KR910002376B1

KR910002376B1 - 변 압 기

Info

Publication number: KR910002376B1
Application number: KR1019880004886A
Authority: KR
Inventors: 볼뒥 레오나르; 빠르 그레그와르
Original assignee: 하이드로 퀘벡; 진 버니어
Priority date: 1988-04-29
Filing date: 1988-04-29
Publication date: 1991-04-20
Also published as: KR890016593A

Abstract

내용 없음.

Description

변 압 기

제1도는 본 발명에 따른 공기 갭을 가진 자체 조절 변압기 - 인덕터의 제1실시예의 도시도.

제2도는 제1도의 변압기의 자기 코어의 3개의 림상의 중복된 권선의 도시도.

제3도는 본 발명에 따른 공기갭을 가지 자체 조절 변압기 - 인덕터의 제2실시예의 도시도.

제4도는 본 발명에 따른 자체 조절 변압기 - 인덕터의 제3실시예의 등가회로도.

제5도는 본 발명의 동작을 설명하는 공기 갭을 가진 자체 조절 변압기 - 인덕터의 등가 회로도.

제6도는 제5도의 회로로 성취된 본 발명에 따른 변압기의 동작 곡선도.

제7도는 변압기를 통해 공급된 부하의 기능의 본 발명에 따른 변압기 동작을 나타내는 일련의 곡선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 자기 코어 2 : 중앙 림

3, 4 : 외부 림 5 : 제1공통점

6 : 제2공통점 7, 8 : 공기 갭

9a, 9b : 교류, 권선 10a, 10b : 직류 제어 권선

11 : 전파 정류기 브릿지 12 : 제1차 권선

14 : 제2차 권선 19 : 교류 출력

221, 222, 224 : 탭

본 발명은 무효(reactive)전력의 자체 제어 흡수력으로 전압을 조절하는 변압기에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 1986년 10월 28일자로 출원된 출원인의 미합중국 특허번호 제4,620,144호에서 청구되고 기술된 가변 인덕터의 3개의 림형 자체 코어상에 설치된 자체 조절 변압기 - 인덕터에 관한 것이다.

사실상, 상기 미합중국 특허번호 제4,620,144호에서 청구되고 기술된 가변 인덕터의 자체 코어상에 부가 권선을 설치함으로써, 발명자는 전압 조절장치를 효율적으로 자율적으로 제조할 수 있으며, 또는 소스 전압 및 부하 공급 전압을 효율적이고 자율적으로 조절할 시에, 교류원 예를 들어 용량성 전류원으로부터 부하를 공급할 수 있는 변압기를 제조할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제1 및 제2단부를 가진 각각의 제1림, 제2림 및 제3림을 한정하는 자기 코어를 구비한 변압기가 제공된다. 3개의 림의 제1단부는 자기 코어의 제1공동점을 통해 상호접속되는 반면에, 상기 림의 제2단부는 자기 코어의 제2공동점을 통해 상호접속된다. 변압기는 또한 제1권선수단 및 제2권선수단을 구비하는데, 상기 제1권선수단은 자기 코어의 적어도 하나의 림 주변에서 감겨져, 전기 에너지원에 의해 교류로 공급되며, 상기 제2권선수단도 또한 자기 코어의 적어도 하나의 림 주변에서 감겨져, 전기 에너지원에 의해 발생된 교류로 공급된다. 제1 및 제2권선수단은 두 교류가 각 제2 및 제3림내에서 감소된 교류자속에 결합되는 자기 코어상에 위치된다. 제어권선수단은 직류로 공급되어, 상기 직류가 각각의 제2 및 제3림내의 직류자속을 감소시키는 자기 코어상에 배치된다. 하나의 제2 및 제3림내의 교류 및 직류자속은 서로 대향위치될시에 서로 협력된다. 변압기는 또한 제어권선수단을 공급하기 위해 제2권선수단내의 교류를 직류로 변환하기 위한 수단을 구비한다.

그래서, 제어권선수단을 공급하는 직류는 제2권선수단내의 교류의 진폭에 따라 변하는 진폭을 갖는데, 상기 제2권선수단은 제2 및 제3림내의 직류자속의 강도를 변화시켜, 교류자속에 대한 제2 및 제3림의 침투가능성을 제어한다. 제2차 권선수단은 제2 및 제3림내의 교류자속으로 영향을 받아, 상기 부하를 공급하기 위한 전기부하에 접속된다.

잇점으로, 제2림은 상기 제2림내에서 감소된 합성자속으로 트래버스된 제1갭 수단을 구비하는 반면에, 제3림은 상기 제3림내에서 감소된 합성자속으로 트래버스된 제2갭수단을 구비한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 전류 변환수단은 제2권선수단내의 교류를 정류하여, 제어권선수단을 공급하는 직류를 구성하는 정류된 전류로 제어권선수단을 공급하기 위한 다이오드 브릿지를 구비한다. 상기 변압기는 또한 제2권선수단과 병렬로 접속된 고정치의 인덕터와, 제2권선수단의 교류에 응답하여, 상기 고류에 의해 트래버스되는 다이오드 브릿지의 입력 및 출력 제각기 접속된 두 단자를 가진 제2차 권선을 포함한 전류 변압기를 구비한다.

본 발명의 다른 양호한 실시예에 따르면, 제1차 권선수단은 제1림 주변에서 감겨져 있으며, 제2차 권선수단은 직렬로 접속되고, 제각기 제2 및 제3림상에 배치된 제1 및 제2교류 권선을 구비하며, 그리고 제어권선수단은 또한 직렬로 접속되고, 제각기 제2 및 제3림상에 배치된 제1 및 제2제어권선을 구비한다.

따라서, 제1권선수단내의 교류와, 제2권선수단내의 제1 및 제2교류 권선의 교류는 제1 및 제2림으로 한정된 폐쇄자기 회로내에 흐르는 제1교류자속 및, 제1 및 제3림으로 한정된 폐쇄자기회로내에 흐르는 제2교류자속에 결합되며, 제1 및 제2제어권선에서 직류는 제2 및 제3림에 의해 한정되는 폐쇄 자기 회로에 흐르는 직류자속을 유도한다.

제2권선수단은 제1림의 주위를 권선되고 외부부하에 연결된 권선, 교류를 가진 이러한 두 교류 권선을 공급하기 위한 제2권선수단의 연속적으로 상호 연결된 제1 및 제2교류 권선을 병렬로 연결하는 권선 및 제2권선수단의 두 교류 권선을 병렬로 연결하는 외부부하 및 제2권선에 연결된 제1권선을 포함한다.

상기 제1 및 제2권선수단은 다수의 탭에 대해 제공된 단일 권선에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 목적, 이점 및 다른 특징은 첨부된 도면에 따라 예시의 목적으로 주어진 자체 변압기-인덕터의 양호한 실시예의 상세한 기술을 통해서 보다 명백해질 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본원 명세서를 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도면의 다톤 도면에서 동일한 소자는 동일한 참조번호에 의해 동일시한다.

제1도에 도시된 바와 같이 공기 갭을 가진 자체-조정 변압기-인덕터는 중심 림⑵를 포함하는 자기 코어(1) 및 두 출력 림(3 및 4)를 포함한다. 림(2,3 및 4)의 상단부는 자기 코어(1)의 제1공통림(5)을 통해 상호연결되는데 반하여 세개 림(2,3 및 4)의 하단부는 자기 코어(1)의 제2공통지(6)을 통해 상호연결된다.

본 명세서 뿐만 아니라 청구범위에서, "림(limb)" 용어는 코어(1)의 두 공통점(5 및 6)을 상호접속하는 세개의 자기회로경로의 각각을 나타낸다.

상기 세 림(2,3 및 4)는 동일한 단면이다. 외부 림(3,4)의 횡단면이 동일하게 되는 것이 중요할지라도 중심 림(2)의 횡단면은 상기 출력 림(3 및 4)의 단면의 영역보다 동등하거나 큰 영역을 가질 수 있다.

공기 갭(7)은 출력 림(3)의 중심에서 제공되는데 반하여 공기 갭(8)은 출력 림(4)의 중심에서 제공된다. 상기 공기 갭(7 및 8)은 동일한 크기를 갖는다.

교류 권선(9a) 및 직류 제어 권선(10a)는 출력 림(3)의 주위에 배치되는테 반하여 교류 권선(9b) 및 직류 제어 권선(10b)는 출력 림(4)의 주위에 배치된다. 권선(9a 및 9b)는 직렬로 상호연결되고, 동일한 권선수를 갖는다.

종래 명세서 기술에 따라 구성되고 다수의 다이오드를 포함한 전파 정류기 브리지(11)는 직렬로 상호 연결된 권선(10a 및 10b)에 직렬로 상호 연결된 권선(9a 및 9b)를 상호연결하고, 권선(9a 및 9b)를 통한 교류는 정류되고, 상기 정류된 전류는 권선(10a 및 10b)에 공급된다. 상기 권선(10a 및 10b)에 공급되는 정류된 전류를 소위 "전류"라고 한다.

공기 갭을 가진 자기-조정 변압기-유도자의 구조는 1986년 10월 28일에 허여된 미합중국 특허 제4,620,144호에서 기술되고 특허청구된 가변 인덕터의 구조의 상응한 제1도에 관하여 기술한다.

제1권선(12)는 중심 림(2)의 주위에 권선되고 전기 에너지 소스(13)에 의해 교류에 공급된다. 권선(12)내의 교류는 중앙 림(2)에서 유도되고, 2차 권선(16)을 가로지르는 교류자속은 중앙 림(2)을 둘러싸므로 2차 권선(16)은 교류를 발생시킨다.

권선(16)은 권선(9a)의 프리단자에 연결된 제1단자와 다이오드 브릿지(11)의 교류 출력(19)에 연결된 제2단자를 갖고 있다. 따라서, 2차 권선(16)을 통하여 발생된 교류는 직렬 연결된 권선(9a 및 9b)에 공급되고, 직렬 상호 연결된 제어권선(10a 및 10b)으로 공급되기 위해 다이오드 브릿지(11)를 통해 정류된다.

권선(12)와 (16)사이의 권수비를 적당히 선택하므로써, 권선(9a 및 9b)에 인가된 교류전압의 레벨을 바람직하게 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 외부 스텝다운 변압기는 이러한 기능을 수행하는데 요구되지 않는다.

제3도에 예시된 바와 같이, 권선(9a 및 9b)에는 소스(13)의 전압이 적당한 레벨에 있을 때 소스(13)로부터 직접 교류가 공급된다. 이러한 특정한 경우에, 소스(13)의 제1단자는 권선(9a)의 프리단자에 연결되는 한편 소스(13)는 다이오드 브릿지(11)의 교류 출력(19)에 연결된 제2단자에 연결된다. 다시, 소스(13)에 의해 권선(9a 및 9b)에 공급된 교류는 직류 제어 권선(10a 및 10b)으로의 공급을 위해 다이오드 브릿지(11)를 통하여 정류된다.

도면중 제1 및 제3도에 도시된 바와 같이, 권선(10a 및 10b)은 외부 림(3 및 4)둘레에 감겨있고, 그렇게 상호연결되므로써 그곳에 공급된 직류(정류된 전류)는 두개의 외부 림(3 및 4)과 공기 갭(7 및 8)을 포함하여 구성된 폐쇄 자기 회로내에서 흐르는 직류자속 FC를 유도한다. 직류자속은 중앙 림(2)에서 흐르지 않는다.

또한 제1 및 제3도에 도시된 바와 같이, 권선(12), 권선(9a 및 9b), 및 마지막 권선(16)은 동일 극성을 갖고 있다. 권선(12)내의 교류와, 권선(9a 및 9b)와 종국 2차 권선(16)내의 교류는 림(2 및 3)으로 규정되는 폐쇄 자기 회로에 흐르는 제1교류자속과 림(2 및 4)으로 규정되는 폐쇄 자기 회로에 흐르는 제2교류자속에 결합된다. 이들 제1 및 제2교류 전류 자속은 중앙 림(2)에서 서로 작용한다.

소스(13)로부터의 교류의 각각의 포지티브 반-사이클동안, 그리고 1차 권선(12)내의 교류의 각각의 포지티브 반-사이클 동안, 코일(9a 및 9b)과 종국 권선(16)내의 교류 전류의 반-사이클 동안, 외부 림(3)내의 제1교류자속과 직류자속은 서로에 관하여 반대로 되어 있기 때문에 직류자속은 교류 자속에 대한 림(3)의 투자율을 증가시킨다. 반대로, 외부 림(4)내의 교류 및 직류자속은 서로 작용하고, 그러므로써 직류자속은 제2교류자속에 대한 림(4)의 투자율을 증가시킨다.

물론 직류와 교류자속은 소스(13)로부터의 교류의 각각의 포지티브 반-사이클 동안 설명된 바와 같이 중첩된다. 역 현상이 이 경우에서와 같이 소스(13)로부터의 교류의 각각의 네가티브 반-사이클동안 나타나고, 제1 및 제2교류자속은 외부 림(3 및 4)에서 반대방향으로 흐르는 것을 쉽게 알 수 있다.

직류자속 FC의 기능은 제1 및 제2교류 자속에 대한 자기 코어(1)의 투자율을 제어하기 위하여 다소 깊이 자기 코어(1)를 포화시킨다. 직류자속 FC의 증가는 권선(9a,9b 및 12)의 임피던스가 감소하게 하며, 이들 3권선에서 교류가 증가되게 한다. 그러므로 자체 조정된 변압기-인덕터에 의해 흡수된 리액티브 전력량은 직류자속 FC에 따라 변한다. 코일(10a 및 10b)내의 직류(정류된 전류)의 진폭과 직류자속 FC의 밀도가 코일(9a 및 9b)내의 교류의 진폭에 따라 자동적으로 비례하여 변화하므로, 자기 코어(1)의 교류자속에 대한 투자율의 자체-제어와 본 발명에 따른 변압기에 의해 흡수된 리액티브 전력의 자체-제어가 실행된다.

다음의 설명에서 좀더 상세히 설명되듯이, 변압기에 의해 리액티브 전력의 자체 제어 흡수는 소스 전류의 주어진 범위내에서 직렬 상호 연결된 권선(9a 및 9b)양단의 교류전압의 조정을 인에이블 하므로 결국 주어진 레벨에서 소스(13)의 교류전압 조정 인에이블된다. 상기 주어진 레벨은 공기 갭을 갗고 있는 자체-조정된 변압기-인덕터의 파라미터를 적당히 조정하므로써 조정될 수 있다.

중앙 림(2)둘레에 감겨져 있는 또다른 2차 권선(14)은 림(2)내의 결과적인 교류자속에 응답하여 외부 로드(15)에 공급되는 교류를 발생시킨다. 2차 권선(14)의 단자들 사이에 연결된 로드(15)에 인가된 전압의 레벨은 물론 1차 및 2차 권선(12 및 14)의 권선수의 비에 의해 결정된다. 소스(13)의 교류전압이 조절되기 때문에 권선(14)의 단자 사이의 부하(14)의 교류 공급전압은 자동적으로 조절된다.

제2도에 도시된 바와 같이, 코일(9a 및 10b)는 외부 림(3)상에서 중첩이 되어 이들의 중심에는 공기 갭(7)이 위치하게 된다. 따라서 코일(9a 및 10b)는 또한 외부 림(4)상에서 중첩이 되어 공기 갭(8)이 이들중의 중심에 위치하게 된다. 상기와 같이 림(3,4)상의 코일(9a, 9b, 10a, 10b)의 배치는 공기 갭(7,8)의 영역에서 누수자속을 상당히 감소시키는 장점을 갖는다.

중심 림(2)둘레에 배치된 권선(12,14,16)는 또한 제2도에서 도시된 바와 같이 유리하게 중첩이 될 수 있다.

한 실예에서, 중심 림(2)의 권선(12,14,16)은 도면의 제4도에서 등가회로로 도시된 바와 같이, 다수의 탭(220 내지 240)이 구비된 단일 권선(21)에 의해 대체될 수 있다. 권선(21)은 전기 에너지의 소스(13)에 의해 교류 전압 및 전류가 탭(220,224)을 통해 공급되며 중심 림(2)둘레에 배치된다. 권선(9a 및 9b)는 권선의 탭(222,224)을 통해 교류전압이 제공된다.

이미 설명한 바와 같이, 권선(9a 및 9b)에서의 전류는 제어권선(10a 및 10b)을 제공하기 위해 다이오드 브릿지(11)에 의해 정류된다.

부하(15)는 탭(222,224)을 통해 권선(21)에 의해 교류가 제공된다. 그래서 제4도의 변압기는 자동 변압기로 동작한다.

단일 권선(21)의 사용은 변압기의 구조를 위해 필요한 전기적 도전 도선의 양을 감소시킨다. 또한 전기 도전성 도선의 직경이 어떤 회로 형태에서는 감소될 수 있다.

공기 갭을 갖는 자체조절 변압기-인덕터의 작동 특성은 제6도의 곡선을 이용하여 기술하기로 한다. 이들 곡선은 제5도의 회로로 얻어지는 측정치로부터 구성된다.

제4도의 경우에서와 같이, 제5도의 회로는 중심 림(2)의 둘레에 감기며 탭(220 내지 224)이 구비된 권선(21)을 구비한다. 소스(13)는 권선(21)의 탭(221,224)사이에 접속되며, 권선(9a 및 9b)는 소스(13)로부터 직접 교류가 공급된다. 특히 소스(13)의 제1단자는 코일(9a)의 자유단자에 접속되며 한편 소스(13)의 제2단자는 다이오드 브릿지(11)의 교류 출력(19)에 접속된다.

우선, 본 발명에 따른 자체조절 변압기-인덕터는 3가지 기능을 수행하는 1자석 코어장치라는 사실이 언급되어야 한다. 즉, 미합중국 특허 제4,620,144호에 기술되고 청구된 공기 갭을 갖는 자체 제어가변 인덕터로서 사전 설정된 어떤 소정 임계치 레벨로부터의 소스 전압의 낮은 증가에 응답하여 소스(13)로부터 많은량의 반작용력을 흡수하는 능력이 있다. 이렇게 흡수된 반작용력은 소스(13)로부터의 전압의 조정을 실행하기 위해 소스 전압에서의 증가에 비해하여 변화를 시킨다.

또한 변압기로 이용되었을 때, (21) 또는 (14)와 같은 2차 권선을 통해 (15)와 같은 외부부하에 대해 소정의 전압을 공급한다. 소스(13)의 전압이 상술된 바와 같이 반작용력의 흡수를 통해 조절이 되기 때문에 부하에 공급되는 전압이 조절된다.

2차 권선(16)이 제공되거나 또는 자동 변압기 회로(권선(21))가 사용되었을 때, 권선(9a 및 9b)에 의해 구성된 내부부하는 소스(13)로부터의 전압보다 낮은 전압이 제공될 수 있다. 상기 공급방법은 전기절연에 관련된 높은 가격 및 정류 브리지(11)에 사용되기 위한 고전압 다이오드에 구매에 관해 경제적으로 흥미를 끌 수 있다.

그러나, 본 발명의 공기 갭을 가진 자체-조정 변압기-인덕터의 동작은 미합중국 특허 제4,620,144호에서 청구되고 기술된 갭을 가진 자체-조정 가변 인덕터를 제2권선을 통해 공급하는 종래의 변압기의 동작과는 다른것을 인식해야 한다. 실제로, 예로서, 변압기 부분, 즉, 1차(12) 및 2차(14) 권선, 2차 권선(16) 및 권선(9a,9b,10a 및 10b)인 가변 인덕터 부분은 동일 자기 철심상에 장착되며, 철심(1)은 자기 철심(1)에 흐르는 제1 및 제2교류자속을 통해 서로 영향을 미친다.

따라서, 변압기의 동작 특성을 나타내는 수학적인 표현으로 나타낼 수 있다.

먼저, 제5도에 나타낸 변압기의 동작 전압 Vο의 레벨은, 각각의 권선(9a 및 9b)의 회전수 및 제1도의 경우에서의 제2권선(16)의 권선수 사이의 비에 따르며, 각각의 권선(9a 및 9b)의 권선수 및 제3도의 경우에서의 1차 권선(12) 권선수 사이의 비에 따르며, 각각의 권선(9a 및 9b)의 권선수 및 제4도의 경우에서의 탭(222)과 (224)사이의 권선(21)부분의 권선수 사이의 비에 따르며, 각각의 권선(9a 및 9b)의 권선수 및 제5도의 경우에서의 탭(221)과 (224)사이의 권선(21)부분의 권선수 사이의 비에 따른다. 또, 동작전압 Vο의 레벨과 상기 권선비 사이의 관계는 비선형이다.

제6도는 상술한 권선비의 함수로 특히 동작 전압 Vο의 레벨의 변화를 나타낸 다수의 곡선을 나타낸 것이다. 제6도의 곡선은 소스전류 iο에 대한 동작전압 Vο를 나타낸 것이다(제5도 참조).

아래 표 1은 제6도의 각 곡선에 대해 제5도의 권선(21)의 탭(221) 및 (224)사이의 권선수 N₂₁과, 권선(9a 및 9b)의 권선수 N₉및 권선(10a 및 10b)의 권선수 N₉을 나타낸 것이다.

[표 1]

제6도의 곡선과 표1에서 쉽게 알 수 있는 바와 같이 공기 갭으로 자체조정-변압-인덕터의 작동전압 레벨은 권선수 N₂₁에 대하여 권선수 N₉을 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 실로, 권선수 N₂₁(60턴)은 모든 곡선에 대해 일정하게 유지되고, 반면에 권선수 N₉은 곡선 A₁,A₂및 A₃의 경우에서는 60이며, 곡선 B₁및 B₂의 경우에서 50이고, 곡선 C의 경우에서는 40이다. 제6도는 권선 비율 N₉/N₂₁의 함수로 작동전압 V₀의 레벨의 비선형 변화를 명백히 설명하는 도면이다.

제6도의 곡선의 두 세트, 즉 곡선 A₁,A₂및 A₃에 의해 형성된 세트이고 곡선 B₁및 B₂에 의해 세트이고 표 1는 권선 N₂₁및 N₉가 일정하게 유지될 때, 전압조정 범위에서 작동의 곡선이 기울기 V₀대 i₀를 변화시키는 회전수 N₁₀변화를 설명한다. 상기 기울기는 권선비율 N₁₀/N₉의 변화에 대해 매우 예민한 것을 쉽게 알 수 있다.

비록 이론적으로 설명되었을지라도, 제6도의 곡선은 전압조정 범위에서, 작동전압 V₀의 레벨이 비율 N₉/N₂₁의 함수이고 곡선 V₀대 i₀의 기울기는 비율 N₁₀/N₉의 함수인 것을 쉽고 명백하게 설명한다. 1차 권선(21)과 교류 권선(9a 및 9b)이 동일한 자기 코어(1)상에 장착될 때, 서로의 영향으로 비율 N₉/N₂₁은 작동전압 V₀의 레벨에 영향을 미친다.

비율 N₉/N₂₁및 N₁₀/N₉을 적절히 조정함으로써, 제로와 같은 곡선 V₀대 i₀의 기울기가 전압조정 범위에서 얻어질 수 있으며, 상기 전압조정 범위에서의 작동전압 V₀은 소정의 레벨로 조정될 수 있다.

자기 코어(1) 중심 림(2)의 포화를 방지하기 위해서, 림(2)의 횡단면역 S₂, 권선수 N₂, 각 외부 림(3 및 4)의 횡단면 및 권선수 N₉는 다음 관계를 만족시켜야 한다, 즉 N₂₁ㆍS₂≥N₉ㆍS_3.4

그러므로 림(2,3 및 4)이 동일한 영역의 횡단면을 갖을 때, N₉/N₂₁비는 1이하이어야 한다.

따라서 공기 갭을 갖는 자체조절 변압기 인덕터의 작동을 1986년 10월 28일자 미합중국 특허 제4,620,144호에 기술 및 청구된 바와 같이 공기 갭을 갖는 자체 제어된 가변 인덕터의 작동과는 다르다.

그러나, 이 가변 인덕터의 경우에서와 같이, 변압기 자기 코어(1)의 공기 갭(7 및 8)은 본 발명에 따라 구성된 변압기 작동 특성을 균일하게 한다. 왜냐하면 공기 갭(7 및 8)이 이 작동 특성의 감도를 이 변압기의 다른 자기 코어내에서 불일치로 그리고 상술된 미합중국 특허 제4,620,144호에 상세히 논의된 바람직하지 않은 현상으로 감소시키기 때문이다.

물론 본 발명에 따라 상기 변압기상에서, 1986년 10월 28일자 미합중국 특허 제4,620,144호에 상세히 설명된 작동을 조정하는 것이 가능하다.

그러나, 본 발명은 공기 갭을 갖는 자체 조절된 변압기 인덕터의 작동 특성을 조정하기 위한 다음의 부가적인 수단을 제안한다.

제1대안에 따라, 고정된 값의 인덕터(20)는 직렬로 상호 접속된 권선(9a 및 9b)(제1 및 3도)과 병렬로 접속된다. 소스(13)에 의해 발생되었으며 인덕터(20)의 인덕턴스 값에 의존하는 진폭을 갖는 교류 전류를 이 인덕터를 통해 흐른다. 그러한 전류는 정류되며 그렇게 정류된 전류는 권선(10a 및 10b)에 주입된다. 바이어싱 직류 전류 자속은 그처럼 감소되며 외부 림(3 및 4)에 의해 제한된 닫힌 자기회로를 통해 흐르며, 이 바이어싱 자속과 권선(9a 및 9b)으로부터의 정류된 교류에 의해 발생된 직류 자속은 서로 보관한다. 인덕터(20)의 인덕턴스 값을 변화시켜서, 전압조정 영역내 작동전압 V₀레벨을 정확히 조정될 수 있다. 인덕터(20)는 선형으로 작동하거나 과여기(포화에 민감함)된다.

또다른 대안은, 다이오드 브릿지(11)의 교류입력(18)에 접속된 제1단자와 다이오드 브릿지(11)의 교류출력(19)에 접속된 제2단자가 제공되는 2차 권선을 구비하는 전류 변압기(17) (제1 및 3도)를 사용한다. 전류변압기(17)는, 그 2차 권선을 통해서 권선(9a 및 9b)에 공급되는 교류에 응답하여, 권선(9a 및 9b)로부터 정류된 잔류에 의해 발생된 직류 자속과 같은 방향으로 외부 림(3 및 4)에 의해 제한된 닫힌 자기 회로내에서 흐르는 바이어싱 직류 전류 자속을 발생하기 위해 권선(10a 및 10b)에 공급되었으며 다이오드(11)에 의해 정류된 교류를 발생한다. 변압기(17)에 의해 발생된 전류가 권선(9a 및 9b)에 잔류값이 변하는 진폭을 갖으므로, 바이어싱 직류 자속은 변화한다. 전압조절 영역내의 곡선 V₀대 i₀의 기울기는 조정될수 있다. 즉 적당한 특성을 갖는 변압기(17)를 선택하므로 증가 또는 감소될 수 있다.

물론, 필요한 공기 갭을 가진 자체조절된 변압기 인덕터의 동작 특성을 조정하기 위하여, 인덕터(20) 및 변압기(17)가 동시에 사용될 수 있다.

제7도는 다른 부하가 2차 권선, 예를 들면 권선(14), 의 단자 사이에 접속될 때, 본 발명에 따른 변압기의 동작을 도시한다.

특히, 변압기가 무부하를 공급할 때(무부하 상태), 제7도에서 커브 G는 i₀에 대비하여 커브 V₀에 대응한다. 부하에 전원으로부터 전력이 공급될 때, 커브 D,E 및 F는 변압기의 동작에 대응하며, 커브 F에 대응하는 부하는 커브 E에 대응하는 부하보다 크며, 커브 E에 대응하는 부하는 커브 D에 대응하는 부하보다 크다. 전압 변동의 범위에서, 변압기에 무부하가 공급될 때(커브 G)조차도, 전압 V₀는 부하가 변화하는 만큼 비교적 일정하게 남아있다.

기술에 숙련자는 공기 갭을 가진 자체조절 변압기 인덕터는 무효 전력의 자기제어 흡수에 의하여 간단한 교류전압 조절장치로 구성된 것을 알 수 있다.

상기 언급된 미합중국 특허 제4,620,144호의 변화하는 인덕터 경우와 같이, 공기 갭을 가진 자체조절된 변압기 인덕터의 응용은 가공선 또는 일반적인 용량전원(용량결합)에 의하여 제공된 전기 부하에 인가되는 교류전압 조절에 있다.

상기 응용에서, 용량전원은 소스(13)를 구비한다. 부하는 저항, 리액턴스 또는 저항 및 리액턴스일 수도 있다. 제7도에 의하여 증명된 바와 같이, 본 발명에 따른 변압기는 전압 V₀를 유지하면서 필요한 전력을 부하에 공급하며, 계속하여 전압은 비교적 일정한 레벨에서 부하에 제공된다.

부하에 용량전원(용량결합을 통하여)으로부터 전기적 에너지를 제공하기 위하여 사용될 때, 공기 갭을 가진 자체조절된 변압기 인덕터의 내부전기 손실은 상기 부하에 공급된 교류에서 증가하지 않는다. 그뿐 아니라, 본 발명에 따른 변압기에 의하여 부하에 공급된 전류가 증가할 때, 권선(9a 및 9b)에서 교류와 권선(10a 및 10b)에서 직류는 감소한다.

본 발명이 공기 갭을 가진 자체조절된 변압기 인덕터의 양호한 실시예에 의하여 기술되어 있을지라도, 변압기의 어느 다른 응용은 물론 상기 실시예의 변형도 본 발명의 원리 및 범주를 변화 또는 변경없이 첨부된 청구범위의 범위내에서 수행될 수 있다.

Claims

변압기에 있어서, 자기 코어의 제1공통점을 통하여 상호 접속되는 제1단부와 상기 자기 코어의 제2공통점을 통하여 상호 접속되는 제2단부를 각기 가지고 있는 제1림, 제2림 및 제3림을 제한하는 자기 코어와, 자기 코어의 상기 림중의 적어도 한 림둘레에 감겨지며 전기 에너지원에 의해 교류가 공급되는 1권선 수단, 및 자기 코어의 상기 림중의 적어도 한 림 둘레에 감겨지며 상기 전기 에너지원에 의해 발생된 교류가 공급되는 제2권선 수단을 구비하며, 상기 제1 및 제2권선 수단은 자기 코어상에 중첩되여 상기 제1 및 제2권선 수단의 두 교류가 제2 및 제3림의 각각에서 유도된 교류자속에 접속되며, 직류가 공급되고 상기 직류가 상기 제2 및 제3림의 각각에서 직류 자속을 유도하도록 자기 코어상이 배치되어 제어 권선 수단을 구비하며, 제2 및 제3림중의 한 림에서 교류 및 직류 자속은 서로 어시스트하는 반면 상기 제2 및 제3림중의 다른 림에서 교류 및 직류 자속은 서로에 대하여 반대적이며, 제2권선 수단에서 교류를 제어권선 수단 공급용 직류로 변환하는 수단을 구비하며, 상기 제어권선 수단에 공급되는 직류는 제2권선 수단에서 교류의 진폭에 따라 변하는 진폭을 가지고 있으며, 그리하여 제2 및 제3림에서 직류 자속의 밀도를 변하게 하고 교류자속에 대한 상기 제2 및 제3림의 투자율을 제어하게 되며, 상기 제2 및 제3림에서 교류자속이 공급되며 상기 부하의 공급을 위해 전기부하에 접속되는 제2권선 수단을 구비하는 것을 특징으로하는 변압기.
제1항에 있어서, 상기 제2림은 제2림에서 결과적인 자속에 의해 선회된 갭수단을 구비하며, 상기 제3림은 제3림에서 결과적인 자속에 의해 선회된 갭수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제1항에 있어서, 상기 전류변환 수단은 제2권선 수단에 공급되는 교류를 정류하며 또한 정류된 전류를 제어권선 수단에 공급하기 위한 다이오드 브릿지를 구비하여, 상기 정류된 전류는 제어권선 수단에 공급되는 직류를 구성하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제3항에 있어서, 상기 제2권선 수단과 병렬로 접속된 인덕터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제3항에 있어서, 상기 다이오드 브릿지는 제2권선 수단에 공급되는 교류에 의해 선회된 입력 및 출력을 구비하며, 상기 변압기는 제2권선 수단에서 교류가 공급되는 전류 변압기를 더 구비하며 이 전류 변압기는 다이오드 브릿지의 상기 입력 및 출력에 각기 접속된 제1 및 제2단자를 갖춘 제2권선을 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2권선 수단은 상기 제1림에 장착되어 다수의 탭을 구비하는 단일 권선으로 형성된 것을 특징으로 하는 변압기.
제1항에 있어서, 상기 제1권선 수단을 제1림에 배치되고 권선수 N_P를 가지고 있으며, 제2권선 수단은 각기 직렬로 접속된 제2 및 제3림에 배치되어 각기 권선수 N_s을 구비하는 제1 및 제2권선을 구비하며, 제1림은 단면의 면적이 S₁이며, 제2 및 제3림은 단먼의 각기 면적 S₂₃의 단면을 가지며, 파라미터 N_PN_S, S₁및 S₂₃는 N_P· S₁≥N_S·S₂₃의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 변압기.
제2항에 있어서, 상기 제1권선 수단은 제1림에 배치되고 권선수 N_P를 가지며, 제2권선 수단은 각기 직렬로 접속된 제2 및 제3림에 배치되어 각기 권선수 N_S을 구비하는 제1 및 제2권선을 구비하며, 제1림은 면적 S₁의 단면을 가지며, 제2 및 제3림은 면적 S₂₃의 단면을 가지며, 파라미터 N_P,N_S,S₁및 S₂₃는 N_P·S₁≥N_S·S₂₃의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 변압기.
자기 코어의 제1공통점을 통해 상호 접속된 제1단부와 자기 코어의 제2공통점을 통해 상호 접속된 제2단부를 각각 가지는 제1림과 제2림 및 제3림을 제한하는 자기 코어와, 상기 제1림 주위에 감겨져 있으며, 전기 에너지원에 의해 교류가 공급되는 제1권선 수단, 및 자기 코어의 상기 림중 적어도 한 주위에 권선되고 상기 에너지원에 의해 발생된 교류가 공급되는 제2권선 수단을 구비하며, 상기 제1 및 제2권선 수단에서 교류는 제1 및 제2림에 의해 한정되는 폐쇄된 자기회로에서 제1교류 자속 흐름과 상기 제1및 제3림에 의해 한정되는 폐쇄된 자기회로에서 제2교류 자속 흐름에 결합되며, 상기 제1 및 제2교류 자속은 상기 제1림에서 서로 어시스트하며, 제2 및 제3림 주위에 권선된 제1 및 제2제어 권선을 구비하고, 상기 제1 및 제2제어 권선은 상기 직류가 제2 및 제3림에 의해 한정된 폐쇄된 자기회로에서 직류 자속 흐름을 유도하도록 직렬로 접속되고 직류가 공급되도륵 하며, 제2권선 수단에서의 교류를 제1 및 제2제어권선의 공급용 직류로 변환하는 수단을 구비하며, 제어 권선에 공급되는 직류는 제2권선 수단에서의 교류의 진폭에 따라 변화하는 진폭을 가지며, 그래서 상기 직류 자속의 밀도를 변화시키고, 상기 제1 및 제2교류 자속에 대한 제2 및 제3림의 투자율을 각각 제어하며, 제1림에서 서로 어시스트하는 제1 및 제2교류 자속을 받게되고 상기 부하의 공급용 전기 부하에 접속되며, 상기 제1림주위에 권선된 2차 권선 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제9항에 있어서, 상기 제2림은 상기 제2림의 결과 자속에 의해 선회된 제1갭 수단을 포함하고, 상기 제3림은 상기 제3림의 결과 자속에 의해 선회된 제2갭 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제10항에 있어서, 상기 제2권선 수단은 상기 제2 및 제3림 주위에 각각 배치되어 직렬로 접속된 제1교류 권선과 제2교류 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제11항에 있어서, 상기 부하는 외부 부하이며, 상기 변압기는 제2권선 수단의 제1 및 제2교류 권선이 직렬로 접속된 두단자 사이에 제공되고 상기 제1림 주위에 권선된 부가 제2권선 수단을 포함하고, 상 부가 2차 권선 수단이 상기 제1림에서 유도된 합성 자속에 응답하여 제2권선 수단의 제1 및 제2권선에 공급하는 교류를 발생하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제10항에 있어서, 상기 전류 변환수단은 제2권선 수단에 공급되는 교류를 정류하고 정류된 전류를 제1 및 제2제어 권선에 공급하기 위한 다이오드 브릿지를 포함하며, 상기 정류된 전류는 제1 및 제2제어 권선에 공급되는 직류로 구성하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제13항에 있어서, 상기 제2권선 수단과 병렬로 접속된 인덕터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제13항에 있어서, 상기 다이오드 브릿지는 제2권선 수단을 공급하는 교류에 의해서 선회된 입력과 출력을 포함하고, 상기 변압기는 다이오드 브릿지의 상기 입력과 출력에 각각 접속된 제1 및 제2 단자에 제공된 2차 권선을 포함하고, 제2권선 수단의 교류에 응답하는 전류 교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제11항에 있어서, 상기 전류변환 수단은 제2권선 수단에 공급되는 교류를 정류하고 정류된 전류를 제1 및 제2권선에 공급하기 위한 다이오드 브릿지를 포함하고, 정류된 전류는 제1 및 제2제어 권선에 공급되는 직류로 구성되는 것을 특징으로 하는 변압기.
제16항에 있어서, 직렬로 상호 접속된 제1 및 제2권선의 제2권선 수단과 병렬로 접속된 인덕터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제16항에 있어서, 상기 다이오드 브릿지는 제2권선 수단의 제1 및 제2권선을 공급하는 교류에 의해서 선회된 입력과 출력을 포함하고, 상기 변압기는 다이오드 브릿지의 상기 입력과 출력에 각각 접속된 제1 및 제2 단자에 제공된 2차 권선을 포함하고 제 2 권선 수단의 제1 및 제2 권선의 교류 전류에 응답하는 전류 변압기를 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제11항에 있어서, 상기 제1제어 권선과 제2권선 수단의 상기 제1교류 권선은 상기 제2림 주위에 중첩되여 상기 제1갭 수단이 상기 제1제어 권선의 중앙과 제2권선 수단의 상기 제1권선의 중앙에 위치하게 되고, 상기 제2제어 권선과 제2권선 수단의 상기 제2교류 권선은 제3림 주위에 중첩되여 상기 제2갭 수단이 상기 제2제어 권선의 중앙과 제2권선 수단의 상기 제2권선의 중앙에 위치하게 되며, 상기 제1 차 및 2차 권선 수단은 상기 제1림 주위에 중첩되는 것을 특징으로 하는 변압기.
제10항에 있어서, 상기 1차 및 2차 권선 수단은 상기 제1림위에 장착된 단일 권선으로 형셩되고, 다수의 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제12항에 있어서, 상기 1차 권선 수단과 상기 2개의 2차 권선 수단은 상기 제1림 주위에 놓여진 단일 권선으로 형성되고, 다수의 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제12항에 있어서, 제2권선 수단의 제1 및 제2교류 권선에 교류를 공급하는 상기 부가 2차 권선 수단은 권선수 N_S를 가지며, 제2권선 수단의 제1 및 제2교류 권선의 각각은 권선수 N_A를 가지고, 제1림은 단면적 S₁과, 제2 및 제3림은 각각 단면 S₂₃을 가지며, N_S·S₁≥N_A·S₂₃의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 변압기.
변압기에 있어서, 자기 코어의 제1공통점을 통해 상호 접속되는 제1단부와 상기 자기 코어의 제2공통점을 통해 상호 접속되는 제2단부를 각기 갖고 있는 제1, 제2 및 제3림을 한정하는 자기 코어와, 상기 제1림주위에 권선되고 전기 에너지원에 의해 교류가 공급되는 1차 권선, 및 상기 제2 및 제3림 주위에 권선되고, 직렬로 접속되며 상기 전기 에너지원에 의해 발생된 직류가 공급되는 제1 및 제2교류 권선을 구비하며, 1차 권선과 제1및 제2교류 전류 권선에서 상기 교류는 제1및 제2림에서 한정되는 폐쇄 자기 회로에서 제1교류 전류 자속 흐름과 제1 및 제3림에 의해 한정되는 폐쇄 자기 회로에서 제2교류 자속 흐름에 결합되며, 상기 제1 및 제2교류 자속은 제1림에서 서로 어시스트하며, 제2 및 제3림 주위에 배치된 제1 및 제2제어 권선을 구비하고, 상기 제1 및 제2제어 권선은 제2 및 제3림에 의해 한정되는 폐쇄 자기회로에서 직류 자속 흐름을 유도하기 위해 직류 전류가 공급되고 직렬로 접속되며, 제1 및 제2교류 권선에 공급되는 교류를 제1 및 제2제어 권선의 공급용 직류로 전환하는 수단을 구비하고, 상기 제어 권선에 공급되는 직류는 제1 및 제2교류 권선내에 교류의 진폭에 따라 변화하는 진폭을 가지고 있으며, 이리하여 상기 직류 자속의 세기를 변화시키고 제1 및 제2교류 자속에 대해 상기 제2 및 제3림의 투자율을 제어하게 되고, 제1림 주위에 권선되고 결과적으로 제1림에서 서로 어시스트하는 제1 및 제2 교류 자속을 받게되는 2차 권선을 구비하고, 상기 2차 권선은 제1 및 제2교류 권선이 직렬로 접속되는 두 단자 사이에 제공되며, 제1 및 제2교류 권선에서의 교류는 2차 권선의 두 단자를 통해 상기 제1 및 제2교류 권선에 공급되는 것을 특징으로 하는 변압기.
제23항에 있어서, 상기 제2림은 상기 제2림에서 합성자속에 의해 선회된 갭 수단을 구비하고, 상기 제3림은 또한 상기 제3림에서 합성자속에 의해 선회된 갭 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제24항에 있어서, 상기 제1림 주위에 권선되고 제1 및 제2 교류자속을 받게되는 상기 2차 권선 수단은 권선수 N_S를 가지며, 제1 및 제2교류 권선의 각각은 권선수 N_A를 가지고, 상기 제1림은 단면적 S₁과 제2 및 제3림은 단면적 S₂₃을 가지며 N_S·S₁≥N_A·S₂₃관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 변압기.