KR200414581Y1 - 공급-라인 필터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전기 장비에 관한 것으로서 특히 전력 교류 전류 회로망내의 고주파 전자기 성분의 감쇄 및 제거용 필터들에 관한 것이다. 본 고안의 사용 시에 달성되어야 할 기술적인 결과는 1-100kHz의 주파수 범위에서 전압의 고주파 전자기 성분의 진폭의 상당한 감소뿐만 아니라 필터의 단순화와 크기 감소이다. 특정된 기술적인 결과는 콘덴서와 저항을 내포하는 공급-라인 필터에서 달성되며 그 필터에서 비유도성 박막 콘덴서가 사용되며 그 콘덴서에는 저항이 병렬로 연결된다. 5-30μF의 용량을 갖는 콘덴서와 저항값이 20-100kΩ인 저항이 그 필터에서 주로 사용된다.

Description

공급-라인 필터{SUPPLY-LINE FILTER}

본 고안은 전기 장비에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 교류 전력 회로에서 고주파 전자기 성분을 억제 내지 제거하기 위한 필터에 관한 것이다.

공급-라인 간섭 억제 필터들은 콘덴서와 코일을 포함하는 이산 요소들(discrete elements)과 관련하여 알려져 있다(Technical Conditions MRTU 45-1110-67(Russia)). 이들 필터들은 수 암페어까지의 전류를 갖고 수백 볼트까지의 전압을 갖는 급전 회로(feeding circuits)에서의 간섭을 억제하도록 설계되기 때문에, 그러한 필터들의 콘덴서들, 코일들이 크기와 무게가 많이 나가고 고가이다. 이들 필터들에 사용되는 콘덴서들의 정격 용량은 0.5~1.0μF 정도까지의 값을 갖는데, 이는 필터에서 누설 전류량을 많이 유발하고 그 급전 회로망의 필터에 대한 전압의 공급 시 시작전류를 현저하게 증가시킨다. 게다가 필터의 효율은 1-100kHz의 한계 내의 더 낮은 주파수 범위에서는 무의미하지만, 이들 필터들은 주로 1MHz 이상의 주파수에서는 교란의 감쇄를 제공한다.

코일은 금속 밴드로 만들어지고 동시에 그 금속 밴드는 콘덴서 외장(condenser facing) 중 하나이기 때문에 코일과 콘덴서가 구조적으로 그리고 전기적으로 결합된 필터들이 알려져 있다. 예를 들면, 교란 억제 필터(미국 특허번호 4,563,658, 국제특허분류 H03H7/01, 1986)는 두 개의 금속 밴드와 교호적인 유전체 스페이서들로 이루어지며, 이들은 어느 하나의 위에 다른 하나가 얹혀서 둥글게 말린다. 하나의 금속 밴드에는 양측 단부에 전기 출력단이 제공된다. 그것은 코일의 역할을 하며 동시에 콘덴서 외장의 하나로서 기능하기도 한다. 제2 밴드는 인덕턴스가 증가하는 제1 밴드용 페로마그네틱 코어로 작용하는 다른 하나의 외장으로서 기능한다. 이 필터의 콘덴서의 정격 용량은 0.01μF 과 같다. 그 필터의 그와 같은 구조적인 설계는 고주파와 초고주파에서 고효율적으로 동작할 때 필터의 무게와 크기를 상당히 감소시지만, 그 필터는 저주파수 범위에서는 그렇게 효율적이지는 않다.

필터(발명자증 1488918(USSR), 국제특허분류 H02J3/01, 1/02, 1989)는 리액터(코일), 콘덴서 및 저항을 내포하는 고안의 프로토타입이고, 이들 소자들의 제1 출력단들은 성상(star)으로 연결되고 콘덴서와 리액터의 제2 출력단은 그 회로와 변압기에 연결되며, 그 변압기의 중간 출력단은 리액터와 연결된 회로망의 크램프에 연결된다. 그 필터 구조내의 변압기의 유용성은 전력 손실을 줄이는 것이지만, 그것은 필터의 크기와 무게를 증가시킨다. 이전에 고려된 상사체(analogues)와 비슷하게, 이러한 구조는 1-100kHz의 주파수 모드에서의 필터에는 충분히 효과적이지 않다.

제안하는 고안에 부여된 해결과제는 1-100kHz의 범위에 관련된 교류 전력 전류 회로망 내에서 전압의 고주파 전자기 성분의 제거를 허용하는 장치를 형성하는 것이다. 알려진 필터들은 1MHz 이상의 주파수를 갖고 라디오, 텔레비전 장치, 컴퓨터 등과 같은 장치에서 절환 동작을 복잡하게 하는, 그렇지만 교란의 저주파 범위에는 크게 영향을 주지 않는 그러한 교란들이 유입되도록 하는 전력의 고주파 성분을 주로 제거한다. 이와 동시에 정확하게 진동원으로부터의 거리에 의존하여 약화하는 것보다 더 낮은 용량을 소유하는 저주파 범위의 전자기 진동은 인체의 기관에 더욱 부정적인 영향을 끼치고, 그러한 전자계 오염의 제거는 인체의 생명에 우호적인 환경을 형성하는 데 뒷받침된다.

그 고안의 사용 시에 얻어지는 기술적인 결과는 1-100kHz의 주파수 모드에서 전압의 고주파 전자계 성분의 진폭의 상당한 감소일 뿐만 아니라 그 필터가 간단해지고 크기가 줄어드는 것이다.

특정된 기술적인 결과는, 비유도성 박막 콘덴서가 사용되고 저항이 병렬로 연결되는, 콘덴서와 저항을 내포하는 공급-라인 필터에서 달성되어야 한다. 그 필터에는 용량이 5-30μF의 콘덴서와 20-100kΩ의 저항이 주로 사용된다.

그 필터에 비유도성 박막 콘덴서를 사용하면 그 회로에서 공진의 발생 기회가 줄어드는데, 그것은 사용 신호의 형태의 왜곡으로 귀결된다. 게다가, 그러한 콘덴서는 안정적인 특성, 내구성, 작은 크기 등으로 특징져지며, 필터 동작의 신뢰도를 높인다. 그러한 콘덴서들에 관한 설명이 Standard Handbook for Electrical Engineers./Donald G. Fink, H. Wayne Peaty -: McGraw-Hill, 14 edition., 1999, 2200p./에 기술되어 있다. 그러한 콘덴서들은 이전에는 예를 들면 연산증폭기에 사용되었지만(Integrated circuits and their foreign analogous: Reference book. Volume 2 / A.V.Nefedov - M.: IP RadioSoft, 1999, 640p.), 그러나 공급-라인 필터에서 그들을 사용한 데이터는 없다.

분로 저항(shunting resistor)이 콘덴서에 병렬로 연결되고, 그 콘덴서는 그 회로에서 저주파 진동의 더욱 강한 감쇄를 일으키는 데 기능한다. 왜냐하면 그 저항은 그 콘덴서와 함께 작은 Q값(Q-factor) 즉, 진동을 보다 빨리 흡수하는 능력을 갖는 진동 RC-회로를 형성한다. 시험에 의해 결정된 바와 같이, 5-30μF의 콘덴서와 20-100kΩ의 저항을 사용하는 것은 교류 회로망에서 1-100kHz 주파수의 전자계 진동을 효과적으로 제거할 수 있게 해준다.

도 1은 본 고안에 따른 필터의 구성을 도시한다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1: 콘덴서 2: 저항

필터의 구성도가 도 1에 도시되어 있다.

필터들은 병렬로 연결된 콘덴서(1)와 저항(2) 뿐만 아니라 교류 전류 회로망으로 통합되도록 지정된 출력단(3)을 포함한다. 필터는 구조적으로는 캐비티 케이스의 형태로 만들어지며 그 내부에 콘덴서와 저항이 위치하며 교류 회로망에 연결하기 위한 출력단이 갖춰져 있다.

전압의 고주파 전자계 성분은 127-220V의 전압과 주파수 50-60Hz를 갖는 교류 회로망들내의 주 신호(main signal)상에 가해진다. 그 고주파 성분은 개인용 컴 퓨터, 복사기, 프린터, 팩시밀리 기기, 라디오, 텔레비전 장치 등과 같은 전기 장비들에 의해 생성된다. 그러한 고주파수 성분은 전자기 진동의 소스이며, 그 진동은, 장비 조작용 교란의 형성과 함께, 인간의 조직에 부정적으로 영향을 미치는 전자계가 형성되게 한다. 초고주파 범위(1MHz 이상)에서의 전자기 진동들은 거리에 따라 더 빠르게 감쇄하고, 그러므로 1-100KHz의 범위에서의 진동들은 인간에게 더욱 위험한데, 그것은 진동의 소스들로부터의 거리의 증가 시에 그 진동들은 보다 덜 약화되기 때문이다.

병렬로 연결된 콘덴서(1)와 저항(2)으로 이루어진 회로망에 필터를 접속할 때, 참조 주파수의 전압과 그 전압의 고주파수 성분은 콘덴서(1)의 외장(facing)으로 공급된다. 콘덴서의 저항은 다른 주파수를 갖는 그 신호들에 관하여 변하고 그것은 다음과 같이 표현될 수 있다.

R = 1 / (2π*f*C)

단, f와 C는 신호 주파수와 콘덴서 용량이다.

필터 저항은 메인 회로망 전력용(127-220v, 50-60Hz)으로 더욱 중요한 의미를 가지며 저항은 고주파 전자기 성분용으로는 작아서 콘덴서상에서는 고주파 성분에 대하여 거의 단락회로가 되어 그 교류 회로망으로부터 그 자신을 제거한 결과를 낳는다. 저항(2)은 콘덴서(1)와 함께 진동 감쇄의 천이과정 동안에 진동하는 RC회로를 형성하고, 이 경우 저항(2)의 저항 값에 의존한다. 교류 전류로부터 1-100KHz의 간격으로 전압의 고주파 성분을 가장 효과적으로 제거하기 위해 5-30μF의 용량을 갖는 콘덴서와 저항값 20-100kΩ의 저항을 사용하는 것이 쓸모가 있는 것인지는 시험에 의해 결정된다.

220V의 전압과 50Hz의 주파수를 갖는 교류 회로망내의 고주파 성분의 진폭과 주파수에 관한 데이터는 필터를 사용하지 않고 그 회로망에 연결하는 일예로서 주어진다(그 필터는 10μF의 용량을 갖는 비유도성 박막 콘덴서와 50kΩ의 저항값을 갖는 저항을 포함하였다).

고주파 전자기 성분들의 감쇄가 1-5kHz의 주파수 범위에서 30-50% 정도 일어난다는 측정 증거의 결과들은 그 전압의 고주파수 전자기 성분의 감쇄를 거의 완성한다.

[표] 교류 전류 회로망에서의 필터 사용의 결과

신호 주파수 (kHz)	필터 불사용 시 신호 진폭(V)	필터 사용 시 신호 진폭(V)
0.9	3.0	1.0
1.2	3.0	1.0
1.4	3.7	1.3
1.8	2.4	1.0
2.2	2.0	0.4
2.9	3.5	1.1
3.1	2.2	1.2
3.6	2.9	1.8
4.2	2.8	1.3
4.5	2.8	1.0
5.5	5.8	1.5
7	5.8	0.2
10	5.8	0.0
12.5	5.0	0.0
16.7	6.7	0.0
25	6.3	0.0
50	3.2	0.0
100	3.0	0.0

Claims (2)

1. 저항에 병렬로 연결된 비유도성 박막 콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서와 저항 포함형 공급-라인 필터.
2. 제1항에 있어서, 상기 콘덴서는 5-30μF의 용량을 갖고 상기 저항의 저항값은 20-100kΩ인 것을 특징으로 하는 공급-라인 필터.

Images