에 복수의 탭(a,b,c)을 두어 다양한 레벨의 전압을 출력할 수 있다. 만약, 주권선(100)에 220V의 전압이 인가될 때, 주권선(100) 양단에 20V 전압이 인가되고, 여자권선(200)의 각각의 탭이 5V씩 감압하도록 설계되었다면, 제1 탭(a)으 로부터 200V, 제2 탭(b)으로부터 205V, 제3 탭(c)으로부터는 210V의 전압을 출력단로 출력할 수 있다.

이와 같이, 종래 자동전압조정기는 편차가 큰 이산된 출력전압, 예컨대 전술한 예에서는 5V의 편차를 갖는 200V, 205V, 210V의 출력전압들에서 선택적으로 출력하도록 되어 있어, 사용자가 원하는 정밀한 전압조정을 제공하지 못하고 있는 실정이었다.

이와 같이, 정밀성이 떨어지는 종래 자동전압조정기는 사용자에게 매우 큰 불편을 끼치고 있다. 예를 들어, 고층 아파트의 경우, 수용가에 제공되는 계통 전압이 낮은 층과 높은 층 사이에 큰 편차가 있어, 절전을 위해 감압이 요구되는 층과 안정된 전압을 제공하기 위해 승압을 요하는 층으로 나뉘게 되며, 그 넓은 편차를 모두 만족시키면서도 정밀하게 제어하지 못해 사용자들이 매우 불편을 느끼고 있는 실정이다.

이에 비해, 본 발명은 매우 정밀한 전압 레벨을 제공하여 적절한 전압을 제공할 수 있는 자동전압조정기를 제공한다.

한편, 종래 전력전자 계통에서의 자동전압조정기가 동작하기 위해서는 주변압기, 여자변압기, 검출변압기, 고감도 실효치 검출 회로, 고속 A/D 변환회로, 트라이악 스위칭 회로 등 복잡한 여러 단계의 구성을 필요로 한다. 이로 인해 고가의 실험장비 등 특수한 경우에만 적용될 만큼 고가여서 일반인들이 접근할 수 있는 시장성을 갖추지 못하고 있다.

이러한 복잡한 장치들은 계통 전압의 주파수 및 레벨이 상이한 환경에서 정 상적으로 동작할 수 없기 때문에, 전력 환경을 고려하여 제품 제작을 별도로 진행해야하는 어려움이 있었다.

그러나, 본 발명은 전력용 반도체 회로 등을 사용하지 않고 간단한 구조로 운영되어 전력 환경에 구애받지 않고 정밀한 전압 조정을 할 수 있다.

한편, 종래의 자동전압조정기가 편차가 큰 이산의 출력전압 레벨들을 선택적으로 출력하는 것은, 2차 코일에 고정적으로 형성된 탭으로부터 출력전압을 출력하기 때문이다.

또한, 이러한 기술적 한계는 토로이달 코어에 대한 권선 방식이 매우 제한적으로 운영되어 왔다는 점에서 그 원인을 찾아볼 수 있다. 현재, 토로이달 코어는 주권선을 감고, 거기에 일정 두께의 코일을 감으면서 입출력 탭을 형성하는 방법으로 여자권선을 형성하고 있다. 만약, 토로이달 코어의 주권선과 여자권선 사이에 도통되지 않는 코일이 삽입되면, 운영시 중간에 삽입된 코일에 연기가 발생하는 등의 문제가 있어, 탭에서 서로 직렬로 연결되는 여자권선과 이들을 여자시키는 주권선만을 감아 사용한다.

그러나, 본 발명은 이러한 종래 토로이달 코어의 권선방식을 개선하여 다양한 레벨의 유도전압을 출력할 수 있도록 한다.

본 발명은 전술한 내용에 착안한 것으로서, 연속적인 전압 레벨을 출력할 수 있도록 하여 정밀한 전압 조정을 가능한 자동전압조정기 및 토로이달 변압기를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 간단한 구조로 다양한 전력환경에서 운용가능한 자동전압조정기를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명의 일 양상에 따른, 입력단에 인가된 입력전압을 변환하여 출력단으로 출력하는 자동전압조정기에 있어서, 일단이 상기 입력단에 연결되고, 타단이 상기 출력단에 연결되는 주권선; 상기 주권선에 여자되는 주여자권선; 상기 주여자권선의 일단을 상기 기준전위 및 상기 출력단 중 하나에 선택적으로 연결하는 제1 스위치부; 상기 주권선에 여자되는 복수의 부여자권선들; 상기 복수의 부여자권선들을 선택적으로 상기 주여자권선에 선택적으로 직렬 연결되도록 스위칭하며, 하나 이상의 부여자권선이 상기 주여자권선의 타단에 연결되는 경우 상호 직렬 연결되어 상기 주여자권선의 타단에 직렬 연결되도록 스위칭하는 제2 스위치부; 상기 주여자권선 및 상기 부여자권선의 선택적 연결에 의해 생성되는 직렬 연결의 끝단을 상기 기준전위 및 상기 입력단 중 하나에 선택적으로 연결하는 제3 스위치부; 및 상기 제1 스위치부, 상기 제2 스위치부, 및 상기 제3 스위치부의 스위칭 제 어를 통해 상기 출력단으로 출력되는 출력전압의 레벨을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기에 의해 달성될 수 있다.

여기에서, 상기 입력단으로 입력되는 입력전압의 레벨을 측정하는 레벨측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 소정의 목표전압이 상기 레벨측정부에서 측정된 입력전압의 레벨보다 큰 경우, 상기 제1 스위치부가 상기 주여자권선의 일단을 상기 기준전위로 연결하도록 제어하고, 상기 목표전압과 상기 측정된 레벨간의 전압차를 보상하도록 상기 제2 스위치부를 제어하고, 상기 제3 스위치부가 상기 직렬 연결의 끝단을 상기 입력단에 연결하도록 제어하며; 상기 목표전압이 상기 입력전압의 레벨보다 작은 경우, 상기 제1 스위치부가 상기 주여자권선의 일단을 상기 출력단에 연결하도록 제어하고, 상기 전압차를 보상하도록 상기 제2 스위치부를 제어하고, 상기 제3 스위치부가 상기 직렬 연결의 끝단을 상기 기준전위에 연결하도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적은 본 발명의 다른 양상에 따른, 입력단에 인가된 입력전압을 변환하여 출력단으로 출력하는 자동전압조정기에 있어서, 주권선; 상기 주권선의 일단을 상기 입력단 및 상기 출력단 중 하나에 연결하는 제1 스위치부; 상기 주권선의 타단을 상기 입력단 및 상기 출력단 중 하나에 연결하는 제2 스위치부; 상기 주권선에 여자되고, 일단이 상기 출력단에 연결되는 주여자권선; 상기 주권선에 여자되는 복수의 부여자권선들; 상기 복수의 부여자권선들을 선택적으로 상기 주여자권선에 선택적으로 직렬 연결되도록 스위칭하며, 하나 이상의 부여자권선이 상기 주여자권선의 타단에 연결되는 경우 상호 직렬 연결되어 상기 주여자권선의 타단에 직렬 연결되도록 스위칭하는 제3 스위치부; 및 상기 제1 스위치부, 상기 제2 스위치부, 및 상기 제3 스위치부의 스위칭 제어를 통해 상기 출력단으로 출력되는 출력전압의 레벨을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기에 의해 달성될 수 있다.

여기에서, 상기 입력단으로 입력되는 입력전압의 레벨을 측정하는 레벨측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 소정의 목표전압이 상기 레벨측정부에서 측정된 입력전압의 레벨보다 큰 경우, 상기 제1 스위치부가 상기 주권선의 일단을 상기 출력단에 연결하도록 제어하고, 상기 제2 스위치부가 상기 주권선의 타단을 상기 입력단에 연결하도록 제어하고, 상기 목표전압과 상기 측정된 레벨간의 전압차를 보상하도록 제3 스위치부를 스위칭 제어하며; 소정의 목표전압이 상기 레벨측정부에서 측정된 입력전압의 레벨보다 큰 경우, 상기 제1 스위치부가 상기 주권선의 일단을 상기 입력단에 연결하도록 제어하고, 상기 제2 스위치부가 상기 주권선의 타단을 상기 출력단에 연결하도록 제어하고, 상기 목표전압과 상기 측정된 레벨간의 전압차를 보상하도록 제3 스위치부를 스위칭 제어하는 것이 바람직하다.

상기 자동전압조정기는 사용자로부터 상기 목표 전압을 입력받기 위한 사용자 입력부를 더 포함하여 사용자 편의를 도모할 수 있다.

또한, 상기 주권선은 토로이달 코어에 권선되고, 상기 주여자권선은 상기 주권선을 감싸도록 권선되고, 상기 부여자권선은 상기 주여자권선을 감싸도록 권선되어 형성될 수 있다. 상기 권선 방식을 변형하여, 상기 주권선은 토로이달 코어에 권선되고, 상기 주여자권선은 상기 주권선을 감싸도록 상기 토로이달 코어에 권선 되고, 상기 복수의 부여자권선 중 일부는 상기 주여자권선과 상기 토로이달 코어를 분할하여 상기 주권선을 감싸도록 권선되고, 상기 복수의 부여자권선 중 나머지는 상기 주권선을 감싸고 있는 상기 주여자권선 및 상기 일부의 부여자권선을 감싸도록 권선되어 형성하는 것이 가능하다. 또한, 상기 복수의 부여자권선 중 일부의 권선은 제2의 토로이달 코어에 권선되도록 할 수도 있다.

한편, 상기 자동전압조정기는 상기 복수의 부여자권선의 여자에 의해 유도되는 보조 전압의 합은 상기 주권선의 양단에 인가되는 전위보다 작도록 해야 별도의 감압용 단권변압기를 이용하는 의의를 살릴 수 있다.

그리고, 상기 복수의 부여자권선의 여자에 의해 유도되는 보조 전압들의 스위칭 제어에 의한 선택적인 덧셈은, 상기 주권선 양단에 인가되는 전위보다 작은 전압 레벨로 정수에 해당하는 전압 레벨의 표현이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 복수의 부여자권선들은 각각의 턴 수를 조합할 때, 가산된 턴 수의 최대값 이하 모든 정수의 턴 수를 나타내도록 권선되도록 할 수 있다. 이 경우, 1[turn] 단위로 부여자권선에 의해 직렬 연결되는 권선 수를 조정할 수 있어 정밀한 전압제어가 가능하게 된다. 예를 들어, 상기 복수의 부여자권선들 중 적어도 일부는 2^n-1×10^m-1의 턴 수를 가지며, 여기에서 n은 1 이상 4 이하의 정수이고, m은 1 이상의 정수로 선택될 수 있다.

한편, 상기 자동전압조정기는 상기 입력단 및 상기 출력단을 스위칭하기 위 한 제4 스위치부를 더 포함하고, 상기 목표전압과 상기 입력전압의 레벨이 소정 허용범위 내의 전압차를 갖는 경우, 상기 제어부는 상기 입력전압이 상기 출력단으로 바이패스 되도록 상기 제4 스위치부를 턴온하여 바이패스 경로를 제공하는 것이 바람직하다.

상기 스위치부는 릴레이로 구현되도록 함으로써 여러 전력환경에서도 동작가능한 회로를 간략하게 구성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 목적은 본 발명의 다른 양상에 따른, 입력단에 인가된 입력전압을 변환하여 출력단으로 출력하는 자동전압조정기에 있어서, 일단이 상기 입력단에 연결되고, 타단이 상기 출력단에 연결되는 주권선; 상기 주권선에 여자되고 일단이 상기 출력단에 연결되는 주여자권선; 상기 주권선에 여자되는 복수의 부여자권선들; 상기 복수의 부여자권선들을 선택적으로 상기 주여자권선의 타단에 선택적으로 직렬 연결되도록 스위칭하며, 하나 이상의 부여자권선이 상기 주여자권선의 타단에 연결되는 경우 상호 직렬 연결되어 상기 주여자권선의 타단에 직렬 연결되도록 스위칭하는 스위치부; 및 상기 스위치부의 스위칭 제어를 통해 상기 출력단으로 출력되는 출력전압의 레벨을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기에 의해 달성될 수 있다.

또한, 상기 목적은 본 발명의 다른 양상에 따른, 입력단에 인가된 입력전압을 변환하여 출력단으로 출력하는 자동전압조정기에 있어서, 일단이 상기 입력단에 연결되고, 타단이 상기 출력단에 연결되는 주권선; 상기 주권선에 여자되고 일단이 기준전위에 연결되는 주여자권선; 상기 주권선에 여자되는 복수의 부여자권선들; 상기 복수의 부여자권선들을 선택적으로 상기 주여자권선의 타단에 선택적으로 직렬 연결되도록 스위칭하며, 하나 이상의 부여자권선이 상기 주여자권선의 타단에 연결되는 경우 상호 직렬 연결되어 상기 주여자권선의 타단에 직렬 연결되도록 스위칭하는 스위치부; 및 상기 스위치부의 스위칭 제어를 통해 상기 출력단으로 출력되는 출력전압의 레벨을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기에 의해 달성될 수 있다.

여기에서, 상기 주권선은 토로이달 코어에 권선되고, 상기 주여자권선은 상기 주권선을 감싸도록 권선되고, 상기 부여자권선은 상기 주여자권선을 감싸도록 권선되어 형성되는 것이 가능하다. 그리고 이와는 달리, 상기 주권선은 토로이달 코어에 권선되고, 상기 주여자권선은 상기 주권선을 감싸도록 상기 토로이달 코어에 권선되고, 상기 복수의 부여자권선 중 일부는 상기 주여자권선과 상기 토로이달 코어를 분할하여 상기 주권선을 감싸도록 권선되고, 상기 복수의 부여자권선 중 나머지는 상기 주권선을 감싸고 있는 상기 주여자권선 및 상기 일부의 부여자권선을 감싸도록 권선되어 형성되는 것이 또한 가능하다.

상기 자동전압조정기는 상기 입력단으로 입력되는 입력전압의 레벨을 측정하는 레벨측정부를 더 포함하고,상기 제어부는, 소정의 목표전압과 상기 측정된 레벨간의 전압차를 보상하도록 상기 스위치부를 스위칭 제어한다.

본 발명의 다른 양상에 따른 토로이달 코어를 이용한 변압기에 있어서, 상기 토로이달 코어에 권선되어 일단에 입력전압이 인가되는 주권선; 상기 주권선 권선 된 상기 토로이달 코어에 권선되고, 상기 주권선에 여자되는 주여자권선; 상기 주여자권선 위에 권선되고, 상기 주권선에 의해 여자되는 복수의 부여자권선; 상기 복수의 부여자권선를 선택적으로 상기 주여자권선에 직렬로 연결하기 위한 스위치부; 및 상기 스위치부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 토로이달 변압기를 이용하여 상기 목적을 또한 달성할 수 있다.

또한, 본 발명에 다른 양상에 따른 토로이달 코어를 이용한 변압기에 있어서, 상기 토로이달 코어에 권선되어 일단에 입력전압이 인가되는 주권선; 상기 주권선이 권선된 상기 토로이달 코어의 일부에 권선되고, 상기 주권선에 여자되는 주여자권선; 상기 주권선에 여자되는 복수의 부여자권선으로서, 일부는 상기 주여자권선이 권선되지 않은 영역에 권선되고, 나머지는 상기 주여자권선 및 상기 일부의 부여자권선을 감싸도록 권선되는 상기 복수의 부여자권선; 상기 복수의 부여자권선를 선택적으로 상기 주여자권선에 직렬로 연결하기 위한 스위치부; 및 상기 스위치부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 토로이달 변압기를 이용하여 상기 목적을 달성할 수 있다.

본 발명에 의해 사용자가 원하는 전압 레벨이 출력되도록 정밀한 전압 제어가 가능하게 되며, 절전 동작 및 전압 부스터로서의 다양한 응용이 정밀하게 이루어진다. 특히, 1[turn]에 대응하는 전압 크기로 입력 전압을 변경하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 간단한 릴레이 스위칭 회로로 구성되고 반도체 스위칭 소자들을 배제함으로써, 상이한 계통 환경에 대해서도 적응적으로 동작가능하고 별도의 변경을 요하지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자동전압조정기(AVR)의 개략적인 내부 구성도이다.

도2를 참조하면, 자동전압조정기는 주권선(1), 주여자권선(2), 제1 스위치부(3), 복수의 부여자권선(4a~4d), 제2 스위치부(5a~5d), 제3 스위치부(6), 제4 스위치부(7), 레벨측정부(8), 입력부(9), 및 제어부(10)를 포함하여 구성된다.

주권선(1)은 그 일단이 전압을 입력받는 입력단(L1)의 일단 측에 연결되고, 타단이 출력단(L2)에 연결되어 있다. 예컨대, 본 실시예에서 입력단(L1)에 계통으로부터 입력되는 전위로서 기준전위(N)에 대해 220[V]의 전압이 입력된다면, 주권선(1)의 양단에는 16[V]의 전위가 형성되도록 주권선(1)이 권선되어 있다.

주여자권선(2)은 주권선(1)에 여자되고, 일단(2a)은 출력단(L2) 및 기준전위(N) 중 하나에 선택적으로 연결된다. 본 실시예에서, 주여자권선(2)은 일단(2a)이 출력단(L2)에 연결될 때 220[V]의 입력전압에 대해 204[V]의 전위가 양단에 형성되도록 권선되어 있다. 즉, 주여자권선(2)의 일단(2a)이 출력단(L2)에 연결될 때 가극성의 단권변압기 구성과 동일해지도록, 주권선(1)과 주여자권선(2)의 권선 방향이 결정되어 있음을 주의한다.

제1 스위치부(3)는 주여자권선(2)의 일단(2a)을 출력단(L2) 또는 기준전위(N)에 선택적으로 연결되도록 스위칭 동작을 수행하기 위한 것으로서, 스위칭 소자로 알려진 다양한 반도체 소자, 릴레이 등으로 구현될 수 있다. 본 실시예에서는 여러 전력 환경에서 이용할 수 있도록 모든 스위치부를 릴레이를 사용하여 구현하였다.

복수의 부여자권선(4a~4d)은 주권선(1)에 여자되고, 제2 스위치부(5a~5d)의 스위칭 동작으로 선택적으로 주여자권선(2)의 타단에 직렬 연결된다. 부여자권선은 주여자권선(2)의 타단에 연결되는 단위로 구별하여 다수로 카운트 되었으며, 각각의 부여자권선은 주권선(1)에 여자되어 유도되는 유도전압이 일정 크기가 되도록 권선수가 결정될 수 있다.

즉, 부여자권선(4a~4d) 각각은 예컨대, 주여자권선(2)의 양단에 204[V]가 걸릴 때 2^n-1[V](n=1,2,3,4)의 전위가 각각 유도되도록 권선될 수 있다. 도시된 바와 같이, 부여자권선(4a~4d)은 제2 스위치부(5a~5d)에 1:1 대응하여 스위칭되며, 하나 이상의 부여자권선(4a~4d)이 직렬로 연결될 때 부여자권선(4a~4d) 상호간에도 직렬 연결된다. 부여자권선(4a~4d)이 직렬 연결되지 않을 때 제2 스위치부(5a~5d)는 바이패스되도록 스위칭 조작된다. 부여자권선은 가산될 때 다양한 전압레벨을 표현할 수 있도록 권선되도록 조정이 가능하므로, 예컨대 2의 배수, 3의 배수에 대응하는 전압레벨, 및 이들에 부가하여 다양한 전압레벨을 만들 수 있도록 1[V] 또는 2[V]이 부가된 조합으로 형성될 수 있다.

한편, 부여자권선(4a~4d)은 유도전압의 크기를 기준으로 권선되지 않고, 권선수를 기준으로 구별하여 형성될 수 있음에 주의한다. 예컨대, 도3에 도시된 바와 같이, 다수의 부여자권선(4a~4p)이 2^n-1×10^m-1(여기에서, n은 1~4의 정수이고, m은 1 이상의 정수)에 따라, 1, 2, 4, 8, 10, 20, 40, 80, 100, 200, 400, 800, 1000, 2000, 4000, 8000[turns]으로 구성될 수 있다. 이에 의해, 제2 스위치부(5a~5p)의 선택적인 스위칭에 의해 1~16665[turns]을 선택적으로 주여자권선(2)의 타단(2b)에 연결할 수 있게 된다. 이는 1~16665[turns]으로 형성할 수 있는 유도전압을 주여자권선(2)에 유도된 전압에 부가할 수 있음을 의미하며, 1[turn] 단위까지 정밀하게 조정이 가능하므로, 그에 대응하는 전압 레벨로 정밀하게 조정할 수 있는 효과가 있다.

유도전압의 크기는 입력전압에 따라 가변적이지만, 일정 입력전압에 대해서는 정수로 표현되는 전압레벨에 대해서는 권선수를 대응하여 실험적으로 결정할 수 있고, 보상해야할 전압의 크기에 대응하여 권선수를 선택적으로 직렬 연결되도록 하여 입력전압을 적정하게 보상할 수 있는 것이다.

이상과 같이, 부여자권선(4a~4d)은 스위칭되는 단위에 따라 카운트가 가능하며, 각각은 유도전압의 크기 혹은 권선수를 기준으로 형성될 수 있으며, 이들을 조합하여 형성될 수 있다.

제2 스위치부(5a~5d)는 복수의 부여자권선(4a~4d)을 선택적으로 주여자권선(2)의 타단(2b) 접속시키기 위한 스위칭 동작을 수행하며, 구체적으로 각각의 부여자권선(4a~4d)에 대해 스위칭 동작을 수행하는 4 단자 릴레이(5a~5d)로 구현될 수 있다.

예컨대, 릴레이(5a~5d)는 부여자권선(4a~4d)을 절연하는 방식(이하, "바이스패스 모드"라 한다)과, 부여자권선(4a~4d)을 상기 주여자권선(2)의 타단(2b)에 연속적으로 직렬 연결하여 부여자권선(4a~4d)에 유도된 전압만큼 출력전압을 가산시키는 방식(이하, "가산 모드"라 한다)으로 스위칭 동작한다.

제3 스위치부(6)는 주여자권선(2)의 타단(2b) 또는 이에 직렬 연결되는 하나 이상의 부여자권선(4a~4d)의 말단(6a)을 입력단(L1) 및 기준전위(N) 중 하나에 선택적으로 연결하기 위한 것이다.

주목할 것은, 제1 스위치부(3)와 제3 스위치부(6)가 연동하여 스위칭된다는 점이다. 즉, 제1 스위치부(3)가 주여자권선(2)의 일단(2a)을 기준전위(N)에 연결할 때, 제3 스위치부(6)는 주여자권선(2)의 타단(2b) 또는 이에 직렬 연결된 부여자권선의 말단(6a)을 입력단(L1)에 연결하고, 반면 제1 스위치부(3)가 주여자권선(2)의 일단(2a)을 출력단(L2)에 연결할 때, 제3 스위치부(6)는 주여자권선(2)의 타단(2b) 또는 이에 직렬 연결된 부여자권선(4a~4d)의 말단(6a)을 기준전위(N)에 연결한다. 이에 따라, 주권선(1)과 주여자권선(2)의 상대적 권선 방향이 변경되어 가극성이 감극성으로 혹은 감극성이 가극성으로 변경되기 때문에, 입력전압에 대한 승압 및 감압이 모두 가능하게 된다.

제4 스위치부(7)는 입력단(L1)을 출력단(L2)과 직접 연결하거나 절연하기 위한 것으로, 입력전압을 변동하지 않고 출력하고자 할 때 입력전압을 바이패스하는 경로를 제공한다.

레벨측정부(8)는 입력단(L1)를 통해 입력되는 전압의 레벨을 측정하기 위한 것으로서, 첨두치 또는 실효값을 측정하여 출력한다.

입력부(9)는 사용자로부터 사용자가 출력하고자 하는 목표전압을 입력받기 위한 것으로서, 업다운 키와 같은 입력 스위치가 형성된 패널, 원격 제어 명령을 수신하기 위한 수신장치 등으로 다양하게 구현된다. 목표전압은 디폴트로 혹은 이전에 사용자가 입력하여 저장된 값이거나, 운전 중 새롭게 갱신되는 값일 수 있다.

제어부(10)는 레벨측정부(8)에서 측정된 입력전압의 크기와 목표전압을 비교하여, 입력전압의 크기가 목표전압이 되도록 제1~4 스위치부를 스위칭 제어 동작을 수행한다.

제어부(10)의 동작을 중심으로 도2에 개시된 자동전압조정기의 전반적인 운용에 대해 목표전압 및 입력전압의 크기에 따라 경우를 나누어 설명하도록 한다.

i) 목표전압과 입력전압이 일치하는 경우:

입력전압이 그대로 출력되도록 제어한다. 따라서, 제어부(10)는 제4 스위치부(7)를 턴온하여 입력전압이 그대로 주권선(1)을 바이패스하여 출력단(L2)으로 출력되도록 제어한다.

ii) 목표전압이 입력전압보다 낮은 경우:

제어부(10)는 입력전압을 감압하여 출력되도록 제1~4 스위치부(3,5,6,7)를 제어한다.

구체적으로, 제어부(10)는 제4 스위치부(7)를 턴오프하고, 주여자권선(2)의 일단(2a)이 출력단(L2)에 연결되도록 제1 스위치부(3)를 제어하며, 주여자권선(2)의 타단(2b) 또는 이에 직렬 연결된 하나 이상의 부여자권선의 말단(6a)이 기준전위(N)에 연결되도록 제3 스위치부(6)를 제어한다.

한편, 제어부(10)는 레벨측정부(8)에서 측정된 입력전압의 레벨과 목표전압간의 차를 보상하도록 제2 스위치부(5a~5d)의 릴레이들(5a~5d)을 선택적으로 가산 모드로 전환함으로써 정밀한 전압 조정이 가능하게 된다.

4개의 부여자권선이 220[V] 입력시 2^n-1[V](n=1,2,3,4)의 전위가 각각 유도되도록 권선되어 있고, 입력전압이 220[V]이고 목표전압이 215[V]인 경우를 예를 들어 설명하도록 한다.

이 상태에서, 제2 스위치부(5a~5d)의 릴레이(5a~5d)가 모두 바이패스 모드로 설정된다면 출력단(L2)의 전압은 204[V]가 되므로, 출력전압을 목표전압으로 맞추려면 부여자권선(4a~4d)을 선택적으로 가산 모드로 변환해야 한다.

215[V]는 다음과 같은 조합으로 출력될 수 있을 것이다:

204[V] + 8[V]+ 2[V]+ 1[V] = 215[V]

따라서, 8[V], 2[V], 1[V]에 각각 대응하는 제4 부여자권선(4d), 제2 부여자 권선(4b), 제1 부여자권선(4a)을 활성화하기 위해, 제어부(10)는 제4 릴레이(5d), 제2 릴레이(5b), 제1 릴레이(5a)를 가산 모드로 스위칭하고, 제3 릴레이(5c)는 바이패스 모드로 스위칭한다. 이에 의해, 215[V]의 목표전압에 맞도록 입력전압을 감압 출력하여 절전 효과를 얻을 수 있다.

여기에서 주목해야 할 점은, 부여자권선의 선택적 조합에 의해 1, 2, 3, 4,..., 14, 15[V] 중에서 선택할 수 있는, 즉 15개의 옵션을 얻을 수 있고, 본 예에서 정수로 설정되는 204~219[V] 범위의 목표전압을 모두 커버할 수 있다는 점이다. 이와 같은 정밀한 전압 조정이 가능하므로, 목표전압에 매우 근사한 전압을 얻는 것이 가능하며, 실제 이용되는 각국별 계통의 입력전압을 고려할 때, 입력전압이 변경되더라도, 목표전압을 기준하여 최대 1[V] 오차 범위 내에서 출력 전압을 조정하는 것이 가능하다.

한편, 상기 예에서, 4개의 부여자권선이 1, 2, 4, 8[turns] 만큼 각각 권선되어 있다면, 출력전압은 204[V]에 1~15[turns]에 대응하는 유도전압을 더하여 출력할 수 있게 된다. 따라서, 최대 15[turns]에 대응하는 유도전압이 출력할 수 있는 전압의 상한을 결정하게 된다. 권선수를 기준으로 다수의 부여자권선(4a~4d)을 기준으로 하는 경우, 실제로는 다양한 권선을 갖는 부여자권선을 형성하는 것이 가능하다. 예컨대, 도3에 도시된 바와 같이, 다수의 부여자권선(4a~4p)이 2^n-1×10^m-1(여기에서, n은 1~4의 정수이고, m은 1 이상의 정수)에 따라, 1, 2, 4, 8, 10, 20, 40, 80, 100, 200, 400, 800, 1000, 2000, 4000, 8000[turns]으로 구성될 수 있고, 1~16665[turns]을 선택적으로 직렬 연결하는 것이 가능하기 때문에 16665[turns]에 대응하는 유도전압을 부가할 수 있게 된다.

일반적으로, 부여자권선(4a~4d)에 의해 가산될 수 있는 전압은 주권선(1) 양단에 걸리는 전압을 커버할 수 있도록 하는 것이 바람직한데, 이와 동일하게 할 수 있다면 입력전압의 바이패스를 위한 제4 스위치부(7)를 생략하는 것이 가능하게 된다.

주목할 것은, 앞서 실험적으로 유도전압에 대응하는 권선수를 결정함으로써 보상을 요하는 유도전압의 레벨에 맞추어 권선수를 선택적으로 직렬 연결하여 목표전압을 출력할 수 있다는 것이다.

이때, 조정가능한 전압의 정밀도는 1[V] 단위가 아니며, 1[turn]에 대응하는 전압이므로 정밀도는 더욱 향상되게 된다.

도2에 도시되어 있지는 않으나, 출력전압의 레벨을 측정하여 목표전압에 가장 근접하도록 제2 스위치부(5a~5d)를 제어하여 적정한 권선수를 직렬 연결되도록 하는 것이 가능하다.

iii) 목표전압이 입력전압보다 높은 경우:

입력전압을 목표전압으로 승압해야 한다.

따라서, 제어부(10)는 입력전압이 승압되어 출력되도록 제1~4 스위치부(3,5,6,7)를 제어한다.

구체적으로, 제어부(10)는 제4 스위치부(7)를 턴오프하고, 주여자권선(2)의 일단(2a)이 기준전위(N)에 연결되도록 제1 스위치부(3)를 제어하며, 주여자권선(2)의 타단(2b) 또는 이에 직렬 연결된 하나 이상의 부여자권선(4a~4d)의 말단(6a)이 입력단(L1)에 연결되도록 제3 스위치부(6)를 제어한다.

한편, 제어부(10)는 레벨측정부(8)에서 측정된 입력전압의 레벨과 목표전압간의 차를 보상하도록 제2 스위치부(5a~5d)의 릴레이들(5a~5d)을 선택적으로 가산 모드로 전환함으로써 정밀한 전압 조정이 가능하게 된다.

4개의 부여자권선(4a~4d)이 220[V] 입력시 2^n-1[V](n=1,2,3,4)의 전위가 각각 유도되도록 권선되어 있고, 입력전압이 220[V]이고 목표전압이 234[V]인 경우, 즉 14[V]의 승압이 필요한 경우를 예를 들어 설명하도록 한다.

이 경우, 제어부(10)는 14[V]의 전압이 주권선(1)의 양단에 걸리는 전압 16[V], 주여자권선(2)에 의해 유도되는 전압 206[V]에 더해지도록 제2 스위치부(5a~5d)를 제어한다. 즉, 유도전압이 1[V]인 제1 부여자권선(4a)을 제외한 제2~4 부여자권선(4b~4d)을 가산 모드가 되도록 제2~4 릴레이(5b~5d)를 스위칭함으로써, 14[V]를 추가할 수 있다.

한편, 도3에 도시된 바와 같이, 다수의 부여자권선(4a~4p)이 2^n-1×10^m-1(여기에서, n은 1~4의 정수이고, m은 1 이상의 정수)에 따라, 1, 2, ..., 4000, 8000[turns]으로 구성되는 경우, 14[V]에 대응하는 것으로 실험적으로 밝혀진 권선수만큼이 직렬 연결되도록 선택적으로 제2 스위치부(5a~5p)가 스위칭 제어하는 것이 가능하다.

또한, 실험적으로 유도전압과 권선수가 미리 결정되어 있지 않은 경우에도, 출력전압의 레벨을 측정하고 이값을 피드백하여 적정한 권선수를 추적하는 방식으로 직렬 연결되는 권선수를 증감하는 것이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명의 자동전압조정기는 절전이 필요한 환경뿐만 아니라, 전력 공급환경이 열악한 환경에서 입력전압이 전기제품의 정격전압에 미치지 못할 때에도, 자동으로 입력전압을 승압하여 정격전압을 제공할 수 있게 된다.

본 발명은 제1 스위치부(3) 및 제3 스위치부(6)의 스위칭에 의해 출력 전압의 승압 또는 감압을 선택할 수 있고, 제2 스위치부(5a~5d)의 스위칭에 의해 승압 및 감압의 폭을 1[V] 또는 1[turn]에 대응하는 유도전압 레벨로 조정하는 것이 가능하다.

도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자동전압조정기의 개략적인 내부 구성도이다. 도4에 개시된 자동전압조정기는 도2에 개시된 것과 매우 유사한 것을 육안으로 쉽게 비교, 확인할 수 있다.

따라서, 도2에 개시된 자동전압조정기와 공통된 부분은 동일한 도면부호로 표시하고, 도4를 참조하여 이와 구별되는 차이점을 중심으로 본 발명의 제2 실시예에 따른 자동전압조정기를 설명하도록 한다.

도4를 참조하면, 주권선(1)은 입력단(L1) 및 출력단(L2)에 고정적으로 연결되어 있지 않다. 구체적으로, 제5 스위치부(11a,11b)의 스위칭 동작에 의해, 주권 선(1)의 일단(1a)은 입력단(L1) 및 출력단(L2) 중 하나에 연결되고, 타단(1b) 또한 입력단(L1) 및 출력단(L2) 중 하나에 연결된다.

반면, 주여자권선(2)의 타단(2b) 또는 이에 직렬 연결되는 하나 이상의 부여자권선(4a~4d)의 말단이 고정적으로 기준전위(N)에 연결되어 있다.

즉, 도2에서는 제1 및 제3 스위치부(6)가 출력단(L2)을 중심으로 주권선(1) 및 주여자권선(2)의 상대적 권선방향이 전환되도록 하였으나, 본 실시예에서는 제5 스위치부(11a,11b)의 양단을 입력단(L1) 및 출력단(L2) 중 하나에 서로 교차하도록 연결함으로써 이를 대신하고 있다.

구체적으로, 주권선(1)의 일단(1a)을 입력단(L1)에, 타단(1b)을 출력단(L2)에 연결하면, 출력단(L2)에서 바라본 주권선(1)과 주여자권선(2)의 권선 방향이 동일해져 입력전압이 감압되어 출력된다. 반면, 주권선(1)의 일단(1a)을 출력단(L2)에, 타단(1b)을 입력단(L1)에 연결하면, 출력단(L2)에서 바라본 주권선(1)과 주여자권선(2)의 권선 방향이 상이해져 입력전압이 승압되어 출력된다.

이와 같이, 출력단(L2)에서 바라본 권선 방향들이 상대적으로 변경되어 승압 및 감압 중 하나가 발생하는 것은, 단권변압기의 입력단(L1)에 인가되는 입력전압이 출력단(L2)에 감압되어 나타나는 구성에서, 출력단(L2)에 입력전압을 인가함으로써 입력단(L1)에서 승압된 전압을 얻을 수 있는 것과 같은 것이다.

따라서, 제1 및 제2 실시예는 승압 또는 감압을 선택하는 스위칭 방식을 변경한 것으로, 전압차를 보상하는 방식 및 그 크기를 결정하는 방식 등에서는 동일하게 적용할 수 있다.

도5a~5c는 본 발명의 실시예에 따른 토로이달 변압기의 권선 방식을 설명하기 위한 개략도이다.

도5a를 참조하면, 도2 내지 도4의 주권선(1)을 토로이달 코어에 감는다.

도5b를 참조하면, 주권선(1)이 토로이달 코어에 감긴 상태에서 주여자권선(2)을 형성하도록 코일을 감는다.

도5c를 참조하면, 주여자권선(2) 위에 2ⁿ[V]에 해당하는 보조 전압이 형성되도록 각각에 대응하는 부여자권선(4a~4d)을 형성하도록 코일을 감는다.

전술한 바와 같이, 종래 토로이달 변압기는 주권선(1) 위에 주여자권선(2)을 감으면서, 상이한 전압 레벨의 유도 전압을 얻을 수 있도록 탭을 빼도록 하였고, 그로 인하여 승압 및 감압의 정도가 고정 및 매우 제한적이었다.

그러나, 본 발명의 토로이달 변압기는 주여자권선(2) 위에 다시 부여자권선(4a~4d)을 형성하고, 이들을 조합하여 주여자권선(2)에 선택적으로 가압되도록 함으로써, 종래보다 훨씬 선택의 폭이 넓은 다양한 레벨의 출력 전압을 얻을 수 있게 된다.

만약 부여자권선(4a~4d)의 권선수가 많아져 코어의 단면적이 매우 커지게 되는 경우, 특정 부여자권선의 권선은 별도의 코어에 권선하여 상기 회로에 대입해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 부여자권선(4a~4d)은 주여자권선(2)이 감기지 않은 영역에도 형성할 수 있다. 즉, 주여자권선(2)을 권선할 때 토로이달 코어의 일부 영역에만 형성되도록 하고, 나머지 영역에 부여자권선(4a~4d) 중 일부를 감도록 한다. 그리고, 그 다음 외곽에 층을 구성하도록 나머지 부여자권선을 감는 것이 가능하다. 만약, 충분한 단면적을 확보하지 못할 때, 특정 부여자권선(4a~4d)은 별도의 코어에 권선하는 것이 가능하다.

비록 지금까지 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

도1은 종래 단권 변압기에서 여자권선의 복수의 탭으로부터 복수의 전압 레벨을 출력하는 것을 설명하기 위한 개략적인 회로도;

도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자동전압조정기(AVR)의 개략적인 내부 구성도;

도3은 1[turn]에 대응하는 전압 단위로 출력전압을 조정가능한 자동전압조정기(AVR)의 변형예;

도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자동전압조정기의 개략적인 내부 구성도; 및

도5a,5b,5c는 본 발명의 실시예에 따른 토로이달 변압기의 권선 방식을 설명하기 위한 개략도이다.

Claims (21)

1. 입력단에 인가된 입력전압을 변환하여 출력단으로 출력하는 자동전압조정기에 있어서,

   일단이 상기 입력단에 연결되고, 타단이 상기 출력단에 연결되는 주권선;

   상기 주권선에 여자되는 주여자권선;

   상기 주여자권선의 일단을 상기 기준전위 및 상기 출력단 중 하나에 선택적으로 연결하는 제1 스위치부;

   상기 주권선에 여자되는 복수의 부여자권선들;

   상기 복수의 부여자권선들을 선택적으로 상기 주여자권선에 선택적으로 직렬 연결되도록 스위칭하며, 하나 이상의 부여자권선이 상기 주여자권선의 타단에 연결되는 경우 상호 직렬 연결되어 상기 주여자권선의 타단에 직렬 연결되도록 스위칭하는 제2 스위치부;

   상기 주여자권선 및 상기 부여자권선의 선택적 연결에 의해 생성되는 직렬 연결의 끝단을 상기 기준전위 및 상기 입력단 중 하나에 선택적으로 연결하는 제3 스위치부; 및

   상기 제1 스위치부, 상기 제2 스위치부, 및 상기 제3 스위치부의 스위칭 제어를 통해 상기 출력단으로 출력되는 출력전압의 레벨을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 입력단으로 입력되는 입력전압의 레벨을 측정하는 레벨측정부를 더 포함하고,

   상기 제어부는,

   소정의 목표전압이 상기 레벨측정부에서 측정된 입력전압의 레벨보다 큰 경우, 상기 제1 스위치부가 상기 주여자권선의 일단을 상기 기준전위로 연결하도록 제어하고, 상기 목표전압과 상기 측정된 레벨간의 전압차를 보상하도록 상기 제2 스위치부를 제어하고, 상기 제3 스위치부가 상기 직렬 연결의 끝단을 상기 입력단에 연결하도록 제어하며;

   상기 목표전압이 상기 입력전압의 레벨보다 작은 경우, 상기 제1 스위치부가 상기 주여자권선의 일단을 상기 출력단에 연결하도록 제어하고, 상기 전압차를 보상하도록 상기 제2 스위치부를 제어하고, 상기 제3 스위치부가 상기 직렬 연결의 끝단을 상기 기준전위에 연결하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
3. 입력단에 인가된 입력전압을 변환하여 출력단으로 출력하는 자동전압조정기에 있어서,

   주권선;

   상기 주권선의 일단을 상기 입력단 및 상기 출력단 중 하나에 연결하는 제1 스위치부;

   상기 주권선의 타단을 상기 입력단 및 상기 출력단 중 하나에 연결하는 제2 스위치부;

   상기 주권선에 여자되고, 일단이 상기 출력단에 연결되는 주여자권선;

   상기 주권선에 여자되는 복수의 부여자권선들;

   상기 복수의 부여자권선들을 선택적으로 상기 주여자권선에 선택적으로 직렬 연결되도록 스위칭하며, 하나 이상의 부여자권선이 상기 주여자권선의 타단에 연결되는 경우 상호 직렬 연결되어 상기 주여자권선의 타단에 직렬 연결되도록 스위칭하는 제3 스위치부; 및

   상기 제1 스위치부, 상기 제2 스위치부, 및 상기 제3 스위치부의 스위칭 제어를 통해 상기 출력단으로 출력되는 출력전압의 레벨을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 입력단으로 입력되는 입력전압의 레벨을 측정하는 레벨측정부를 더 포함하고,

   상기 제어부는,

   소정의 목표전압이 상기 레벨측정부에서 측정된 입력전압의 레벨보다 큰 경우, 상기 제1 스위치부가 상기 주권선의 일단을 상기 출력단에 연결하도록 제어하 고, 상기 제2 스위치부가 상기 주권선의 타단을 상기 입력단에 연결하도록 제어하고, 상기 목표전압과 상기 측정된 레벨간의 전압차를 보상하도록 제3 스위치부를 스위칭 제어하며;

   소정의 목표전압이 상기 레벨측정부에서 측정된 입력전압의 레벨보다 큰 경우, 상기 제1 스위치부가 상기 주권선의 일단을 상기 입력단에 연결하도록 제어하고, 상기 제2 스위치부가 상기 주권선의 타단을 상기 출력단에 연결하도록 제어하고, 상기 목표전압과 상기 측정된 레벨간의 전압차를 보상하도록 제3 스위치부를 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   사용자로부터 상기 목표 전압을 입력받기 위한 사용자 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 주권선은 토로이달 코어에 권선되고,

   상기 주여자권선은 상기 주권선을 감싸도록 권선되고,

   상기 부여자권선은 상기 주여자권선을 감싸도록 권선되어 형성되는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 주권선은 토로이달 코어에 권선되고,

   상기 주여자권선은 상기 주권선을 감싸도록 상기 토로이달 코어에 권선되고,

   상기 복수의 부여자권선 중 일부는 상기 주여자권선과 상기 토로이달 코어를 분할하여 상기 주권선을 감싸도록 권선되고, 상기 복수의 부여자권선 중 나머지는 상기 주권선을 감싸고 있는 상기 주여자권선 및 상기 일부의 부여자권선을 감싸도록 권선되어 형성되는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 복수의 부여자권선 중 일부의 권선은 제2의 토로이달 코어에 권선되는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 복수의 부여자권선의 여자에 의해 유도되는 보조 전압의 합은 상기 주권선의 양단에 인가되는 전위보다 작은 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 복수의 부여자권선의 여자에 의해 유도되는 보조 전압들의 스위칭 제어에 의한 선택적인 덧셈은, 상기 주권선 양단에 인가되는 전위보다 작은 전압 레벨로 정수에 해당하는 전압 레벨의 표현이 가능한 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 복수의 부여자권선들은 각각의 턴 수를 조합할 때, 가산된 턴 수의 최대값 이하 모든 정수의 턴 수를 나타내도록 권선되는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
12. 제11항에 있어서,

    상기 복수의 부여자권선들 중 적어도 일부는 2^n-1×10^m-1의 턴 수를 가지며, 여기에서 n은 1 이상 4 이하의 정수이고, m은 1 이상의 정수로 선택되는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 스위치부는 릴레이로 구현되는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
14. 제2항 또는 제4항에 있어서,

    상기 입력단 및 상기 출력단을 스위칭하기 위한 제4 스위치부를 더 포함하고,

    상기 목표전압과 상기 입력전압의 레벨이 소정 허용범위 내의 전압차를 갖는 경우, 상기 제어부는 상기 입력전압이 상기 출력단으로 바이패스 되도록 상기 제4 스위치부를 턴온하는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
15. 입력단에 인가된 입력전압을 변환하여 출력단으로 출력하는 자동전압조정기에 있어서,

    일단이 상기 입력단에 연결되고, 타단이 상기 출력단에 연결되는 주권선;

    상기 주권선에 여자되고 일단이 상기 출력단에 연결되는 주여자권선;

    상기 주권선에 여자되는 복수의 부여자권선들;

    상기 복수의 부여자권선들을 선택적으로 상기 주여자권선의 타단에 선택적으로 직렬 연결되도록 스위칭하며, 하나 이상의 부여자권선이 상기 주여자권선의 타 단에 연결되는 경우 상호 직렬 연결되어 상기 주여자권선의 타단에 직렬 연결되도록 스위칭하는 스위치부; 및

    상기 스위치부의 스위칭 제어를 통해 상기 출력단으로 출력되는 출력전압의 레벨을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
16. 입력단에 인가된 입력전압을 변환하여 출력단으로 출력하는 자동전압조정기에 있어서,

    일단이 상기 입력단에 연결되고, 타단이 상기 출력단에 연결되는 주권선;

    상기 주권선에 여자되고 일단이 기준전위에 연결되는 주여자권선;

    상기 주권선에 여자되는 복수의 부여자권선들;

    상기 복수의 부여자권선들을 선택적으로 상기 주여자권선의 타단에 선택적으로 직렬 연결되도록 스위칭하며, 하나 이상의 부여자권선이 상기 주여자권선의 타단에 연결되는 경우 상호 직렬 연결되어 상기 주여자권선의 타단에 직렬 연결되도록 스위칭하는 스위치부; 및

    상기 스위치부의 스위칭 제어를 통해 상기 출력단으로 출력되는 출력전압의 레벨을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서,

    상기 주권선은 토로이달 코어에 권선되고,

    상기 주여자권선은 상기 주권선을 감싸도록 권선되고,

    상기 부여자권선은 상기 주여자권선을 감싸도록 권선되어 형성되는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
18. 제15항 또는 제16항에 있어서,

    상기 주권선은 토로이달 코어에 권선되고,

    상기 주여자권선은 상기 주권선을 감싸도록 상기 토로이달 코어에 권선되고,

    상기 복수의 부여자권선 중 일부는 상기 주여자권선과 상기 토로이달 코어를 분할하여 상기 주권선을 감싸도록 권선되고, 상기 복수의 부여자권선 중 나머지는 상기 주권선을 감싸고 있는 상기 주여자권선 및 상기 일부의 부여자권선을 감싸도록 권선되어 형성되는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
19. 제15항 또는 제16항에 있어서,

    상기 입력단으로 입력되는 입력전압의 레벨을 측정하는 레벨측정부를 더 포함하고,

    상기 제어부는, 소정의 목표전압과 상기 측정된 레벨간의 전압차를 보상하도록 상기 스위치부를 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 자동전압조정기.
20. 토로이달 코어를 이용한 변압기에 있어서,

    상기 토로이달 코어에 권선되어 일단에 입력전압이 인가되는 주권선;

    상기 주권선 권선된 상기 토로이달 코어에 권선되고, 상기 주권선에 여자되는 주여자권선;

    상기 주여자권선 위에 권선되고, 상기 주권선에 의해 여자되는 복수의 부여자권선;

    상기 복수의 부여자권선를 선택적으로 상기 주여자권선에 직렬로 연결하기 위한 스위치부; 및

    상기 스위치부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 토로이달 변압기.
21. 토로이달 코어를 이용한 변압기에 있어서,

    상기 토로이달 코어에 권선되어 일단에 입력전압이 인가되는 주권선;

    상기 주권선이 권선된 상기 토로이달 코어의 일부에 권선되고, 상기 주권선에 여자되는 주여자권선;

    상기 주권선에 여자되는 복수의 부여자권선으로서, 일부는 상기 주여자권선이 권선되지 않은 영역에 권선되고, 나머지는 상기 주여자권선 및 상기 일부의 부 여자권선을 감싸도록 권선되는 상기 복수의 부여자권선;

    상기 복수의 부여자권선를 선택적으로 상기 주여자권선에 직렬로 연결하기 위한 스위치부; 및

    상기 스위치부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 토로이달 변압기.

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