KR20090087952A - 리액터 공유형 변압기 - Google Patents

Abstract

변압기의 구조를 바꾸지 않고 리액터 기능을 용이하게 추가할 수 있도록 하기 위해, 외철형 철심(2)에 입력측 코일(1b) 및 출력측 코일(1a, 1c)을 권회하여, 입력측 코일(1b)에 전압이 인가됨에 의해 생기는 자속이, 출력측 코일(1a, 1c)에 전압을 유기시키도록 변압기를 구성하고, 또한 감는 방향이 반대이고, 또한 권수가 같은 2매로 한 쌍을 구성하는 리액터용 코일(3a, 3b)을 외철형 철심(2)에 권회시킴에 의해, 전체로서 리액터 공유형 변압기를 형성한다.

리액터 공유형 변압기

Description

리액터 공유형 변압기{SHARED REACTOR TRANSFORMER}

본 발명은, 예를 들면 차량의 바닥밑(床下)에 탑재되는 차량용 변압기에 리액터 기능이 추가된 리액터 공유형 변압기에 관한 것이다.

종래 변압기에 리액터 기능을 추가하는 경우, 일반적으로 철심을 일부 공유하거나, 또는 별개로 제작한 리액터를 변압기에 조립하는 것이 행하여지고 있다. 또한 변압기와 별개로 제작한 리액터를 탱크와 일체적으로 구성한 것도 있다.

더욱 종래의 분로(分路) 리액터 공유형 변압기로서, 변압기의 계철(繼鐵)의 일부에 마련된 바이패스 철심과, 계철의 일부와 바이패스 철심으로 둘러싸인 공간 내에 마련된 갭 철심 및 리액터 코일로 이루어지고, 바이패스 철심이 리액터의 계철을 형성하고 있음과 함께, 변압기의 코일과 분로 리액터의 코일의 감는 방향을, 계철의 일부중의 변압기 자속(磁束)과 리액터 자속이 서로 지우는 방향으로 되어 있는 것도 있다(특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 특공평06-82582호 공보

종래의 리액터 공유형 변압기는 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 리액터가 변압기와는 별개 구조로 되어 버리고, 부품 갯수가 증가하고, 탱크의 형상이 복잡하게 되어 버린다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 변압기의 구조를 바꾸지 않고 리액터 기능을 추가할 수 있는 리액터 공유형 변압기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 리액터 공유형 변압기는, 철심과, 철심에 권회된 변압기측의 코일인 입력측 코일 및 출력측 코일과, 철심에 권회되고, 서로 권수가 같은 2매(枚) 또는 2군(群)으로 한 쌍을 구성하는 리액터용 코일을 구비하고, 리액터용 코일에 의해 발생하는 자속이 서로 상쇄되도록 리액터용 코일을 서로 접속하여 구성하는 것이다.

본 발명에 관한 리액터 공유형 변압기에 의하면, 철심과, 철심에 권회된 변압기측의 코일인 입력측 코일 및 출력측 코일과, 철심에 권회되고, 서로 권수가 같은 2매 또는 2군으로 한 쌍을 구성하는 리액터용 코일을 구비하고, 리액터용 코일에 의해 발생하는 자속이 서로 상쇄되도록 리액터용 코일을 서로 접속하여 구성하였기 때문에, 변압기 자체의 구성을 바꾸는 일 없이, 리액터 기능을 용이하게 추가할 수 있게 된다.

또한 변압기의 철심 구조 자체를 변경하는 일 없이, 나아가서는 종래와 같은 바이패스 철심이 필요하지 않게 되기 때문에, 장치 전체의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있게 된다. 또한 종래와 같이, 변압기와 별개 구조의 리액터를 탱크에 조립하기 위한 작업을 없앨 수 있기 때문에, 조립 작업상의 비용 저감을 도모할 수 있게 된다.

도 1은 외철형 변압기의 일반 형태를 도시하는 사시도.

도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 리액터 공유형 변압기를 도시하는 단면도.

도 3은 다른 형태에 의한 리액터 공유형 변압기를 도시하는 단면도.

도 4는 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 리액터 공유형 변압기를 도시하는 단면도.

실시의 형태 1.

도 1은 이른바 일반적인 외철형 변압기를 도시하는 사시도이고, 도 1에서, 변압기의 코일(1)은 철심(2)에 권회(卷回)됨과 함께, 철심(2)은 코일(1)의 외측에 위치하도록 마련되어 있다.

도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 리액터 공유형 변압기를 도시하는 단면도이고, 도 2는 도 1에서의 A-A선 단면에 상당하는 단면도이다. 또한 도 1에서는, 코일(1)은 1개밖에 나타나 있지 않지만, 실제로는 도 2에 도시되는 바와 같이, 철심(2)에는 복수의 코일(1a, 1b, 1c, 3a, 3b)이 권회되어 있다.

도 2에서, 코일(1a, 1b, 1c)은 변압기를 구성하는 코일이고, 입력측 코일(1b)과, 출력측 코일(1a, 1c)은 철심(2)에 권회됨과 함께, 입력측 코일(1b)에 전압이 인가됨에 의해 생기는 자속에 의해, 출력측 코일(1a, 1c)에 전압이 발생한다. 코일(3a, 3b)은 리액터를 구성하는 코일이다.

철심(2)은, 주철심(主鐵心)(2a)과, 이 주철심(2a)의 양측에 평행하게 배치된 철심각(鐵心脚)(2b)과, 이들 주철심(2a) 및 철심각(2b)을 결합하는 계철(2c)을 구비하고 있다. 주철심(2a)에는, 철심(2)에 의해 둘러싸인 공간(B)의 내부에서 입력측 코일(1b)이 권회되어 있다.

주철심(2a)에는 또한, 철심(2)에 의해 둘러싸인 공간(B)의 내부에서 2개의 출력측 코일(1a, 1c)도 권회되어 있고, 출력측 코일(1a, 1c)은 입력측 코일(1b)의 양측에서 이것을 축방향으로 끼우도록 배치되어 있다.

리액터용 코일(3a, 3b)은 서로 감는 방향이 반대인 점 이외는 동일 형상의 코일이고, 이와 같은 감는 방향을 반대로 한 2매로 한 쌍을 구성하는 코일(3a, 3b)을 변압기의 동일한 철심(2)에 권회시킴에 의해, 리액터 공유형 변압기를 구성하는 것이다.

또한 리액터용 코일(3a, 3b)은 변압기측의 출력측 코일(1a, 1c) 및 입력측 코일(1b)과는 권수(卷數)가 다른 동일 형상의 코일이 사용되고 있다.

다음에 상기한 바와 같이 구성된 리액터 공유형 변압기의 동작에 관해 설명한다. 리액터 공유형 변압기는 차량의 바닥밑에 탑재되어 있고, 전력은 트롤리선으로부터 팬터그래프에 의해 얻어지고 차단기를 통하여 차량 탑재용 변압기의 철심(2)에 감긴 입력측 코일(1b)에 공급된다.

롤리선으로부터 팬터그래프와 차단기를 통하여 수전(受電)된 전압이, 차량 탑재용 변압기의 입력측 코일(1b)에 입력되고, 변압되여 차량 탑재용 변압기의 출력측 코일(1a, 1c)에 출력된다.

이 출력측 코일(1a, 1c)의 출력은 PWM 컨버터에 공급되고, 여기서 단상 교류가 직류로 변환된다. 또한 이 변환된 직류는 인버터에 급전되고, 여기서 직류가 3상 교류로 변환된다. 이 3상 교류는, 3상 전동기를 구동하여 그 차량의 차륜을 구동하도록 되어 있다. 여기서 리액터용 코일(3a, 3b)은 상기 PWM 컨버터와 인버터 사이에 설치됨에 의해, 평활(平滑) 리액터로서 작용한다.

리액터 공유형 변압기를 구성하는 각 코일(1a, 1b, 1c, 3a, 3b)에 전류가 흐름에 의해, 철심(2)에는, 변압기 코일(1a, 1b, 1c)에 의해 발생하는 실선에 의해 도시되는 바와 같은 자속(o), 리액터용 코일(3a)에 의해 발생하는 점선에 의해 도시되는 바와 같은 자속(p), 및 리액터용 코일(3b)에 의해 발생하는 1점쇄선에 의해 도시되는 바와 같은 자속(q)이 각각 발생한다.

여기서 리액터용 코일(3a, 3b)은 권수가 같고, 또한 감는 방향이 반대인 동일 형상의 코일이기 때문에, 자속(p, q)은 크기가 동일하고, 또한 방향이 반대인 자속이 된다.

따라서 자속(p, q)은 서로 상쇄되기 때문에, 철심(2)에는 자속(o)만이 남고, 철심(2)은 자속(o)만을 통과시키는 크기의 것으로 끝나게 되어, 종래의 변압기와 리액터를 제각기 구성한 장치에 비하면, 장치 전체의 크기의 소형화를 도모할 수 있게 된다.

이상과 같이 리액터용 코일(3a, 3b)을 변압기 코일(1a, 1b, 1c)과 동일 형상으로 구성하기 때문에, 변압기 자체의 구성을 바꾸는 일 없이, 리액터 기능을 용이하게 추가할 수 있게 된다.

또한 변압기의 철심 구조 자체를 변경하는 일 없이, 나아가서는 종래와 같은 바이패스 철심이 필요하지 않게 되기 때문에, 장치 전체의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있게 된다. 또한 종래와 같이, 변압기와 별체 구조의 리액터를 탱크에 조립하기 위한 작업을 없앨 수 있기 때문에, 조립 작업상의 비용 저감을 도모할 수 있게 된다.

또한 도 2에서, 또한 다른 리액터용 코일을 코일(3a, 3b)에 대해 병렬이 되도록 증가시킴에 의해, 리액터 값을 용이하게 증가시킬 수 있게 된다. 이 경우에는, 2매로 한 쌍이 되는 코일을 병렬로 추가시키게 되기 때문에, 코일 수 자체는 4, 6, 8 … 로 짝수매씩 증가하여 가게 된다.

이 경우 리액터용 코일을 4매 설치한 경우에는, 2매로 1군을 구성하게 되고, 2군으로 한 쌍을 구성함에 의해 전체로 4매의 리액터용 코일이 마련되게 된다. 이하 마찬가지로 3매, 4매 …로 1군을 구성하고, 2군으로 1 쌍을 구성함에 의해 전체로 6매, 8매 …의 리액터용 코일이 마련되게 된다.

따라서 도 2에 도시한 구조를 포함하면, 권수가 같고, 또한 감는 방향이 반대인 2매 또는 2군으로 한 쌍을 구성하는 리액터용 코일을 동일한 철심에 권회시켜서 구성하게 되는 것이다. 또한 도 2에서는, 주철심(2a)에 갭이 마련되지 않은 경우에 관해 설명하였지만, 도 3에 도시하는 바와 같이, 갭(G)을 마련하도록 하여도 좋다.

이로 인해 철심이 2개로 완전히 분할되어 있기 때문에, 도 2의 구조에 비하면 자속의 흐름이 상하로 완전히 분할되게 되고, 자속의 흐름이 도중에서 분류(分 流)하는 일없이 심플하게 되기 때문에, 무부하손(無負荷損)(core loss)의 발생량이 적어진다. 또한 도 3에 도시하는 바와 같은 구조를 채용함에 의해, 철심의 폭이 주철심(2a), 철심각(2b) 및 계철(2c)에서 모두 같게 되기 때문에, 동일한 폭으로 철심을 절단하면 되게 된다.

실시의 형태 2.

도 4는 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 리액터 공유형 변압기를 도시하는 단면도이고, 도면에서, 변압기측의 코일(1a, 1b, 1c)과 리액터측의 코일(3a, 3b) 사이에 변압기측의 코일(1a, 1b, 1c)이 리액터측의 코일(3a, 3b)의 영향을 받지 않도록 하기 위한 세퍼레이트 철심(4)을 마련한 것이다. 즉 도 4에 도시하는 바와 같이, 리액터측의 코일(3a)로부터 누설된 자속을 변압기측의 코일(1c)에 통과시키지 않도록, 복수의 철심을 축방향(X)으로 쌓아올리도록 하여 세퍼레이트 철심(4)을 구성하는 것이다.

이와 같이 세퍼레이트 철심(4)을 마련함에 의해, 리액터측의 누설 자속이 변압기측에 영향을 미치는 것을 저지할 수 있음과 함께, 변압기측의 누설 자속이 리액터측에 영향을 미치는 것을 저지할 수 있다.

또한 도 4에 도시하는 바와 같이, 리액터용 코일(3a, 3b)의 사이에 해당 리액터용 코일(3a, 3b)의 리액턴스를 바꾸기 위한 갭 철심(5)을 마련하도록 하여도 좋다. 갭 철심(5)은 동일 형상의 복수의 철심을 작은꼬리표 모양으로 구성하여 리액터용 코일(3a, 3b) 사이에 누설 자속을 축적할 수 있도록, 축방향(X)에 대해 수직한 방향으로 쌓아올리도록 하여 구성하는 것이다.

이와 같이 갭 철심(5)을 삽입함에 의해, 리액턴스를 바꿀 수 있다. 즉 갭 철심(5)중에 누설 자속이 집중하게 되기 때문에, 리액턴스를 크게할 수 있게 되고, 따라서 갭 철심(5)의 형상, 치수 등을 변화시킴에 의해, 리액터용 코일(3a, 3b)의 리액턴스를 바꿀 수 있게 된다.

또한 도면에 도시하는 구성에서는, 2매의 리액터용 코일(3a, 3b)의 사이에 갭 철심(5)을 마련한 경우에 관해 설명하였지만, 리액터용 코일이 4매 이상의 2군으로 구성될 때는, 2군의 리액터용 코일 사이에 갭 철심을 마련하게 된다. 또한 상기 실시의 형태 1, 2에서는, 외철형의 변압기에 관해 설명하였지만, 내철형의 변압기에서 상기 구성을 채용하도록 하여도 좋다. 또한 상기 설명에서는, 차량용으로서 설명하였지만, 다른 용도에 이용하도록 하여도 좋다.

본 발명은 차량용 변압기뿐만 아니라, 리액터 기능이 추가되는 리액터 공유형 변압기 전반에 적용할 수 있다.

Claims (3)

1. 철심과, 상기 철심에 권회된 변압기측의 코일인 입력측 코일 및 출력측 코일과, 상기 철심에 권회되고, 서로 권수가 같은 2매 또는 2군으로 한 쌍을 구성하는 리액터용 코일을 구비하고, 상기 리액터용 코일에 의해 발생하는 자속이 서로 상쇄되도록 상기 한 쌍의 리액터용 코일을 서로 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 리액터 공유형 변압기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 변압기측의 코일과 상기 리액터용 코일 사이에, 상기 변압기측의 코일이 상기 리액터용 코일에 의한 누설 자속의 영향을 받지 않도록 하기 위한 세퍼레이트 철심을 마련한 것을 특징으로 하는 리액터 공유형 변압기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 2매 또는 2군의 리액터용 코일의 사이에 상기 리액터용 코일의 리액턴스를 바꾸기 위한 갭 철심을 마련한 것을 특징으로 하는 리액터 공유형 변압기.

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