KR101461480B1

KR101461480B1 - 정류기

Info

Publication number: KR101461480B1
Application number: KR1020130131457A
Authority: KR
Inventors: 김건태; 노병진
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-11-14

Abstract

본 발명은 정류기에 관한 것으로, 본 발명은 일측으로부터 타측으로 관통되어 형성된 관통홀을 가지며 회전 가능한 원판형의 회전판과; 상기 일측에 고정설치되는 복수의 제1전기소자와; 상기 타측에 고정설치되는 복수의 제2전기소자와; 상기 타측에 고정설치되며, 상기 제1전기소자가 연결되는 복수의 입력단자 및 상기 입력단자에 각각 전기적으로 연결되는 복수의 출력단자를 가지는 단자와; 일단이 상기 제1전기소자에 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 입력단자에 연결되며, 상기 관통홀을 통과하는 복수의 제1리드선과; 일단이 상기 제2전기소자에 전기적으로 연결되며, 타단이 상기 출력단자에 연결되는 복수의 제2리드선;을 포함한다.

Description

정류기{Exciter Hub}

본 발명은 정류기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전판에 관통홀을 형성하고, 이 관통홀을 통해서 회전판의 일측에 설치된 제1전기소자 및 타측에 설치된 제2전기소자를 각각 리드선으로 연결함으로써, 제2전기소자의 고장시 점검 및 교체가 용이한 정류기에 관한 것이다.

일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 산소공장은 대기중의 원료공기를 -130mmaq 압력으로 에어필터(Air Filter)(1)에서 공기압축기(2)로 흡입하면 공기는 5kg/cm2 압력과 80도의 온도로 상승하며 다시 냉각탑(3)에서 온도를 하강시키면서 공기중의 불순물을 세척하게 된다. 세척된 공기는 상온의 온도로 변환하면서 팽창터빈(4)과 열교환기(5)를 거치면서 -180도로 급속히 냉각되어 액체공기를 형성하며 정유통(6)의 하부에서 축적된 액체공기는 다시 정유통(6)에서 비등현상을 거쳐 상부층에서는 질소와 중간층에서는 산소가 축적된다. 이러한 액체가스는 다시 열교환기(5)를 거쳐 열교환 하면 상온의 가스(Gas)가 되면서 산소압축기(7)와 질소압축기(8)가 각각 25kg/cm2,7kg/cm2로 압축하여 사용공장(9)으로 압송하게 된다.

여기서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 공기압축기 모터(M)의 구성기기로서는 공기 압축기(2)를 구동시키는 모터(M)에서 고정자(Stator)(10)와 회전자(Rotor)(11)가 있으며 기동저항기(12)와 브러쉬리스(Brushless)방식 등 동기여자방식을 선택하기 위한 여자기(Exciter)(13)와 정류기(Exciter Hub)(14)가 설치되어 있다. 이상의 공정과 기기 구성에서 모터(M)는 항상 일정한 회전을 요구하는 고압 동기 전동기로써 이것은 일반 전동기와는 달리 모터(M)에 여자기(13)를 설치하여 여자된 전압을 정류기(14)로 정류하여 모터(M)의 회전자(11)에 정류된 DC전압을 인가함으로써 항상 모터(M)를 일정한 동기속도로 운영하는 가운데에서 정류기(14)에 설치된 내부회로에는 필드코일(Field Coil)에 유기된 전압이 최대로 발생할 때 제너 다이오드(Zenner Diode) Z1,Z2가 저항(Resistance) R3,R4을 통해 사이리스터(Thyristor) 2,3을 동작시키고 이때 여자회로에 유기된 전압이 브리지(Diode Bridge) 회로에 인가되어 파괴의 위험이 있기 때문에 다이오드(Diode)의 역전압을 제한시키는 역할을 하여 브리지(Bridge) 회로를 보호한다.

대한민국공개특허공보 특2003-0017042호(2003.03.03.)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 제너 다이오드의 손상시 압착프레임을 취외하지 않고도 제너 다이오드를 수리 및 교체할 수 있는 정류기를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 제2전기소자 분해 조립시 회전판과 연결프레임을 분리할 필요가 없는 정류기를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 회전하는 회전판의 원심력에 의해서 저항회로의 단선이 발생하는 것을 방지할 수 있는 정류기를 제공하는 것이다.

상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 일측으로부터 타측으로 관통되어 형성된 관통홀을 가지며 회전 가능한 원판형의 회전판과; 상기 일측에 고정설치되는 복수의 제1전기소자와; 상기 타측에 고정설치되는 복수의 제2전기소자와; 상기 타측에 고정설치되며, 상기 제1전기소자가 연결되는 복수의 입력단자 및 상기 입력단자에 각각 전기적으로 연결되는 복수의 출력단자를 가지는 단자와; 일단이 상기 제1전기소자에 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 입력단자에 연결되며, 상기 관통홀을 통과하는 복수의 제1리드선과; 일단이 상기 제2전기소자에 전기적으로 연결되며, 타단이 상기 출력단자에 연결되는 복수의 제2리드선;을 포함하는 정류기를 제공한다.

여기서, 상기 정류기는, 상기 회전판의 상기 타측에 설치되고, 상기 단자 및 상기 제2전기소자가 고정설치되며, 절연체로 이루어진 절연프레임;을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 정류기는, 상기 절연프레임에 설치되며, 상기 제1리드선을 상기 절연프레임에 고정시키는 케이블밴드;를 더 포함할 수 있다.

아울러, 상기 절연체는 합성수지를 포함할 수 있다.

또한, 상기 정류기는, 상기 회전판의 상기 일측에 설치되고, 상기 제1전기소자와 전기적으로 연결되며, 도체인 연결프레임;을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 정류기는, 상기 연결프레임에 설치되며, 상기 제1전기소자 중 어느 하나 이상의 전기소자를 상기 연결프레임에 밀착시키는 압착프레임;을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 도체는 알루미늄을 포함할 수 있다.

또한, 상기 정류기는, 일측이 상기 회전판의 상기 타측에 연결되는 지지판과, 일측이 상기 지지판에 연결되며 타측이 상기 절연프레임에 연결되는 복수의 지지바를 구비하는 지지프레임;을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 정류기의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 제너 다이오드와 저항의 손상시 압착프레임을 취외하지 않고도 제너 다이오드와 저항을 수리 및 교체할 수 있는 이점이 있다.

둘째, 제2전기소자 분해 조립시 회전판과 연결프레임을 분리할 필요가 없는 이점이 있다.

셋째, 회전하는 회전판의 원심력에 의해서 저항회로의 단선이 발생하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 산소공장의 공정 흐름도.
도 2는 일반적인 브러쉬리스(Brushless) 동기여자방식 전동기(M)의 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정류기가 포함된 회로도.
도 4는 종래 정류기의 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정류기의 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 정류기의 사시도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정류기가 포함된 회로도이다. 도 3을 참조하면, 최초 유도전동기 기동시 높은 AC전압은 회전자(Rotor) 여자회로에 유도전압을 발생시키며 단자 F2의 전압이 F1단자에 대해서 +극성의 유기전압이 나타날 때 정류기 D1~D6의 다이오드(Diode)는 여자회로에 유기된 전류 중 +반주기에 해당하는 전류를 통전시키게 된다. 이 전류는 사이리스터 1(SCR 1) 게이트(Gate) 단자에 역 바이어스(Bias) 전압(-극성)이 인가되기 때문에 사이리스터 1(SCR 1)의 게이트(Gate)를 통전시키지 못하고 기동저항 R1를 통하여 흐르게 된다. F1에 유기된 전압의 극성이 F2 지점의 극성에 대해서 +극성일 때 전류를 내부적으로 방전할 수 있는 회로가 없기 때문에 제너 다이오드(Zener Diode) 2(ZD2)에 전압이 걸리게 되며 이것이 통전이 되기까지 빠르게 전압이 상승한다. 상승된 전압이 기준치에 도달했을 때 전류는 제너 다이오드(Zener Diode) 2(ZD2)를 통해서 사이리스터 3 (SCR3)의 게이트(Gate)에 흐르게 되면 사이리스터 3(SCR3)는 통전하게 되고 다시 여자회로에 최대의 유기전압이 발생되면 전압이 제너 다이오드(Zener Diode) 1(ZD1)에도 걸리게 되고 사이리스터(Thyristor) 2(SCR2)가 통전하게 된다. 또한 회로에서 사이리스터 3(SCR3), 사이리스터 2(SCR2)가 통전될 때 여자회로에 유기된 전압이 다이오드 브리지(Diode Bridge) 회로에 인가됨으로써 파괴의 위험이 있기 때문에 다이오드의 역전압을 제한시키는 역할을 하게 된다. 이때에는 전류가 사이리스터 1(SCR1)에 대해서는 역으로 바이어스(Bias)되기 때문에 통전되지 않는다. 즉, 사이리스터 1(SCR1)의 게이트(Gate) 단자는 (-) 극성이 걸리기 때문이다. 모터(Motor)가 유도전동기처럼 거의 최대속도에 달했을 때 회로에서의 타임 릴레이(Time Relay)에서 필드 컨택터(Field Contactor)를 닫게(Close) 되면 DC 55V, 3.6A가 여자기 고정자(Exciter Stator)에 공급되고 다시 여자회로에서 전류를 증가시키면 여자기 회전자(Exciter Rotor)에는 AC 58.6V, 394A의 전력이 발생하며 단자 F1에는 항상 +극성이 되도록 3상 브리지(Bridge)회로에서 다시 DC로 변환되어 전력을 공급하게 된다. 이렇게 되면 사이리스터 1(SCR1)의 게이트(Gate) 단자는 +극성이 되고 애노드(Anode)에는 순방향 전압이 걸리게 됨으로써 사이리스터 1(SCR1)은 통전되어 계속 여자전류를 흐르게 함으로써 여자 회로가 완성되어 동기속도가 된다.

도 4는 종래의 정류기의 구성도다. 도 4를 참조하면, 알루미늄 도체(43)에 취부되어 있는 사이리스터 3(37)과 사이리스터 2(38)가 서로 반원형 모양을 유지된 채 결합되어 사이리스터 애노드(Thyristor Anode)(37a), 사이리스터 캐소드(Thyristor Cathode)(37c)측이 알루미늄 도체(43)와 압착 연결된다. 또한, 사이리스터 3(37), 사이리스터 2(38)를 동작시키기 위한 게이트(Gate) 신호는 사이리스터 2(38)의 알루미늄 도체(43)에 제너 다이오드 1(Zenner Diode 1)(54), 제너 다이오드 2(Zenner Diode 2)(53)의 (-) 측 단자가 알루미늄 도체(43)에 결합되도록 하고 제너 다이오드 2(53)는 항복전압 이상 시, 사이리스터 2(38) 알루미늄 도체(43)를 거쳐 사이리스터 3(37)측에 접속되어있는 전압강하용 3.3(Ω) 저항(Resistance) R4와 직렬접속시킨 상태에서 사이리스터 3 게이트 단자(37g)에 연결한다. 마찬가지로 제너 다이오드 1(54)도 항복전압 이상 시, 사이리스터 2(38)측에 접속되어있는 전압강하용 3.3(Ω) 저항(Resistance) R3와 직렬접속시킨 상태에서 사이리스터 2 게이트 단자(38g)에 연결한다. 소자의 손상시나 절연보강 작업에는 9개의 알루미늄 도체(43) 중 반원 모양의 4개 정도를 취외하거나 아니면 전체의 정류기(Exciter Hub)(55)를 취외해서 부품을 교체하고 있다.

그러나, 상기와 같은 경우에, 제너 다이오드 1(54), 제너 다이오드 2(53), 저항 R3 및 저항 R4의 손상시 사이리스터 압착 프레임(41)를 취외해야 하는 문제가 있다.

또한, 정류기(55)의 전기소자 분해조립시 알루미늄 도체(43)를 취외해야만 정비가 가능 하다는 문제가 있다.

또한, 정류기(55)의 회전중 원심력에 의해 3.3(Ω) 저항 R4와 3.3(Ω) 저항 R3의 회로의 단선이 발생할 수 있다는 문제가 있다.

이하, 전술한 문제점을 해결하기 위해서, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 정류기의 실시 예를 설명한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정류기의 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 정류기의 사시도다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 정류기(500)는 회전판(510), 복수의 제1전기소자(520), 복수의 제2전기소자(530), 단자(540), 복수의 제1리드선(550), 복수의 제2리드선(560), 제3리드선(565), 절연프레임(570), 연결프레임(580), 압착프레임(590) 및 지지프레임(600)을 포함할 수 있다.

회전판(510)은 회전 가능한 원판형으로, 회전판(510)에는 일측으로부터 타측으로 관통되는 관통홀(512)이 형성된다. 이러한 관통홀(512)을 통해서 제1리드선(550)은 제1전기소자(520) 및 제2전기소자(530)와 연결된다.

제1전기소자(520)는 회전판(510)의 일측에 고정설치되며, 사이리스터를 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 5를 참조하면, 사이리스터2(522), 사이리스터3(523)와 같은 제1전기소자(520)는 연결프레임(580)에 설치되며, 회전판(510)의 관통홀(512)을 통과하는 제1리드선(550)을 통해서 절연프레임(570)에 설치된 입력단자(542)에 연결된다.

즉, 사이리스터2(522)의 게이트(Gate) 단자(522g) 및 사이리스터3(523)의 게이트(Gate) 단자(523g)가 제1리드선(550)을 통해서 입력단자(542)에 연결되는 것이다. 이때, 사이리스터2(522)의 애노드(Anode) 단자(522a) 및 사이리스터3(523)의 애노드(Anode) 단자(523a)는 연결프레임(580)에 연결되며, 사이리스터2의 캐소드(Cathode) 단자(522c) 및 사이리스터3의 캐소드(Cathode) 단자(523c)는 각각 연결단자(596) 및 연결단자(595)에 연결된다.

제2전기소자(530)는 회전판(510)의 타측에 고정설치되며, 제너다이오드 및 저항을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 4를 참조하면, 다이오드(ZD1, ZD2) 및 저항(R3, R4)과 같은 제2전기소자(530)는 절연프레임(570)에 설치되며, 제2리드선(560)을 통해서 출력단자(544)에 연결된다. 이렇게 제2전기소자(530)를 회전판(510)의 타측에 있는 절연프레임(570)에 설치함으로써 제2전기소자(530)의 점검 및 교체를 용이하게 할 수 있게 된다.

단자(540)는 회전판(510)의 타측의 절연프레임(570)에 고정설치되며, 제1리드선(550)이 전기적으로 연결되는 복수의 입력단자(542) 및 상기 복수의 입력단자(542)에 각각 전기적으로 연결되는 복수의 출력단자(544)를 가진다.

제1리드선(550)은 일단이 제1전기소자(520) 또는 연결프레임(580)에 전기적으로 연결되며, 타단이 회전판(510)의 관통홀(512)을 통해서 입력단자(542)에 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 제1리드선(551)은 단자(540)를 통해 제2리드선(561)에 연결되고, 제1리드선(552)는 단자(540)를 통해 제2리드선(562)에 연결된다. 한편, 제1리드선(553)은 일단이 연결프레임(580)에 연결되고, 타단은 관통홀(512)을 통해서 입력단자(542)에 연결된다. 이러한 제1리드선(553)이 연결된 입력단자(542)에 대응되는 출력단자(544)에는 제3리드선(565)이 연결된다.

제2리드선(560)은 일단이 제2전기소자(530)에 전기적으로 연결되며, 타단이 출력단자(544)에 연결된다. 구체적으로, 저항 R4와 제너 다이오드 ZD2를 직렬로 연결하는 제2리드선(562)과, 저항 R3와 제너 다이오드 ZD1을 직렬로 연결하는 제2리드선(561)은 일단이 출력단자(544)에 연결되고, 타단은 제3리드선(565)을 통해서 제1리드선(553)이 연결된 입력단자(542)에 대응되는 출력단자(544)에 연결된다.

제3리드선(565)은 일단이 제2전기소자(530)에 전기적으로 연결되며, 타단이 출력단자(544)에 연결된다. 즉, 제3리드선(565)은 일단이 제2리드선(561)의 제너 다이오드 D1과 제2리드선(562)의 제너 다이오드 ZD2에 연결되고, 타단은 제1리드선(553)이 연결된 입력단자(542)에 대응되는 출력단자(544)에 연결된다.

절연프레임(570)은 회전판(510)의 타측에 설치되며, 이러한 절연프레임(570)에 단자(540) 및 제2전기소자(530)가 고정설치된다. 이러한 절연프레임(570)은 합성수지를 포함하는 절연체로 이루어질 수 있다.

또한, 절연프레임(570)에는 케이블밴드(572)가 설치되며, 이 케이블밴드(572)는 제1리드선(550)을 절연프레임(570)에 고정한다. 이러한 절연프레임(570)은 고정볼트(575)를 통해서 회전판(510)의 타측에 설치된다. 이렇게 케이블밴드(572)를 이용하여 제1리드선(550)을 절연프레임(570)에 고정함으로써, 제1리드선(551,552,553)이 단선 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

연결프레임(580)은 회전판(510)의 일측에 결합되며, 제1전기소자(520)와 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 연결프레임(580)은 사이리스터2(522)의 애노드(Anode) 단자(522a) 및 사이리스터3(523)의 애노드(Anode) 단자(523a)에 전기적으로 연결된다. 이러한 연결프레임(580)은 알루미늄과 같은 도체로 이루어질 수 있다. 이러한 연결프레임(580)과 연결프레임(580) 사이에는 연결프레임(580)의 절연을 유지시키기 위한 절연판(585)이 설치될 수 있다.

압착프레임(590)은 연결프레임(580)에 설치되며, 제1전기소자(520) 중 어느 하나 이상의 전기소자를 연결프레임(580)에 압착시킨다. 이러한 압착프레임(590)에는 압착프레임(590)을 연결프레임(580)에 압착시키는 압착기(592)가 설치될 수 있다. 이렇게 함으로써, 연결프레임(580)과 제1전기소자(520)의 전기적 접촉 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

지지프레임(600)은 회전판(510)과 절연프레임(570) 사이의 절연공간을 확보하기 위한 것으로서, 일측이 회전판(510)에 연결되며 타측이 절연프레임(570)에 연결된다. 구체적으로, 지지프레임(600)은 일측이 회전판(510)에 연결되며 타측이 지지바(620, 630)에 연결되는 지지판(610)과, 일측이 지지판(610)에 연결되며 타측이 절연프레임(570)에 연결되는 한 쌍의 지지바(620, 630)를 구비한다. 이때, 지지바(620, 630)의 타측은 절연프레임(570)과 용이하게 연결될 수 있도록 절연프레임(570)의 길이방향으로 절곡되는 것이 바람직하다.

결과적으로, 제1리드선(550)이 회전판(510)에 형성된 관통홀(512)을 통과하여 회전판(510)의 일측에 설치된 제1전기소자(520)와 회전판(510)의 타측에 설치된 제2전기소자(530)를 전기적으로 연결하고, 제2전기소자(530) 및 단자(540)를 콘덴서 홀더(20)의 일측에 설치된 절연프레임(570)에 고정하며, 케이블밴드(572)로 제1리드선(550)을 절연프레임(570)에 고정함으로써, 회전판(510)과 연결프레임(580)을 분리하지 않으면서도 제2전기소자(530)의 점검, 수리 및 교체를 용이하게 할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

500: 정류기 510: 회전판
512: 관통홀 520: 제1전기소자
522: 사이리스터 2 523: 사이리스터 3
530: 제2전기소자 ZD1, ZD2: 제너 다이오드
R3, R4: 저항 540: 단자
542: 입력단자 544: 출력단자
550: 제1리드선 560: 제2리드선
565: 제3리드선 570: 절연프레임
572: 케이블밴드 580: 연결프레임
590: 압착프레임 600: 지지프레임

Claims

일측으로부터 타측으로 관통되어 형성된 관통홀을 가지며 회전 가능한 원판형의 회전판;
상기 일측에 고정설치되는 복수의 제1전기소자;
상기 타측에 고정설치되는 복수의 제2전기소자;
상기 타측에 고정설치되며, 상기 제1전기소자가 연결되는 복수의 입력단자 및 상기 입력단자에 각각 전기적으로 연결되는 복수의 출력단자를 가지는 단자;
일단이 상기 제1전기소자에 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 입력단자에 연결되며, 상기 관통홀을 통과하는 복수의 제1리드선;및
일단이 상기 제2전기소자에 전기적으로 연결되며, 타단이 상기 출력단자에 연결되는 복수의 제2리드선;을 포함하는 정류기.
청구항 1에 있어서,
상기 정류기는,
상기 회전판의 상기 타측에 설치되고, 상기 단자 및 상기 제2전기소자가 고정설치되며, 절연체로 이루어진 절연프레임;을 더 포함하는 정류기.
청구항 2에 있어서,
상기 정류기는,
상기 절연프레임에 설치되며, 상기 제1리드선을 상기 절연프레임에 고정시키는 케이블밴드;를 더 포함하는 정류기.
청구항 2에 있어서,
상기 절연체는 합성수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 정류기.
청구항 1에 있어서,
상기 정류기는,
상기 회전판의 상기 일측에 설치되고, 상기 제1전기소자와 전기적으로 연결되며, 도체인 연결프레임;을 더 포함하는 정류기.
청구항 5에 있어서,
상기 정류기는,
상기 연결프레임에 설치되며, 상기 제1전기소자 중 어느 하나 이상의 전기소자를 상기 연결프레임에 밀착시키는 압착프레임;을 더 포함하는 정류기.
청구항 5에 있어서,
상기 도체는 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 정류기.
청구항 2에 있어서,
상기 정류기는,
일측이 상기 회전판의 상기 타측에 연결되는 지지판과, 일측이 상기 지지판에 연결되며 타측이 상기 절연프레임에 연결되는 복수의 지지바를 구비하는 지지프레임;을 더 포함하는 정류기.