KR20100016712A - 와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기 및그 제조방법 - Google Patents

와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기 및그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 코어, 1차 및 2차코일, 절연지, 절연재료를 포함하는 중ㆍ고주파용 변압기에 있어서; 400Hz미만 50KHz초과 범위를 제외한주파수대,30VA미만 1000VA초과용량을 제외한 변압기, 최대 출력전압10,000V 미만일 때, 상기 코어는 아몰퍼스 혹은 페라이트로 이루어지고, 상기 절연지와 절연재료는 절연등급에 관계없이 유전율이 낮고 절연율이 높은 것이며, 상기 코일의 층간 절연두께는 1mm초과 4mm미만으로 유지되고, 상기 코어와 코일의 절연간격은 5mm초과 10mm미만으로 유지된 것을 특징으로 하는 와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기를 제공한다.
이에 본 발명은 중ㆍ고주파를 사용함에 따라 발생되는 강한 전,자기장에 의해 변압기를 구성하는 코어, 코일, 절연지, 절연재료로부터 유기되는 전자를 최소화할 수 있고, 이로 인해 변압기 내부에서 발생되는 고열과 절연파괴 현상은 물론 오존 및 플라즈마발생기의 반응기인 콘덴서형 부하(전극 및 유전체)의 고열, 결로, 스트리머 등을 극소화시키고 부하(전극 및 유전체)와의 ‘공진(또는 동조)’현상을 통해 정현파(sine wave)를 생성하여 변압기 효율을 극대화시키고, 변압기 운전 및 유지보수 비용과 수명을 연장시키게 된다.
아울러, 본 발명을 적용하게 되면 중ㆍ고주파용 변압기가 주로 사용되고 있는 오존(OZONE)이나 플라즈마(PLASMA) 산업 등에 적합한 전원공급장치를 소비자에 게 저렴한 가격으로 공급할 수 있게 된다.
와전류, 히스테리시스, 중ㆍ고주파, 변압기, 절연지, 절연두께, 절연간격, 절연파괴, 연면방전, 섬락, 플라즈마, 오존, 공진, 동조

Description

와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기 및 그 제조방법{TRANSFORMER WITH LOW EDDY CURRENT AND MAGNETIC HYSTERESIS LOSSES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상용주파수가 아닌 중ㆍ고주파를 사용하는 전기기기용 변압기의 절연파괴 현상을 막아 전극 및 유전체에서 발생되는 고열과 결로 및 스트리머(Streamer)를 최소화시킬 수 있도록 한 와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 변압기란 전자기유도현상을 이용하여 교류의 전압이나 전류값을 변화시키는 일종의 전기기기를 말하며, 그 종류는 상수, 권선수, 절연체의 종류, 냉각매체, 냉각방식, 절연유 열화방지 방식, 용도 등에 따라 다양하다.
특히, 이러한 변압기는 코어, 코일, 절연지 및 절연재료를 주요 구성으로 하며, 주파수 대역에 따라 상용주파수(60Hz) 대역을 사용하는 저주파 변압기, 중주파(60~1000Hz)나 고주파(1~200KHz) 대역을 사용하는 중ㆍ고주파 변압기로 나뉜다.
이때, 상기 중ㆍ고주파 변압기는 중ㆍ고주파가 변압기에 인가됨에 따라 생성 된 강한 자기장에 의해 변압기를 구성하고 있는 코어, 코일, 절연지 및 절연재료가 전,자기적 간섭을 많이 받게 되어 변압기가 가지고 있는 효율을 최대로 발휘할 수 없게 된다. 이는 코어, 코일, 절연지 및 절연재료가 모두가 어느 일정한 유전율과 절연율을 가지고 있어 전,자기적 간섭을 받게 되면 외부로 유기되는 전자가 많아지기 때문에 나타나는 현상이다. 예컨대, 주파수의 경우 중ㆍ고주파(400Hz~50KHz) 대역에서는 1 Cycle(주기)이 1초당 반복하는 횟수가 400번에서 50,000번이나 되기 때문에 상용주파수(60Hz) 대역보다 훨씬 강한 자기장이 형성되어, 전선이나 전극 등 도체 내부의 전자들은 중ㆍ고주파로 인한 전,자기적 간섭을 받을 수밖에 없고, 이로 인해 변압기를 구성하고 있는 코어, 코일, 절연지, 절연재료 내부에 있는 전자들은 더욱 빠른 속도와 힘을 갖고 움직이게 된다. 이렇게 되면 원래 도체 내부로만 흘러야 할 전자들이 너무 빠른 속도와 힘에 의해 예측할 수 없는 부분으로 유기되는 현상이 발생되게 된다. 유기된 전자들은 서로 다른 방향에서 유기된 다른 전자와 충돌을 일으켜 열(와전류 및 자기이력 손실)을 발생시키게 되고, 절연재료가 유전율이 높고 절연상태가 약한 경우 코일층간, 코아와 코일간에 섬락 및 연면방전을 일으키게 된다.
변압기 자체에 열로 소모되는 유기전자가 많으면 열로 소모된 유기전자 만큼 부하로 공급되는 전자(전류) 양이 줄어들게 되며, 또한 줄어든 전자(전류) 양만큼 부하에 공급되는 전압은 상승하게 된다. 적은 양의 전자(전류)와 높은 전압을 공급받은 부하는 시간이 지남에 따라 고열이 발생되게 되고, 이 같은 현상이 지속되게 되면 이를 공급하는 변압기 또한 더욱 많은 열과 섬락 또는 연면방전(코로나방전) 을 일으키게 되어 결국 절연파괴가 일어나게 된다.
따라서, 중ㆍ고주파 변압기 설계시 중ㆍ고주파의 전,자기적 간섭으로부터 발생되는 변압기 내부의 강한 자계와 코일 내부의 전자흐름을 전기적 손실없이 부하에 보낼 수 있는 것에 촛점을 두어야 한다.
이를 위해선 변압기 구성재료 즉, 코어ㆍ코일ㆍ절연지ㆍ절연재료가 가진 유전율과 절연율에 따라 중ㆍ고주파의 전,자기적 간섭이 좌우됨을 알고 반드시 이들의 상호관계에 의한 설계가 필요하다.
예컨대, 상용주파수 대역에서는 별로 반응하지 않던 +, - 모멘트 성분(양성자와 전자)이 400Hz 이상의 높은 주파수 대역에서는 급속하게 움직이게 되며, 특히 코일에서는 도체 내부를 흐르는 전자들이 유전율이 높은 절연지를 사용하거나 절연상태가 약할 경우 이들이 층간 절연지를 뚫고 코일 밖으로 유기되기도 하고, 심지어는 코일과 코일 사이에서 연면방전을 일으키기도 하며, 절연지 외부로 유기된 전자들은 여러 방향에서 유기된 다른 전자들과 충돌을 일으켜 열을 발산하게 되고, 결국 변압기 자체의 열을 증가시키는 주된 원인이 되게 된다.
따라서 코어는 자속밀도가 높아 와전류 및 히스테리시스 손실을 줄일 수 있는 아몰퍼스(비결정성고체:非結晶性固體, Amorphous solid)나 페라이트(Ferrite)가 바람직하고; 절연지는 유전율이 높은 것을 사용하게 되면 높은 전압과 중ㆍ고주파에서는 일종의 금속 성질을 나타내기 때문에 절연지 내부에 존재하는 일부 전자가 외부로 유기되어 다른 전자와 충돌하면서 '쇼트'를 일으켜 많은 열을 발생시키게 되며, 코일 층간 절연지의 유전상태가 높으면 코일과 코일 사이에서 섬락 또는 연 면방전이 일어나 결국 절연지가 뚫리면서 절연파괴가 일어나거나 타버리므로 이를 고려하여 선정하여야 하고; 절연재료의 경우에도 절연지와 유사한 범주에서 선택하여야 하나 절연율과의 관계성도 고려하여야 한다.
한편, 절연율은 전기기기, 전선 등에서 전기를 흘렸을 때 도전부분의 주변을 부도체로 피복하여 전기의 위험성으로부터 방호하기 위해 사용하는 절연지 혹은 전열재료 등의 능률을 나타내는 것으로, 중ㆍ고주파 및 5000V 이상의 고압을 공급하는 변압기의 경우 내전압이 낮은 절연지 사용시에는 절연파괴가 쉽게 일어나므로 절연율이 높은 절연지를 사용해야 하며, 특히 플라즈마 발생기 혹은 오존 발생기 등에 사용되는 중ㆍ고주파 변압기의 경우에는 주파수의 간섭이 상용주파 변압기의 경우보다 훨씬 많은 전,자기적 위험성에 노출되기 때문에 이를 충분히 고려하여 설계하여야 한다.
그런데, 종래 중ㆍ고주파용 변압기는 중ㆍ고주파에 의한 전,자기적 간섭을 전혀 고려하지 않고 상용주파수(60Hz)에 적합한 절연지와 절연재료의 설계방식에 맞춰 제조되고 있어 심각한 문제를 안고 있다.
즉, 높은 전압과 중ㆍ고주파를 사용하는 변압기에서 종래에는 유전율과 절연상태에 대한 고려를 전혀 하지 않고 단순히 내전압이 높은 절연지만을 선택하여 코일의 층간 절연두께를 1mm~4mm 이내로 설계하고 있으며, 또한 5000~10000V의 고압일 경우에도 2차 코일의 권선을 섹션화하지 않고 한 층에 모두 감아 설계하고 있다.
따라서, 종래 중ㆍ고주파 변압기는 앞서 설명한 문제를 고스란히 안고 있어 효율이 지극히 낮을 수밖에 없다. 이렇게 효율이 낮은 변압기는 유기되는 전자가 많아 부하(전극 및 유전체)에 공급하는 전자량이 적어 부하(전극 및 유전체)와 '공진(또는 동조)' 현상을 일으킬 수 없다.
공진현상은 직렬 교류회로에서 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스가 일치할 때 발생한다. 유도성 리액턴스는 저항과 비교할 때 90°의 앞선 위상각을 갖고 용량성 리액턴스는 90°의 뒤진 위상각을 갖는다. 반대되는 리액턴스는 그들의 크기가 일치할 때 상쇄되어진다.
유도성 리액턴스는 주파수가 증가하면 따라서 증가하지만 용량성 리액턴스는 주파수가 증가하면 반대로 감소한다. 이것은 유동성 리액턴스와 용량성 리액턴스가 서로 반대되는 특성을 갖기 때문이며, 어느 한쪽이 증가하면 어느 한쪽은 감소하기 때문에 ‘L’값과 ‘C’값은 어느 한 주파수에 결합되어질 수 있다. 이와 같이 반대의 리액턴스가 같아지는 것을 공진(또는 동조)이라 하고, 이때의 교류회로를 공진회로라고 부른다. 공진된 상태의 공진전류는 정현파의 전류와 전압을 출력시키게 되고 정현파(sine wave)의 출력은 공진회로의 고유 공진 주파수를 갖게 되고 이런 능력은 완전한 정현파(sine wave)를 공급하기 때문에 Fly-wheel 효과라 부른다.
중ㆍ고주파 변압기와 콘덴서형 부하에 있어 공진’현상은 변압기 L’값과 부하 C’값이 어느 한 주파수에 의해 일치되어 나타나게 된다. 이때 일치점에 이르게 한 어느 한 주파수를 공진 주파수’라 칭한다. 변압기가 부하에서 최적의 효율을 내기 위해서는 변압기 'L’값과 방전관 'C'값이 공진주파수에 의해 어느 일치점에 도달해야만 가능하다. '공진(또는 동조)'을 일으키기 위해서는 변압기에서 부하에 공급되는 전자량이 종래보다 훨씬 많아야 하고, 변압기가 ‘공진 주파수’에 의한 전자기적 간섭에도 아무런 문제를 일으키지 않아야 한다. 종래 중ㆍ고주파 변압기의 설계방식으로 제작한 변압기는 부하와 공진(또는 동조)을 일으킬 수 없다. 왜냐하면, 절연지와 절연재료가 유전율이 높고 절연상태가 약해 '공진 주파수'에 의한 전,자기적 간섭을 많이 받기 때문에 변압기 외부로 유기된 전자가 증가하여 와전류 및 히스테리시스 손실이 증대되기 때문에 부하에 공급되는 전자양이 급격히 줄어들기 때문이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 중ㆍ고주파용 변압기가 갖는 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 변압기의 핵심 구성요소인 코어, 코일, 절연지 및 절연재료의 적절한 선택과 설계를 통해 중ㆍ고주파로부터 받는 전,자기적인 간섭을 최소화시켜 이로 인해 변압기 내부에서 발생되는 고열과 절연파괴 현상을 방지하는 와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 부하(전극 및 유전체)와의 공진(또는 동조)현상을 통해 정현파(sine wave)를 발진하여 변압기 효율을 극대화시킴은 물론 부하의 고열, 결로 및 스트리머를 최소화할 수 있도록 한 와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 적용되는 코어, 1차 및 2차코일, 절연지, 절연재료를 포함하는 중ㆍ고주파용 변압기는;
변압기 효율을 극대화 할수있는 400Hz미만 50KHz초과범위를 제외한 주파수대, 30VA미만 1000VA초과범위를 제외한 변압기 용량, 최대 출력전압:10,000V 이하일 때, 상기 코어는 아몰퍼스 혹은 페라이트로 이루어지고,
상기 절연지는 유전율이 낮고 절연율이 높은 것으로 절연등급에 상관없이 니스나 유중함침이 안되어 있고 합성지가 아닌 순수 종이이고,
상기 절연재료는 유전율이 낮고 절연율이 높은 에폭시나 실리콘수지이며,
상기 코일의 층간 절연두께는 사용 주파수에 따라 1mm초과 4mm미만으로 유지되고,
상기 코어와 코일의 절연간격은 5mm초과 10mm미만으로 유지된 것을 특징으로 한다.
상기 2차코일은 직렬 연결 형태로 제1코일과 제2코일로 섹션화됨을 특징으로 한다.
상기 주파수, 변압기 용량, 최대 출력전압이 모두 최대치일 경우 상기 코일의 층간 절연두께는 절연두께 상한치의 60%까지만 확장가능한 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 적용되는 400Hz미만 50KHz초과를 제외한주파수, 30VA미만 1000VA초과를 제외한 변압기용량, 최대 출력전압 10,000V 이하인 중ㆍ고주파용 변압기 제조방법은; 변압기용 코어는 아몰퍼스 혹은 페라이트이고, 상기 절연지는 유전율이 낮고 절연율이 높은 것으로 절연등급에 상관없이 니스나 유중함침이 안되어 있고 합성지가 아닌 순수 종이이며, 상기 절연재료는 유전율이 낮고 절연율이 높은 에폭시수지나 실리콘이고, 배치구조는 외철형 또는 내철형, 냉각방식은 자연냉각, 권선방식은 복권, 최고전류 제한방식은 30% 리키지 타입 또는 리키지가 없는 타입으로 선정하는 변압기 제조조건 설정단계와; 상기 설정단계를 통해 제조조건이 설정되면 선택된 절연지를 절단한 후 1, 2차 코일 층간 절연부를 사용주파수에 적합하도록 절연두께 1mm초과 4mm미만를 유지하도록 형성하는 코일 층간 절연부 형성단계와; 상기 코일 층간 절연부 형성단계에서 1,2차 코일층간 절연두께를 형성한 후 코어와 코일층간 절연간격을 5mm초과 10mm미만으로 형성하는 코어와 코일층간 절연부 형성단계와; 상기 코어와 코일층간 절연부 형성단계에서 형성한 절연간격을 5mm초과 10mm미만으로 유지한 채 상기 절연지의 유전율을 최소화하도록 겨울철 상대습도와 유사한 20%초과 30%미만를 유지한상태에서 상기 절연지내부에 포함된 수분을 제거하는 수분제거단계와,상기 절연지의 수분을 제거한후 상기 코일이 형성된 상태에서 상기 에폭시 수지나 상기 실리콘에 함침하여 코일성형품을 조립하여 성능을 테스트하고, 외함을 조립하여 제품화하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 코일 권선 및 층간 절연부 형성단계에서, 상기 2차코일 최고 출력전압이 5,000V초과10,000V미만 일 때에는 상기 2차코일을 직렬 연결 형태로 분리하여 2개 이상 섹션화하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 중ㆍ고주파를 사용함에 따라 발생되는 강한 전,자기장에 의해 변압기를 구성하는 코어, 코일, 절연지, 절연재료로부터 유기되는 전자를 최소화할 수 있고, 이로 인해 변압기 내부에서 발생되는 고열과 절연파괴 현상은 물론 오존 및 플라즈마발생기의 반응기인 콘덴서형 부하(전극 및 유전체)의 고열, 결로, 스트리머 등을 극소화시켜 변압기의 효율을 현저히 증대시키는 효과를 제공한다. 또한 종래 변압기에서는 지원할 수 없었던 콘덴서형 부하인 전극 및 유전체와 ‘공진(또는 동조)’기능이 생성되고, 별다른 파형보상장치 없이 변압기 자체에서 정현파(sine wave)에 가까운 파형이 생성되어 변압기 효율을 극대화시키고, 변압기 운전 및 유지보수 비용과 수명을 연장시키게 된다.
아울러 본 발명을 적용하게 되면 중ㆍ고주파용 변압기가 주로 사용되고 있는 오존(OZONE)이나 플라즈마(PLASMA) 산업 등에 적합한 전원공급장치를 소비자에게 저렴한 가격으로 공급할 수 있게 된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 적용되는 코어, 1차 및 2차코일, 절연지, 절연재료를 포함하는 중ㆍ고주파용 변압기는;
400Hz미만 50KHz초과 범위를 제외한 주파수대 및 30VA미만 1000VA초과범위를 제외한 변압기 용량, 최대 출력전압 10,000V 이하일 때, 상기 코어는 아몰퍼스 혹은 페라이트로 이루어지고,
상기 절연지는 유전율이 낮고 절연율이 높은 것으로 절연등급에 상관없이 니스나 유중함침이 안되어 있고 합성지가 아닌 순수 종이이고,
상기 절연재료는 유전율이 낮고 절연율이 높은 에폭시나 실리콘수지이며,
상기 코일의 층간 절연두께는 사용 주파수에 따라 1mm초과 4mm미만으로 유지되고,
상기 코어와 코일의 절연간격은 5mm초과 10mm미만으로 유지된 것을 특징으로 한다.
상기 2차코일은 직렬 연결 형태로 제1코일과 제2코일로 섹션화됨을 특징으로 한다.
상기 주파수, 변압기 용량, 최대 출력전압이 모두 최대치일 경우 상기 코일의 층간 절연두께는 절연두께 상한치의 60%까지만 확장가능한 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 적용되는 400Hz미만 50KHz초과범위를 제외한 주파수대, 30VA미만 1000VA초과범위를 제외한 변압기 용량, 최대 출력전압 10,000V 이하인 중ㆍ고주파용 변압기 제조방법은; 변압기용 코어는 아몰퍼스 혹은 페라이트이고, 상기 절연지는 유전율이 낮고 절연율이 높은 것으로 절연등급에 상관없이 니스나 유중함침이 안되어 있고 합성지가 아닌 순수 종이이며, 상기 절연재료는 유전율이 낮고 절연율이 높은 에폭시수지나 실리콘이고, 배치구조는 외철형 또는 내철형, 냉각방식은 자연냉각, 권선방식은 복권, 최고전류 제한방식은 30% 리키지 타입 또는 리키지가 없는 타입으로 선정하는 변압기 제조조건 설정단계와; 상기 설정단계를 통해 제조조건이 설정되면 선택된 절연지를 절단한 후 1, 2차 코일 층간 절연부를 사용주파수에 적합하도록 절연두께 1mm초과 4mm미만를 유지하도록 형성하는 코일 층간 절연부 형성단계와; 상기 코일 층간 절연부 형성단계에서 1,2차 코일층간 절연두께를 형성한 후 코어와 코일층간 절연간격을 5mm초과 10mm미만으로 형성하는 코어와 코일층간 절연부 형성단계와; 상기 코어와 코일층간 절연부 형성단계에서 형성한 절연간격을 5~10mm로 유지한 채 상기 절연지의 유전율을 최소화하도록 겨울철 상대습도와 유사한 20%초과30%미만를 유지한 상태에서 상기 절연지 내부에 포함된 수분을 제거하는 수분제거단계와, 상기 절연지의 수분을 제거한 후 상기 코일이 형성된 상태에서 상기 에폭시수지나 상기 실리콘에 함침하여 코일성형품을 제조하는 코일성형품 제조단계와; 상기 코일성형품을 완성한 후 코어에 상기 코일성형품을 조립하여 성능을 테스트하고, 외함을 조립하여 제품화하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 코일 권선 및 층간 절연부 형성단계에서, 상기 2차코일 최고 출력전압 이 5,000V초과10,000V미만 일 때에는 상기 2차코일을 직렬 연결 형태로 분리하여 2개 이상 섹션화하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 중, 고주파용 변압기의 1차코일과 2차코일의 배치한 구조의 예시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 중, 고주파용 변압기의 등가회로를 나타나 도면이다.
도 3은 도 1의 사시도이다.
코일성형 절연지(10)와, 상기 코일절연지(10)의 제1영역에 감기어진 1차측코일(1)과, 상기 코일절연지(10)의 제2영역에 감기어진 2차측 제1 코일(20)과, 상기 제1 코일(20)과 직렬연결되어 상기 코일절연지(10)의 제3영역에 감기어진 2차측 제2 코일(30)로 구성되어 있다.
제1 코일(20)은 시작점(11)으로부터 끝점(13)까지 연속적으로 연결되어 코어(10)의 제1 영역에 감기어져 있다. 제2 코일(30)은 시작점(12)으로부터 끝점(14)까지 연속적으로 연결되어 코일절연지(10)의 제2 영역에 감기어져 있다. 상기 제1코일(20)의 시작점(11)과 제2코일(30)의 시작점(12)은 직선코일(15)의 양끝점이 납땜에 의해 직렬연결되어 있다. 상기 직선코일(15)는 절연지인 순수종이로 덮여진 후 제1 코일(20) 및 제2 코일(30)이 권선된다. 제1코일(20)의 끝점(13)과 제2코일(30)의 끝점(14)은 전압출력단으로 부하와 연결된다.
도 2에서 1차측코일(10)과 2차측 제1 및 제2 코일(20, 30) 사이에 코어(2)가 형성되어 있다.
도 4는 도 3의 1차측코일(1)과 2차측 제1 및 제2 코일(20, 30)을 권선한 후 에폭시수지나 실리콘으로 코일을 절연한 성형상태의 예시도이고,
도 5는 도 4의 에폭시수지나 실리콘으로 코일을 절연한 코일성형품(3)을 코어에 조립하는 조립 사시도이다.
코어(2)가 제1 및 제2 코어(2a, 2b)로 분리되어 있다. 제1 코어(2a)에 코일성형품(30)의 중앙에 형성된 홀(5)이 삽입된 후 제2 코어(2b)가 코일성형품(3)의 중앙에 형성된 홀(5)로 끼워진다.
본 발명은 앞서 종래 기술에서 언급한 중ㆍ고주파용 변압기, 특히 주파수 400Hz~50KHz, 변압기 용량 30~1,000VA, 최대 출력전압 1~10000V의 특성을 가진 오존(OZONE)이나 플라즈마(PLASMA) 발생설비 등에 사용되는 변압기에 적합하도록 코어, 코일, 절연지, 절연재료의 선택과 설계를 최적화시킨 것이며, 네온램프, 고주파로 등 기타 중ㆍ고주파가 사용되고 있는 설비에도 적용하여 최적화시킬 수 있다.
즉, 본 발명에서 사용되는 코어(2)는 와전류 및 자기이력 손실을 최소화시킬 수 있는 아몰퍼스나 페라이트를 사용함이 바람직하다.
예컨대, 60Hz 대역에 사용하는 코어(2)를 중ㆍ고주파에 사용할 경우 자속밀도가 낮기 때문에 1초에 교류파형이 (+)사이클에서 (-)사이클로 수만 번 반복하게 되면 와전류 및 히스테리시스 손실이 증가하여 코어의 표면온도가 80℃ 이상 상승하게 된다.
따라서, 중ㆍ고주파 변압기에서 사용될 코어(2)는 자속밀도가 높아 1초에 교 류파형이 (+)사이클에서 (-)사이클로 수만번 반복하여도 그에 따른 와전류 및 히스테리시스 손실을 최소화시킬 수 있는 아몰퍼스나 페라이트가 적당하다.
특히, 아몰퍼스의 경우에는 매우 뛰어난 자구유동성이 있기 때문에 중ㆍ고주파 변압기에 적합하나 그 크기(현재 폭이 10㎝ 이내만 제조가능하나 국내에서 성형 제작이 불가능함)가 제한되어 있고 고가이기 때문에 주로 크기가 크고 저가인 페라이트 코어를 사용함이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 사용되는 코일의 굵기와 권선수(Turn Number)는 주파수 대역에 따라 가변적이지만 최대출력전압 10,000V이고 변압기 용량이 1,000VA인 경우 대략 1차 코일 굵기는 2mm 내외, 2차 코일의 경우는 0.25mm 내외의 굵기를 갖도록 하고, 권선수(Turn Number)는 1차 코일의 경우 대략 30회 내외, 2차 코일의 경우는 대략 1550회 내외를 유지함이 바람직하다.
상기 1차 및 2차 코일의 굵기에 관하여도 앞서 설명한 것은 예시적인 것일 뿐이며, 최대출력전압과 변압기 용량과의 관계에 따른 1차 및 2차 코일의 굵기는 다음 표 1에서와 같이 가변될 수 있음은 물론이다.
< 표 1 >
최대 출력전압 변압기용량(VA) 1차코일굵기(mm) 2차코일 굵기(mm)
10,000 V 1,000 2.06 0.29
500 1.45 0.20
100 0.65 0.09
5,000 V 1,000 2.06 0.41
500 1.45 0.29
100 0.65 0.13
(여기에서, 상기 1차코일(1) 및 2차코일(20, 30)의 굵기는 상기 표에 제시된 굵기와 정확하게 일치되면 좋으나 미세한 편차는 있을 수 있다)
특히, 상기 코일은 2차 코일의 출력전압이 5000V초과 10000V미만일 경우 코어와 코일, 코일 층간 섬락 또는 연면방전에 따른 절연파괴를 막기 위해 도 1과 같이 제1코일(20)과 제2 코일(30)로 섹션화시킴이 바람직하다.
여기에서, 섹션화란 2차코일을 도 1과 같이 제1코일(20)과 제2 코일(30)로 직렬연결상태로 분리하는 구조로서, 본 발명에서는 5000V초과 10000V미만 일 경우에 해당한다고 보면 된다. 본 발명의 일 실시 예에서는 2차코일을 제1 및 제2 코일(20, 30)로 2개로 섹션화하였는데, 예를 들어 2차코일의 출력전압이 0~7KV일때 하나의 코일로 권선하고, 2차코일의 출력전압이 7KV초과 10KV 미만일때 2개의 코일로 섹션화하며, 2차코일의 출력전압이 10KV초과 20KV미만 일때 3개의 코일로 섹션화하고, 2차코일의 출력전압이 20KV초과 30KV미만 일때 4개의 코일로 섹션화할 수 있다. 그리고 30KV이상이 되는 경우 그 전압에 따라 5개 내지 10개이하의 코일로 섹션화할 수 있다.
이때, 2차코일을 분리하지 않을 경우에는 2차코일의 전압부담이 증가하게 되고, 이렇게 되면 고주파, 고압이 인가될 때 전,자기적인 간섭에 의해 절연지 두께를 두껍게 하여 코일 층간 거리를 충분히 두었을지라도 절연지를 뚫고 외부로 여기 되는 전자가 많아 결국 코일에서 열이 나게 되며, 코일간 코로나방전을 일으켜 변압기의 안정도를 저하시키게 된다.
반면, 2차코일이 제1 코일(20)과 제2코일(30)로 분리되면 전압분담이 이루어져 코일이 부담해야할 전압이 급격히 감소되기 때문에 상술한 현상이 억제되게 되며, 그로 인해 변압기의 안정도가 증대되게 된다.
그리고, 본 발명에서 사용되는 절연지는 절연등급에 관계없이 니스나 유중함침이 안되어 있고 합성지가 아닌 순수 종이의 절연지가 사용됨이 바람직하다.
종래 변압기에 주로 사용되었던 표 2와 같은 절연지의 경우는 층간 절연두께(0.2~0.3mm)가 약할 뿐만 아니라, 대부분 기름성분이 발라져 있거나 필름재질을 포함한 합성지를 대부분 사용하고 있기 때문에 유전율이 높을 수밖에 없다.
< 표 2 >
절연지 최고허용온도 주요절연재료 적용기기
Y종 90℃ 목면,견,종이,아닐린수지 등 저저압기기
A종 105℃ Y종에 니스함침,유중함침, Kraft Paper 유입변압기
E종 120℃ 폴리우레탄,가교 폴리에스테르계수지 대용량기기
B종 130℃ 마이카,석면,유리섬유 등을 접착제와 함께 사용한 것, B-Class 에폭시수지 몰드변압기
F종 155℃ B종을 실리콘수지 등의 H종과 함께 복합시킨 것, F-Class 에폭시수지 몰드변압기 건식변압기
H종 180℃ 석면, 유리섬유,실리콘고무,H-Class 에폭시수지,Nomex Paper H종 건식변압기 몰드변압기
C종 180℃이상 마이카,도자기,유리 등을 단독으로 사용한 것 고온을 요하는 특수기기
(여기에서, 절연지로 제시된 것은 대표적인 것을 예시적으로 열거한 것일 뿐 그 이외에도 많은 종류의 것이 있음은 물론이다)
마지막으로, 본 발명에서 사용되는 절연재료는 상술한 절연지와 마찬가지로 중ㆍ고주파의 전,자기적 간섭으로부터 최소화할 수 있도록 유전율이 가장 낮고, 반면에 절연율은 높을 것이 요구된다.
이러한 예로는, 에폭시수지나 실리콘 계열의 절연재료를 들 수 있으며, 종래에는 이러한 것을 전혀 고려하지 않았기 때문에 절연파괴의 원인을 정확히 파악하지 못한 채 미봉책으로 이의 방지를 위해 절연유에 밀봉시켜 사용하였으나, 본 발명에서는 전혀 그럴 필요가 없다. 여기서 에폭시수지는 일본 세메다인 사(社)에서 제조판매하는 에폭시수지계 접착제 1500을 사용하고, 실리콘 절연재료는 한국신에츠(Shinetsu)실리콘(주)에서 제조판매하는 제품명 KE1204(A­B)를 사용한다.
본 발명의 고주파용 변압기에는 실리콘계열의 절연재료를 사용하고, 중주파용 변압기는 에폭시수지의 절연재료를 사용한다.
이와 같은 조건에 의해 선정된 코어, 코일, 절연지 및 절연재료를 이용하여 본 발명에 따른 중ㆍ고주파 변압기는 다음과 같이 제조된다.
먼저, 상술한 조건에 부합되는 코어, 코일, 절연지 및 절연재료가 선정되면 중ㆍ고주파 변압기의 사용조건을 확인하는 과정을 거치게 된다.
예컨대, 이러한 사용조건에는 전기기기(부하)의 사용전원, 주파수범위, 소비전력, 변압기 용량, 1차코일 입력전압 및 전류, 2차코일 최고 출력전압 및 전류, 2차코일 권선시 섹션화여부, 배치구조 및 냉각구조, 권선방식, 최고 전류 제한방식 등을 들 수 있다.
이때, 사용전원은 단상/삼상, 220V/380V, 교류/직류 등을 말하는 것으로 대부분 가정에서는 60Hz, 단상, 220V를 사용하고, 공업용은 주로 60Hz, 삼상, 380V를 사용하고 있다.
그리고, 주파수범위, 소비전력 및 변압기 용량은 이를테면 400Hz~50KHz의 주파수범위를 갖는 오존(OZONE)발생기나 플라즈마(PLASMA)발생기용 변압기를 제조할 경우, 최고 출력전압은 전극 및 유전체에 무리를 주지 않는 범위인 10000V이내로 하고, 최고 출력전류는 100mA(0.1A)이내에서 설계함이 바람직하고, 이때 변압기 용량은 최고 출력전압 × 최고 출력전류로 이루어지므로 예컨대, 1KVA(10000V×0,1A) 와 같이 산출될 수 있을 것이다.
또한, 1차코일 입력전압 및 전류의 경우에는 최고 출력전압이 10000V이고, 최고 출력전류가 0.1A라고 하고, 60Hz, 단상, 220V를 사용전원으로 한다고 할 때 1차코일 입력전압은 220V, 입력전류는 4.5A와 같이 산정할 수 있다(10000V×0.1A=220V×4.5A).
뿐만 아니라, 2차코일 출력전압 및 전류는 앞서 예시한 바와 같이 설계사양 초반에 결정되는 것이므로, 지금껏 설명한 10000V와 0.1A가 그것이라 할 수 있다.
아울러, 2차코일이 섹션화 여부는 최고 출력전압이 5000V를 넘어서면 도 1과 같이 무조건 섹션화 하도록 하여 절연파괴를 차단하도록 함이 바람직하다.
한편, 배치구조나 냉각구조의 경우에는 본 발명의 경우는 열 발생이 거의 없으므로 작업의 편의상 외철형 또는 내철형 배치구조가 적당하고, 자연 냉각방식을 사용함이 바람직하다.
또한, 권선방식의 경우에는 복권 방식이 바람직한 바, 이는 단권 방식일 경우 전자회로(인버터) 구성시 중ㆍ고주파에 의한 전,자기적인 무리가 발생해 고장이 잦기 때문이다.
나아가, 최고 전류 제한방식의 경우에는 최고 전류를 제한하지 않게 되면 강한 자속이 발생되기 때문에 변압기는 물론 전자회로(인버터)에도 전,자기적인 문제로 인한 고장이 유발되므로 본 발명에서는 30% 리키지(Leakage) 타입 또는 리키지가 없는 타입이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 중ㆍ고주파 변압기 제조에 필요한 사용조건이 확 인되면 절연지를 절단하는 과정을 거치게 된다.
상기 절연지 절단 과정은 니스나 유중함침이 안되어 있고 합성지가 아닌 순수 종이의 절연지(유전율이 낮고, 절연율은 높은)를 코어에 적합하도록 일정 간격으로 절단하는 과정으로서, 2차코일의 최고 출력전압이 5000V를 넘어설 경우 2차 권선부를 섹션화해야 하기 때문에 절연지의 단면적도 그만큼 줄어들 것을 고려하여 절단함이 바람직하다.
상기 과정을 거쳐 절연지가 절단되면, 코일 권선 및 층간 절연부를 형성하는 과정을 거치게 된다.
이때, 코일 권선은 앞서 설명한 바와 같이, 1차코일의 경우, 코일의 층간 절연두께가 전기기기의 사용 주파수범위와 일치하도록 1~4mm를 유지함이 바람직하고, 코일 두께는 대략 2mm 내외로 하며, 도 3과 같이 코일성형 절연지(10)의 제1영역에1개층이 각각 8,8,7,7턴씩 4개층에 총 30턴을 권선하고, 1차코일(1)의 층간 절연지 두께의 합이 코어(2)의 폭 안에 들어갈 수 있도록 함이 바람직하다.
여기에서, 상기 코일 층간 절연두께를 1mm초과 4mm미만으로 한정하는 이유는 해당 사용 주파수의 간섭을 최소화하고 정격출력에 있어 전압변동율이 KS에서 정하고 있는 2.0% 이하를 유지하여야 하는 바, 본 발명의 주파수 범위를 갖는 변압기에 있어 절연두께가 1mm 미만이 되면 절연기능을 수행하지 못하며, 4mm 초과 되면 저항값이 증가하고, 전압변동율이 2.0%이상이 되므로 상기 범위로 한정함이 변압기의 안정성과 효율면에서 가장 이상적이다.
단, 상기 주파수, 변압기 용량, 최대 출력전압이 모두 상한치를 사용할 경우 에 한해 상기 절연두께 대비 최대 60%까지 그 두께를 증가시킬 수는 있을 것이나, 이 경우에도 최대 60%를 넘게 되면 마찬가지의 현상이 발생되므로 이 수치 이하로 반드시 한정하여야 한다. 물론, 이와 같은 층간 절연두께나 코일의 두께 또는 턴수 등은 예시적인 것에 불과하며, 주파수에 따라 혹은 변압기 용량에 따라 달라질 수 있음은 당연하다.
이때, 주파수 범위, 변압기 용량, 최대 출력전압이 상기 기재한 값 보다 상승할 경우 상기 코일의 층간 절연두께는 각각의 절연두께 보다 20%까지 확장될 수 있을 것인 바 이를 표로 정리하면 다음과 같다.
< 표 3 >
구분 기준 층간 절연두께 상승폭
주파수 10 KHz 증가시 20% 상승
변압기 용량 1KVA 증가시 20% 상승
최대 출력전압 1,000V 증가시 20% 상승
예컨대, 하기한 표 4는 주파수에 따른 코일의 층간 절연두께를 예시적으로 보여준다. 이때, 변압기 용량은 1KVA(1000VA)라고 가정한 상태이므로 이 값이 변할 경우 코일의 층간 절연두께도 가변됨은 물론이라 할 것이다.
< 표 4 >
주파수 코일 층간 절연두께(mm)
400Hz ~ 1KHz 1.0
1KHz ~ 10KHz 1.0 ~ 2.0
10KHz ~ 20KHz 2.0 ~ 2.5
20KHz ~ 30KHz 2.5 ~ 3.0
30KHz ~ 40KHz 3.0 ~ 3.5
40KHz ~ 50KHz 3.5 ~ 4.0
또한, 2차코일의 경우도 층간 절연두께는 상기 표 4를 기준으로 하여 설정하도록 하고, 그 굵기는 대략 0.25mm 내외로 하며, 도 3과 같이 코일성형 절연지(10) 의 제1영역과 제2영역에 제1코일(20) 및 제2코일(30)은 1개층이 각각 194,194,194,193턴씩 총 8개층에 1550턴이 권선되도록 함이 바람직하다.
이때, 2차코일 최고 출력전압이 5000V를 넘을 경우에는 2차코일을 섹션화하여 권선하도록 함이 바람직하며, 이 경우에도 1차코일(1)에서와 같이 주파수, 변압기 용량 등에 따라 달라질 수 있음은 당연하다 할 것이다.
상기 과정을 거쳐 코일 권선 및 층간 절연부를 형성하는 과정이 완료되면, 이후 코어(2)와 코일 층간 절연부(절연간격)를 형성하는 과정을 거치게 된다.
여기에서, 상기 코어(2)와 코일 층간 절연간격은 400Hz미만 50KHz초과범위를 제외한 주파수를 사용하는 본 발명 중ㆍ고주파용의 경우 5mm초과 10mm미만이 바람직하며, 이 또한 변압기의 용량을 1KVA로 국한하여 이를 기준으로 설정한 것이기 때문에 변압기 용량 변화에 따라 가변될 수 있음은 물론이다.
이때, 상기 절연간격을 5mm초과,10mm미만으로 한정하는 이유는 절연간격이 5mm이하일 경우에는 코어 자속과 코일 유도전자간의 충돌을 막을 수 없어 고열발생을 물론 절연파괴고 유도되고, 10mm 이상에서는 더 이상 절연기능이 향상되지 않고 절연두께만 증가시키기 때문에 상기 범위로 한정함이 변압기의 안정성과 효율성 측면에서 가장 이상적이다.
이와 같은 코어(2)와 코일 층간 절연간격은 1차 및 2차코일이 권선되고 절연부 형성이 완료된 상태에서 코어(2)와 코일성형품(3)을 가조립해 봄으로써 간단 용이하게 확인할 수 있으며, 게이지 등의 계측장비를 이용하여 층간 절연간격을 정확하게 유지시킴이 더욱 바람직하다. 코어(2)와 코일성형품(3)을 가조립하는 것은 제 1코어(2a)에 코일성형품(3)의 중앙에 형성된 홀(5)을 삽입한 후 상기 코일성형품(3)의 중앙에 형성된 홀(5)에 제2코어(2b)를 끼워넣는다.
이때, 상기 코어(2)와 코일성형품(3)이 가조립된 상태에서 변압기의 입력측에 중ㆍ고주파를 공급할 수 있는 전자회로(인버터)를 연결하고, 출력측에는 전기기기를 연결하여 출력파형 등에 대한 성능을 테스트해 볼 수도 있다.
이렇게 하여, 코어(2)와 코일 층간 절연간격이 최종적으로 확보되면 진공상ㅌ태에서 절연지 내부에 흡수된 수분을 제거함과 동시에 도 3과 같이 형성된 1차코일(1)과 2차코일의 제1코일 및 제2코일(20, 30)을 성형틀에 삽입한 후 에폭시수지나 실리콘에 함침하는 과정을 거치게 된다.
여기에서, 절연지 내부에 흡수된 수분을 제거하는 것은 이 수분 때문에 상승할 수 있는 유전율마저도 극소화시키기 위한 것으로, 가열수단을 통해 수분을 증발시킬 수 있으며, 가장 좋은 방법으로는 본 발명에 따른 중ㆍ고주파 변압기를 제조하는 공간을 항상 겨울철 상대습도와 유사한 20~30%의 환경으로 유지시켜 주는 것이다. 상기 성형틀에 도 3과 같이 형성된 1차코일(1)과 2차코일의 제1코일 및 제2코일(20, 30)을 삽입하고 함침을 한 후 경화시키게 되면 도 4와 같은 코일성형품(3)이 형성된다.
상기 에폭시수지나 실리콘 등 절연재료는 1차측코일(1)과 2차측코일의 제1 및 제2코일(20, 30)이 형성된 상태에서 함침되도록 한다. 이때, 시간을 한정하는 이유는 적어도 4시간 이상이 되어야 충분한 함침이 이루어지고, 48시간을 넘게 되면 함침 효율이 증가되지 않으므로 이 범위가 적당하다.
이때에도, 앞서 설명한 바와 같이 절연지의 수분이 겨울철 상대습도와 유사한 20%초과 30%미만 으로 유지됨이 바람직하다.
이와 같은 과정을 통해, 에폭시수지나 실리콘에 함침이 완료되면 성능 테스트를 거쳐 변압기로 사용될 외함을 만들어 씌우는 케이싱 과정을 거침으로써 변압기 제조를 최종완료하게 된다.
상기 일본 세메다인 사(社)에서 제조판매하는 에폭시수지 1500과 한국신에츠(Shinetsu)실리콘(주)에서 제조판매하는 제품명 KE1204(A­B)인 실리콘은 실험결과 유전율이 낮고 절연율이 높게 나타났으며, 본 발명에서는 이렇게 유전율이 낮고 절연율이 높은 에폭시수지나 실리콘을 사용하여 1차코일(10) 및 2차코일(20, 30)이 감겨진 코일성형품을 제조한다. 만약 본 발명과 같이 일본 세메다인 사(社)에서 제조판매하는 에폭시수지나 한국신에츠(Shinetsu)실리콘(주)에서 제조판매하는 제품명 KE1204(A­B)인 실리콘을 사용하지 않으면 중,고주파 변압기에서 코일로 유기되는 전자가 방출되어 코어(2)로 전달되어 중, 고주파 변압기가 파손되는 문제가 발생한다. 상기 에폭시수지 1500은 중,저주파 변압기에 사용하고, 한국신에츠(Shinetsu)실리콘(주)에서 제조판매하는 제품명 KE1204(A­B)인 실리콘은 고주파 변압기에 적용한다.
여기에서, 상기 1,2차 코일 권선 및 절연부 형성과 에폭시나 실리콘 함침 과정에서 굳이 겨울철 상대습도와 유사한 20%초과 30%미만의 습도를 유지하는 이유는 절연지와 절연재료가 일정한 유전율을 가지고 있기 때문에 고주파 영향을 받게 되면 절연지와 절연재료 내부에 있던 수분이 유전율을 더욱 증가시키게 되고, 때로는 절연파괴의 원인을 제공하기 때문이며, 이는 일정한 유전율을 가진 물이 전자레인지가 내뿜는 수 MHz의 주파수에 의해 데워지는 것을 보면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
이렇게 하여 제조된 본 발명에 따른 중ㆍ고주파용 변압기는 사용조건에 맞게 선택된 코어, 코일, 절연지, 절연재료로 구성되고, 특히 코일 층간 절연두께가 1~4mm, 코어와 코일 사이의 간격이 5mm초과 10mm미만으로 유지한 것에 주된 특징을 가진다.
아울러, 2차코일의 최고 출력전압이 5000V를 넘을 경우에는 2차코일을 2개 이상 권선하여 섹션화시킨 것에도 그 구성상 주된 특징이 있다.
[실시예]
이하에서는, 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 중ㆍ고주파용 변압기의 특성을 확인하기 위해 표 3과 같은 조건을 갖고 본 발명 제조방법에 따라 변압기를 제조하였다.
이때, 종래예는 기존에 사용되고 있는 변압기인 경우이고, 비교예는 본 발명과 대비하기 위해 그 조건 일부를 변경한 것이다.
< 표 5 >
구분 주파수 절연지 종류 코일 층간 절연두께 변압기 용량 코어와 코일간 절연간격 2차코일 최대 출력전압
종래예 60Hz H종 0.2mm 1KVA 1mm 2000V
발명예 10KHz A종 2.0mm 1KVA 10mm 2000V
비교예 10KHz A종 0.8mm 1KVA 2mm 2000V
상기 표 5와 같은 조건으로 제조된 변압기를 동일 조건에서 사용하면서 이들 변압기가 갖는 특성, 예컨대 발열량, 무부하 전력손실, 코로나 방전유무, 섬락발생 유무를 확인하여 그 결과를 하기한 표 6에 나타내었다.
< 표 6 >
구분 발열량 무부하 전력손실 코로나 방전 유무 섬락발생 유무
종래예 100℃ 850mA 발생 발생
발명예 18℃ 20mA 없음 없음
비교예 90℃ 100mA 발생 발생
상기 표 6에서와 같이, 종래예의 경우에는 발열량, 무부하 전력손실, 절연파괴 유발(코로나방전 발생, 섬락발생)로 인하여 중ㆍ고주파 변압기로 사용될 수 없음을 확인하였고, 비교예의 경우에는 와전류 및 자기이력 손실을 많이 낮추기는 하였으나 여전이 발열량이 높고 코로나 방전 및 섬락 발생에 따른 절연파괴가 일어나므로 이 또한 중ㆍ고주파 변압기에 적합하지 않았으나, 본 발명에 따른 발명예의 경우에는 발열이 거의없고(상온수준), 무부하 전력손실도 극미하며, 코로나 방전이나 섬락발생이 전혀 없어 절연파괴를 완전히 방지할 수 있어 오존(OZONE)발생기나 플라즈마(PLASMA) 발생기 등에서 주로 사용되는 중ㆍ고주파용 변압기에 매우 적합하고, 효율도 매우 높음을 알 수 있었다.
도 1은 본 발명의 중, 고주파용 변압기의 1차코일과 2차코일의 배치한 구조의 예시도
도 2는 본 발명의 중, 고주파용 변압기의 등가회로의 구조도면
도 3은 도 1의 사시도
도 4는 도 3의 1차측코일과 2차측 제1 및 제2 코일을 권선한 후 에폭시수지나 실리콘으로 코일을 절연한 성형상태의 예시도
도 5는 도 4의 에폭시수지나 실리콘으로 코일을 절연한 코일성형품을 코어에 조립하는 조립 사시도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 1차측코일 2: 코어
3: 코일성형폼 5: 홀
10: 절연지 20: 2차측제1코일
30: 2차측제2코일

Claims (5)

  1. 코어, 1차 및 2차코일, 절연지, 절연재료를 포함하는 중ㆍ고주파용 변압기에 있어서;
    400Hz미만 50KHz초과 범위를 제외한 주파수대, 30VA미만 1000VA초과 용량을 제외한 변압기, 최대 출력전압 10,000V 이하일 때, 상기 코어는 아몰퍼스 혹은 페라이트로 이루어지고,
    상기 절연지는 유전율이 낮고 절연율이 높은 것으로 절연등급에 상관없이 니스나 유중함침이 안되어 있고 합성지가 아닌 순수 종이이고,
    상기 절연재료는 유전율이 낮고 절연율이 높은 에폭시나 실리콘수지이며,
    상기 코일의 층간 절연두께는 사용 주파수에 따라 1mm초과 4mm미만으로 유지되고,
    상기 코어와 코일의 절연간격은 5mm초과 10mm미만으로 유지된 것을 특징으로 하는 와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 2차코일은 최대 출력전압이 5,000V초과 10,000V미만일 경우 직렬 연결 형태로 제1코일과 제2코일로 섹션화됨을 특징으로 하는 와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기.
  3. 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주파수, 변압기 용량, 최 대 출력전압 일 경우 상기 코일의 층간 절연두께는 절연두께 상한치의 60%까지만 확장가능한 것을 특징으로 하는 와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기.
  4. 400Hz미만 50KHz초과 범위를 제외한 주파수대, 30VA미만 1000VA초과 용량을 제외한 변압기, 최대 출력전압 10,000V 이하인 중ㆍ고주파용 변압기 제조방법에 있어서;
    변압기용 코어는 아몰퍼스 혹은 페라이트이고, 상기 절연지는 유전율이 낮고 절연율이 높은 것으로 절연등급에 상관없이 니스나 유중함침이 안되어 있고 합성지가 아닌 순수 종이이며, 상기 절연재료는 유전율이 낮고 절연율이 높은 에폭시수지나 실리콘이고, 배치구조는 외철형 또는 내철형, 냉각방식은 자연냉각, 권선방식은 복권, 최고전류 제한방식은 30% 리키지 타입 또는 리키지가 없는 타입으로 선정하는 변압기 제조조건 설정단계와;
    상기 설정단계를 통해 제조조건이 설정되면 선택된 절연지를 절단한 후 1, 2차 코일 층간 절연부를 사용주파수에 적합하도록 절연두께 1mm초과 4mm미만를 유지하도록 형성하는 코일 층간 절연부 형성단계와;
    상기 코일 층간 절연부 형성단계에서 1,2차 코일층간 절연두께를 형성한 후 코어와 코일층간 절연간격을 5mm초과 10mm미만으로 형성하는 코어와 코일층간 절연부 형성단계와;
    상기 코어와 코일층간 절연부 형성단계에서 형성한 절연간격을 5mm초과10mm 미만으로 유지한 채 상기 절연지의 유전율을 최소화하도록 겨울철 상대습도와 유사한 20%초과 30%미만 의습도를 유지한 상태에서 상기 절연지 내부에 포함된 수분을 제거하는 수분제거단계와,
    상기 절연지의 수분을 제거한 후 상기 코일이 형성된 상태에서 상기 에폭시수지나 상기 실리콘에 4시간초과 48시간미만 동안 함침하여 코일성형품을 제조하는 코일성형품 제조단계와;
    상기 코일성형품을 완성한 후 코어에 상기 코일성형품을 조립하여 성능을 테스트하고, 외함을 조립하여 제품화하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 코일 권선 및 층간 절연부 형성단계에서, 상기 2차코일 최대 출력전압이 5,000V초과 10,000V 미만일 때에는 상기 2차코일을 직렬 연결 형태로 분리하여 2개 이상 섹션화하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 와전류 및 자기이력 손실이 적은 중ㆍ고주파용 변압기 제조방법.
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