KR101026357B1 - 3상 델타형 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3상 델타형 변압기에 관한 것으로서, 외측 방향을 향해 일정한 각도로 경사지게 감겨져 포개어지는 1차 철심 및 상기 1차 철심의 최외곽면에 대해 수직 방향으로 감겨져 포개어지는 2차 철심으로 이루어지며, 3개로 구성되어 120°의 등각도를 이루는 위상차를 갖도록 서로 마주하는 철심; 상기 2개씩의 철심 일부를 둘러싸 전체가 동심 배치를 이루는 코일; 상기 철심과 철심 사이에 형성된 절연 가능한 갭을 유지하도록 지지하는 절연판; 및, 상기 철심의 상,하부에 대응하게 결합되어 각각 코일을 지지하는 클램프 커버를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

3상 델타형 변압기{3 phases delta type transformer}

본 발명은 3상 변압기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3상 변압기의 코일의 배치가 120°씩 동심 배치가 가능하며, 원형 형상의 탱크를 통해 수납 가능한 3상 델타형 변압기에 관한 것이다.

일반적으로, 변압기는 1차 코일에 흐르는 전류의 변화에 따른 자기력선의 증가 및 감소에 의해 2차 코일에 전류가 유도되도록 하는 전자 유도작용을 이용하는 장치이다.

또한, 변압기는 한 개 또는 두 개 이상의 회로에서 교류 전력을 받아 전자유도작용에 의해 전압 및 전류를 변성하여 다른 한 개 또는 두 개 이상의 회로에 동일 주파수의 교류 전력을 공급하게 된다.

이와 같은 변압기는 전원에 연결하는 1차 코일과 부하에 연결하는 2차 코일이 동일 철심 위에 감겨져 있으며, 철심은 두께가 0.35㎜인 규소강판이나 퍼멀로이, 페라이트 등의 자성재료를 포개서 필요한 두께로 조립된다.

상기 변압기의 실제 구조는 용량이나 전압에 따라 다양하며, 통상 코일과 철심으로 이루어지게 된다.

이때, 변압기 내부에 절연유가 가득 채워져 변압기 내 코일의 절연물에 습기나 먼지가 들어가서 절연 내력을 저하시키는 현상을 방지하고, 상기 철심이나 코일에서 발생하는 열을 절연유의 대류나 복사에 의해 방열시킬 수 있도록 되어 있다.

종래의 일반화된 3상 내철형 변압기는 도 8에 도시한 바와 같이, 변압기 자속 통로를 구성하는 전기 규소강판(100)을 성층하고 소요 단면적을 설정하여 그 주변에 코일(200)을 감은 구조로서, 3개의 코일(200)이 강판(100)의 일부분을 둘러싸게 되어 강판(100), 즉 철심이 내부에 있게 된다.

이러한 3상 내철형 변압기는 양측에 위치한 2개의 코일(200)의 자속 통로의 길이는 동일하나, 중앙에 위치한 1개의 코일(200)의 자속 통로의 길이가 짧아 중앙에 위치한 코일(200)의 냉각 성능이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 사용 도중 과부하가 걸리게 되면, 변압기 코어의 절연 상태가 파괴되어 누설 자속이 발생되는 등 변압기의 효율이 크게 저하되는 문제점이 있다.

또한, 코일(200)이 일렬로 배치되어 있어 탱크의 부피가 증대되며, 이로 인해 전체적으로 크기를 축소시키는데 한계가 있으며, 설치 및 운반시의 번거로움을 야기하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 종래의 3상 내철형 변압기 코어를 배제하고 대신에 3상 델타형 변압기 코어를 제공함으로써 안정적인 3상 전원의 공급을 유지하고, 누설 자속이 낮으며, 좁은 공간에 설치가 용이하고, 가공성이 향상될 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 3상 변압기 코어의 상,하부에 코일을 지지할 수 있는 덮개 형상의 클램프 커버를 결합하여 변압기 코어의 안정적인 형상 유지를 확보할 수 있도록 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3상 델타형 변압기는, 외측 방향을 향해 일정한 각도로 경사지게 감겨져 포개어지는 1차 철심 및 상기 1차 철심의 최외곽면에 대해 수직 방향으로 감겨져 포개어지는 2차 철심으로 이루어지며, 3개로 구성되어 120°의 등각도를 이루는 위상차를 갖도록 서로 마주하는 철심; 상기 2개씩의 철심 일부를 둘러싸 전체가 동심 배치를 이루는 코일; 상기 철심과 철심 사이에 형성된 절연 가능한 갭을 유지하도록 지지하는 절연판; 및, 상기 철심의 상,하부에 대응하게 결합되어 각각 코일을 지지하는 클램프 커버를 포함하여 구성되어지되, 상기 철심은 그 적층 단면이 마름모형 적층 단면인 1차 철심과, 상기 마름모형 적층 단면의 외측 둘레에 수직 방향으로 돌출 형성된 4각형 적층 단면인 2차 철심으로 형성되고, 상기 1차 철심이 2차 철심에 비해 상대적으로 폭이 넓게 형성되며, 상기 코일은 5각형 형상의 단면으로 이루어지며, 상기 클램프 커버는 동심 배치된 철심의 외측 둘레면에 일치되도록 형성된 수평면부와, 상기 수평면부에 수직하게 연장되어 코일 위로 노출되어 있는 철심을 차단하는 수직면부, 및 상기 수평면부의 모서리 부위에 형성된 복수의 체결홀이 구비되며, 상기 2차 철심과 2차 철심이 만나는 부위와 코일의 내측면 사이의 빈 공간에 수직으로 연장되는 체결로드가 상기 체결홀에 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 마름모형 적층 단면은 마주하는 다른 마름모형 적층 단면과 만나는 위치에서 120°의 각도를 이루는 것을 특징으로 한다.

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상기 체결로드의 양단에는 너트를 매개로 체결 가능토록 나사산이 형성된 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 3상 델타형 변압기에 의하면, 변압기 코어의 철심 및 코일이 120°의 등각도를 이루는 위상차를 가지게 되므로 안정적인 3상 전원의 공급을 유지할 수 있으며, 누설 자속을 낮출 수 있는 효과가 있다.

더불어, 좁은 공간에 설치가 용이하고, 가공성이 우수한 효과가 있다.

그리고, 3상 변압기 코어의 상,하부에 코일을 지지할 수 있는 덮개 형상의 클램프 커버를 결합하여 변압기 코어의 안정적인 형상 유지를 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3상 델타형 변압기의 철심과 코일의 조립 상태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 'A-A'선 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 3상 델타형 변압기에 있어, 철심과 절연판의 장착 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 철심의 단면 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 3상 델타형 변압기의 상,하부 클램프 커버를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 3상 델타형 변압기에 있어, 상,하부 클램프 커버의 조립 상태를 나타내는 분리 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 3상 델타형 변압기에 있어, 상,하부 클램프 커버의 조립 상태를 나타내는 결합 사시도이다.
도 8은 종래의 3상 내철형 변압기의 개략적인 사시도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 3상 델타형 변압기의 철심과 코일의 조립 상태를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 'A-A'선 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 3상 델타형 변압기에 있어, 철심과 절연판의 장착 상태를 나타내는 사시도이다.

또한, 도 4는 본 발명에 따른 철심의 단면 상태를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 3상 델타형 변압기의 상,하부 클램프 커버를 나타내는 평면도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 3상 델타형 변압기에 있어, 상,하부 클램프 커버의 조립 상태를 나타내는 분리 사시도 및 결합 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 3상 델타형 변압기는 3상 변압기 코어(10)로 이루어져 있다.

상기 3상 변압기 코어(10)는 철심(11) 및 코일(12)로 이루어지는 바, 상기 철심(11)은 일정한 폭을 갖는 스트립(strip)으로 감겨져 포개어지는 환형의 철심(11)으로 이루어지며, 상기 코일(12)은 2개씩의 철심(11) 일부를 둘러싸 전체가 동심 배치를 이루며, 철심(11)이 내부에 위치하도록 이루어져 있다.

이때, 변압기의 최대 효율을 도모하기 위하여 3개의 철심(11) 및 코일(12)은 120°의 등각도를 이루는 위상차를 가지는 정삼각형 형상, 즉 델타(△)형으로 이루어져 서로 마주하도록 구성되어 있다.

이와 같은 3상 코일(12)의 동심 배치를 통해 변압기 코어(10)가 안정적으로 원형의 탱크(미도시) 내에 수납 가능하게 되어 내,외부 압력에 효과적인 강도를 가지게 된다. 이로 인해 기존의 탱크에 비하여 철판 두께를 줄일 수 있으며, 점적율의 최소화로 절연유의 유량을 절감하여 변압기의 중량을 줄일 수 있는 장점이 있다.

구체적으로, 상기 철심(11)은 일정한 폭과 두께로 감겨지게 되는 바, 각기 외측 방향을 향해 일정한 각도로 경사지게 감겨져 포개어지는 1차 철심(11a)이 구비되고, 상기 1차 철심(11a)보다 폭이 좁은 2차 철심(11b)이 1차 철심(11a)의 최외곽면에 대해 수직 방향으로 감겨져 포개어진다.

이와 같이 감겨지는 단일 철심(11)의 적층 단면은 도 3에 도시한 바와 같이, 마름모형 적층 단면(111)으로 이루어진 1차 철심(11a)과, 상기 마름모형 적층 단면(111)의 외측 둘레에 수직 방향으로 돌출 형성된 4각형 적층 단면(112)으로 이루어진 2차 철심(11b)이 형성된다.

이와 같은 단일 철심(11)의 마름모형 적층 단면(111)은 마주하는 다른 철심(11)의 마름모형 적층 단면(111)과 만나는 위치에서 120°의 각도를 이루게 되며, 서로 마주하는 한 쌍의 철심(11) 전체의 단면은 대칭 구조로 이루어진 날개 형상의 철심(11) 단면을 가지게 된다.

이에 따라, 상기 2개의 철심(11)을 둘러싸는 단일의 코일(12)은 도 2에 도시한 바와 같이, 5각형 형상의 단면을 이루게 되는데, 이와 같은 5각형 형상의 코일(12) 구조는 상기 원형의 탱크에 수납되는 코일(12)의 점적율을 최소화할 수 있게 된다.

상기 코일(12)은 전도성을 가진 선재를 나선 모양으로 감아 전류 에너지를 자기 에너지로 변환하고, 변환된 자기 에너지의 자속 통로가 형성되는 것으로서, 교류 전압 전원이 인가되면 임의의 전압 전원으로 변환하게 된다. 여기서, 상기 코일(12)은 선재를 감으면 감을수록 전력이 더욱 커지게 되므로 코일(12)의 두께가 두꺼울수록 고전력을 확보할 수 있게 된다.

여기서, 본 발명에 따른 변압기 코어(10)의 철심(11) 및 코일(12)의 권선 방법은 일반적인 공지의 권선 방법으로 본 발명의 상세한 설명에서는 이를 생략하기로 한다.

또한, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 철심(11)과, 상기 철심(11)과 마주하는 다른 철심(11) 사이에는 상기 철심(11)의 자속 통로가 서로 완전히 분리될 수 있도록 절연 가능한 갭이 형성되며, 이와 함께 상기 갭을 유지하도록 지지하는 절연판(13)이 설치되어 있다.

이때, 상기 절연판(13)은 철심(11)의 자속 통로에 흐르는 자속이 서로 상쇄과정을 거치면서 왜곡 없이 진행되도록 하므로 저항 값을 줄여 변압기의 안정적인 작동을 확보할 수 있게 된다.

하지만, 상기 절연판(13)이 존재하지 않아 자속 통로가 서로 접촉하게 될 경우에는 자속이 큰쪽에서 작은쪽으로 이동하게 되어 자속의 왜곡이 발생하게 되므로 이를 방지하기 위해 절연판(13)은 반드시 필요한 구성이다. 여기서, 상기 절연판(13)의 재질은 고무 또는 수지 등으로 이루어진 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 3상 델타형 변압기는 3상 변압기 코어(10)의 상,하부에 각각 코일(12)을 지지할 수 있는 덮개 형상의 클램프 커버(14,15)가 결합된다.

상기 클램프 커버(14,15)는 도5에 도시한 바와 같이, 상기 동심 배치된 철심(11)의 외측 둘레면에 일치될 수 있도록 정삼각형 형상, 즉 델타(△)형을 이루는 수평면부(14a,15a)가 구비되는 동시에, 상기 수평면부(14a,15a)에 수직하게 연장되어 상기 코일(12) 위로 노출되어 있는 철심(11)을 보이지 않게 차단할 수 있는 수직면부(14b,15b)가 구비되어 있다.

또한, 이와 같이 3상 변압기 코어(10)의 상,하부에 서로 대응되도록 설치되는 각 클램프 커버(14,15)의 수평면부(14a,15a)에는 그 모서리 부위에 서로 대응 가능한 체결홀(14c,15c)이 형성되어 있다.

상기 상,하부 클램프 커버(14,15)가 철심(11) 위에 결합된 상태에서, 상기 2차 철심(11b)과 2차 철심(11b)이 만나는 부위와 코일(12)의 내측면 사이의 빈 공간에 일정 길이를 갖는 바아(bar) 형상의 체결로드(16)가 3상 변압기 코어(10)의 길이 방향으로 연장되며, 상기 체결홀(14c,15c)에 삽입되어 결합하게 된다.

이때, 상기 상,하부 클램프 커버(14,15)에 결합되어 외측 방향으로 노출되는 체결로드(16)의 양단에는 너트(17)를 매개로 체결될 수 있도록 나사산(16a)이 일정 간격 만큼 형성되어 있다.

이와 같이 상기 클램프 커버(14,15)가 상기 3상 변압기 코어(10)의 상,하부에 결합됨과 아울러, 상기 체결로드(16)가 코일(12) 내부의 빈 공간에 삽입된 채 클램프 커버(14,15) 사이에서 수평면부(14a,15a)의 체결홀(14c,15c)에 너트(17)를 통해 고정되므로 3상 변압기 코어(10)의 안정적인 형상 유지를 도모할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 있게 된다.

10 : 변압기 코어 11 : 철심
11a : 1차 철심 11b : 2차 철심
111 : 마름모형 적층 단면 112 : 4각형 적층 단면
12 : 코일 13 : 절연판
14 : 상부 클램프 커버 15 : 하부 클램프 커버
14a,15a : 수평면부 14b,15b : 수직면부
14c,15c : 체결홀 16 : 체결로드
16a : 나사산 17 : 너트

Claims (8)

1. 외측 방향을 향해 일정한 각도로 경사지게 감겨져 포개어지는 1차 철심 및 상기 1차 철심의 최외곽면에 대해 수직 방향으로 감겨져 포개어지는 2차 철심으로 이루어지며, 3개로 구성되어 120°의 등각도를 이루는 위상차를 갖도록 서로 마주하는 철심;
   상기 2개씩의 철심 일부를 둘러싸 전체가 동심 배치를 이루는 코일;
   상기 철심과 철심 사이에 형성된 절연 가능한 갭을 유지하도록 지지하는 절연판; 및,
   상기 철심의 상,하부에 대응하게 결합되어 각각 코일을 지지하는 클램프 커버를 포함하여 구성되어지되,
   상기 철심은 그 적층 단면이 마름모형 적층 단면인 1차 철심과, 상기 마름모형 적층 단면의 외측 둘레에 수직 방향으로 돌출 형성된 4각형 적층 단면인 2차 철심으로 형성되고, 상기 1차 철심이 2차 철심에 비해 상대적으로 폭이 넓게 형성되며,
   상기 코일은 5각형 형상의 단면으로 이루어지며,
   상기 클램프 커버는 동심 배치된 철심의 외측 둘레면에 일치되도록 형성된 수평면부와, 상기 수평면부에 수직하게 연장되어 코일 위로 노출되어 있는 철심을 차단하는 수직면부, 및 상기 수평면부의 모서리 부위에 형성된 복수의 체결홀이 구비되며,
   상기 2차 철심과 2차 철심이 만나는 부위와 코일의 내측면 사이의 빈 공간에 수직으로 연장되는 체결로드가 상기 체결홀에 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 3상 델타형 변압기.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 마름모형 적층 단면은 마주하는 다른 마름모형 적층 단면과 만나는 위치에서 120°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 3상 델타형 변압기.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 체결로드의 양단에는 너트를 매개로 체결 가능토록 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 3상 델타형 변압기.
   

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