KR101512072B1 - 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기의 크기를 최소화할 수 있는 철심 및 이를 구비하는 변압기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 변압기는 철심, 및 상기 철심에 결합되는 제1 권선과 제2 권선을 포함하며, 상기 제1 권선은 포일(foil) 형태의 도전체에 의해 형성되고 내부에 적어도 하나의 와전류 차단부가 형성된다.
이에 따라 변압기에서 발생되는 와전류 손실을 최소화할 수 있다.

Description

변압기{TRANSFORMER}

본 발명은 변압기의 크기를 최소화할 수 있는 변압기에 관한 것이다.

변압기(transformer)는 전자기유도현상을 이용하여 교류의 전압 및 전류의 크기를 변화시키는 변환 장치이다.

변압기는 소형의 전자 기기에서부터 대형의 변전 설비 또는 송전 설비까지 널리 사용되고 있다. 특히, 대형의 변전 설비 또는 송전 설비에서는 초고압 대용량 변압기가 주로 사용되고 있다.

일반적으로, 변압기는 공통된 철심의 둘레에 복수개의 권선이 감겨 있는 구조로 형성되며, 한 쪽의 권선으로 전력이 입력된 후 다른 쪽의 권선으로 전력이 출력되는 방식이다.

전력용 변압기의 경우, 권선으로는 와이어 형태의 권선이나, 포일(foil) 또 시트(sheet) 형태의 권선이 이용될 수 있다.

그런데 포일 형태의 권선의 경우, 누설 자속에 노출되는 연속적인 표면이 매우 넓기 때문에 와전류가 쉽게 발생하며, 이에 따라 와전류 손실이 크다는 단점이 있다.

특히, 권선의 상하 영역에는 권선 반경 방향으로의 자속밀도가 집중되어 국부과열 현상을 초래하기도 한다.

이러한 현상 때문에 손실 기준이 엄격한 배전용 몰드변압기 제품들의 경우 필요 이상으로 전류밀도를 낮추어 권선이 설계되고 있는 실정이다.

이는 곧 넓은 표면적의 도체 사용을 의미하며 변압기의 원가, 부피, 무게 상승으로 이어지게 된다.

따라서 권선에서 발생하는 와전류손실을 줄일 수 있다면 더 작은 표면적의 도체로 권선을 설계할 수 있고 이는 곧 변압기의 원가, 부피, 무게 절감으로 이어질 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 포일 형태의 권선을 이용하면서 와전류 손실을 최소화할 수 있는 변압기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 변압기는, 철심 및 상기 철심에 결합되는 제1 권선과 제2 권선을 포함하며, 상기 제1 권선은 포일(foil) 형태의 도전체에 의해 형성되고 내부에 적어도 하나의 와전류 차단부가 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 제1 권선은 저압 권선이고, 상기 제2 권선은 고압 권선일 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 제1 권선은 상기 도전체가 파이프 형상으로 말려져 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 와전류 차단부는 상기 제1 권선에 형성된 적어도 하나의 슬릿을 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 슬릿은 상기 제1 권선의 양단에서 인접한 위치에 각각 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 슬릿은 상기 제1 권선을 직경 방향으로 절단하는 홈의 형상으로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 슬릿은 다수개가 파선의 형태로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 슬릿은 다수의 열을 이루며 나란하게 배치될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 와전류 손실을 줄일 수 있으므로 권선의 표면적도 줄일 수 있으며, 이에 변압기의 크기도 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변압기를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1의 A-A′에 따른 단면도.
도 3은 도 2의 B-B′에 따른 단면도.
도 4는 도 3의 저압 권선을 개략적으로 도시한 사시도.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저압 권선의 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 더하여 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변압기를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A′에 따른 단면도이다. 또한 도 3은 도 2의 B-B′에 따른 단면도이며, 도 4는 도 3의 저압 권선을 개략적으로 도시한 사시도이다.

먼저 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 변압기(100)는 철심(120) 및 권선(130)을 포함할 수 있다.

철심(120)은 자기력선의 통로 역할을 수행하는 부재이다. 일반적으로, 철심(120)은 철손을 감소시키기 위하여 박강판을 적층시킨 구조로 형성된다. 본 실시예에 있어서 철심(120)은 전기강판들을 적층시킨 구조로써, 전기강판은 규소를 포함하는 박강판일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

철심(120)은 상부 요크(121), 하부 요크(122), 레그(123)를 포함할 수 있다.

상부 요크(121)는 철심(120)의 상부를 형성하는 부재로, 막대 형태로 형성되어 길게 배치될 수 있다.

하부 요크(122)는 철심(120)의 하부를 형성하는 부재이다. 하부 요크(122)는 상부 요크(121)의 하측에서 상부 요크(121)와 평행하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 하부 요크(122)와 상부 요크(121)는 수평 방향을 따라 나란하게 배치될 수 있다.

레그(123)는 상부 요크(121)와 하부 요크(122)의 사이에 수직하게 배치되는 부재이다. 레그(123)는 상부 요크(121)와 하부 요크(122)의 사이에 수직 방향을 따라 복수개가 소정 간격으로 서로 이격되게 배치될 수 있다.

한편 본 실시예에서는 하나의 레그(123)만을 도시하였으나, 본 발명에 따른 변압기가 3상 변압기로 이용되는 경우, 레그(123)는 3개가 나란하게 이격 배치되며, 각각의 레그(123)에는 도 1에 도시된 바와 같이 권선(130)이 각각 배치될 수 있다.

또한?도 2에 도시된 바와 같이 본?실시예에?따른?레그(123)는 중심으로 갈수록 폭이 넓은 강판이 배치되고 양단으로 갈수록 폭이 좁은 강판이 배치될 수 있다.

권선(130)은 철심(120)에 감겨지는 와이어(wire) 형태 또는 포일(foil) 형태의 도전체일 수 있으며, 제1 권선(140)과 제2 권선(150)을 포함할 수 있다. 여기서 제1 권선(140)은 저압 권선(140, 또는 1차 권선)일 수 있으며, 제2 권선(150)은 고압 권선(150, 또는 2차 권선)일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에 있어서, 고압 권선(150)인 제2 권선(150)은 와이어 형태의 도전체가 파이프 형상으로 감겨져 형성되고, 저압 권선(140)인 제1 권선(140)은 포일(foil) 형태의 도전체가 파이프 형상으로 말려져 형성된다.

또한 저압 권선(140)과 고압 권선(150)은 철심(120)의 레그(123)에 상호 적층되며 권선된다. 본 실시예의 경우 철심(120)의 레그(123)에 인접하게 저압 권선(140)이 먼저 배치되고, 저압 권선(140)과 절연 거리를 확보하며 고압 권선(150)이 배치된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 본 실시예에 따른 변압기(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 포일 형태의 도전체에 의해 형성되는 저압 권선(140)에 적어도 하나의 와전류 차단부(160)가 형성된다.

와전류 차단부(160)는 슬릿(165)의 형태로 형성될 수 있다. 슬릿(165)은 파이프 형태로 형성된 저압 권선(140)의 외주면을 따라 형성되며 저압 권선(140)을 관통하는 구멍 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어 저압 권선(140)은 저압 권선(140)을 직경 방향으로 절단하는 홈의 형태로 형성될 수 있다.

슬릿(165)은 저압 권선(140)의 양단에서 인접한 위치에 형성된다. 이는 와전류가 주로 저압 권선(140)의 양단에서 발생하기 때문이다.

슬릿(165)은 와전류가 주로 형성되는 부분에 배치되어 와전류의 흐름을 방해한다. 따라서 슬릿(165)은 와전류의 흐름이나 형성을 용이하게 방해할 수 있도록 저압 권선(140)의 양단에서 일정 거리 이격된 위치에 형성된다.

여기서 슬릿(165)이 저압 권선(140)의 양단에서 이격되는 거리는 저압 권선(140)의 크기나 저압 권선(140)에 인가되는 전압, 자속 밀도 등에 따라 다를 수 있다. 예를 들어 슬릿(165)은 저압 권선(140) 전체 높이(또는 길이)의 약 1/10 ~ 1/12 의 거리로 저압 권선(140)의 양단에서 이격되어 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 슬릿(165)은 저압 권선(140)의 외부면을 따라 호 형으로 형성될 수 있다. 즉 슬릿(165)은 파이프 형태의 저압 권선(140)을 직경 방향으로 부분적으로 절단하여 형성되는 홈으로 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 하나의 저압 권선(140)에 2개의 와전류 차단부(160)가 형성되는 경우를 예로 들고 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 필요에 따라 3개 이상 형성할 수 있으며 저압 권선(140)의 크기에 따라 하나만 형성하는 것도 가능하다.

이상과 같이 구성되는 본 실시예에 따른 변압기는 넓은 면적을 갖는 포일 형태의 권선을 이용하면서 권선에 와전류가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 와전류 손실에 의해 변압기의 효율이 저하되는 것을 최소화할 수 있다. 또한 보다 작은 표면적의 도체로 저압 권선을 설계할 수 있어 변압기의 원가, 부피, 무게 등을 절감할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 변압기는 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.

도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저압 권선의 사시도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 변압기의 저압 권선(140)은 와전류 차단부(160)가 하나로 슬릿(165)으로 형성되지 않고 다수의 슬릿(165)들이 파선 형태로 형성된다.

또한 파선 형태를 형성하는 슬릿들(165) 사이로 와전류가 형성되는 것을 억제하기 위해 슬릿들(165)이 다수의 열로 나란하게 형성되되, 각 열의 슬릿들(165)은 인접한 열의 슬릿들(165)과 서로 엇갈리는 형태로 배치된다.

이 경우, 와전류 차단부(160)를 형성하는 슬릿들(165)이 저압 권선(140)의 외부면을 따라 전체적으로 고르게 배치될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

100: 변압기
120: 철심
130: 권선
140: 고압 권선, 제2 권선
150: 저압 권선, 제1 권선
160: 와전류 차단부
165: 슬릿

Claims (8)

1. 철심; 및
   상기 철심에 결합되는 제1 권선과 제2 권선;
   을 포함하며,
   상기 제1 권선은 포일(foil) 형태의 도전체에 의해 형성되고 내부에 적어도 하나의 와전류 차단부가 형성되는 변압기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 권선은 저압 권선이고, 상기 제2 권선은 고압 권선인 변압기.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 권선은,
   상기 도전체가 파이프 형상으로 말려져 형성되는 변압기.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 와전류 차단부는,
   상기 제1 권선에 형성된 적어도 하나의 슬릿을 포함하는 변압기.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 슬릿은,
   상기 제1 권선의 양단에서 인접한 위치에 각각 형성되는 변압기.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 슬릿은,
   상기 제1 권선을 직경 방향으로 절단하는 홈의 형상으로 형성되는 변압기.
   
7. 제5항에 있어서, 상기 슬릿은,
   다수개가 파선의 형태로 형성되는 변압기.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 슬릿은,
   다수의 열을 이루며 나란하게 배치되는 변압기.

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