KR101398029B1 - 변압기 코일을 제작하는 방법, 및 이러한 방법을 이용하여 제작된 변압기 코일 - Google Patents

변압기 코일을 제작하는 방법, 및 이러한 방법을 이용하여 제작된 변압기 코일 Download PDF

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Abstract

변압기를 위한 코일을 감는 방법이 기재되며, 코일 권선은 원통형의, 관형 절연 바디에 도입된다. 코일 길이를 감소시키고 절연 물질의 양을 감소시킬 뿐 아니라 코어 중량을 감소시키기 위해, 개별적인 권선 와이어 층들은, 권선 와이어 층들이 서로 연결되는 지점에서 하나가 다른 하나의 상부에 놓이도록 방사상 감겨져서, 각각의 인접한 구부러진 단부들이 각각 하나의 방사상 평면상에 놓인다. 이것은, 절연 권선들 또는 층들의 형태를 안내하고 유지하는데 사용되는 단부 벽 섹션들을 제공함으로써 달성된다.

Description

변압기 코일을 제작하는 방법, 및 이러한 방법을 이용하여 제작된 변압기 코일{METHOD FOR PRODUCING A TRANSFORMER COIL, AND A TRANSFORMER COIL PRODUCED USING THIS METHOD}
본 발명은 제 1항의 전제부에 따른 방법, 및 제 4항의 전제부에 따른 변압기 코일에 관한 것이다.
변압기 코일은 2차 권선 및 1차 권선으로 둘러싸인 코일 튜브를 갖고, 1차 권선은 절연 물질로 된 블록 내에 내장되고, 상기 권선들은 소위 필라멘트 권선 방법에 의해 제작된다. 이러한 목적을 위해, 제 1 절연층은 코일 튜브 상에 감겨지고, 이러한 코일 튜브는 스페이서(spacer)들에 의해 2차 권선으로부터 분리되고, 권선 와이어의 제 1 층은 상기 제 1 절연층 상으로 감겨진다. 절연 물질 층은 이러한 제 1 와이어 층에 도포되고, 다시 권선 와이어를 갖는 층은 이러한 절연 층에 도포되고, 이러한 와이어 층은 2개의 층 섹션들을 포함하며, 상기 2개의 층 섹션들은 권선 와이어의 내부 층의 2개의 단부들로부터 안쪽으로, 즉 서로를 향해 연장하고, 서로로부터 일정한 거리에서 끝난다. 내부 층의 대항 단부들은 제 2 층 섹션들의 인접한 단부들에 연결된다. 알려진 권선 방법의 경우에, 제 2 층 섹션들의 대항 단부들이 제 1 내부 층위에서 바깥쪽으로 빠져나가지(slip off) 않는다는 것이 여 기서 보장되어야 한다. 이것은, 제 2 층 섹션들의 대항 권선 단부들이 내부 층의 권선 단부들로부터 축 방향 거리에 있어서, 인접한 권선 단부들의 연결부들 각각이 제 1 내부층의 고리형 표면과 예각을 형성하고; 2개의 앵글(angle)들은 함께 V 형태를 형성하며, V 형태의 벌려진 측면(open side)은 제 1 내부 층쪽으로 열려 있어서 달성된다.
제 2 층 섹션들의 상호 대항 단부들은 각각 제 3 층 섹션에 의해 인접하고, 절연 물질로 된 중간 층은 다시 제 2 및 제 3 층 섹션들 사이에 도입된다. 제 3 층 섹션들의 상호 대항 단부들은 제 2 층 섹션들의 인접 단부들로부터 일정 거리에서 다시 끝나며, 이에 따라 제 2 및 제 3 층 섹션들의 내부의 상호 대항 단부들의 연결부들은 마찬가지로 함께 예각을 형성하며, 2개의 연결부들은 V 형태를 형성하고, V 형태의 끝 부분(tip)은 방사상 안쪽을 가리킨다. 이러한 3개의 층 섹션들에 뒤이어, 예를 들어 2개의 제 4 및 제 5 층 섹션들이 후속하고, 이들 제 4 및 제 5 섹션들의 길이는 이전에 감겨진 층들에 대해 축 방향으로 짧아져서, 여기서도 또한 V 형태가 형성된다.
이들 권선 형태들, 즉 오프셋(offset)은, 이용가능한 권선 공간이 최적으로 완전히 이용되지 않는 결과를 갖는다.
본 발명의 목적은, 도입부에 언급된 유형의, 변압기 코일 제작 방법, 및 이 방법을 이용하여 제작된 변압기 코일을 제공하는 것으로, 이 경우에 권선 공간은 더 잘 이용된다.
이 목적은 제 1항의 특징부에 의해 본 발명에 따라 달성된다.
그러므로, 본 발명은 다음 단계들을 특징으로 하는 방법을 포함한다:
절연 물질로 된 원통형 바디 상으로 제 1 내부 절연 층을 감는 단계로서, 상기 원통형 바디의 단부에서 방사상 바깥쪽으로 돌출하는 단부 벽 섹션들이 제공되고, 절연 층은 단부 벽 섹션들까지 감겨지는, 제 1 내부 절연 층을 감는 단계,
제 1 내부 권선 와이어 층상의 감는 단계로서, 상기 층의 단부 권선들은 단부 벽 섹션들로부터 일정 거리에 있는, 제 1 내부 권선 와이어 층상의 감는 단계,
제 2 절연 층을 단부 벽 섹션들까지 제 1 내부 권선 와이어 층상의 감는 단계,
하나 또는 2개의 층 섹션들에서 감겨질 수 있는 제 2 권선 와이어 층상의 감는 단계로서, 제 2 권선 와이어 층 또는 층 섹션들의 대항 단부 권선들은 제 1 내부 권선 와이어 층의 단부 권선들의 방사상 평면에 놓이는, 제 2 권선 와이어 층 상의 감는 단계,
방사상 연결 요소들에 의해 제 1 및 제 2 권선 와이어 층들의 인접한 단부들을 연결하는 단계,
단부 벽 섹션들까지 제 3 절연 층상의 감는 단계,
제 3 권선 와이어 층 또는 2개의 제 3 층 섹션들 상의 감는 단계로서, 이들의 단부 권선들은 제 2 층 섹션들의 단부 권선들의 평면에서 방사상 놓이는, 제 3 권선 와이어 층 또는 2개의 제 3 층 섹션들 상의 감는 단계,
제 3 층 섹션들의, 각각 방사상 평면에 놓이는 단부 권선들을 제 2 층 섹션들의 단부들에 연결하는 단계,
단부 벽 섹션들까지 제 4 절연 층상의 감는 단계,
등과,
적절한 경우, 절연 물질의 경화 후에 단부 벽 섹션들을 제거하는 단계.
단부 벽 섹션들을 내부 튜브 상에 일체로 형성하는 가능성이 존재한다.
추가로 유리한 변형은 단부 벽 섹션들의 형성을 위해 금속 L-형태의 앵글 부분들의 제공을 포함할 수 있으며, 상기 앵글 부분들의 하나의 레그는 각각 실제 단부 벽 섹션을 형성하고, 다른 레그는 각각 코일 튜브에 평행하게 배열되고 개별적인 절연 층들로 감겨진다. 그런 후에 이들 L-형태의 앵글 부분들은 경화 후에 쉽게 제거될 수 있다. 이를 통해 생성된 슬릿-형 개구부들은 절연 물질로 쉽게 차단될 수 있거나, 간단히 개방 상태로 남아있을 수 있다.
이 경우에, 단부 벽 섹션들을 형성하는 레그가 코일의 전체 단부 면 위에서 연장하는 방식으로 앵글 부분들을 형성할 가능성이 존재하며; 물론, 방사상 간격들에서 다수의 L-형태의 앵글 부분들을 배열할 가능성도 존재하고, 내부 L-형태의 앵글 부분들은 내부 절연 층에 의해 안에서 감겨지고, 외부 L-형태의 앵글 부분들은 대응하는 외부 절연 층에 의해 안에서 감겨진다. 바람직한 방식으로, 앵글 부분들은 아치형 튜브들의 제공에 의해 형성되고, 이러한 아치형 튜브들은 일단부에서, 아치형 영역에 관련하여 수직으로 구부러지는 슬릿들을 구비하여, 단부 벽 섹션들은 수직으로 구부러진 레그들에 의해 형성된다.
본 발명에 따른 권선 방법을 통해, 특히 코일의 축 방향 단부들에서 절연 권선들 또는 층들의 형태를 유지하고 안내하기 위해 단부 벽 섹션들의 제공을 통해, 하나가 다른 하나 위에 놓이는 권선 와이어 층들의 연결은 방사상 연장하는 연결 부분들에 의해 발생할 수 있는데, 이는 각 외부 권선 와이어 층의 단부 권선들(하나가 다른 하나 위에 놓임)의 축 방향의 바깥쪽 또는 안쪽으로의 빠져나감이 단부 벽 섹션들로 인해 회피되기 때문이며, 이에 따라 연결될 권선들은 하나가 다른 하나 위에 방사상 놓이게 된다. 따라서 변압기 코일의 외부 형태는 방사상 단부 면들을 갖고, 다양한 절연 층들에 의해 형성된 절연체(insulation) 내부에서, 권선 공간은 최적으로 이용된다. 이것은 더 짧은 코일 길이를 야기하고, 절연 물질의 양은 감소한다. 매칭 코어의 레그 길이는 또한 짧아질 수 있어서, 이에 의해 코어 중량은 또한 감소한다.
본 발명에 따른 방법의 추가로 유리한 변형 및 개선은 종속항 2항 및 3항으로부터 취해질 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 의해 생성된 코일은 종속항 4항 내지 9항으로부터 취해질 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따라, 코일 포머에 와이어 권선 섹션들이 제공되는데, 상기 와이어 권선 섹션들의 권선 단부들은 서로 연결되어 방사상 평면에 각각 놓이고, 이에 따라 모든 권선 섹션들은, 동시에 서로 속하고 서로 연결된 권선 단부들이 또한 놓이는 2개의 방사상 평면들 사이에 놓이며, 방사상 연장하는 연결 부분들이 제공된다. 단부 벽 섹션들은 코일 포머에 의해 둘러싸인 절연 튜브 또는 코일 튜브 상에 형성될 수 있고; 또한 L-형태의 앵글 요소들이 제공될 가능성이 있는데, 이러한 앵글 요소들의 레그들은 서로 수직으로 연장하고, 레그들 중 하나가 절연 층들에 의해 권선 섹션들에 평행하게 단단히 고정되는 반면, 다른 레그는 방사상 바깥쪽으로 돌출하고 단부 벽 섹션들의 형성을 위해 작용한다.
아치형 앵글 요소들로서 앵글 요소들을 형성할 가능성이 있는데, 레그들 중 하나는 아치형 형태를 형성하고, 다른 레그들은 러그로서 이에 수직으로 구부러진다.
단부 벽 섹션들을 형성하기 위한 레그들은 이 경우에 전체 단부 면을 커버할 수 있고; 또한 다수의 앵글 요소들이 상이한 반경으로 배열되어, 단부 벽 섹션들을 형성하는 레그들만이 코일 포머의 단부 면들의 부분을 커버할 가능성이 있다.
본 발명 및 본 발명의 추가로 유리한 변형 뿐 아니라 추가 장점은, 본 발명의 여러 예시적인 실시예가 나타나는 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명되고 기재될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 코일의 제 1 변형을 도시한 횡단면도.
도 2는 도 1과 유사하며, 본 발명에 따라 코일의 제 2 변형을 도시한 횡단면도.
도 3은 제 2 실시예에 대한 앵글 부분의 변형을 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 "A"에 따라 확대된 세부사항을 도시한 도면.
이제 도 1을 참조한다.
본 발명에 따른 방법에 의해 생성된 코일 포머(10)는 코일 튜브(11)를 둘러싸고, 상기 코일 튜브의 단부들에 방사상 바깥쪽으로 인접하는 플랜지-형 단부 벽 섹션들(12, 13)이 부착되고, 여기서 제 1 예시적인 실시예에서 일체형으로 형성된다. 제 1 절연 층(14)은 단부 벽 섹션들(12, 13) 사이의 코일 튜브(11) 상에 도포되는데, 바람직하게는 감겨진다. 모든 다른 절연 층들(아래 참조)과 같이, 이러한 절연 층(14)은 경화 수지로 주입되는 직포(woven fabric)를 포함할 수 있다. 절연 층(14)은 단부 벽 섹션들(12, 13)까지 연장한다. 제 1 권선 층(15)은 이러한 절연 층상에 감겨지고, 이것은 도 1에서(및 도 2에서) 선으로 그려져 있다. 도 4에 나타난 바와 같이, 직사각형 권선 와이어가 사용될 수 있다. 직사각형 형태의 권선 와이어 대신에, 원형 단면을 갖는 권선 와이어가 또한 사용될 수 있다. 단면 형태는 본 발명에 대해 이 정도까지 중요하지 않다. 권선 와이어 층(15)은 단부 벽 섹션들(12, 13)로부터 특정 거리(D)에서 끝난다.
제 2 절연 층(16)은 제 1 권선 또는 와이어 층(15)에, 정확하게는 다시 단부 벽 섹션들(12, 13)까지 도포되고, 즉 감겨진다. 2개의 권선 층 섹션들(17, 18)은 이러한 제 2 절연 층(16) 상에 감겨지고, 그 대항 단부들은, 제 1 권선 층(15)의 단부들이 놓이고 상호 대항 단부들(19, 20)이 서로 일정 거리(D1)로 배열되는 방사상 평면에 놓인다. 도 4에서 알 수 있듯이, 권선 층들(15, 17 및 18)은 방사상 연장하는 연결 요소들(21, 22)에 의해 서로 연결되고, 이들 연결 요소들(21, 22)은 제 1 권선 층(15)의 단부들이 놓이는 평면들에 놓인다.
제 3 절연 층(23)은 제 2 권선 섹션들(17, 18) 상에 감겨지고, 길이가 제 2 권선 섹션들(17, 18)과 동일한 2개의 제 3 권선 섹션들(24, 25)은 제 2 권선 섹션들 상에 감겨지고, 참조 번호(21, 22)를 갖는 연결 요소와 유사한 방사상 연결 요소에 의해 그 대항 단부들에서 그들에 연결되고, 그 후에 제 4 절연 층(미도시)이 도포되고, 그런 후에 2개의 제 4 권선 섹션들(26, 27)이 도포되고, 추가 절연 층이 도포되고, 그런 후에 2개의 제 5 권선 섹션들(26, 27)이 도포되고, 그런 후에 외부 절연 층이 도포된다. 제 3 권선 섹션들(24, 25)은 제 1 권선 층(15)의 단부들의 방사상 평면에서 연결 요소들에 의해 제 4 권선 섹션들(26, 27)에 연결되고, 제 4 권선 섹션들은 서로 마주보는 단부들에서 제 5 권선 섹션들에 연결되고, 제 4 및 제 5 권선 섹션들의 길이는 제 2 및 제 3 권선 섹션들(17, 24; 18, 25)의 길이보다 작다.
스페이서들(30)은 코일 튜브(11) 내부에 배열되고, 외주(circumference)에 균일하게 분포된다. 스페이서들(30) 내부에 놓이는 것은 2차 권선들(31)이며, 이러한 2차 권선들(31)만이 본 명세서에 개략적으로 도시된다. 방사상 정렬되고 코일 튜브(11)의 전체 길이에 걸쳐 연장하는 스페이서들(30) 사이의 공간은 냉각액에 의해 축 방향으로 흐르게 된다. 2차 권선들(31) 및 스페이서들을 코일 튜브(11)에 할당하는 것은 본 발명에 중요하지 않다.
제 2 변형의 경우에, 단부 벽 섹션들은 앵글 부분들에 의해 형성되고, 이러한 앵글 부분들은 도 3에 사시도로 도시된다. 슬릿들(36, 37)은 아치형 부분(35)의 일단부에 제공되고, 이러한 아치형 부분은 코일 튜브(11)에 적응된다. 주변 단부들(38, 39)과 슬릿들(36, 37) 사이에 형성하는 러그들(40, 41, 42)은 방사상 바깥 쪽으로 구부러져서, 슬릿들(36, 37)은 V-형태가 된다. 아치형 부분(35)은 도 4에서 모두 참조 번호(44)가 주어진 앵글 부분의 레그(43)를 형성한다. 축 방향으로 연장하는 레그(43)는 제 1 절연 층(14)을 가지고 코일 포머 안으로 감겨진다. 전체 코일 포머는, 도 3에 도시된 앵글 부분들이 코일 튜브의 전체 외주를 커버하는데 필요한 것만큼 앵글 부분들(도 3에 도시됨)을 요구한다. 절연 물질의 경화 이후에, 앵글 부분들이 제거될 수 있다. 이에 따라 얻어진 개구부들은 비어있을 수 있거나 절연 물질로 차단될 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에서, 방사상 정렬된 레그들이 코일 포머의 전체 단부 면들을 커버하는 앵글 부분들이 제공된다. 코일 포머의 단부 면들 또는 단부들에서 다수의 앵글 부분들을 하나가 다른 하나 위에 방사상 놓이도록 설정할 가능성이 존재하며, 아치형 부분들(35)은 예를 들어 제 3 권선 섹션들의 영역에서, 더 바깥쪽으로 놓이는 반경에 적응된다는 것은 말할 필요도 없다. 러그들은 코일 포머 상의 피팅(fitting) 위치에 적응되고, 모든 앵글 부분들의 러그들 각각은 코일 포머의 단부 평면들에 대응하는 방사상 평면에 놓인다. 외부 앵글 부분들의 레그들(43)은 이 후에 대응하는 절연 층들에 의해 수용된다.
변압기를 완성시키기 위해, 코어들(50)이 제공되며, 이러한 코어들은 점선으로 표시되고, 2차 권선(31) 내부의 영역에서 레그(51)와 맞물린다. 그러나, 이것은 본 명세서에 기재된 본 발명과 상관없고, 단지 더 나은 이해를 위한 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 권선 공간이 더 잘 이용되는, 변압기 코일 제 작 방법, 및 이 방법을 이용하여 제작된 변압기 코일 등에 이용된다.

Claims (9)

  1. 변압기를 위한 코일을 감는 방법으로서, 코일 권선은 원통형의, 관형 절연 바디에 도입되는, 변압기를 위한 코일을 감는 방법에 있어서,
    - 절연 물질로 된 원통형 내부 튜브 상에 제 1 내부 절연 층을 감는 단계로서, 상기 튜브의 단부들에는 방사상 바깥쪽으로 돌출하는 단부 벽 섹션들이 제공되고, 내부 절연 층은 단부 벽 섹션들까지 감겨지는, 제 1 내부 절연 층을 감는 단계,
    - 단부 권선들이 단부 벽 섹션들로부터 일정 거리에 놓이는 방식으로 제 1 권선 와이어 층상의 감는 단계,
    - 추가 절연 층을 단부 벽 섹션들까지 제 1 권선 와이어 층상에 감는 단계,
    - 하나 이상의 권선 층 섹션들을 갖는 제 2 권선 와이어 층상의 감는 단계로서, 제 2 권선 와이어 층의 대항 단부 권선들은, 제 1 권선 와이어 층의 단부 권선들이 위치되는 방사상 평면에 놓이는, 제 2 권선 와이어 층상의 감는 단계,
    - 방사상 연장하는 연결 요소들에 의해 인접한 단부 권선들을 연결하는 단계,
    - 단부 벽 섹션들까지 제 3 절연 층상의 감는 단계,
    - 하나 이상의 권선 층 섹션들을 갖는 제 3 권선 와이어 층상의 감는 단계로서, 상기 제 3 권선 와이어 층의 단부 권선들은 제 2 권선 와이어 층의 단부 권선들의 방사상 평면에 놓이는, 제 3 권선 와이어 층상의 감는 단계,
    - 방사상 연장하는 연결 요소에 의해 제 2 권선 와이어 층의 자유 단부 권선을 제 3 권선 와이어 층들에 연결하는 단계,
    - 단부 벽 섹션까지 제 4 절연 층상의 감는 단계 등을
    포함하는 것을 특징으로 하는, 변압기를 위한 코일을 감는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 단부 벽 섹션들은 절연 물질의 경화 이후에 제거되는 것을 특징으로 하는, 변압기를 위한 코일을 감는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 단부 벽 섹션들의 제거에 의해 형성된 개구부들은 절연 물질로 차단되는 것을 특징으로 하는, 변압기를 위한 코일을 감는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제작된 변압기를 위한 코일로서,
    코일 포머에 와이어 권선 섹션들이 제공되고, 상기 와이어 권선 섹션들의 권선 단부들은 서로 연결되어 방사상 평면에 각각 놓이며, 이에 따라 모든 권선 섹션들은, 동시에 서로 속하고 서로 연결되는 권선 단부들이 또한 놓이는 2개의 방사상 평면들 사이에 놓이고, 방사상 연장하는 연결 부분들이 제공되는 것을 특징으로 하는, 변압기를 위한 코일.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 단부 벽 섹션들은 코일 포머에 의해 둘러싸인 절연 튜브에 연결되는 것을 특징으로 하는, 변압기를 위한 코일.
  6. 제 4항에 있어서, 단부 벽 섹션들의 형성을 위해, L-형 앵글 요소들이 제공되고, 상기 L-형 앵글 요소들의 레그들은 서로 수직으로 연장하고, 상기 레그들 중 하나는 절연 층들에 의해 권선 섹션들에 평행하게 단단히 고정되는 반면, 다른 레그는 단부 벽 섹션의 형성을 위해 작용하는 것을 특징으로 하는, 변압기를 위한 코일.
  7. 제 6항에 있어서, 앵글 요소들은 각 절연 층을 위해 삽입되어, 지정된 단부 벽 섹션들이 적어도 하나의 절연 층을 위해 제공되는 것을 특징으로 하는, 변압기를 위한 코일.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 앵글 요소들은 아치형 앵글 요소들로서 형성되고, 상기 레그들 중 하나는 아치형 형태를 형성하고, 다른 레그는 러그들로서 이에 수직으로 구부러지는 것을 특징으로 하는, 변압기를 위한 코일.
  9. 제 8항에 있어서, 구부러진 배관(tubing)의 부분은 러그들의 형성을 위해 제공되고, 상기 러그들의 일단부에 배관 축 방향 슬릿들이 제공되고, 상기 슬릿들 사이에 위치한 러그들은 수직으로 구부러지는 것을 특징으로 하는, 변압기를 위한 코 일.
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