KR200429241Y1 - 콤팩트 경량 변압기 - Google Patents

콤팩트 경량 변압기 Download PDF

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Abstract

본 고안은 콤팩트 경량 변압기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변압기의 권선 도체를 기존의 동(구리) 환선 도체 또는 알루미늄 환선 도체에서 알루미늄 타원형 도체 또는 알루미늄 사각형 도체로 변경하여 변압기의 권선 도체를 형성하는 콤팩트 경량 변압기에 관한 것이다.
본 고안에 따른 콤팩트 변압기의 권선 도체는 알루미늄 타원형 도체(20)로 변압기(미도시)를 권선하여 형성된다.
본 고안은 변압기 권선용 도체를 기존의 동(구리) 환선에서, 알루미늄 환선으로 변경하면서 알루미늄 환선의 형상을 타원형 또는 사각형으로 변환시켜 권선시 도체의 점적율을 환선의 78.5%에서 90% 이상으로 높여, 권선의 부피를 축소시켜 변압기를 콤팩트하게 할 수 있다.
변압기, 알루미늄, 콤팩트, 폴리에스테르이미드, 폴리아미드이미드

Description

콤팩트 경량 변압기{Compact Lightweight Transformer}
도 1은 종래의 알루미늄 환선 도체로 권선 도체를 형성한 구성도.
도 2는 종래의 알루미늄 환선 도체로 권선 도체를 형성한 단면도.
도 3은 알루미늄 환선 도체로 권선 도체를 형성한 도체의 점적율을 나타내는 상세도.
도 4는 본 고안의 제 1실시예에 따른 알루미늄 타원형 도체로 권선 도체를 형성한 단면도.
도 5는 알루미늄 타원형 도체로 권선 도체를 형성한 도체의 점적율을 나타내는 상세도.
도 6은 본 고안의 제 2실시예에 따른 알루미늄 사각형 도체로 권선 도체를 형성한 단면도.
도 7은 알루미늄 사각형 도체로 권선 도체를 형성한 도체의 점적율을 나타내는 상세도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20: 알루미늄 타원형 도체 30: 알루미늄 사각형 도체
본 고안은 콤팩트 경량 변압기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변압기의 권선 도체를 기존의 동(구리) 환선 도체 또는 알루미늄 환선 도체에서 알루미늄 타원형 도체 또는 알루미늄 사각형 도체(이하 설명의 편의를 위해서 타원형 및 사각형 도체를 타원형 도체로 칭함)로 변경하여 변압기의 권선 도체를 형성하는 콤팩트 경량 변압기에 관한 것이다.
이미 공지된 바와 같이, 알루미늄 도체의 도전율이 동(구리)의 60% 정도밖에 되지 않아, 변압기에 사용되는 권선 도체를 동(구리)에서 알루미늄으로 변경시는, 도체의 저항을 동일하게 하기 위해서 적어도 알루미늄 도체의 단면적을 50% 이상 증가시켜야 한다.
그리고, 알루미늄 환선 도체(10) 또는 동(구리) 환선 도체로 권선 도체를 형성하였을 경우, 변압기 권선의 점적율을 저하시키는 점적율 손실(Loss)부분 면적이 넓어지고, 상기 알루미늄 환선 도체(10)의 단면적 증가로 인하여 변압기 권선의 부피가 증가 되며 따라서, 변압기 제품 전체의 부피가 증가 되는 문제점이 있다.
상기와 같은 알루미늄 환선 도체(10)를 이용하여 변압기 권선 도체를 구성한 기술이, 대한민국 공개특허공보 공개번호 제 10-2006-0015657호에 개시되어 있다.
상기 제 10-2006-0015657호에 개시된 변압기는 도 1에 나타낸 바와 같이, 권 선 도체는 전기 전도체(1)의 권선 중복(overlapping) 층을 포함한다.
그리고, 각 절연 시트(2)는 각각의 권선 중복 층 사이에 위치한다.
또한, 상기 각 층에서의 권선 도체는 상기 권선의 폭 위에 점진적으로 증가한다.
다시 말해, 상기 권선의 각각의 중복 층은, 상기 권선의 폭 위에 병행 관계로 배열된 복수의 권선으로 상기 전기 전도체를 감음으로써 형성된다.
그러나, 상기 제 10-2006-0015657호에 개시된 변압기는 상기 전기 전도체(1)와 층간 상기 절연 시트(2)가 선(Line)으로 접촉되어, 전계가 집중되고, 기계력 또한 집중 하중을 받는 문제점이 있다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 알루미늄 환선 도체를 타원형 도체 또는 사각형 도체로 형상시켜, 변압기 권선 도체의 점적율을 현저히 증가시켜, 권선 도체의 부피를 최소화시켜 콤팩트 변압기를 제공함에 그 목적이 있다.
본 고안은 상기 목적을 달성하기 위해, 철심과 권선 도체로 이루어진 변압기에 있어서, 권선 도체의 형상은 타원형이며 상기 권선 도체의 재질은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 콤팩트 경량 변압기를 제공한다.
상기 권선 도체의 단면의 폭과 높이의 비는 1.82 ~ 3.35 : 1로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 권선 도체의 외주면은 폴리에스테르아미드와 폴리아미드이미드로 도포 된 것을 특징으로 한다.
상기 폴리에스테르아미드는 폴리에스테르 수지가 최대 40%, 자일렌이 최대 7% 및 크레졸이 최대 35% 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 폴리아미드이미드는 N-메틸-2-피롤리돈이 최대 43%, 자일렌이 최대 23.3% 및 N.N-디메틸아세트아마이드가 최대 4.9% 포함된 것을 특징으로 한다.
그리고, 타원형 알루미늄 권선 도체에 폴리에스테르이미드 수지로 1차 도포하는 단계, 상기 폴리에스테르이미드 수지가 도포 된 알루미늄 권선 도체를 건조시키는 단계, 상기 건조된 폴리에스테르이미드 수지가 도포 된 알루미늄 권선 도체 상에 폴리아미드이미드 수지로 2차 도포하는 단계로 제조된 알루미늄 권선 도체를 철심에 권선 하여 구성된 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 고안의 도면에 나타난 권선 도체의 적층 구조는 설명의 편리를 위하여 층간 절연층을 생략하여 간략하게 도시한 도면으로써, 본 고안이 추구하는 바는 기존의 변압기 권선 적층 구조를 활용하는 것이다.
도 4는 본 고안의 제 1실시예에 따른 알루미늄 타원형 도체로 권선 도체를 형성한 단면도, 도 5는 알루미늄 타원형 도체로 권선 도체를 형성한 도체의 점적율을 나타내는 상세도, 도 6은 본 고안의 제 2실시예에 따른 알루미늄 사각형 도체로 권선 도체를 형성한 단면도, 도 7은 알루미늄 사각형 도체로 권선 도체를 형성한 도체의 점적율을 나타내는 상세도이다.
1. 제 1실시예
본 고안의 제 1실시예에 따른 콤팩트 변압기의 권선 도체는 도 4에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 타원형 도체(20)로 변압기(미도시)를 권선하여 형성된다.
상기 알루미늄 타원형 도체(20)는 상기 알루미늄 환선 도체(10)를 롤러(Roller)에 통과시켜 타원형으로 형성된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 빗금친 부분이 점적율 손실부분을 나타낸다.
아울러, 권선 도체를 상기 알루미늄 타원형 도체(20)로 변환 시, 상기 절연 시트(2)에 닿는 면적의 증가로 인하여 단락 기계력에 대한 내력이 크게 향상된다.
예를 들어, 유입변압기 등 변압기의 일반적 구성(변압기의 추가 구성요소와 상세한 기능에 대한 설명은 본 고안을 이해하는데 필수적인 사항은 아니므로 생략한다; 미도시)의 경우, 절연지 표면에 수지가 코팅되어 있어, 상기 절연지가 도체의 닿는 면적이 넓으면, 단락시 도체의 변형 억제력이 높아진다.
그리고, 상기 전술한 바와 같이 절연지에 닿는 도체의 면적이 크므로 권선 내부의 오일 순환 Duct로 순환되는 오일과 접촉 면적이 넓어 변압기 권선의 냉각효 과가 증가 된다.
따라서, 권선 도체를 상기 알루미늄 타원형 도체(20)로 형성할 경우 넓은 면으로 상기 절연 시트(2)에 접촉하므로, 층간 절연의 효과가 증대된다.
그리고, 상기 알루미늄 타원형(20) 도체의 외주면은 신축성이 높은 폴리에스테르이미드와 폴리아미드이미드(이하 'EI-AIW'로 칭함)를 도포하였다.
상기 EI-AIW는 폴리에스테르 수지(Polyester Resin)가 최대 40%, 자일렌(Xylene)이 최대 7%, 크레졸(Cresol)이 최대 35% 함유된 폴리에스테르이미드 수지(Polyesterimide Resin)로 1차 코팅을 하고 건조시킨 후 N-메틸-2-피롤리돈(N-metil-2-pirrolidone)이 최대 43%, 자일렌이 최대 23.3%, N.N-디메틸아세트아마이드(N.N-dimethylacetamide)가 최대 4.9% 함유된 폴리아미드이미드 수지 (Polyamidoimidic Resin)로 2차 코팅을 하여 형성된다.
상기 EI-AIW는 신축성이 높아서 권선 도체의 형상 변경시에 수지의 손상을 억제하기 때문에 절연성을 유지하는데 효과적이다.
2. 제 2실시예
본 고안의 제 2실시예에 따른 콤팩트 변압기의 권선 도체는 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1실시예에서의 알루미늄 권선 도체의 폭과 높이를 달리하여 형성되는 것 외에 다른 구성요소는 동일하다(동일 구성요소에 대해서는 설명을 생략하였다).
즉, 알루미늄 사각형 도체(30)로 상기 변압기를 권선하여 형성된다.
상기 알루미늄 사각형 도체(30)는 상기 알루미늄 환선 도체(10)를 다이스(Dies)에 통과시켜 각형으로 형성된다.
3. 도체의 점적율 비교예
상기 알루미늄 환선 도체(10), 상기 알루미늄 타원형 도체(20), 상기 알루미늄 사각형 도체(30)로 형성된 권선 도체의 점적율을 상세 비교하였다.
본 비교에서는 설명을 용이하게 하기 위해 권선 도체를 치수에 한정하여 설명하지만, 이에 한정하는 것은 아니며 변압기의 용량 및 설계에 따라 선택적으로 사용되는 권선 도체이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 지름이 5밀리미터인 알루미늄 환선 도체(10) 4가닥으로 권선 도체를 형성하였다.
전체 가로, 전체 세로 길이가 각각 10밀리미터로 형성되며 전체 단면적은 수식 1과 같다.
10 x 10 = 100(㎟)
그리고, 지름이 5밀리미터인 상기 알루미늄 환선 도체(10) 4가닥의 단면적은 수식 2와 같다.
4 x 2.5 x 2.5 x π= 78.5(㎟)
따라서, 상기 알루미늄 환선 도체(10)로 권선 도체를 형성하였을 때의 공간 손실(Space Loss)은 수식 3과 같다.
100 - 78.5 = 21.5(㎟)
따라서, 상기 알루미늄 환선 도체(10)의 점적율을 계산하면, 수식 4와 같다.
(78.5 / 100) x 100 = 78.5(%)
그리고, 상기 알루미늄 환선 도체(10)로 권선 도체를 형성하였을 때의 공간 손실률(Space Loss Rate)은 수식 5와 같다.
100 - 78.5 = 21.5%
한편, 도 5에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 폭이 6.358밀리미터, 높이가 3.5밀리미터인 상기 알루미늄 타원형 도체(20) 4가닥으로 권선 도체를 형성하였다.
전체 길이가 12.716밀리미터, 전체 세로 길이가 7밀리미터로 형성되며 전체 단면적은 수식 6과 같다.
12.716 x 7 = 89.0(㎟)
그리고, 폭이 6.358밀리미터, 높이가 3.5밀리미터인 상기 알루미늄 타원형 도체(20) 4가닥의 단면적은 수식 7과 같다.
(4 x 1.75 x 1.75 x π) + ( 2.858 x 3.5 x 4 ) = 78.5(㎟)
따라서, 상기 알루미늄 타원형 도체(20)로 권선 도체를 형성하였을 때의 공간 손실(Space Loss)은 수식 8과 같다.
89.0 - 78.5 = 10.5(㎟)
따라서, 상기 알루미늄 타원형 도체(20)의 점적율을 계산하면, 수식 9와 같다.
(78.5 / 89.0) x 100 = 88.2(%)
그리고, 상기 알루미늄 타원형 도체(20)로 권선 도체를 형성하였을 때의 공간 손실률(Space Loss Rate)은 수식 10과 같다.
100 - 88.2 = 11.8%
한편, 도 7에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 폭이 8.387밀리미터, 높이가 2.5밀리미터인 상기 알루미늄 사각형 도체(30) 4가닥으로 권선 도체를 형성하였다.
전체 가로 길이가 12.716밀리미터, 전체 세로 길이가 5밀리미터로 형성되며 전체 단면적은 수식 11과 같다.
16.774 x 5.0 = 83.37(㎟)
그리고, 폭이 8.387밀리미터, 높이가 2.5밀리미터인 상기 알루미늄 사각형 도체(30) 4가닥의 단면적은 수식 12와 같다.
(4 x 1.25 x 1.25 x π) + (5.8868 x 2.5 x 4) = 78.5(㎟)
따라서, 상기 알루미늄 사각형 도체(30)로 권선 도체를 형성하였을 때의 공간 손실(Space Loss)은 수식 13과 같다.
83.37 - 78.5 = 5.37(㎟)
따라서, 상기 알루미늄 사각형 도체(30)의 점적율을 계산하면, 수식 14와 같다.
(78.5 / 83.37) x 100 = 93.6(%)
그리고, 상기 알루미늄 사각형 도체(30)로 권선 도체를 형성하였을 때의 공간 손실률(Space Loss Rate)은 수식 15와 같다.
100 - 93.6 = 6.4(%)
따라서, 상기와 같이 상기 알루미늄 환선 도체(10), 상기 알루미늄 타원형 도체(20), 상기 알루미늄 사각형 도체(30)의 점적율을 비교해 본 결과, 상기 각각의 도체의 면적은 같으나 단면의 형태에 따라서 전체적인 단면적이 달라지는 것을 알 수 있다.
그리고, 상기 알루미늄 사각형 도체(30)로 권선 도체를 형성하였을 때 가장 점적율이 높으며 공간 손실률이 가장 적은 것을 알 수 있다.
본 고안은, 변압기 권선용 도체를 기존의 동(구리) 환선에서, 알루미늄 환선으로 변경하면서, 알루미늄 환선의 형상을 타원형 또는 사각형으로 변환시켜 권선시 도체의 점적율을 환선의 78.5%에서 90% 이상으로 높여, 권선의 부피를 축소시켜 변압기를 콤팩트하게 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 철심과 권선 도체로 이루어진 변압기에 있어서,
    권선 도체의 형상은 타원형이며 상기 권선 도체의 재질은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 콤팩트 경량 변압기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 권선 도체의 단면의 폭과 높이의 비는 1.82 ~ 3.35 : 1로 형성되는 것을 특징으로 하는 콤팩트 경량 변압기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 권선 도체의 외주면은 폴리에스테르아미드와 폴리아미드이미드로 도포 된 것을 특징으로 하는 콤팩트 경량 변압기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 타원형 알루미늄 권선 도체에 폴리에스테르이미드 수지로 1차 도포하고, 상기 폴리에스테르이미드 수지가 도포 된 알루미늄 권선 도체를 건조시키고, 상기 건조된 폴리에스테르이미드 수지가 도포 된 알루미늄 권선 도체 상에 폴리아미드이미드 수지로 2차 도포한 알루미늄 권선 도체를 철심에 권선 하여 구성된 것을 특징으로 하는 콤팩트 경량 변압기.
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