KR102312367B1 - 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기 - Google Patents

2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변압기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2-입력 및 2-출력을 가지는 고압 절연 변압기에 관한 것이다.

Description

2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기 {High voltage isolation transformer having two input and two output}
본 발명은 변압기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2-입력 및 2-출력을 가지는 고압 절연 변압기에 관한 것이다.
일반적인 고압 절연 변압기는 고압의 절연을 확보하기 위하여 변압기 전체를 절연유로 담궈 절연하는 방식이 주로 이용하거나 권선부만 몰드하여 사용한다.
그러나 종래의 고압 절연 변압기는, 다음과 같은 문제점들이 있다.
1. 오일 관리 문제
종래 기술의 변압기에서 오일 절연 방식의 경우, 폐오일의 환경적인 이슈가 지속적으로 논의되어 왔으며, 오일을 순환하기 위한 기구물로 인해 부피가 크고 관리가 힘든 문제점이 있다.
2. 접지 문제
몰드 변압기의 경우 기존에는 주로 철심 코어를 이용하는 저주파 변압기에 적용되는데, 일반적으로 코어를 접지하고 권선부만 몰드하는 방안이 이용된다.
그런데 고주파로 동작하기 위해 페라이트 코어를 사용하는 경우에는 코어에 따라 접지가 잡히지 않는 경우가 있으며, 특히, 변압기 양단의 전위차가 커서 코어에 유도되는 전압이 일정 이상이 되면 코로나 방전을 포함한 플로팅 방전 등이 발생하게 되어 변압기의 내구성에 문제가 생기게 되는 문제점이 있다.
3. 커플링 계수 불균형 문제
고압을 절연하는 다권선 변압기는, 절연을 위한 설계로 인해 권선의 배치가 대칭을 이루지 않는 경우가 많으므로, 변압기의 커플링 계수가 균형을 이루지 않는 경우가 많은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 2-입력 2-출력을 갖는 변압기에 있어서 입출력단 간의 전위차, 입력단 간의 전위차, 출력단 간의 전위차에 대하여 모두 절연상태를 유지할 수 있는 2-입력 2-출력을 갖는 변압기를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 제1-1차권선부(110)와, 제1-2차권선부(120)와, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)를 포함하는 2-입력 2-출력을 갖는 변압기로서, 상기 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되며 중앙에 철심이 삽입되도록 제1관통공(419)이 형성된 제1보빈(410)과; 상기 제1보빈(410)이 삽입되는 제2관통공(429)이 형성되며 상기 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 상하로 권선되는 제2보빈(420)과; 상기 제2보빈(420)이 삽입되는 제3관통공(439)이 형성되며 상기 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되는 제3보빈(430)과; 'E'자 형상을 이루어 중앙단부(311)가 상기 제1보빈(410)의 제1관통공(419)에 상측에서 삽입되며 한 쌍의 측단부(312)가 상기 제3보빈(430)을 외주 측에 위치되는 제1철심부(310)과; 상기 제1철심부(310)에 대향되며 'E'자 형상을 이루어 중앙단부(321)가 상기 제1보빈(410)의 제1관통공(419)에 하측에서 삽입되며 한 쌍의 측단부(322)가 상기 제3보빈(430)을 외주 측에 위치되는 제2철심부(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기를 개시한다.
상기 제1철심부(310) 및 상기 제2철심부(320)는, 상기 중앙단부(321)가 분리된 'U'형상의 한 쌍의 철심으로 이루어질 수 있다.
상기 제1보빈(410)은, 상기 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되는 허브부(411)와; 상기 허브부(411)의 상단 및 하단에서 외주 측으로 연장되는 플랜지부(412)를 포함할 수 있다.
상기 제2보빈(420)은, 상기 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 상하로 권선되는 허브부(421)와; 상기 허브부(421)의 상단 및 하단에서 외주 측으로 연장되는 플랜지부(422)와; 상기 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 상하로 구획되어 권선되도록 상기 허브부(421)로부터 외주 측으로 연장되는 구획부(423)를 포함할 수 있다.
상기 제3보빈(430)은, 상기 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 나머지 하나가 권선되는 허브부(431)와; 상기 허브부(431)의 상단 및 하단에서 외주 측으로 연장되는 플랜지부(432)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 변압기는, 상기 제1보빈(410), 상기 제2보빈(420) 및 상기 제3보빈(430)과; 제1-1차권선부(110)와, 제1-2차권선부(120)와, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)와; 상기 제1철심부(310) 및 상기 제2철심부(320) 중 적어도 일부를 몰딩하는 몰딩부(500)를 포함할 수 있다.
상기 몰딩부(500)는, 상기 제1보빈(410), 상기 제2보빈(420) 및 상기 제3보빈(430)과; 제1-1차권선부(110)와, 제1-2차권선부(120)와, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)과; 상기 제1철심부(310) 및 상기 제2철심부(320) 중 상기 제1보빈(410)에 삽입되는 부분을 몰딩할 수 있다.
상기 몰딩부(500)의 상단 및 하단은, 각각 상기 제1철심부(310) 및 상기 제2철심부(320)의 수평부분과 간격(G)을 두고 이격되어 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기는, 제1보빈, 제2보빈 및 제3보빈, 즉 내부보빈, 중간보빈 및 외부보빈으로 이루어진 3개의 보빈을 이용하고 중간보빈은 상하로 구획된 섹션 보빈을 사용함으로써 입출력단 간의 전위차, 입력단간의 전위차, 출력단 간의 전위차에 대하여 모두 절연상태를 유지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기는, 상기와 같은 구조에 의하여, 입출력간에 수십 kV의 고압 절연을 요구하고, 입력단간 또는 출력단 간에도 Litz wire의 절연 내력을 넘어서는 전위차가 발생하는 2-입력 2-출력의 고압 절연 고주파 변압기에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 2-입력 2-출력을 갖는 변압기는, 상기와 같은 구조에 의하여, 고압 절연 변압기에서 발생하는, 부분 방전 현상 특히, 코로나 방전과 플로팅 방전을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 2-입력 2-출력을 갖는 변압기는, 상기와 같은 구조에 의하여, 1차단과 2차단 간 또는 1차단과 3차단 간의 커플링 계수를 근사하게 가져갈 수 있다.
도 1은, 종래의 변압기 회로도로서 2입력 2출력을 가지는 변압기의 회로도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 2-입력 2-출력을 갖는 변압기의 회로도이다.
도 3은, 도 2의 변압기로서 몰딩 후의 예를 보여주는 사시도이다.
도 4는, 도 2의 변압기로서 몰딩 후의 또 다른 예를 보여주는 사시도이다.
도 5는, 도 3 및 도 4의 변압기 중 제1보빈, 제2보빈 및 제3보빈을 보여주는 분해 사시도이다.
도 6은, 도 3의 변압기의 횡단면도이다.
도 7은, 도 3의 변압기에서 변형된 철심구조를 가지는 도 3의 변압기의 횡단면도이다.
도 8은, 도 4의 변압기의 횡단면도이다.
도 9는, 도 4의 변압기에서 변형된 철심구조를 가지는 도 4의 변압기의 횡단면도이다.
이하 본 발명에 따른 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 변압기는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 2-입력 및 2-출력을 가지도록 제1-1차권선부(110)와, 제1-2차권선부(120)와, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)를 포함하는 권선부(200)와, 제1-1차권선부(110), 제1-2차권선부(120), 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)가 권선되는 보빈부(400) 및 보빈부(400)와 결합되는 철심부(300)를 포함한다.
여기서 본 발명에 따른 변압기는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 회로를 이루도록 2-입력 및 2-출력, 특히 소위 Quad-Active-Bridge(QAB) converter 용 몰드형 고압 절연 고주파 변압기를 형성함에 특징이 있다.
이때 상기 2개의 입력은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)의 단자로 구성되고, 2개의 출력은, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)의 단자로 구성될 수 있다.
또한 상기 2개의 입력은, 도 2와 반대로 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)의 단자로 구성되고, 2개의 출력은, 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)의 단자로 구성될 수 있음은 물론이다.
한편 도 1에 도시된 QAB 컨버터의 고주파 변압기의 양단에는, 예를 들면 저주파(50~60Hz)로 수십 kVrms에 해당하는 고압의 전위차가 발생하고, 입력단 간 또는 출력단 간에도 고주파(수kHz)로 수kV의 전위차가 발생한다.
특히, 2-입력, 2-출력으로 구성되는 QAB 컨버터의 고주파 변압기는, 도 2에 도시된 바와 같이, 입출력단 간에 수십 kV의 저주파 전위차가 발생하면서, 2개의 입력단 간에도 주파(수십 kHz)로 수 kV의 전위차가 발생한다.
또한, 출력단들의 접지 상태에 따라 출력단 간에도 고주파로 수십~수백V 내지, 수kV의 전위차가 발생할 수 있다.
따라서, 상기와 같은 입출력단 간의 전위차는 물론 출력단들 간의 전위차 조건에서 절연를 모두 만족하여야 한다.
이에 본 발명에 따른 변압기는, 도 3 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 제1-1차권선부(110)와, 제1-2차권선부(120)와, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)를 포함하는 2-입력 2-출력을 갖는 변압기로서, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되며 중앙에 철심이 삽입되도록 제1관통공(419)이 형성된 제1보빈(410)과; 제1보빈(410)이 삽입되는 제2관통공(429)이 형성되며 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 상하로 권선되는 제2보빈(420)과; 제2보빈(420)이 삽입되는 제3관통공(439)이 형성되며 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되는 제3보빈(430)과; 'E'자 형상을 이루어 중앙단부(311)가 제1보빈(410)의 제1관통공(419)에 상측에서 삽입되며 한 쌍의 측단부(312)가 제3보빈(430)을 외주 측에 위치되는 제1철심부(310)과; 제1철심부(310)에 대향되며 'E'자 형상을 이루어 중앙단부(321)가 제1보빈(410)의 제1관통공(419)에 하측에서 삽입되며 한 쌍의 측단부(322)가 제3보빈(430)을 외주 측에 위치되는 제2철심부(320)를 포함한다.
상기 제1-1차권선부(110)와, 제1-2차권선부(120)와, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)는, 2개의 입력 및 2개의 출력을 가지는 변압기 회로를 구성하는 권선부(200)로서, 구리 도선으로서 리츠와이어(Litz wire)가 사용됨이 바람직하다.
또한 상기 제1-1차권선부(110)와, 제1-2차권선부(120)와, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 적어도 하나는, 횡단면 형상이 원형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있다.
상기 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)는, 1차측 코일 부분으로서, 후술하는 제2보빈(420)에 상하로 권선될 수 있다.
예로서, 상기 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)는, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 1차측 코일 부분으로서, 후술하는 제2보빈(420)에 2층으로 적층되어 권선될 수 있다.
상기 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)는, 각각 2차 및 3차측 코일 부분으로서, 후술하는 제1보빈(410) 및 제3보빈(430)에 각각에 권선될 수 있다.
예로서, 상기 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 각각 2차측 및 3차측 코일 부분으로서, 후술하는 제1보빈(410) 및 제3보빈(430)에 1층으로 권선될 수 있다.
상기 보빈부(400)는, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되며 중앙에 철심이 삽입되도록 제1관통공(419)이 형성된 제1보빈(410)과; 제1보빈(410)이 삽입되는 제2관통공(429)이 형성되며 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 상하로 권선되는 제2보빈(420)과; 제2보빈(420)이 삽입되는 제3관통공(439)이 형성되며 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되는 제3보빈(430)을 포함하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
상기 제1보빈(410)은, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되며 중앙에 철심이 삽입되도록 제1관통공(419)이 형성되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
여기서 상기 제1관통공(419)은, 후술하는 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)로 이루어진 철심부(300)가 삽입되는 관통공으로서 철심부(300)의 수평 단면의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
예로서, 상기 제1관통공(419)은, 수평단면이 원형, 다각형, 특히 직사각형 형상을 가질 수 있으며 이때 꼭지점 부분이 곡률을 이루어 형성됨이 바람직하다.
그리고 상기 제1보빈(410)은, 가장 내측에 설치된 보빈으로서, 수평 단면 형상이 전체적으로 원형 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 직사각형인 경우 도체의 부분방전을 방지하기 위하여 꼭지점 부분이 곡률을 이루어 형성됨이 바람직하다.
구체적으로 상기 제1보빈(410)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되는 허브부(411)와; 허브부(411)의 상단 및 하단에서 외주 측으로 연장되는 플랜지부(412)를 포함할 수 있다.
상기 허브부(411)는, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되는 부분으로서 코일 권선에 적합한 다양한 구조를 가질 수 있다.
상기 플랜지부(412)는, 허브부(411)의 상단 및 하단에서 외주 측으로 연장되는 부분으로서 앞서 설명한 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되는 부분 및 후술하는 제2보빈(420)의 허브부(421)와 간극을 가지도록 적절한 폭을 가질 수 있다.
그리고 상기 상측 및/또는 하측의 플랜지부(412)는, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나의 입출력 도선이 외측으로 인출되도록 절개부 또는 개구부(415)가 형성될 수 있다.
상기 개구부(415)는, 2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나의 입출력 도선이 외측으로 인출되도록 하는 구성으로 개구, 슬롯 등 다양하게 형성될 수 있다.
한편 상기 제1보빈(410)의 재질은, 합성수지 등 다양한 재질을 가질 수 있다.
상기 제2보빈(420)은, 제1보빈(410)이 삽입되는 제2관통공(429)이 형성되며 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 상하로 권선되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
여기서 상기 제2관통공(429)은, 제1보빈(410)이 삽입되는 관통공으로서 제1보빈(410)의 수평 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
예로서, 상기 제1관통공(419)은, 제1보빈(410)의 수평형상에 대응되어 수평단면이 원형, 다각형, 특히 직사각형 형상을 가질 수 있으며 이때 꼭지점 부분이 곡률을 이루어 형성됨이 바람직하다.
그리고 상기 제2보빈(420)은, 중간에 설치된 보빈으로서, 제1보빈(410)의 수평형상에 대응되어 수평 단면 형상이 전체적으로 원형 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 직사각형인 경우 도체의 부분방전을 방지하기 위하여 꼭지점 부분이 곡률을 이루어 형성됨이 바람직하다.
구체적으로 상기 제2보빈(410)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 상하로 권선되는 허브부(421)와; 허브부(421)의 상단 및 하단에서 외주 측으로 연장되는 플랜지부(422)와; 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 상하로 구획되어 권선되도록 허브부(421)로부터 외주 측으로 연장되는 구획부(423)를 포함할 수 있다.
상기 허브부(421)는, 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 상하로 권선되는 부분으로서 코일 권선에 적합한 다양한 구조를 가질 수 있다.
상기 플랜지부(422)는, 허브부(421)의 상단 및 하단에서 외주 측으로 연장되는 부분으로서 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 권선되는 부분 및 후술하는 제3보빈(430)의 허브부(431)와 간극을 가지도록 적절한 폭을 가질 수 있다.
그리고 상기 상측 및/또는 하측의 플랜지부(422)는, 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)의 입출력 도선이 외측으로 인출되도록 절개부 또는 개구부(425)가 형성될 수 있다.
상기 개구부(425)는, 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)의 입출력 도선이 외측으로 인출되도록 하는 구성으로 개구, 슬롯 등 다양하게 형성될 수 있다.
상기 구획부(423)는, 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 상하로 구획되어 권선되도록 허브부(421)로부터 외주 측으로 연장되는 구성으로서 앞서 설명한 플랜지부(422)와 유사한 구성을 가질 수 있다.
즉, 상기 구획부(423)는, 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 권선되는 부분 및 후술하는 제3보빈(430)의 허브부(431)와 간극을 가지도록 적절한 폭을 가질 수 있다.
한편, 상기 제2보빈(420)의 재질은, 합성수지 등 다양한 재질을 가질 수 있다.
상기 제3보빈(430)은, 제2보빈(420)이 삽입되는 제3관통공(439)이 형성되며 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
여기서 상기 제3관통공(439)은, 제2보빈(420)이 삽입되는 관통공으로서 제2보빈(420)의 수평 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
예로서, 상기 제3관통공(439)은, 제2보빈(420)의 수평 형상에 대응되어 수평단면이 원형, 다각형, 특히 직사각형 형상을 가질 수 있으며 이때 꼭지점 부분이 곡률을 이루어 형성됨이 바람직하다.
그리고 상기 제3보빈(430)은, 가장 외측에 설치된 보빈으로서, 제2보빈(420)의 수평 형상에 대응되어 수평 단면 형상이 전체적으로 원형 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 직사각형인 경우 도체의 부분방전을 방지하기 위하여 꼭지점 부분이 곡률을 이루어 형성됨이 바람직하다.
구체적으로 상기 제3보빈(430)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 나머지 하나가 권선되는 허브부(431)와; 허브부(431)의 상단 및 하단에서 외주 측으로 연장되는 플랜지부(432)를 포함할 수 있다.
상기 허브부(431)는, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 나머지 하나가 권선되는 부분으로서 코일 권선에 적합한 다양한 구조를 가질 수 있다.
상기 플랜지부(432)는, 허브부(431)의 상단 및 하단에서 외주 측으로 연장되는 부분으로서 앞서 설명한 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 나머지 하나가 권선되는 부분의 층의 높이와 같거나 큰 폭을 가질 수 있다.
그리고 상기 상측 및/또는 하측의 플랜지부(432)는, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 나머지 하나의 입출력 도선이 외측으로 인출되도록 절개부 또는 개구부(435)가 형성될 수 있다.
상기 개구부(435)는, 2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 나머지 하나의 입출력 도선이 외측으로 인출되도록 하는 구성으로 개구, 슬롯 등 다양하게 형성될 수 있다.
한편 상기 제3보빈(430)의 재질은, 합성수지 등 다양한 재질을 가질 수 있다.
상기 철심부(300)는, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)가 권선되는 보빈부(400) 및 보빈부(400)와 결합되어 변압기 회로를 구성하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 철심부(300)는, 'E'자 형상을 이루어 중앙단부(311)가 제1보빈(410)의 제1관통공(419)에 상측에서 삽입되며 한 쌍의 측단부(312)가 제3보빈(430)을 외주 측에 위치되는 제1철심부(310)과; 제1철심부(310)에 대향되며 'E'자 형상을 이루어 중앙단부(321)가 제1보빈(410)의 제1관통공(419)에 하측에서 삽입되며 한 쌍의 측단부(322)가 제3보빈(430)을 외주 측에 위치되는 제2철심부(320)를 포함할 수 있다.
상기 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)는, 'E'자 형상을 이루어 중앙단부(311, 321)가 제1보빈(410)의 제1관통공(419)에 삽입되고, 한 쌍의 측단부(312, 322)가 제3보빈(430)을 외주측에 위치되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
또한 상기 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)는, 페라이트 재질 등으로, 적층 철심, 분말 철심 등 다양한 재질을 가질 수 있다.
상기 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)는, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 'E'자 형상으로 일체로 이루어지거나, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이, 'U'자 철심이 서로 연결되어 'E'자 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1철심부(310) 및 상기 제2철심부(320)는, 중앙단부(321)가 분리된 'U'형상의 한 쌍의 철심으로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 구성을 위하여 상기 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)는, 수평부분과 수평부분으로부터 보빈부(400) 쪽으로 연장되는 수직부분으로 구성될 수 있다.
이때 상기 수직부분은, 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)가 'U' 형상을 가지는 경우 한 쌍으로 형성될 수 있다.
그리고 상기 수직부분은, 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)가 'E' 형상을 가지는 경우 보빈부(400)에 삽입되는 중앙 수직부분 및 중 보빈부(400)의 외주측에 위치되는 한 쌍의 측방 수직부분으로 형성될 수 있다.
한편 상기 철심부(300)는, 저전압부 및 코어 사이에서의 '상대적으로 낮은 전위차'에 해당하는 절연을 확보하기 위하여, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 권선부(200) 및 보빈부(400), 또는 권선부(200) 및 보빈부(400)를 몰딩하는 몰딩부(500)와 소정간격(S)으로 이격되도록 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)의 수직부분은, 권선부(200)가 권선된 상태의 보빈부(400)의 내측 및 외측에 대하여 미리 설정된 간격(S)으로 이격된 상태로 설치됨이 바람직하다.
이를 위하여 상기 몰딩부(500)는, 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)의 수직부분이 권선부(200)가 권선된 상태의 보빈부(400)의 내측 및 외측에 대하여 미리 설정된 간격(S)으로 이격된 상태로 형성됨으로써, 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)의 수직부분이 권선부(200)가 권선된 상태의 보빈부(400)의 내측 및 외측에 대하여 미리 설정된 간격(S)으로 이격될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 변압기는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1보빈(410), 제2보빈(420) 및 제3보빈(430)과; 제1-1차권선부(110)와, 제1-2차권선부(120)와, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)와; 제1철심부(310) 및 제2철심부(320) 중 적어도 일부를 몰딩하는 몰딩부(500)를 포함할 수 있다.
상기 몰딩부(500)는, 권선부(200) 및 보빈부(400), 철심부(300)의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되는 구성으로, 에폭시수지 등에 의하여 몰딩부(500)를 형성할 수 있다
구체적으로 상기 몰딩부(500)는, 도 3, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 권선부(200) 및 보빈부(400), 철심부(300) 전체를 둘러싸도록 형성되는 구성으로, 에폭시수지 등에 의하여 몰딩부(500)를 형성할 수 있다
또한, 상기 몰딩부(500)는, 도 4, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 권선부(200) 및 보빈부(400), 철심부(300의 일부를 둘러싸도록 형성되는 구성으로, 에폭시수지 등에 의하여 몰딩부(500)를 형성할 수 있다
구체적으로, 상기 권선부(200) 및 보빈부(400)가 제1철심부(310)의 하단 및 제2철심부(320)의 상단과 이격되어 형성됨으로써, 권선부(200) 및 보빈부(400)를 감싸는 몰딩부(500)가 제1철심부(310) 하단 및 제2철심부(320)의 상단과 이격되어 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 몰딩부(500)는, 도 8 및 도 9 에 도시된 바와 같이, 보빈부(400), 권선부(200) 및 철심부(400)의 일부, 즉 보빈부(400), 특히 제1보빈부(410)에 삽입된 부분까지만 몰딩할 수 있다.
여기서 상기 철심부(400)는, 제1보빈부(410)에 삽입된 부분까지 몰딩, 즉 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)가 부분적으로 몰딩될 수 있다.
그리고 상기 몰딩부(500)의 상단 및 하단은, 철심부(400)의 상측 및 하측의 수평부분, 즉 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)의 코어의 다리 안쪽의 상하단부와 소정간격(G) 이격되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 권선부(200) 및 보빈부(400)는 철심부(300)의 상하측 부분에서 소정간격(G) 이상 이격되어 있으므로, 권선부(200) 및 보빈부(400)의 고정을 위해 하나 이상의 지그(Zig)가 이용될 수 있다.
또한, 이 경우 상기 철심부(300)는, 몰딩부(500)에 포함되지 않은 부분이 수지 등에 의하여 외주면이 코팅되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 몰딩부(500)가 형성된 경우 플로팅 방전 현상의 차단이 가능하여 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)는, 전기적으로 플로팅 상태로 유지될 수 있다.
그리고 상기 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)가 접지 가능한 경우 접지될 수 있음은 물론이다.
더 나아가 상기 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)가 접지가 어려운 경우 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)의 외주면에 접지되는 부재를 결합시켜 유도 전위를 낮출 수 있다.
구체적으로, 상기 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)는, 도 3 및 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 측면에서 보았을 때 전체 형상이 직사각형을 이룰 때 가장자리의 외주면에 접지 도체가 추가로 설치될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 변압기는 자계적인 측면 및 전기적인 측면에 다음과 같은 특징들을 구비한다.
1. 자계 측면
① 샌드위치 권선기법을 사용하여 출력단(2차 또는 3차 권선부)-입력단(1-1, 1-2 권선부)-출력단(3차 또는 2차 권선부)의 배치되어 있으므로, 자력(magnetomotive force, MMF)를 낮춰 근접효과로 인한 동손을 줄일 수 있다.
② 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)를 구성함에 있어서 통상적인 EE-코어를 사용하거나 UU-코어를 병렬로 사용하여 EE-코어 모양으로 만들어 쉘타입 권선기법을 사용하였으므로, 변압기 자체의 누설 인덕턴스를 줄일 수 있고, 코어 주변으로 자속이 빠져나가는 것을 막아주기 때문에 유도가열 문제를 줄일 수 있다.
③ 항목 ③의 특징과 함께, 고압 권선과 저압 권선 간에 균형적인 전계를 형성하고 필 팩터(fill factor)를 높이기 위해 권선을 일렬로 배치하며, 이를 위해 통상적인 원형 리츠와이어(litz wire)뿐만 아니라, 직각형의 리츠와이어(litz wire)도 사용할 수 있다.
④ 중간 보빈(제2보빈(420))을 상하로 대칭인 섹션 보빈을 이용하였으므로, 1-1차단과 2차단 및 3차단 간의 커플링 계수와, 1-2차단과 2차단 및 3차단간의 커플링 계수를 비교적 근사하게 확보할 수 있다.
2. 전계 측면
변압기 양단 권선에 전압이 인가되면, 전계로 인해 변압기 코어(제1철심부 및 제2철심부)에 유도 전압이 인가된다. 이때, 저주파(50~60Hz) 철심 변압기의 경우 철심의 저항이 낮아 코어 전체의 접지가 가능하므로 부분 방전의 문제를 겪지 않는다.
그러나 고주파에서 동작하는 페라이트 코어(제1철심부 및 제2철심부)는 저항 및 유전율에 따라 접지가 되지 않는 경우가 있으며, 변압기의 양단 전압이 높아 페라이트 코어에 일정 이상의 전압이 유도될 경우, 코로나 방전을 포함한 플로팅 방전등의 부분 방전을 일으키는 문제가 발생한다.
그러나, 본 발명에 따른 도 3과 같은 변압기는, 제1철심부 및 제2철심부가 플로팅 상태로 유지되는 경우 저압-고압-저압의 배치로 되어 있기 때문에 페라이트 코어에 유도되는 전압을 상대적으로 낮출 수 있고, 페라이트 코어를 포함한 변압기 전체를 몰드하기 때문에, 부분 방전을 차단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 도 4와 같은 변압기는, 저압-고압-저압의 배치로 된 상태에서 페라이트 코어(제1철심부 및 제2철심부)를 접지하거나 접지실드를 이용하여 코어의 전위를 낮춘 상태에서 코어의 일부를 보빈에서 이격하여 절연하는 공기+절연체 절연방식이며, 저압 권선부와 페라이트 코어 간의 절연 거리 확보가 불필요하여 고압 권선부와 코어 간의 거리가 인접한, 코어 위아래 쪽으로만 절연 간격(G)을 확보하면 되므로 공기+절연체 절연방식에서의 절연거리를 줄이고 부분방전을 차단할 수 있다.
즉, 페라이트 코어의 외부에 도체로 된 접지 실드를 부착하면 코어에 유도되는 전압을 낮출 수 있으므로, 페라이트 코어를 포함한 전체를 몰드하거나 보빈만 몰드하고 페라이트 코어는 레진으로 코팅할 때, 이를 적용하여 코어에서 발생하는 부분 방전 확률을 줄일 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
110 : 제1-2차권선부 120 : 제1-2차권선부
210 : 제3차권선부 220 : 제3차권선부
410 : 제1보빈 420 : 제2보빈
430 : 제3보빈
310 : 제1철심부 320 : 제2철심부

Claims (11)

  1. 제1-1차권선부(110)와, 제1-2차권선부(120)와, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)를 포함하는 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기로서,
    상기 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되며 중앙에 철심이 삽입되도록 제1관통공(419)이 형성된 제1보빈(410)과;
    상기 제1보빈(410)이 삽입되는 제2관통공(429)이 형성되며 상기 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 상하로 권선되는 제2보빈(420)과;
    상기 제2보빈(420)이 삽입되는 제3관통공(439)이 형성되며 상기 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되는 제3보빈(430)과;
    'E'자 형상을 이루어 중앙단부(311)가 상기 제1보빈(410)의 제1관통공(419)에 상측에서 삽입되며 한 쌍의 측단부(312)가 상기 제3보빈(430)을 외주 측에 위치되는 제1철심부(310)과;
    상기 제1철심부(310)에 대향되며 'E'자 형상을 이루어 중앙단부(321)가 상기 제1보빈(410)의 제1관통공(419)에 하측에서 삽입되며 한 쌍의 측단부(322)가 상기 제3보빈(430)을 외주 측에 위치되는 제2철심부(320)를 포함하며,
    상기 제2보빈(420)은,
    상기 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 상하로 권선되는 허브부(421)와;
    상기 허브부(421)의 상단 및 하단에서 외주 측으로 연장되는 플랜지부(422)와;
    상기 제1-1차권선부(110) 및 제1-2차권선부(120)가 상하로 구획되어 권선되도록 상기 허브부(421)로부터 외주 측으로 연장되어 상기 허브부(421)를 구획하는 구획부(423)를 포함하며,
    권선부(200)는, 상기 제1-1차권선부(110)와, 상기 제1-2차권선부(120)와, 상기 제2차권선부(210) 및 상기 제3차권선부(220)를 포함하며,
    "상기 제1-1차권선부(110) 및 상기 제1-2차권선부(120)" 및 "상기 제2차권선부(210) 및 상기 제3차권선부(220)" 중 어느 하나가 2개의 입력이고, 나머지 하나가 2개의 출력이며,
    보빈부(400)는, 내측부터 순차적으로 배치된 상기 제1보빈(410), 상기 제2보빈(420) 및 상기 제3보빈(430)을 포함하며,
    철심부(300)는, 상기 제1철심부(310) 및 상기 제2철심부(320)를 포함하며,
    상기 철심부(300)는, 상기 권선부(200) 및 상기 보빈부(400)와 미리 설정된 간격(S)으로 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1철심부(310) 및 상기 제2철심부(320)는, 상기 중앙단부(321)가 분리된 'U'형상의 한 쌍의 철심으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1보빈(410)은,
    상기 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 어느 하나가 권선되는 허브부(411)와;
    상기 허브부(411)의 상단 및 하단에서 외주 측으로 연장되는 플랜지부(412)를 포함하는 것을 특징으로 하는 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3보빈(430)은,
    상기 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220) 중 나머지 하나가 권선되는 허브부(431)와;
    상기 허브부(431)의 상단 및 하단에서 외주 측으로 연장되는 플랜지부(432)를 포함하는 것을 특징으로 하는 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3, 및 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1보빈(410), 상기 제2보빈(420) 및 상기 제3보빈(430)과;
    제1-1차권선부(110)와, 제1-2차권선부(120)와, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)와;
    상기 제1철심부(310) 및 상기 제2철심부(320);
    중 적어도 일부를 몰딩하는 몰딩부(500)를 포함하는 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 몰딩부(500)는,
    상기 제1보빈(410), 상기 제2보빈(420) 및 상기 제3보빈(430)과;
    제1-1차권선부(110)와, 제1-2차권선부(120)와, 제2차권선부(210) 및 제3차권선부(220)와;
    상기 제1철심부(310) 및 상기 제2철심부(320) 중 상기 제1보빈(410)에 삽입되는 부분을 몰딩하는 것을 특징으로 하는 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 몰딩부(500)의 상단 및 하단은, 각각 상기 제1철심부(310) 및 상기 제2철심부(320)의 수평부분과 간격(G)을 두고 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1철심부(310) 및 상기 제2철심부(320)는, 접지가능한 재질을 가지며, 상기 제1철심부(310) 및 상기 제2철심부(320)는, 접지되는 것을 특징으로 하는 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)의 유도전위를 낮추기 위하여 상기 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)의 외주면에 접지되는 부재가 결합된 것을 특징으로 하는 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)의 외주면에 접지되는 부재는,
    상기 제1철심부(310) 및 제2철심부(320)는, 측면에서 보았을 때 전체 형상이 직사각형을 이루며, 상기 직사각형 가장자리의 외주면에 설치된 접지 도체인 것을 특징으로 하는 2-입력 2-출력을 갖는 고압 절연 변압기.
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