KR20220116047A - 전원을 인덕터에 연결하기 위한 디바이스 - Google Patents

전원을 인덕터에 연결하기 위한 디바이스 Download PDF

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KR20220116047A
KR20220116047A KR1020227025837A KR20227025837A KR20220116047A KR 20220116047 A KR20220116047 A KR 20220116047A KR 1020227025837 A KR1020227025837 A KR 1020227025837A KR 20227025837 A KR20227025837 A KR 20227025837A KR 20220116047 A KR20220116047 A KR 20220116047A
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Abstract

전원(9)을 인덕터(10)에 연결하기 위한 디바이스(30)는 도전성 재료로 만들어지고 임의의 개수의 커패시터들(7)이 전기적으로 연결된 적어도 3개의 연결 플레이트(11 내지 14, 20)를 포함하고, 연결 플레이트들은 병렬, 직렬 또는 직렬-병렬 구성으로 전원과 인덕터 사이의 전기적 연결을 허용하고, 적어도 2개의 연결 플레이트는 실질적으로 90°만큼 구부러지고, 각각은 실질적으로 서로에 대해 수직인 2개의 하프(half)-플레이트(31 내지 38)를 형성하고, 각각의 하프-플레이트는 상이한 연결 플레이트(11 내지 14, 20)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

전원을 인덕터에 연결하기 위한 디바이스
본 발명은 유도 가열 장비의 발진 회로에 사용되는 커패시터를 설치하기 위한 디바이스에 관한 것이다.
발진 회로에 커패시터를 설치하기 위한 디바이스는 커패시터가 설치된 전기 전도성 재료, 통상적으로 구리로 이루어진 연결 플레이트를 포함한다. 복수의 커패시터가 일반적으로 플레이트 상에 설치되며, 그 개수는 단위 커패시턴스, 추구하는 총 커패시턴스 및 발진 회로의 전기적 특성(전압, 전류 및 주파수)에 링크된다.
현재의 커패시터 설치 디바이스는 통상적으로 직렬-병렬 구성(series-parallel configuration)에 대해 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 병렬(인-라인(in-line) 구성)로 연결 플레이트를 제공한다. 이 도면뿐만 아니라 도 3, 도 7, 도 9 및 도 11에 기초하여 설치 원리의 이해를 돕기 위해, 치수가 비례하지 않고 플레이트 사이의 간격이 크게 강조된다. 이 도면에서, 4개의 연결 플레이트(1, 2, 3, 4)가 평행하게 배열되며, 2개의 외부 플레이트와 2개의 중앙 플레이트가 동일한 평면 상에 배열된다. 따라서, 디바이스는 2개의 절연 플레이트를 포함한다. 이 예에서, 그리고 이 단면도에서, 2개의 커패시터(7)는 제1 외부 플레이트(1) 상에 고정되고 다른 것은 제2 외부 플레이트(4) 상에 고정된다. 2개의 중앙 연결 플레이트(2, 3)는 2개의 외부 플레이트(1, 4) 사이에 배열된다. 예를 들어, Teflon®으로 만들어진 절연 플레이트(5, 6)는 외부 연결 플레이트와 중앙 연결 플레이트 사이에 배치된다. 디바이스의 길이 방향 도면(미도시)에서, 복수의 커패시터가 연결 플레이트(1 및 4)의 높이에 걸쳐 연결되고, 커패시터의 개수는 설비의 특성에 링크된다. 커패시터는 연결 플레이트 상에 고정하기 위한 수단, 예를 들어, 스크류(screw)로 장착하기 위한 탭핑된(tapped) 구멍, 및 예를 들어, 스레딩된(threaded) 전기 연결 로드(rod)(8)를 포함한다. 연결 플레이트는 상기 전기 연결 로드가 통과할 수 있도록 하기 위해 커패시터의 전기 연결 로드와 정렬되는 구멍을 포함한다. 연결 플레이트의 구멍의 직경은 전기 연결 로드의 직경에 따라 선택되어, 커패시터의 로드와 이것이 고정되는 플레이트 사이에 전류가 흐르는 것을 방지하도록 충분히 크게 되어, 전기 절연 거리를 보장한다. 커패시터의 전기 연결 로드의 길이는 다른 연결 플레이트에 대한 연결을 허용하는 길이이다. 이 예에서, 외부 플레이트(1, 4)의 커패시터는 너트(nut)를 통해 중앙 플레이트(2, 3)에 전기적으로 연결된다. 외부 플레이트는 상기 너트뿐만 아니라 이를 고정하기 위한 키가 통과할 수 있도록 하기 위해 커패시터의 전기 연결 로드와 정렬된 구멍을 포함한다. 전원(9)은 플레이트(1 및 2)에 전기적으로 연결되고 인덕터(10)는 플레이트(3 및 4)에 전기적으로 연결된다. 도 2는 도 1로부터의 직렬-병렬 구성의 이 예에 대응하는 전기 다이어그램을 도시한다.
이러한 유형의 인-라인 구성에서, 2개의 외부 플레이트(1, 4)는 중앙 플레이트(2, 3)와 전기 절연 플레이트(5, 6)의 존재에 의해 분리된다.
이러한 유형의 구성의 단점은 다음과 같다.
· 2개의 외부 연결 플레이트 사이의 넓은 공간으로 인한 큰 자기(self)-인덕턴스의 생성(이러한 자기-인덕턴스는 플레이트 사이의 간격이 증가할 때 증가함).
· 이러한 자기-인덕턴스는 전기 손실을 발생시키므로 효율성이 감소할 뿐만 아니라 연결 플레이트를 가열하는 연결부에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장을 발생시키며, 따라서 더 큰 냉각을 필요로 한다(전기 손실의 이미지).
· 설치 및 유지 보수를 위해 다양한 구성 요소에 대한 조작자의 접근성이 종종 복잡하다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 전원을 인덕터에 연결하기 위한 디바이스는 도전성 재료로 만들어지고 임의의 개수의 커패시터가 전기적으로 연결된 적어도 3개의 연결 플레이트를 포함하고, 연결 플레이트들은는 병렬, 직렬 또는 직렬-병렬 구성으로 전원과 인덕터 사이의 전기적 연결을 허용하고, 적어도 2개의 연결 플레이트는 실질적으로 90°만큼 구부러져서 적어도 2개의 연결 플레이트 각각은 실질적으로 서로에 대해 수직인 2개의 하프-플레이트(half-plate)를 형성하고, 각각의 하프-플레이트는 상이한 연결 플레이트에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
하나의 가능성에 따르면, 3개의 연결 플레이트 중 하나는 실질적으로 직선일 수 있으며, 2개의 상이한 연결 플레이트에 전기적으로 연결될 수 있다.
다른 가능성에 따르면, 디바이스는 실질적으로 90°만큼 구부러진 4개의 연결 플레이트를 포함할 수 있으며, 4개의 연결 플레이트 각각은 실질적으로 서로에 대해 수직인 2개의 하프-플레이트를 형성하고, 각각의 하프-플레이트는 상이한 연결 플레이트에 전기적으로 연결되며, 조립체(assembly)가 단면에서 보았을 때(in a cross-sectional view) 실질적으로 십자 형상을 갖는다.
동일한 연결 플레이트의 2개의 연결 하프-플레이트는 절연 재료로 이루어지고 실질적으로 90°만큼 구부러진 적어도 하나의 플레이트에 의해 다른 연결 플레이트의 2개의 다른 연결 하프-플레이트로부터 분리될 수 있다.
유리하게는, 연결 플레이트는 냉각 유체가 순환하는 냉각 채널을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 전원 및 인덕터를 포함하는 유도 가열 설비가 제안되며, 전원과 인덕터 사이의 전기적 연결은 본 발명의 제1 양태 또는 그 개선 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 디바이스에 의해 생성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 연결부에서 인덕턴스를 무시할 수 있는 수준으로, 결과적으로 연결부에서 순환하는 전류에 의해 생성된 자기장을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 이해를 위해 첨부된 도면을 참조하는 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 커패시터의 직렬-병렬 구성에 대한 종래 기술에 따른 연결 플레이트의 인-라인 구성의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 직렬-병렬 구성에 대응하는 전기 블록도의 개략도이다.
도 3은 커패시터의 직렬-병렬 구성에 대해, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 플레이트의 십자형 구성의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 직렬-병렬 구성에 대응하는 전기 블록도의 개략도이다.
도 5는 커패시터의 직렬-병렬 구성에 대해, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 플레이트의 십자형 구성의 제1 관점으로부터의 개략적인 3차원 도면이다.
도 6은 제2 관점으로부터의 도 4로부터의 십자형 구성의 개략적인 3차원 도면이다.
도 7은 커패시터의 병렬 구성에 대해, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 플레이트의 십자형 구성의 개략적인 단면도이다.
도 8은 도 7의 병렬 구성에 대응하는 전기 블록도의 개략도이다.
도 9는 커패시터의 직렬 구성에 대해, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 플레이트의 십자형 구성의 개략적인 단면도이다.
도 10은 도 9의 병렬 구성에 대응하는 전기 블록도의 개략도이다.
도 11은 커패시터의 직렬-병렬 구성에 대해, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 플레이트의 T자형 구성의 개략적인 단면도이다.
도 12는 도 11의 구성에 대응하는 전기 블록도의 개략도이다.
도 13은 여기에서 직렬-병렬 구성으로 도시된, 도 11로부터의 연결 플레이트의 T자형 구성의 대안적인 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 14는 여기에서 병렬 구성으로 도시된, 도 13에 따른 연결 플레이트의 T자형 구성의 대안적인 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 15는 본 발명의 예시적인 적용의 길이 방향 개략도이다.
이후에 설명되는 실시예는 사실상 제한적이지 않기 때문에, 이러한 특징의 선택이 기술적 이점을 부여하거나 종래 기술로부터 본 발명을 차별화하기에 충분하다면, 설명된 특징의 선택만을 포함하는 본 발명의 변형을 특히 고려할 수 있다. 이러한 선택은 구조적 상세 사항이 없는 적어도 하나의 바람직한 기능적 특징을 포함하거나, 이러한 부분만으로도 기술적 이점을 부여하거나 본 발명을 종래 기술과 차별화하기에 충분한 경우 구조적 상세 사항의 일부만을 갖는다.
나머지 설명에서, 동일한 구조 또는 유사한 기능을 갖는 요소는 동일한 참조 부호로 표기될 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬-병렬 구성에 대한 연결 플레이트의 구성을 단면으로 개략적으로 도시한다. 따라서, 도 4에 도시된 이에 대한 기본 전기 다이어그램은 도 2에 도시된 것과 유사하다. 이 도면에서 알 수 있듯이, 4개의 연결 플레이트(11, 12, 13, 14)가 직각으로 구부러지고 조립체는 단면도에서 실질적으로 십자형을 형성한다. 따라서, 연결 플레이트는 절연 플레이트(15, 16)의 두께만큼 이격될 뿐이며, 연결 플레이트는 외부 플레이트 사이에 배열되지 않는다. 따라서, 2개의 연결 플레이트 사이의 거리는 플레이트 사이의 전기 절연을 제공하는 데 필요한 절연 플레이트의 두께와 링크된 엄격한 최소값으로 감소된다. 다시, 디바이스의 길이 방향 도면(미도시)에서, 복수의 커패시터가 연결 플레이트(11 및 12)의 높이에 걸쳐 연결되고, 커패시터의 개수는 설비의 특성에 링크된다.
이러한 유형의 구성의 장점은 다음과 같다.
ㆍ 연결 플레이트 사이의 감소된 거리 때문에 최적의 전기적 보상으로 인한 무시할 수 있는 자기-인덕턴스이며, 이는 매우 작은 전기 손실을 발생시켜 매우 양호한 효율성으로 귀결된다.
ㆍ 연결부에 흐르는 전류에 의해 발생하는 약한 자기장이며, 이는 연결 플레이트의 작은 가열로 귀결되므로, 작은 냉각을 필요로 한다.
ㆍ 작업자의 설치 및 유지 보수를 위한 다양한 구성 요소에의 용이한 접근성.
ㆍ 최적의 전기적 밸런싱.
유리하게는, 절연 플레이트(15, 16)도 직각으로 구부러져, 직선 플레이트의 사용으로 인해 발생할 수 있는 십자형 중심에서의 전기 아크(arc)의 임의의 위험을 방지한다. 실제로, 도 3에 도시된 바와 같이, 구부러진 절연 플레이트는 십자형 중심에서 절연 재료의 완벽한 연속성을 보장하는 반면, 직선 플레이트는 십자형 중심의 교차점에서 절연 재료의 불연속성으로 이어져, 절연 재료가 불충분할 수 있는 지점, 즉, 2개의 플레이트의 접합부에서 누출 경로의 위험을 발생시킨다. 절연 플레이트의 90° 굽힘을 용이하게 하려면, 구부리기가 더 어려운 단일 플레이트 대신 절반-두께의 2개의 플레이트를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 2 mm 두께로 측정되는 플레이트 대신 1 mm의 두께를 갖는 2개의 Teflon® 플레이트를 사용할 수 있다.
도 5 및 도 6은 2개의 상이한 시야각으로부터, 본 발명에 따른 십자형 및 직렬-병렬 구성의 연결 플레이트를 갖는 커패시터 설치 디바이스의 다른 예를 길이 방향 도면으로 도시한다. 이 도면의 3차원 도면에서, 구성 요소의 치수 비율은 도 1 및 도 3보다 실제에 더 가깝다. 조립체는 8개의 커패시터의 세트를 포함한다. 이들은 냉각수의 흐름에 의해 냉각된다. 이를 위해, 각각의 커패시터는 냉각수 공급을 위한 제1 연결부(17) 및 물 출구를 위한 제2 연결부(18)를 포함한다. 커패시터는 모두 동일한 냉각수 회로에 직렬로 연결될 수 있거나, 개별적으로 또는 커패시터 그룹으로 연결될 수 있으며 각각의 그룹은 냉각 회로에 병렬로 연결된다. 커패시터는 4개의 스크류(19)에 의해 연결 플레이트에 고정되는 전기 전도성 재료, 예를 들어, 구리로 이루어진 베이스를 포함한다. 따라서 이는 연결 플레이트와 커패시터 사이에 전기적 연속성을 생성한다. 커패시터는 상기 커패시터가 조여지는 너트(21)에 의해 다른 연결 플레이트와의 전기적 연결을 위한 스레딩된(threaded) 로드(8)를 포함한다. 연결 플레이트는 냉각수가 순환하는 냉각 채널(22)을 포함한다. 연결 플레이트의 제한된 가열로 인해, 냉각 채널은 도 5 및 도 6에서 알 수 있는 바와 같이 플레이트 표면의 일부, 즉, 전류가 가장 강한 부분만을 덮는다. 커패시터는 또한 수냉 베이스로 인한 연결 플레이트 냉각에 기여한다. 이 채널(22)은 냉각수 공급을 위한 제1 연결부(23) 및 물 출구를 위한 제2 연결부(24)를 포함한다. 연결 플레이트의 냉각 채널(22)은 모두 동일한 냉각수 회로에 직렬로 연결되거나 병렬로 연결될 수 있다. 연결 플레이트의 냉각 채널(22)은 커패시터와 동일한 냉각수 회로에 직렬로 연결되거나 별도의 회로에 연결될 수 있다. 연결 플레이트(11 및 12)는 2개의 보상기(7)와 션트 링(shunt ring)(25)을 통해 전기적으로 연결되며, 이는 도 6에서 볼 수 있다. 이러한 냉각 링은 커패시터와 같이 4개의 스크류에 의해 플레이트(11) 상에 고정되며, 플레이트(12)가 조여지는 너트(27)에 의해 플레이트(12)와 전기적으로 연결하기 위한 스레딩된 로드(26)를 또한 포함한다. 커패시터(7) 또는 링(25)을 통한 연결 플레이트 사이의 전기적 연결은 직렬-병렬 유형의 구성으로부터 직렬 구성 또는 병렬 구성으로의 용이한 천이를 가능하게 한다.
도 7은 병렬 구성으로 십자형으로 설치된 4개의 연결 플레이트를 포함하는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 단면도에서, 이 예는 커패시터(7)와 2개의 션트 링(25)을 포함한다. 다시, 길이 방향으로 배열된 커패시터 및 링의 총 개수는 원하는 특성에 따른다. 등가 전기 다이어그램이 도 8에 도시되어 있다.
도 9는 직렬 구성으로 십자형으로 설치된 4개의 연결 플레이트를 포함하는 본 발명의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 이러한 단면도에서, 이 예는 2개의 커패시터(7)를 포함한다. 이전과 같이, 길이 방향으로 배열된 커패시터 및 링의 총 개수는 원하는 특성에 따른다. 등가 전기 다이어그램이 도 10에 도시되어 있다.
도 11은 3개의 연결 플레이트를 포함하는 "T"자형의 본 발명의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 이러한 설정에서, 2개의 연결 플레이트(11, 12)는 90°만큼 구부러지며, 제3 연결 플레이트(20)는 직선이다. 등가 전기 다이어그램이 도 12에 직렬-병렬로 도시되어 있다. 이는 특히 가능한 최소로 감소된 연결 플레이트의 각각의 쌍 사이의 거리로 인해 본 발명의 모든 이점을 유지한다.
도 13에 도시된 대안적인 실시예에서, 굴곡 플레이트(11, 12)는 2개의 부분(11a, 11b, 12a, 12b)으로 형성된다. 이는 스크류와 너트에 의해 서로 고정된다. 이러한 설정은 커패시터를 직렬로 쉽게 제거할 수 있으므로 병렬 구성으로만 천이할 수 있다. 이는 매우 다양한 부품이 가열되는 경우 필요할 수 있는 사용 중 유연성이 필요한 어플리케이션을 위한 것이다(전원 - 인덕터 - 부품의 적용의 수정). 직렬-병렬 구성으로부터 병렬 구성으로의 천이를 위해, 부품(11a, 12a)이 제거된다. 이는 도 14에 도시된 바와 같이 스크류와 볼트에 의해 고정된 연결 피스(piece)(28)로 대체된다.
본 발명은 특히 다음 조건에 적용된다.
ㆍ 주파수: 중간 주파수(15 kHz 내지 2 MHz)
ㆍ 입력 전압: 통상적으로 1 kV 미만
ㆍ 출력 전압: 8 kV까지(전압 상승)
ㆍ 출력 전류: 50 kA까지
ㆍ 설치 디바이스의 전력: >100 kW
도 15는 연속적인 어닐링(annealing) 라인에서 움직이는 금속 스트립을 가열하도록 의도된 인덕터에 전원을 연결하기 위한 본 발명의 예시적인 어플리케이션을 정면도로 개략적으로 도시한다. 필요한 전력을 설비에 전달하기 위해, 전원(9)과 인덕터(10) 사이의 연결은 본 발명에 따른 십자형 구성의 4개의 디바이스(30)에 의해 생성되며, 그 특성은 다음과 같다.
ㆍ 직렬-병렬 구성
ㆍ 커패시터의 개수: 72(18개의 커패시터의 4개의 모듈)
ㆍ 공급 전압: 500 V
ㆍ 출력 전압: 2500 내지 3000 V
ㆍ 출력 전류: 40 kA
ㆍ 무효(reactive) 전력: 4 MW
본원의 도 15에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 구현은 가열 설비의 컴팩트한 설치를 허용하며, 직선형 연결 플레이트의 제거로 인한 커패시터 설치 디바이스의 소형화 덕분에 전원과 인덕터 사이의 거리가 제한된다.
쉽게 이해되는 바와 같이, 본 발명은 방금 설명된 예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이러한 예에 대해 많은 수정이 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 특징, 형태, 변형 및 실시예는 양립할 수 없거나 상호 배타적이지 않은 한 다양한 조합으로 함께 그룹화될 수 있다.

Claims (6)

  1. 전원(9)을 인덕터(10)에 연결하기 위한 디바이스(30)로서,
    도전성 재료로 만들어지고 임의의 개수의 커패시터들(7)이 전기적으로 연결된 적어도 3개의 연결 플레이트(11 내지 14, 20)를 포함하고,
    상기 연결 플레이트들은 병렬, 직렬 또는 직렬-병렬 구성으로 상기 전원과 상기 인덕터 사이의 전기적 연결을 허용하고,
    적어도 2개의 연결 플레이트는 실질적으로 90°만큼 구부러져서, 상기 적어도 2개의 연결 플레이트 각각이 실질적으로 서로에 대해 수직인 2개의 하프-플레이트(31 내지 38)를 형성하고,
    각각의 하프-플레이트는 상이한 연결 플레이트(11 내지 14, 20)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 디바이스(30).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3개의 연결 플레이트(11 내지 14, 20) 중 하나(20)는 실질적으로 직선이고 2개의 상이한 연결 플레이트(11 내지 14)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 디바이스(30).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디바이스(30)는 실질적으로 90°만큼 구부러진 4개의 연결 플레이트(11 내지 14)를 포함하고, 상기 4개의 연결 플레이트(11 내지 14) 각각은 실질적으로 서로에 대해 수직인 2개의 하프-플레이트(31 내지 38)를 형성하고, 각각의 하프-플레이트는 상이한 연결 플레이트(11 내지 14, 20)에 전기적으로 연결되며, 조립체가 단면에서 보았을 때 실질적으로 십자 형상을 갖는, 디바이스(30).
  4. 제3항에 있어서,
    동일한 연결 플레이트(11 내지 14)의 2개의 연결 하프-플레이트(31 내지 38)는 절연 재료로 이루어지고 실질적으로 90°만큼 구부러진 적어도 하나의 플레이트에 의해 다른 연결 플레이트(11 내지 14)의 2개의 다른 연결 하프-플레이트(31 내지 38)로부터 분리되는 것을 특징으로 하는, 디바이스(30).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    연결 플레이트들(11 내지 14)은 냉각 유체가 순환하는 냉각 채널(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디바이스(30).
  6. 전원(9) 및 인덕터(10)를 포함하는 유도 가열 설비로서,
    상기 전원과 상기 인덕터 사이의 전기적 연결은 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 디바이스(30)에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 유도 가열 설비.
KR1020227025837A 2019-12-30 2020-12-30 전원을 인덕터에 연결하기 위한 디바이스 KR20220116047A (ko)

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