KR20100010587U - 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기 - Google Patents

Abstract

본 고안의 고주파 교환식 직류정류기의 변압기는 (철분이나 나노결정이나 비정질실리콘으로 된) 환형철심에 1차동선을 감고, 원래는 동선이나 동판을 감아서 출력하는 2차측에는 신개발된 모듈이나 모듈블록을 사용하되, 2차측의 모듈이나 모듈블록 내부를 물로 냉각해 환형철심과 1차코일과 2차모듈을 모두 동시에 정상 온도로 유지함으로써 변압기의 효율을 개선하고 절전효과를 달성함과 동시에, 변압기의 체적을 줄이고 중량을 경감함은 물론, 특히 변압기 내부를 냉각수관으로 냉각함으로써 냉각수를 회수해 오염을 일으키지 않는다.

Description

고주파 스위치식 직류정류기의 변압기{HIGH-FREQUENCY SWITCHING-TYPE DIRECT-CURRENT RECTIFIER}

본 고안은 고주파 스위치식 직류정류기의 변압기의 구조개선에 관한 것으로, 구체적으로는 환형 철심(철분, 나노결정 또는 비정질 실리콘)에 1차측 도전금속(동선)을 권선하고 모듈 방식이나 모듈블록 방식으로 2차측 구조를 형성한 변압기에 관한 것이다.

공지의 DC 직류고전류저전압 정류기의 변압기는 주로 SCR(Silicon Control Rectifier; 실리콘 제어정류기)로 제어되고, 고전류저전압의 직류전원(출력 1~50V, 1~50000A)이나 고주파 교환식(스위치식 DC) 직류정류기에 이용된다. 그 용도는 주로 표면처리(전기도금), PBC 전기도금, IC 전기도금, 연속전기도금, 금속도금, 전해, 충전기, 전착도장 등에 이용된다.

SCR의 변압기는 주로 실리콘스틸편을 변압기의 철심으로 사용하고, 도전금속으로 1차측에 동선을 감으며, 2차측에도 동선을 감는 방식을 채택하며, 고전류저전압에 대응하기 때문에 철손과 동손이 높고 효율은 낮으며 전기에너지의 소모가 심하다. 또, 체적이 대단히 커서 고전류저전압 정류를 할 때에 고온을 생성하기 때문 에, 일반적으로 냉각장치를 필요로 하는데, 일례로 강풍팬으로 냉각하는 것이 보통이지만, 이 경우 소음이 발생한다. 오일 냉각방식을 채택할 경우, 오염이 생기고 정류효율이 떨어진다.

본 고안의 목적은 고주파 교환식(스위치식 DC) 직류정류기의 변압기의 구조, 특히 고전류저전압의 고주파 교환식 정류기에 적용하는 변압기의 설계를 새롭게 제공해 전술한 문제를 개선하는데 있다.

이상의 목적 달성을 위해, 본 고안의 고주파 교환식 직류정류기의 변압기는 주로 (철분이나 나노결정이나 비정질실리콘으로 된) 환형철심에 1차동선을 감고, 원래는 동선이나 동판을 감아서 출력하는 2차측에는 신개발된 모듈이나 모듈블록을 사용하는 한편, 2차측의 모듈이나 모듈블록 내부를 물로 냉각해 환형철심과 1차코일과 2차모듈을 동시에 정상 온도로 유지시킴으로써 변압기의 효율을 개선하고 절전효과를 달성함과 동시에, 변압기의 체적을 줄이고 중량을 경감함은 물론, 특히 변압기 내부를 냉각수관을 통해 냉각함으로써 냉각수를 회수해 오염을 일으키지 않는다.

이상과 같은 본 고안에 의한 변압기는 정상온도를 유지하므로, 효율이 개선되고 절전효과를 달성함과 동시에 변압기의 체적을 축소하고 중량을 경감함은 물론, 변압기 내부가 냉각수관으로 냉각되어 냉각수를 회수할 수 있어, 오염을 일으키지 않는다.

도 1은 제1 실시예의 전개사시도로서, 환형 철심(1)과 2차측 모듈(2)을 볼 수 있다. 환형철심(1)에 동선을 감아 1차코일(10)을 형성하고, 2차측 모듈(2)은 2개의 반원형 모듈블록(21,22)을 결합한 것이며, 2차측 모듈 중앙에 환형 홈(20)을 형성하며, 모듈블록들의 결합면 사이에는 절연재(23)를 배치한다. 2차측 모듈(2)의 윗면에는 냉각수 진입공(210)과 냉각수 배출공(220)을 형성한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안과 공지의 SCR은 실리콘스틸편으로 변압기를 생성하고, 고주파 교환식(스위치식) 직류정류기의 고전류저전압 방식과는 다른데, 고주파 교환식 고전류저전압 변압기에서는 주로 환형 철심(1; 철분식, 나노결정 또는 비정질실리콘)에 의한 1차코일(10)과 2차모듈(2)을 이용한 신개발 모듈식 설계를 통해 변압기를 형성한다. 또, 냉각수로 고전류로 발생된 열을 식혀 변압기 효율을 개선하며 절전효과도 기대된다.

도 3의 2차모듈(2)의 측단면도를 참조해 냉각수 관계를 설명한다. 2차모듈(2) 중앙의 환형 홈(20)에, 1차코일(10)을 형성하는 환형철심(1)을 끼우면, 고전류저전압 정류시 고온상태가 되므로, 이를 냉각하여 정상온도를 유지함으로써 변압기의 효율을 향상시켜 절전효과를 달성하도록 한다. 본 고안은 2차모듈(2) 위아래에 냉각수 진입공(210)과 냉각수 배출공(220)을 형성한다. 정류할 때 냉각수 진입공(210)에 들어간 냉각수는 2차모듈(2)의 내부를 통과한 다음 냉각수 배출공(220)을 통해 나가면서 열을 빼앗아 2차모듈(2)을 정상온도로 유지한다.

도 4는 본 고안의 제2 실시예의 사시도이다. 2차모듈(3) 중앙에 환형 홈(30)을 형성함과 동시에, 2차모듈을 4개의 모듈블록(31~34)으로 분할한다. 모듈블록들 을 결합할 때 각각의 모듈블록의 결합단면 각각에 절연재(35)를 부착해 격리하며, 마찬가지로 각각의 모듈블록에 냉각수 진입공(36)과 냉각수 배출공(37)을 형성해, 정류를 할 때 각각의 모듈블록을 냉각해 정상온도를 유지함으로써, 변압기의 효율을 향상시킨다.

도 5는 본 고안의 제3 실시예의 사시도이다. 2차모듈(4)은 2개의 대칭 4변형 모듈블록(41,42)으로 이루어지고, 중앙에 환형 홈(40)을 형성해 환형철심(1)을 끼운다. 모듈블록(41,42) 각각에 냉각수 진입공(43)과 냉각수 배출공(44)을 형성한다. 모듈블록(41,42)의 결합단면에는 마찬가지로 절연재(45)를 붙여 격리하는데, 이 장치는 고전류저전압에는 적용되지 않지만 정류효율은 극히 높다.

도 6은 본 고안의 제4 실시예의 사시도이다. 2차모듈(5)은 단면이 사변형으로, 4개의 모듈블록(51~54)으로 분할된다. 이들 모듈블록을 결합할 때 절연재(55)를 결합단면에 끼워 격리하며, 중앙에 환형 홈(50)을 형성해 환형철심(1)을 끼운다. 모듈블록 각각에 냉각수 진입공(56)과 냉각수 배출공(57)을 형성하여, 정류할 때 발생하는 고온을 냉각수로 제거해, 2차모듈(5)의 정류효율을 개선하고 절전효과를 달성한다.

2차모듈(2)의 단면형상은 원형 이외에도 사각형, 간단한 기하학적 형상, 기타 불규칙적인 형상이 모두 가능하다.

따라서, 본 고안의 변압기로 정류를 실행할 때, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. (1) 본 고안의 환형철심(1)은 철분이나 나노결정이나 비정질실리콘을 사용해 신개발의 1차코일과 2차모듈로 된 고주파 교환식 정류기의 변압기를 구성하므로, 기존의 SCR과 비교할 때 20~30%의 전력을 절약할 수 있다. (2) 정류를 실행할 때 냉각수로 변압기 내부를 냉각하고, 냉각수를 회수할 수 있으므로, 오염이 생기지 않는다. (3) SCR 방식은 변압기의 철손과 동손이 높고 효율은 낮으면서도 체적이 극히 커서 공간을 많이 차고 무겁지만, 본 고안의 고주파 교환식 정류기의 변압기는 절전이 가능하고 체적이 작으며 중량은 기존 장치의 1/20 정도여서 운반과 시공이 용이하다. (4) 본 고안의 고주파 교환식 정류기는 신개발 2차모듈식 변압기로 변경하여, 고전류저전압의 정류기에 사용할 수 있고 효율도 높다.

본 고안의 환형철심으로 된 변압기는 1차코일 방식과 2차모듈의 통수방식을 갖는 변압기를 구성하고, 고전류저전압의 출력이 가능하므로, 고주파 교환식 직류제어로 인한 최적의 변압기 설계로 효율이 높다.

도 1은 본 고안의 제1 실시예의 전개사시도;

도 2는 본 고안의 제1 실시예의 평면도;

도 3은 본 고안의 제1 실시예의 측단면도;

도 4는 본 고안의 제2 실시예의 사시도;

도 5는 본 고안의 제3 실시예의 사시도;

도 6은 본 고안의 제4 실시예의 사시도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 환형철심

2~5 2차모듈

10 1차코일

21,22,31,32,33,34,41,42,51,52,53,54 모듈블록

20,30,40,50 환형 홈

23,35,45,55 절연재

36,43,56,210 냉각수 진입공

37,44,57,220 냉각수 배출공

Claims (7)

1. 고주파 교환식 직류정류기용의 고전류저전압 변압기에 있어서:

   철분이나 나노결정이나 비정질실리콘으로 된 환형철심에 1차코일로서 동선을 감은 다음 2차측에 모듈(2차모듈)을 형성하고, 상기 2차모듈에 환형 홈을 형성한 다음, 1차코일을 감은 환형철심을 환형 홈에 끼우며, 2차모듈에 냉각수 진입공과 냉각수 배출공을 형성하고, 고주파 변압기의 고전류로 인해 발생하는 열을 2차모듈의 냉각 방식으로 빼앗아 절전효과를 달성하는 것을 특징으로 하는 변압기.
2. 제1항에 있어서, 상기 2차모듈의 내부에 냉각수관을 설치하는 것을 특징으로 하는 변압기.
3. 제1항에 있어서, 제2항에 있어서, 상기 냉각수관이 내부에서 외부로 이어지면서 진입공과 배출공을 형성하고, 변압기를 정상 작동온도로 냉각하여 변압기가 최고효율을 내도록 하는 것을 특징으로 하는 변압기.
4. 제1항에 있어서, 상기 2차모듈이 대칭되는 2개의 모듈블록으로 이루어진 것을 특징으로 하는 변압기.
5. 제4항에 있어서, 상기 2차모듈의 단면이 원형, 사변형, 기타 기하학적 형상 또는 불규칙 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 변압기.
6. 제1항에 있어서, 상기 2차모듈이 대칭되는 4개의 모듈블록으로 이루어진 것을 특징으로 하는 변압기.
7. 제6항에 있어서, 상기 2차모듈의 단면이 원형, 사변형, 기타 기하학적 형상 또는 불규칙 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 변압기.

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