KR101573813B1 - 저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법 - Google Patents

저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101573813B1
KR101573813B1 KR1020150092161A KR20150092161A KR101573813B1 KR 101573813 B1 KR101573813 B1 KR 101573813B1 KR 1020150092161 A KR1020150092161 A KR 1020150092161A KR 20150092161 A KR20150092161 A KR 20150092161A KR 101573813 B1 KR101573813 B1 KR 101573813B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
winding
leg
wound
transformer
frame
Prior art date
Application number
KR1020150092161A
Other languages
English (en)
Inventor
박훈양
Original Assignee
박훈양
주식회사 에너테크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 박훈양, 주식회사 에너테크 filed Critical 박훈양
Priority to KR1020150092161A priority Critical patent/KR101573813B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101573813B1 publication Critical patent/KR101573813B1/ko
Priority to PCT/KR2016/007771 priority patent/WO2017003271A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/346—Preventing or reducing leakage fields
    • H01F41/065—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/071—Winding coils of special form

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

본 발명은 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 변압기의 철심에 지그재그로 코일을 권취하고, 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유부하손실(stray loss)을 줄이도록 하나 이상의 슬롯(slot)이 형성된 타이 플레이트를 통해 코일의 권선 상태가 변형되지 않도록 지지하는 구조의 하이브리드 변압기를 제조할 수 있도록 하는, 저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 저손실 하이브리드 변압기는, 2차 코일의 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선이 철심의 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그에 지그재그 형태로 권취된 변압기 본체; 상기 변압기 본체의 상부를 고정하기 위한 상부 프레임과, 상기 변압기 본체의 하부를 고정하기 위한 하부 프레임 및 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 결합하여 상기 하이브리드 변압기의 측면을 고정하기 위한 측면 프레임을 구비하는 고정 프레임; 및 상기 변압기 본체와 상기 측면 프레임 사이에 삽입되어, 상기 변압기 본체의 권선 상태가 변형되지 않도록 지지하고, 상기 변압기 본체에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유부하손실(stray loss)을 줄이도록 하나 이상의 슬롯(slot)이 형성되어 있는 타이 플레이트(Tie Plate)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법{Low loss type hybrid transformer, and manufacturing method thereof}
본 발명은 저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 변압기의 철심에 지그재그로 코일을 권취하고, 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유부하손실(stray loss)을 줄이도록 하나 이상의 슬롯(slot)이 형성된 타이 플레이트를 통해 코일의 권선 상태가 변형되지 않도록 지지하는 구조의 하이브리드 변압기를 제조할 수 있도록 하는, 저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 송전소로부터 특고압(22,900V)으로 공급되는 전력은 변압기를 통해 가정이나 산업현장 등의 수용가에서 사용이 가능한 저압으로 변환되어 공급된다. 이때 변압기는 전자기 유도 현상을 이용하여 교류의 전압 또는 전류의 값을 변화시키는 장치로써 송배전 계통에서 가장 중요한 핵심 설비이다.
일반적인 변압기의 구조는 용량 및 전압에 따라서 차이를 보일 수 있지만, 공통적으로 변압기의 기능을 수행하기 위하여 권선과 철심을 필수적으로 포함하고, 이들 권선과 철심은 절연류로 충진된 몸체 안에 실장된다. 절연류는 권선의 절연물로 습기나 먼지가 침투하여 절연내력을 저하시키는 것을 방지함과 동시에 철심이나 권선에서 발생하는 열을 기름의 대류 및 복사를 통해 방열시키는 역할을 한다.
또한, 일반적인 변압기는 외부로부터 공급되는 고압의 전력을 권선으로 인가하는 접속 단자로서 고압 부싱과, 변압된 저압의 전력을 다시 외부로 인출하는 저압 부싱을 포함하고 있다. 즉, 주상 변압기는 고압 부싱을 통하여 인입되는 고압의 전력을 저압의 전력으로 변압하고, 저압 부싱을 통하여 수용가나 배전 선로로 공급한다.
한편, 저압 부싱 사이에는 강자성체인 몸체가 매질로 와류 자속의 통로가 되며, 이는 변압기 부하 손실 중 표유부하손실(stray loss)의 원인이 된다. 이러한 부하 손실은 권선외의 누설 자속이 변압기의 구조물과 쇄교하여 발생시키는 것으로, 전류가 큰 변압기일수록 매우 심각하게 증가한다.
이러한 부하 손실을 저감하기 위하여 근래의 변압기에는 2 개의 저압 부싱 사이의 일부를 절단하고, 스텐 용접을 하는 방법이 도입되었으나 손실 감소 효과는 크지 못하며, 절단 공정과 용접 공정을 수행해야 하는 번거로움과 변압기 생산성이 감소한다는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2012-0072443호(공개일 : 2012년07월04일)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 변압기의 철심에 지그재그로 코일을 권취하고, 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유부하손실(stray loss)을 줄이도록 하나 이상의 슬롯(slot)이 형성된 타이 플레이트를 통해 코일의 권선 상태가 변형되지 않도록 지지하는 구조의 하이브리드 변압기를 제조할 수 있도록 하는, 저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저손실 하이브리드 변압기는, 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그가 형성된 철심에 대해, 1차 코일의 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선이 상기 제1 레그와 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그에 동일한 방향으로 권취되고, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 2차 코일의 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선이 상기 제1 레그와 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그에 지그재그 형태로 권취된 변압기 본체; 상기 변압기 본체의 상부를 고정하기 위한 상부 프레임과, 상기 변압기 본체의 하부를 고정하기 위한 하부 프레임 및 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 결합하여 상기 변압기 본체의 측면을 고정하기 위한 측면 프레임을 구비하는 고정 프레임; 및 상기 변압기 본체와 상기 측면 프레임 사이에 삽입되어, 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일의 권선 상태가 변형되지 않도록 지지하고, 상기 변압기 본체에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유부하손실(stray loss)을 줄이도록 하나 이상의 슬롯(slot)이 형성되어 있는 타이 플레이트(Tie Plate)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임과 연결 결합되고, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 및 상기 측면 프레임에 의해 고정 결합된 상기 변압기 본체를 수납하기 위한 외함체(Housing)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 타이 플레이트와 동일한 크기와 형태를 가지고, 상기 타이 플레이트와 결합할 때 상기 하나 이상의 슬롯과 동일한 위치에 동일한 모양으로 하나 이상의 홈(hole)들이 형성되며, 상기 측면 프레임과 상기 타이 플레이트 사이에 고무 재질로 배치되어 완충 기능과 더불어 누설 자속을 차폐하기 위한 자기 차폐판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 변압기 본체와 상기 타이 플레이트 사이에 고무 재질의 자기 차폐판이 배치되고, 상기 타이 플레이트와 상기 측면 프레임 사이에 투자율이 높은 재질로 누설 자속을 상쇄시키고 와류자속 발생을 억제하여 표류부하 손실을 절감시키기 위한 2차 차폐판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부 프레임에는, 상기 변압기 본체가 안착될 수 있게 양측에 내면으로 절곡 형성된 상부 절곡부와, 상기 상부 절곡부의 양측에 볼트공을 형성한 상부 고정부, 및 상측면에 상기 외함체와의 고정을 위한 고정 브래킷이 구비될 수 있다.
또한, 상기 하부 프레임에는, 상기 변압기 본체가 안착될 수 있게 양측에 내면으로 절곡 형성된 하부 절곡부와, 상기 하부 절곡부의 양측에 볼트공을 형성한 하부 고정부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 측면 프레임은, 상기 상부 고정부와 접속하기 위한 볼트공이 형성된 상단 접속부와, 상기 하부 고정부와 접속하기 위한 볼트공이 형성된 하단 접속부, 및 납작한 막대 형태로 상기 상단 접속부와 상기 하단 접속부의 면에 직각을 이룬 상태로 상기 상단 접속부 및 상기 하단 접속부를 결속시키기 위한 막대형 지지바를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 레그에는 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되고, 상기 제2 레그에는 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되며, 상기 제3 레그에는 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취될 수 있다.
또한, 상기 제1 권선은 상기 제1 레그, 상기 제3 레그 및 상기 제1 레그의 순서로 권취되되, 상기 제1 레그, 상기 제3 레그, 상기 제1 레그, 상기 제3 레그 및 상기 제1 레그의 순서로 권취되고, 상기 제2 권선은 상기 제2 레그, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그의 순서로 권취되되, 상기 제2 레그, 상기 제1 레그, 상기 제2 레그, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그의 순서로 권취되며, 상기 제3 권선은 상기 제3 레그, 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그의 순서로 권취되되, 상기 제3 레그, 상기 제2 레그, 상기 제3 레그, 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그의 순서로 권취될 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저손실 하이브리드 변압기 제조 방법은, (a) 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그가 형성된 철심에 대해, 상기 제1 레그와 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그에 동일한 방향으로 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선을 권취하여 1차 코일을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 레그와 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그에, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해, 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선을 지그재그 형태로 권취하여 2차 코일을 형성하는 단계; (c) 상기 철심에 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일이 결합된 상기 변압기 본체를 하부 프레임에 안착시키고, 상기 변압기 본체를 상부 프레임에 결합하는 단계; (d) 상기 변압기 본체의 권선 상태가 변형되지 않도록 지지하고, 상기 변압기 본체에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유부하손실(stray loss)을 줄이도록 하나 이상의 슬롯(slot)이 형성되어 있는 타이 플레이트를 상기 변압기 본체와 상기 측면 프레임 사이에 위치시키고, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 상기 측면 프레임에 결합하는 단계; 및 (e) 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 및 상기 측면 프레임에 의해 고정 결합된 상기 변압기 본체를 외함체에 수납하고, 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임을 상기 외함체에 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계는, 상기 타이 플레이트와 동일한 크기와 형태를 가지고 상기 하나 이상의 슬롯과 동일한 위치에 동일한 모양으로 하나 이상의 홈(hole)들이 형성된 고무 재질의 자기 차폐판이 상기 측면 프레임과 상기 타이 플레이트 사이에 위치하여 상기 타이 플레이트와 결합되어 완충 기능과 더불어 누설 자속을 차폐할 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계는, 상기 변압기 본체와 상기 타이 플레이트 사이에 고무 재질의 자기 차폐판이 배치된 경우에, 투자율이 높은 재질의 2차 차폐판이 누설 자속을 상쇄시키고 와류자속 발생을 억제하여 표류부하 손실을 절감시키기 위해 상기 타이 플레이트와 상기 측면 프레임 사이에 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1 레그에는 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되고, 상기 제2 레그에는 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되며, 상기 제3 레그에는 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취될 수 있다.
그리고, 상기 제1 권선은 상기 제1 레그, 상기 제3 레그 및 상기 제1 레그의 순서로 권취되되, 상기 제1 레그, 상기 제3 레그, 상기 제1 레그, 상기 제3 레그 및 상기 제1 레그의 순서로 권취되고, 상기 제2 권선은 상기 제2 레그, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그의 순서로 권취되되, 상기 제2 레그, 상기 제1 레그, 상기 제2 레그, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그의 순서로 권취되며, 상기 제3 권선은 상기 제3 레그, 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그의 순서로 권취되되, 상기 제3 레그, 상기 제2 레그, 상기 제3 레그, 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그의 순서로 권취될 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 변압기에 의해 각각의 레그 상에서 자속(magnetic flux)의 크기는 동일하지만 부하에서 발생한 영상분 전류의 위상이 서로 반대가 되어 자속이 상쇄하게 됨에 따라 고조파 및 불평형 성분의 전류가 감소하게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 하나 이상의 슬롯(slot)이 형성된 타이 플레이트를 통해 코일의 권선 상태가 변형되지 않도록 지지하는 구조를 통해 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유부하손실(stray loss)을 저감시킬 수 있다.
따라서, 부하 손실을 저감하기 위해 저압 부싱 사이의 일부를 절단하고, 스텐 용접을 하는 절단 공정과 용접 공정을 수행해야 하는 번거로움과 변압기 생산성이 감소한다는 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저손실 하이브리드 변압기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 변압기 본체의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 본체의 일부 권선도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고정 프레임의 세부적인 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 타이 플레이트의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 저손실 하이브리드 변압기 제조 방법을 설명하기 위한 처리 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저손실 하이브리드 변압기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 저손실 하이브리드 변압기(100)는, 변압기 본체(110)와, 고정 프레임(120), 타이 플레이트(Tie Plate)(130), 외함체(Housing)(140)을 포함한다.
변압기 본체(110)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)가 형성된 철심(10)에 대해, 1차 코일(20)의 제1 권선(20a), 제2 권선(20b) 및 제3 권선(20c)이 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)에 동일한 방향으로 권취되고, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 2차 코일(200)의 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)이 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)에 지그재그 형태로 권취된다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 변압기 본체의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 본체의 일부 권선도이다. 본 발명의 실시예에 따른 변압기 본체(110)는 Δ-Y 형태의 변압기일 수 있다. 즉, 변압기 본체(110)의 1차 코일(20)은 Δ형으로 결선되고, 2차 코일(200)은 Y형으로 결선될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들에 따른 변압기 본체(110)의 결선 형태는 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 다양한 방법으로 결선할 수 있음은 당연하다. 다만, 이하, 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 Δ-Y 형태의 변압기를 예를 들어 설명한다.
철심(10)은 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)를 구비하며, 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)는 도 2와 같이 나란하게 위치할 수 있다. 철심(10)은 규소 강판이 사용되거나, 또는 아몰퍼스 금속(Amorphous Metal)이 사용될 수도 있다. 여기서, 아몰퍼스 금속이란, 철(Fe), 붕소(B), 규소(Si) 등이 혼합된 용융금속을 급속 냉각시킨 비정질 자성재료이다. 그러나, 이에 제한되지 않다.
1차 코일(20)은 Δ형으로 결선될 수 있다. 1차 코일(20)은 제1 권선(20a), 제2 권선(20b) 및 제3 권선(20c)을 포함하며, 제1 권선(20a), 제2 권선(20b) 및 제3 권선(20c)은 각각 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3레그(10c) 상에서 동일한 방향으로 권취될 수 있다. 이 때, 제1 권선(20a), 제2 권선(20b) 및 제3 권선(20c)은 각각 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c) 상에서 1회 이상 권취될 수 있으며, 예를 들어, 제1 권선(20a), 제2 권선(20b) 및 제3 권선(20c)의 권수비는 1:1:1일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
2차 코일(200)은 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)에 Y형으로 결선될 수 있다. 2차 코일(200)은 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)을 포함하며, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)에 지그재그 형태로 권취될 수 있다. 즉, 2차 코일(200)의 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)을 지그재그로 권선하여, 제2차 코일(200)에 흐르는 전류는 1차 코일(20)에 흐르는 전류에 의하여 철심(10)에 생성된 자속(magnetic flux)을 상쇄시키는 방향으로 흐르도록 조절한다.
즉, 변압기 본체(110)는 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c) 각각에 2차 코일(200)의 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)을 포함하는 그룹에서 선택된 두 종류의 권선이 교대로 권취되되, 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c) 각각에 권취된 두 종류의 권선이 권취 순서대로 철심(10)의 둘레에 중첩되어 권취되는 것이다.
이때, 2차 코일(200)의 지그재그 권선이란, 2차 코일(200)을 구성하는 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)이 철심(10)의 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)를 포함하는 그룹에서 선택된 둘 이상의 레그에 교차로 권선되는 것을 의미한다. 또는, 철심(10)의 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c) 각각에 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)을 포함하는 그룹에서 선택된 둘 이상의 권선이 교차로 권선되는 것을 의미한다.
예를 들어, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 본체(110)에서 2차 코일(200)의 제1 권선(210)은 제1 레그(10a), 제3 레그(10c), 제1 레그(10a), 제3 레그(10c) 및 제1 레그(10a)의 순서로 권취하고, 제2 권선(220)은 제2 레그(10b), 제1 레그(10a), 제2 레그(10b), 제1 레그(10a) 및 제2 레그(110b)의 순서로 권취한다. 또한, 2차 코일(200)의 제3 권선(230)은 제3 레그(10c), 제2 레그(10b), 제3 레그(10c), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)의 순서로 권취한다. 이 때, 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)은 각각 중성선(N)에 연결되도록 한다.
한편, 2차 코일(200)의 제1 권선(210)은 제1 레그(10a) 및 제3 레그(10c)에서 서로 반대방향으로 권취될 수 있으며, 제2 권선(220)은 제2 레그(10b) 및 제1 레그(10a)에서 서로 반대방향으로 권취될 수 있다. 또한, 제3권선(230)은 제3 레그(10c) 및 제2 레그(10b)에서 서로 반대방향으로 권취될 수 있다. 그러면, 각각의 레그(10a, 10b, 10c) 상에서 자속(magnetic flux)의 크기는 동일하지만 부하에서 발생한 영상분 전류의 위상이 서로 반대가 되어 자속이 상쇄되게 되며, 이에 따라 고조파 및 불평형 성분의 전류는 감소하게 된다.
2차 코일(200)에서 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)에 지그재그로 권취된 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)의 권수비는 각각 1:1:1:1:1 또는 1:2:2:2:1일 수 있다. 즉, 예를 들어, 제1레그(10a), 제3 레그(10c), 제1 레그(10a), 제3 레그(10c) 및 제1 레그(10a)의 순서로 권취된 제1 권선(210)의 권수비는 1:1:1:1:1 또는 1:2:2:2:1일 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 구현할 수 있는 범위 내에서 다양한 권수비로 권취될 수 있다.
또한, 1차 코일(20) 및 2차 코일(200)이 각각 Δ형 및 Y형으로 결선되는 경우, 1차 코일(20) 및 2차 코일(200) 사이에 혼촉 방지판(30)이 개재될 수 있다. 혼촉 방지판(30)은 2차 코일(200)보다 1차 코일(20)에 상대적으로 높은 전압이 인가될 경우에, 낮은 전압이 인가된 2차 코일(200) 측에 연결된 제1 부하(11a) 및 제2 부하(11b)에 발생하는 전기적 피해를 줄인다. 또한, 혼촉 방지판(130)은 전원과 제1 부하 및 제2 부하 사이에 발생하는 고조파의 유입을 방지한다.
고정 프레임(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 변압기 본체(110)의 상부를 고정하기 위한 상부 프레임(310)과, 변압기 본체(110)의 하부를 고정하기 위한 하부 프레임(320) 및 상부 프레임(310)과 하부 프레임(320)을 결합하여 변압기 본체(110)의 측면을 고정하기 위한 측면 프레임(330)을 구비한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고정 프레임의 세부적인 구성 예를 나타낸 도면이다.
또한, 상부 프레임(310)에는, 철심과 코일이 결합된 변압기 본체(110)가 안착될 수 있게 양측에 내면으로 절곡 형성된 상부 절곡부(311)와, 상부 절곡부의 양측에 볼트공을 형성한 상부 고정부(312), 및 상측면에 외함체(140)와의 고정을 위한 고정 브래킷(313)이 구비될 수 있다.
또한, 하부 프레임(320)에는, 철심과 코일이 결합된 변압기 본체(110)가 안착될 수 있게 양측에 내면으로 절곡 형성된 하부 절곡부(321)와, 하부 절곡부의 양측에 볼트공을 형성한 하부 고정부(322)가 구비될 수 있다.
또한, 측면 프레임(330)은, 상부 고정부와 접속하기 위한 볼트공이 형성된 상단 접속부(331)와, 하부 고정부(322)와 접속하기 위한 볼트공이 형성된 하단 접속부(332), 및 납작한 막대 형태로 상단 접속부와 하단 접속부의 면에 직각을 이룬 상태로 상단 접속부 및 하단 접속부를 결속시키기 위한 막대형 지지바(333)를 포함할 수 있다.
타이 플레이트(130)는 변압기 본체(110)와 측면 프레임(330) 사이에 삽입되어, 1차 코일(20) 및 2차 코일(200)의 권선 상태가 변형되지 않도록 지지하고, 1차 코일 및 2차 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유부하손실(stray loss)을 줄이도록 하나 이상의 슬롯(slot)이 형성되어 있다. 타이 플레이트(130)는 도 5에 도시된 바와 같이 슬롯을 하나 이상 다수 개로 형성되도록 할 수 있으며, 예를 들면 3 열로 형성할 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 타이 플레이트의 한 예를 나타낸 도면이다. 타이 플레이트는 그 위치가 다른 철 구조물에 비해 코일과 근접하고 있어서 누설 자속이 고밀도로 타이 플레이트(130)에 입사된다. 따라서 타이 플레이트(130)의 재료나 형태가 잘못 설계되면 변압기의 국부적인 온도 상승을 유발하게 되고, hot spot 주변의 절연물은 열화되며, 손실은 증가하게 된다. 변압기의 용량이 커질수록 표유 부하손을 저감하기 위한 타이 플레이트(130)의 최적화 설계는 매우 중요하다. 타이 플레이트(130)의 최적설계를 하기 전에 초기모델의 설계치를 검증하기 위해 철손을 계산한 결과 표 1과 같이 와류손 4.26kW를 포함하여 총손실은 22.66kW 발생한다.
1차측
정격전류		 2차측
정격전류		 최대자속
밀도B(T)
히스테리시스손 와류손 초과 총손실
437A 1515A 17884 4264 510 22658 3.197
여기서, 정격전류는 전압, 용량, 역률 0.8 기준으로 아래 수학식1과 같이 산출할 수 있다.
Figure 112015062791027-pat00001
위와 같이 산출된 1차와 2차 정격전류를 각 코일의 입력전류로 하여 정상 교류 자계 3차원(Steady state AC Magnetic 3D)으로 해석한 결과 총손실은 22.6kW로서 실제 설계치의 무부하손(철손)인 23.1kW와 비교하여 2%의 오차를 보임으로써 매우 근사한 계산결과를 나타내었다. 이 때 최대 자속밀도는 3.197T이다. 철손은 23.1kW보다 2% 작은 22.6kW로 오차를 줄일 수 있다. 즉, 타이 플레이트(130)의 슬롯의 형상 변화 설계로 표유 부하손을 줄일 수 있다. 타이 플레이트(130)의 최적 설계시 중요한 변수는 슬롯폭과 슬롯의 두께이다. 슬롯의 두께(T)는 철심을 지탱해 주는 타이 플레이트(130)의 특성상 기계적 강도를 고려해 다음 수학식2와 같이 산출할 수 있다.
Figure 112015062791027-pat00002
슬롯 폭의 값은 슬롯 두께에 영향을 미친다. 슬롯 두께는 저압 코일의 내경 범위 내에 있어야 하기 때문에 슬롯 폭의 값은 28mm보다 커서는 안된다. 또한 강도에 영향을 미치는 단면적을 고려하여 슬롯 폭의 값은 25mm보다 작아야 한다.
본 발명의 실시예에서 슬롯 폭의 최소값은 메쉬의 면적을 고려하여 5mm로 지정하였고 최대값은 15mm로 정하였다. 각 슬롯 폭의 변화에 따른 해석결과는 타이 플레이트의 슬롯이 없는 모델은 1049W이고 슬롯이 3개 있는 모델은 870W 이하로 해석결과가 나왔다. 슬롯 폭은 기계적 강도로 인하여 타이 플레이트의 두께에 영향을 미치므로 코어의 폭이 470mm이고 코일에 넘어서지 않기 위해 최대 15mm로 슬롯 폭을 정하고 최대치인 15mm로 해석하였을 때 최소 손실값은 846W가 나온다. 그러나 실제로 설계할 시에는 폭과 두께의 수치를 간단히 할 필요가 있다.
실제 설계시를 반영한 수치인 슬롯 폭이 10mm 두께가 15mm로 할 때의 손실값은 826W으로 최소 손실보다도 20W가량 감소한다. 또한 슬롯이 없는 모델과 비교하여 233W의 손실이 감소하였다. 실제로 제작된 슬롯폭은 5mm로 해석결과와 비교하였을 때 868W로 최적 설계치와 42W의 감소효과를 볼 수 있다. 슬롯 폭이 5mm의 경우 전체 손실 감소는 543W로서 효율 상승에 약 0.3%의 효과를 가져오므로 전체 효율이 약 99.30%로 개선된다. 또한 Tie-Plate에 슬롯이 생기면서 철심을 받쳐주는 힘이 작아져 두께를 늘렸으므로 최적모델의 부피가 약 1.18배로 증가한다.
외함체(140)는 상부 프레임 및 하부 프레임과 연결 결합되고, 상부 프레임과 하부 프레임 및 측면 프레임에 의해 상호 고정 결합되며, 철심에 1차 코일 및 2차 코일이 권취된 변압기 본체(110)를 고정하고 있는 고정 프레임(120)을 수납한다.
한편, 전술한 구성 이외에 도시하지는 않았지만 자기 차폐판 및 2차 차폐판을 더 포함할 수 있다. 자기 차폐판은 측면 프레임과 상기 타이 플레이트 사이에 고무 재질로 배치되고, 타이 플레이트와 동일한 크기와 형태를 가지고, 타이 플레이트와 결합할 때 하나 이상의 슬롯과 동일한 위치에 동일한 모양으로 하나 이상의 홈(hole)들이 형성되며, 완충 기능과 더불어 누설 자속을 차폐하게 된다.
2차 차폐판은 투자율이 높은 재질 또는 고무 재질로서, 변압기 본체(110)와 타이 플레이트(130) 사이에 배치되고, 타이 플레이트와 측면 프레임 사이에 누설 자속을 상쇄시키고 와류자속 발생을 억제하여 표류부하 손실을 절감시키게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 저손실 하이브리드 변압기 제조 방법을 설명하기 위한 처리 흐름도이다.
먼저, 변압기의 표유 부하손은 변압기 용량에 적합한 프레임이나 타이 플레이트의 설계가 전자기적인 특성 분석과 평가를 통해 이루어지지 않을 경우 전체 손실의 20%를 초과할 수 있다. 또한 변압기의 용량이 증가하게 되면 철 구조물의 누설자속 입사량이 급격히 증가하게 되어 표유 부하손은 급증하므로 용량이 커질수록 변압기의 고효율화를 위해서는 표유 부하손 저감을 위한 설계와 제조법이 필요하다. 표유 부하손은 다음 수학식3을 적용하여 계산할 수 있다.
Figure 112015062791027-pat00003
여기서, k는 히스테리시스 손실 계수, ke는 포화 손실 계수, σ는 도전율, d는 강판의 두께, f는 주파수, Bm은 자속밀도의 피크 값을 나타낸다.
히스테리시스 손실은 최대자속밀도의 제곱에 비례하고 주파수에 반비례하며, 와전류 손실은 최대자속밀도와 주파수의 제곱에 비례하고, 포화 손실은 1.5를 지수로 비례한다. 이에 Bertotti 손실계수 k와 ke를 적용하여 손실밀도(dW)를 산출하고 적층율 적용과 체적 적분을 통해서 손실값을 계산한다. 이때 Bertotti 손실계수 k와 ke는 재질의 밀도, 도전율, 적층두께, 주파수, 적층율과 손실 그래프 정보를 가지고 산출한다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 저손실 하이브리드 변압기(100)를 제조하기 위해서는, 먼저 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)가 형성된 철심(10)에 대해, 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)에 동일한 방향으로 제1 권선(20a), 제2 권선(20b) 및 제3 권선(20c)을 권취하여 1차 코일(20)을 형성한다(S610).
이어, 철심(10)의 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)에, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해, 제1 권선(210)과 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)을 지그재그 형태로 권취하여 2차 코일(200)을 형성한다(S620).
따라서, 1차 코일(20) 및 2차 코일(200)이 형성됨에 따라 변압기 본체(110)가 만들어진다. 이에 대해, 도 2 및 도 3을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 변압기 본체(110)는 상술한 바와 같이 2차 코일(200)의 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)이 철심(110)의 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c)에 지그재그로 권취된다. 이 때, 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c) 각각에는 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)을 포함하는 그룹에서 선택된 두 종류의 권선이 교대로 권취될 수 있다. 즉, 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c) 각각에 권취된 두 종류의 권선은 권취 순서대로 철심(10) 둘레에 중첩되어 권취될 수 있다.
여기서, 철심(10) 둘레에 중첩되어 권취된다는 것은 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c) 중의 하나의 축에 수직인 평면에 중첩되어 권취된다는 것을 의미한다. 즉, 도 2 에는 권선 방법을 설명하기 위하여, 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c) 상의 서로 다른 위치에 2차 코일(200)의 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)이 권취된 도면을 도시하였다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 본체(110)의 실제적인 구성은 2차 코일(200)의 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)이 권취되는 순서대로, 각 레그(10a, 10b, 10c)에 중첩되어 권취된다.
이 때, 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c) 각각에는 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제3 권선(230)을 포함하는 그룹에서 선택된 두 종류의 권선이 교대로 권취될 수 있는데, 제1 레그(10a), 제2 레그(10b) 및 제3 레그(10c) 각각에 첫번째로 권취된 권선은 각각의 레그와 접하여 권취될 수 있다. 또한, 권취된 권선은 권취되는 순서대로 권취된 레그(10a, 10b, 10c)와의 이격거리가 커지도록 권취될 수 있다.
구체적으로, 제1 레그(10a)에는 제1 권선(210), 제2 권선(220), 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제1 권선(210)이 순차적으로 중첩되어 권취된다. 이 때, 권취된 권선들은 서로 절연되도록 권취된다. 즉, 제1 레그(10a)에 순차적으로 권취된 제1 권선(210), 제2 권선(220), 제1 권선(210), 제2 권선(220) 및 제1 권선(210)은 서로 소정 간격씩 이격되어 형성되어, 서로 절연되도록 한다. 이 때, 최외각에 위치하는 제1 권선(210) 외측에는 1차 코일(20)의 제1 권선(20a)이 권취될 수 있다. 이 때, 1차 코일(20)의 제1 권선(20a)은 최외각에 위치한 2차 코일(200)의 제1 권선(210)과 서로 이격되어 위치한다. 한편, 제1 레그(10a)의 최외각에 위치한 2차 코일(200)의 제1 권선(210)이 중성선(N)과 연결될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 2차 코일(200)의 제1 권선(210)이 중성선(N)과 연결되면, 해당 제1 권선(210)의 위치는 중요하지 않다.
제2 레그(10b)에는 제2 권선(220), 제3 권선(230), 제2 권선(220), 제3 권선(230) 및 제2 권선(220)이 순차적으로 중첩되어 권취되며, 권취된 권선들은 서로 절연되도록 권취된다. 즉, 제2 레그(10b)에 순차적으로 권취된 제2 권선(220), 제3 권선(230), 제2 권선(220), 제3 권선(230) 및 제2 권선(220)은 서로 소정 간격씩 이격되게 형성되어, 서로 절연되도록 한다. 이 때, 최외각에 위치하는 제2 권선(220) 외측에는 1차 코일(20)의 제2 권선(20b)이 권취될 수 있다. 이 때, 1차 코일(20)의 제2 권선(20b)은 최외각에 위치한 2차 코일(200)의 제2 권선(220)과 서로 이격되어 위치한다. 한편, 제2 레그(10b)의 최외각에 위치한 2차 코일(200)의 제2 권선(220)이 중성선(N)과 연결될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 2차 코일(200)의 제2 권선(220)이 중성선(N)과 연결되면, 해당 제2 권선(220)의 위치는 중요하지 않다.
제3 레그(10c)에는 제3 권선(230), 제1 권선(210), 제3 권선(230), 제1 권선(210) 및 제3 권선(230)이 순차적으로 중첩되어 권취되며, 권취된 권선들은 서로 절연되도록 권취된다. 즉, 제3 레그(10c)에 순차적으로 권취된 제3 권선(230), 제1 권선(210), 제3 권선(230), 제1 권선(210) 및 제3 권선(230)은 서로 소정 간격씩 이격되게 형성되어, 서로 절연되도록 한다. 이 때, 최외각에 위치하는 제3 권선(230) 외측에는 1차 코일(20)의 제3 권선(20c)이 권취될 수 있다. 이 때, 1차 코일(20)의 제3 권선(20c)은 최외각에 위치한 2차 코일(200)의 제3 권선(230)과 서로 이격되어 위치한다. 한편, 제3 레그(10c)의 최외각에 위치한 2차 코일(200)의 제3 권선(230)이 중성선(N)과 연결될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 2차 코일(200)의 제3 권선(230)이 중성선(N)과 연결되면, 해당 제3 권선(230)의 위치는 중요하지 않다.
이어, 철심에 1차 코일 및 2차 코일이 결합된 변압기 본체(110)의 하부를 하부 프레임(320)에 안착시켜 결합하고, 변압기 본체(110)의 상부를 상부 프레임(310)에 결합한다(S630).
이때, 상부 프레임(310)에는 고정 브래킷(313)이 구비되어 있는 바, 고정 브래킷(313)은 전술한 바와 같은 모든 구성 요소들이 결합된 고정 프레임(120)이 외함체(140)에 고정될 수 있도록 하기 위한 것으로써, 볼트에 의해 고정된다.
이어, 변압기 본체(110)와 측면 프레임(330)의 사이에 타이 플레이트(130)를 위치시키고, 상부 프레임(310)과 하부 프레임(320)을 측면 프레임(330)에 결합한다(S640).
이때, 타이 플레이트(130)에는 권선 상태가 변형되지 않도록 지지하고, 1차 코일(20) 및 2차 코일(200)에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유부하손실(stray loss)을 줄이도록 하나 이상의 슬롯(slot)이 형성되어 있다.
또한, 타이 플레이트(130)와 동일한 크기와 형태를 가지는 자기 차폐판은 하나 이상의 슬롯과 동일한 위치에 동일한 모양으로 하나 이상의 홈(hole)들이 형성된 고무 재질로서, 측면 프레임(330)과 타이 플레이트(130) 사이에 위치하여 타이 플레이트(130)와 결합되어 완충 기능과 더불어 누설 자속을 차폐하는 기능을 할 수 있다.
또한, 변압기 본체(110)와 타이 플레이트(130) 사이에 고무 재질의 자기 차폐판이 배치된 경우에, 투자율이 높은 재질의 2차 차폐판이 누설 자속을 상쇄시키고 와류자속 발생을 억제하여 표류부하 손실을 절감시키기 위해 타이 플레이트(130)와 측면 프레임(330) 사이에 결합될 수 있다.
이어, 상부 프레임(310)과 하부 프레임(320) 및 측면 프레임(330)에 의해 고정 결합된 변압기 본체(110)를 외함체(140)에 수납하고, 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(320)을 외함체(140)에 결합한다(S650).
측면 프레임(330)의 상단 접속부(331)는 상부 프레임(310)을 덮을 수 있도록 구부러진 형태로 구성할 수 있으며, 상단 접속부(331)의 측면에는 장공형의 볼트공이 형성되어 있어 볼트에 의해 상부 프레임(310)의 고정부(312)와 연결되고, 상단부(331)의 상측면에도 볼트공이 형성되어 있어 볼트에 의해 상부 프레임(310)에 연결될 수 있다.
또한, 측면 프레임(330)의 하단 접속부(331)에는 하단 프레임(320)의 고정부(322)와 볼트에 의해 연결될 수 있도록 볼트공이 형성되어 있다. 그리고, 상단 접속부(331) 중 아래쪽을 향하는 일면 및 하단 접속부(332) 중 윗쪽을 향하는 일면에는 막대형 지지바(333)가 끼워질 수 있는 홈이 형성되어 있어, 막대형 지지바(333)는 홈에 용접된 상태로 상단 접속부(331)와 하단 접속부(332)를 연결하는 동시에 타이 플레이트(130)를 지지하고 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 변압기의 철심에 지그재그로 코일을 권취하고, 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유부하손실(stray loss)을 줄이도록 하나 이상의 슬롯(slot)이 형성된 타이 플레이트를 통해 코일의 권선 상태가 변형되지 않도록 지지하는 구조의 하이브리드 변압기를 제조할 수 있도록 하는, 저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 철심 10a : 제1 레그
10b : 제2 레그 10c : 제3 레그
20 : 1차 코일 20a : 제1 권선
20b : 제2 권선 20c : 제3 권선
30 : 혼촉 방지판 100 : 저손실 하이브리드 변압기
110 : 변압기 본체 120 : 고정 프레임
130 : 타이 플레이트 140 : 외함체
200 : 2차 코일 210 : 제1 권선
220 : 제2 권선 230 : 제3 권선
310 : 상부 프레임 311 : 상부 절곡부
312 : 상부 고정부 313 : 고정 브래킷
320 : 하부 프레임 321 : 하부 절곡부
322 : 하부 고정부 330 : 측면 프레임
331 : 상단 접속부 332 : 하단 접속부
333 : 막대형 지지바

Claims (14)

  1. 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그가 형성된 철심에 대해, 1차 코일의 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선이 상기 제1 레그와 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그에 동일한 방향으로 권취되고, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 2차 코일의 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선이 상기 제1 레그와 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그에 지그재그 형태로 권취된 변압기 본체;
    상기 변압기 본체의 상부를 고정하기 위한 상부 프레임과, 상기 변압기 본체의 하부를 고정하기 위한 하부 프레임 및 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 결합하여 상기 변압기 본체의 측면을 고정하기 위한 측면 프레임을 구비하는 고정 프레임; 및
    상기 1차 코일 및 상기 2차 코일과 상기 측면 프레임 사이에 삽입되어, 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일의 권선 상태가 변형되지 않도록 지지하고, 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유부하손실(stray loss)을 줄이도록 하나 이상의 슬롯(slot)이 형성되어 있는 타이 플레이트(Tie Plate);
    를 포함하는 저손실 하이브리드 변압기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임과 연결 결합되고, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 및 상기 측면 프레임에 의해 고정 결합된 상기 변압기 본체를 수납하기 위한 외함체(Housing);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저손실 하이브리드 변압기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 타이 플레이트와 동일한 크기와 형태를 가지고, 상기 타이 플레이트와 결합할 때 상기 하나 이상의 슬롯과 동일한 위치에 동일한 모양으로 하나 이상의 홈(hole)들이 형성되며, 상기 측면 프레임과 상기 타이 플레이트 사이에 고무 재질로 배치되어 완충 기능과 더불어 누설 자속을 차폐하기 위한 자기 차폐판;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저손실 하이브리드 변압기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 코일 및 상기 2차 코일과 상기 타이 플레이트 사이에 고무 재질의 자기 차폐판이 배치되고, 상기 타이 플레이트와 상기 측면 프레임 사이에 누설 자속을 상쇄시키고 와류자속 발생을 억제하여 표류부하 손실을 절감시키기 위한 2차 차폐판;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저손실 하이브리드 변압기.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부 프레임에는, 상기 철심에 결합된 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일이 안착될 수 있게 양측에 내면으로 절곡 형성된 상부 절곡부와, 상기 상부 절곡부의 양측에 볼트공을 형성한 상부 고정부, 및 상측면에 상기 외함체와의 고정을 위한 고정 브래킷이 구비된 것을 특징으로 하는 저손실 하이브리드 변압기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 하부 프레임에는, 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일이 결합된 상기 철심이 안착될 수 있게 양측에 내면으로 절곡 형성된 하부 절곡부와, 상기 하부 절곡부의 양측에 볼트공을 형성한 하부 고정부가 구비된 것을 특징으로 하는 저손실 하이브리드 변압기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 측면 프레임은, 상기 상부 고정부와 접속하기 위한 볼트공이 형성된 상단 접속부와, 상기 하부 고정부와 접속하기 위한 볼트공이 형성된 하단 접속부, 및 납작한 막대 형태로 상기 상단 접속부와 상기 하단 접속부의 면에 직각을 이룬 상태로 상기 상단 접속부 및 상기 하단 접속부를 결속시키기 위한 막대형 지지바를 포함하는 것을 특징으로 하는 저손실 하이브리드 변압기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 레그에는 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되고,
    상기 제2 레그에는 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되며,
    상기 제3 레그에는 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취된 것을 특징으로 하는 저손실 하이브리드 변압기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 권선은 상기 제1 레그, 상기 제3 레그 및 상기 제1 레그의 순서로 권취되되, 상기 제1 레그, 상기 제3 레그, 상기 제1 레그, 상기 제3 레그 및 상기 제1 레그의 순서로 권취되고,
    상기 제2 권선은 상기 제2 레그, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그의 순서로 권취되되, 상기 제2 레그, 상기 제1 레그, 상기 제2 레그, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그의 순서로 권취되며,
    상기 제3 권선은 상기 제3 레그, 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그의 순서로 권취되되, 상기 제3 레그, 상기 제2 레그, 상기 제3 레그, 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그의 순서로 권취된 것을 특징으로 하는 저손실 하이브리드 변압기.
  10. (a) 제1 레그와 제2 레그 및 제3 레그가 형성된 철심에 대해, 상기 제1 레그와 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그에 동일한 방향으로 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선을 권취하여 1차 코일을 형성하는 단계;
    (b) 상기 제1 레그와 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그에, 배전 계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해, 제1 권선과 제2 권선 및 제3 권선을 지그재그 형태로 권취하여 2차 코일을 형성하는 단계;
    (c) 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일이 형성된 상기 철심을 하부 프레임에 안착시키고, 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일을 상부 프레임에 결합하는 단계;
    (d) 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일의 권선 상태가 변형되지 않도록 지지하고, 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일에서 발생된 누설 자속을 억제하여 표유부하손실(stray loss)을 줄이도록 하나 이상의 슬롯(slot)이 형성되어 있는 타이 플레이트를 변압기 본체와 측면 프레임 사이에 위치시키고, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 상기 측면 프레임에 결합하는 단계; 및
    (e) 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 및 상기 측면 프레임에 의해 고정 결합된 상기 변압기 본체를 외함체에 수납하고, 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임을 상기 외함체에 결합하는 단계;
    를 포함하는 저손실 하이브리드 변압기 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 상기 타이 플레이트와 동일한 크기와 형태를 가지고 상기 하나 이상의 슬롯과 동일한 위치에 동일한 모양으로 하나 이상의 홈(hole)들이 형성된 고무 재질의 자기 차폐판이 상기 측면 프레임과 상기 타이 플레이트 사이에 위치하여 상기 타이 플레이트와 결합되어 완충 기능과 더불어 누설 자속을 차폐하는 것을 특징으로 하는 저손실 하이브리드 변압기 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일과 상기 타이 플레이트 사이에 고무 재질의 자기 차폐판이 배치된 경우에, 상기 타이 플레이트와 상기 측면 프레임 사이에 누설 자속을 상쇄시키고 와류자속 발생을 억제하여 표류부하 손실을 절감시키기 위한 2차 차폐판이 결합된 것을 특징으로 하는 저손실 하이브리드 변압기 제조 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 레그에는 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선, 제2 권선, 제1 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되고,
    상기 제2 레그에는 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선, 제3 권선, 제2 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되며,
    상기 제3 레그에는 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취되되, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선, 제1 권선, 제3 권선이 순차적으로 중첩되어 권취된 것을 특징으로 하는 저손실 하이브리드 변압기 제조 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 권선은 상기 제1 레그, 상기 제3 레그 및 상기 제1 레그의 순서로 권취되되, 상기 제1 레그, 상기 제3 레그, 상기 제1 레그, 상기 제3 레그 및 상기 제1 레그의 순서로 권취되고,
    상기 제2 권선은 상기 제2 레그, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그의 순서로 권취되되, 상기 제2 레그, 상기 제1 레그, 상기 제2 레그, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그의 순서로 권취되며,
    상기 제3 권선은 상기 제3 레그, 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그의 순서로 권취되되, 상기 제3 레그, 상기 제2 레그, 상기 제3 레그, 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그의 순서로 권취된 것을 특징으로 하는 저손실 하이브리드 변압기 제조 방법.
KR1020150092161A 2015-06-29 2015-06-29 저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법 KR101573813B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150092161A KR101573813B1 (ko) 2015-06-29 2015-06-29 저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법
PCT/KR2016/007771 WO2017003271A1 (ko) 2015-06-29 2016-07-18 저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150092161A KR101573813B1 (ko) 2015-06-29 2015-06-29 저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101573813B1 true KR101573813B1 (ko) 2015-12-02

Family

ID=54883555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150092161A KR101573813B1 (ko) 2015-06-29 2015-06-29 저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101573813B1 (ko)
WO (1) WO2017003271A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190043785A (ko) * 2017-10-19 2019-04-29 박훈양 표유 부하손 저감을 위한 변압기 타이 플레이트 및 그 제조 방법
KR20190043784A (ko) * 2017-10-19 2019-04-29 박훈양 하이브리드 변압기의 표유 부하손 저감 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100534144B1 (ko) 2003-10-09 2005-12-06 김봉옥 전압과 전류의 균형을 개선한 고조파 저감장치
KR100659984B1 (ko) 2005-12-28 2006-12-22 주식회사 에너테크 하이브리드 방식의 고조파 저감 장치
KR100740349B1 (ko) 2005-08-01 2007-07-19 염승엽 삼상 3레그 전력 절전 및 고조파 감쇄 변압기
KR100825058B1 (ko) 2008-01-30 2008-04-24 주식회사 에너테크 고조파 감쇄 변압기

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100805921B1 (ko) * 2006-09-29 2008-02-21 삼정전기공업 주식회사 변압기용 코일지지 프레임 구조

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100534144B1 (ko) 2003-10-09 2005-12-06 김봉옥 전압과 전류의 균형을 개선한 고조파 저감장치
KR100740349B1 (ko) 2005-08-01 2007-07-19 염승엽 삼상 3레그 전력 절전 및 고조파 감쇄 변압기
KR100659984B1 (ko) 2005-12-28 2006-12-22 주식회사 에너테크 하이브리드 방식의 고조파 저감 장치
KR100825058B1 (ko) 2008-01-30 2008-04-24 주식회사 에너테크 고조파 감쇄 변압기

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190043785A (ko) * 2017-10-19 2019-04-29 박훈양 표유 부하손 저감을 위한 변압기 타이 플레이트 및 그 제조 방법
KR20190043784A (ko) * 2017-10-19 2019-04-29 박훈양 하이브리드 변압기의 표유 부하손 저감 방법
KR101977483B1 (ko) * 2017-10-19 2019-05-10 박훈양 하이브리드 변압기의 표유 부하손 저감 방법
KR101997981B1 (ko) 2017-10-19 2019-07-08 박훈양 표유 부하손 저감을 위한 변압기 타이 플레이트 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017003271A1 (ko) 2017-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9601256B2 (en) Wound iron core for static apparatus, amorphous transformer and coil winding frame for transformer
US6750749B2 (en) Amorphous metal core transformer
US8497755B2 (en) Hybrid transformer with transformation and improved harmonics functions, unbalanced current, and a power supply system thereof
JP6397349B2 (ja) 三相五脚型鉄心および静止電磁機器
TWI595517B (zh) Static induction electrical appliances
KR101573813B1 (ko) 저손실 하이브리드 변압기 및 그 제조 방법
US20110148556A1 (en) Power quality improvement device and power supply system
EP2187408A1 (en) Iron core reactor
EP2909846A1 (en) Transformer having an interlocking core frame
CA2697053C (en) Leading-out device of reactor coil and iron core reactor comprising it
JP2008177325A (ja) 静止誘導電器
EP3062319B1 (en) Transformer for reducing eddy current losses of coil
WO2020148942A1 (ja) 静止誘導機器
CN112259339A (zh) 一种变压器、变压器铁芯及变压器铁芯的制造方法、装置
KR20160121966A (ko) 변압기의 권선 절연 구조
KR101997981B1 (ko) 표유 부하손 저감을 위한 변압기 타이 플레이트 및 그 제조 방법
JP7149908B2 (ja) 静止誘導機器
KR102555275B1 (ko) 변압장치용 철심구조
JP7176306B2 (ja) 変圧器
KR101977483B1 (ko) 하이브리드 변압기의 표유 부하손 저감 방법
WO2017217332A1 (ja) 電磁機器の鉄心接合部構造
JP2023134957A (ja) 静止電磁機器
López-Fernández Large-Shell-Type Transformers: Aspects of Design
KR20170065077A (ko) 철심 및 이를 구비하는 변압기
Chaw et al. Design comparison for rectangular and round winding distribution transformer (1000 kVA)

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
N231 Notification of change of applicant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170328

Year of fee payment: 7