WO2018199666A1 - 3상 변압기 및 이를 이용한 다단 정류기 - Google Patents

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WO2018199666A1
WO2018199666A1 PCT/KR2018/004881 KR2018004881W WO2018199666A1 WO 2018199666 A1 WO2018199666 A1 WO 2018199666A1 KR 2018004881 W KR2018004881 W KR 2018004881W WO 2018199666 A1 WO2018199666 A1 WO 2018199666A1
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primary
iron core
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primary side
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PCT/KR2018/004881
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김효성
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공주대학교 산학협력단
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    • H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/12—Two-phase, three-phase or polyphase transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
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    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices

Definitions

  • the present invention relates to a three-phase transformer and a multistage rectifier using the same.
  • a typical three-phase rectifier converts an AC voltage into a DC voltage by designing a rectifier element such as six diodes or a thyristor in a bridge form.
  • the period of the ripple pulse which appears at the DC output terminal of a 6-step rectifier becomes 60 degree
  • a three-phase rectifier is constructed so that the phase of the three-phase power supply on the AC input side is different, and each DC output terminal is connected in series or in parallel to use a multistage rectifier ( Multi-step rectifier).
  • the secondary connection method of a three-phase transformer is configured differently with a wire type (Y) and a delta ( ⁇ ) type, the three-phase power generation method
  • the secondary voltage of the phase transformer has a phase difference of 30 degrees.
  • the multi-stage rectifier When two kinds of three-phase voltages having 30 degrees of phase difference are used as AC inputs of the multi-stage rectifier, the multi-stage rectifier is configured and the DC output stages of the multi-stage rectifiers are connected in series or in parallel. The magnitude of the voltage ripple is reduced by a quarter and the ripple frequency is doubled. This rectifier is called a 12 step rectifier.
  • the AC input current at the three-phase AC input terminal side has a waveform of a shape closer to the sine wave, thereby reducing the size of the AC input filter for the AC input current.
  • the combination of the Y type and the ⁇ type alone is not solved, and additional wiring is required.
  • you want to make a 24-step rectifier whose ripple frequency is 24 times the common frequency of the DC output stage make two connections as well as Y and ⁇ connections to the secondary winding of the three-phase transformer. If the circuit is configured by adding the Zig-Zag connection to be utilized, a multi-phased phase difference can be obtained.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-1102313 (Registration Date: December 28, 2011, Title of the Invention: Current supply device to minimize the output voltage deviation between the stop value).
  • An object of the present invention is to facilitate the design of a multi-stage rectifier using a three-phase transformer that outputs a three-phase AC voltage having a temporal phase difference by using a spatial phase difference between the primary iron core and the secondary iron core.
  • a three-phase transformer may include first to third primary side coils to which first to third primary side voltages of first to third phases are applied, and the first to third primary side voltages.
  • 2 Secondary side coils, and the corresponding third primary side coil and the third secondary side coils are concave and convex when the concave and convex portions of the primary phase control iron core and the concave and convex joints using the concave and convex portions of the secondary phase control iron core are joined.
  • the magnitude of the temporal phase difference, the magnitude of the temporal phase difference occurring between the second primary side voltage applied to the second primary side coil and the second secondary side voltage applied to the second secondary side coil, and the third primary side coil The first size of the temporal phase difference that occurs between the third secondary-side voltage to be applied to a three-primary-side voltage and the third secondary side coil to be determined, respectively.
  • At least one of the plurality of primary coil grooves provided in the primary coil core and at least one of the plurality of secondary coil grooves provided in the secondary coil iron core are formed along a first axis, a second axis, and a third axis.
  • the magnitude of the temporal phase difference of the first to third secondary side voltages respectively output from the first to third secondary side coils is the first to third axes of the primary coil core and the second coil core of the secondary coil.
  • the unit angle is formed in the formation interval of the iron portion formed in the iron core for the primary phase control or the iron core for the secondary phase control It is good that it is the formation interval of the recessed part.
  • the number of the plurality of primary side coil grooves formed in the primary side coil core and the plurality of primary side coil grooves formed in the secondary side coil core may be determined according to the winding method of the primary side coil and the secondary side coil. Can be.
  • Extension lines of the first, second, and third axes of the primary coil core and extension lines of the first, second, and third axes of the secondary coil core are respectively the side surfaces of the iron core of the primary phase control iron core; It is preferable to be located in line with the side surface of the convex part of the said iron core for secondary phase control.
  • the first axis, the second axis and the third axis of the primary coil core have a 120 degree spatial phase difference
  • the first axis, the second axis and the third axis of the secondary coil core have a 120 degree spatial phase difference
  • the three-phase transformer according to the above feature may further include a primary side positioning protrusion inserted into the plurality of primary side coil grooves on the outer side of the primary side phase control iron core, and the secondary side phase control iron core on the inner side surface. It may further include a secondary side position defining projection inserted into the plurality of secondary side coil groove.
  • a three-phase transformer may include first to third primary side coils to which first to third primary side voltages of first to third phases are applied, and the first to third primary side voltages. And first to third secondary side coils each of which the first to third secondary side voltages of the first to third phases corresponding to the second electrode are induced and output, respectively, and an empty space in the middle thereof. And a plurality of primary side coil grooves to which the first to third primary side coils are fastened, and an iron core having a plurality of secondary side coil grooves to which the first to third secondary coils are fastened on an inner side thereof. .
  • the primary side coil grooves and the secondary side coil grooves corresponding to each other in which the primary side coils and the secondary side coils of the same phase are located have a spatial phase difference of a predetermined angle. It is good.
  • a multi-stage rectifier includes first to third phase AC input voltages applied to first to third primary side coils and first to third secondary side coils. At least one three-phase transformer is generated by the first to third secondary voltage is induced in the, and the first to third two connected to the at least one three-phase transformer, and output from the at least one three-phase transformer At least one rectifier for full-wave rectifying the difference side voltage.
  • the at least one three-phase transformer is the first to third primary side coils, respectively, to which the first to third primary side voltages of the first to third phases are applied, and to the first to third primary side voltages.
  • First to third secondary side coils in which the first to third secondary side voltages corresponding to the first to third phases are respectively induced and output, and a plurality of ones to which the first to third primary side coils are fastened.
  • Primary-side coil iron core having a primary-side coil groove on the inner side, Primary-side phase control iron core having a plurality of recesses and convex portions fastened to the primary-side coil iron core and adjusting a spatial phase difference on the inner side;
  • the secondary side coil iron core having a plurality of secondary side coil grooves on the outer side to which the third secondary side coil is fastened, and the secondary side coil iron core and the iron core for controlling the primary side phase, and the primary side phase on the outer side Said recesses and convexities of the control iron core
  • a secondary side phase control iron core having a plurality of recesses and concave portions coupled to each other to adjust the spatial phase difference, the first primary side coil and the first secondary side coil corresponding to each other, the second primary side coil corresponding to each other, and the second core.
  • Secondary side coils, and the corresponding third primary side coil and the third secondary side coils are concave and convex when the concave and convex portions of the primary phase control iron core and the concave and convex joints using the concave and convex portions of the secondary phase control iron core are joined.
  • the magnitude of the temporal phase difference, the magnitude of the temporal phase difference occurring between the second primary side voltage applied to the second primary side coil and the second secondary side voltage applied to the second secondary side coil, and the third primary side coil The first size of the temporal phase difference that occurs between the third secondary-side voltage to be applied to a three-primary-side voltage and the third secondary side coil to be determined, respectively.
  • At least one of the plurality of primary coil grooves provided in the primary coil core and at least one of the plurality of secondary coil grooves provided in the secondary coil iron core are formed along a first axis, a second axis, and a third axis.
  • the magnitude of the temporal phase difference of the first to third secondary side voltages respectively output from the first to third secondary side coils is the first to third axes of the primary coil core and the second coil core of the secondary coil.
  • the unit angle is formed in the formation interval of the iron portion formed in the iron core for the primary phase control, or the iron core for the secondary phase control It is good that it is the formation interval of a recessed part.
  • Extension lines of the first, second, and third axes of the primary coil core and extension lines of the first, second, and third axes of the secondary coil core are respectively the side surfaces of the iron core of the primary phase control iron core; It is good to be located in line with the side surface of the convex part of the said iron core for secondary phase control.
  • the first axis, the second axis and the third axis of the primary coil core have a 120 degree spatial phase difference
  • the first axis, the second axis and the third axis of the secondary coil core have a 120 degree spatial phase difference
  • the number of the plurality of primary side coil grooves formed in the primary side coil core and the plurality of primary side coil grooves formed in the secondary side coil core may be determined according to the winding method of the primary side coil and the secondary side coil. Can be.
  • the multi-stage rectifier according to the above feature may further include a primary side position defining projection inserted into the plurality of primary side coil grooves on the outer side of the primary side phase control iron core, and the secondary side phase control iron core may be formed on the inner side of the core. It may further include a secondary side position defining projection inserted into the plurality of secondary side coil groove.
  • the at least one three-phase transformer may include first to third primary side coils to which first to third primary side voltages of first to third phases are applied, respectively, corresponding to the first to third primary side voltages. And a first to third secondary side coils in which the first to third secondary side voltages of the first to third phases are induced and output, respectively, and an empty space in the middle thereof.
  • 3 may include an iron core having a plurality of primary side coil grooves to which the primary side coils are fastened, and having a plurality of secondary side coil grooves to which the first to third secondary side coils are fastened on an inner side thereof.
  • the primary side coil grooves and the secondary side coil grooves corresponding to each other in which the primary side coils and the secondary side coils of the same phase are located have a spatial phase difference of a predetermined angle. It is good.
  • the temporal phase difference of the secondary voltage with respect to the primary voltage is obtained by using the spatial phase difference between the primary coil and the secondary coil of each phase corresponding to each other. It can be easily controlled.
  • the spatial phase difference is determined by changing the unit angle ( ⁇ ) determined on the basis of the spacing of the iron cores of the primary iron core to an integral multiple when combining the primary iron core and the secondary iron core, or the primary coil formed on one iron core.
  • ⁇ unit angle
  • the first grooves for the second grooves and the second grooves for the secondary side coils since the formation intervals of the first grooves and the second grooves corresponding to each other are controlled by the desired spatial phase difference, the control of the spatial phase difference can be easily performed.
  • FIG. 1 is a view for explaining the operating principle of the three-phase transformer used in the present invention, an exploded perspective view of the primary and secondary iron core of the three-phase transformer.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a coupling between the primary side coil and the secondary side coil in the primary iron core and the secondary iron core illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view of the three-phase transformer shown in FIG.
  • FIG. 4 is a waveform diagram of a primary side voltage and a secondary side voltage of the three-phase transformer of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a conceptual circuit diagram of a multi-stage rectifier according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a three-phase transformer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view of a three-phase transformer when the primary side core and the secondary side core are coupled when the primary side coil and the secondary side core are fastened to the primary side iron core part and the secondary side iron core shown in FIG.
  • This figure shows the case where the deviation angle between the secondary core part and the secondary core part is the same as the unit angle and when the deviation angle between the primary core part and the secondary side core part is twice the unit angle.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a three-phase transformer according to another embodiment of the present invention.
  • the multi-stage rectifier has a three-phase alternating current output voltage of a corresponding phase having a predetermined time phase difference relative to the three-phase alternating current input voltage (ie, first to third primary side voltages) for each phase.
  • a three-phase transformer for phase conversion using the first to third secondary voltages) is used.
  • the three-phase transformer is provided between the first to third primary side coils to which the first to third primary side voltages are respectively applied and the first to third primary side coils to which the first to third secondary side voltages are respectively applied.
  • Differences in formation spacing ie, spatial phase difference
  • the three-phase transformer is inserted into an empty space in the middle of the first core 10 and the first core 10 having a hollow cylindrical shape and is also a secondary side having a hollow cylindrical shape.
  • An iron core 20 is provided.
  • the primary iron core 10 located on the outside is called the primary iron core of the three-phase transformer
  • the secondary iron core 20 located on the primary iron core secondary iron core is called the secondary iron core
  • the primary side iron core 10 and the secondary side iron core 20 have a plurality of grooves H111 at predetermined intervals along a vertical direction (that is, a height direction of each iron core 10 or 20) perpendicular to the installation surface (eg, ground). , H112, H121, H122, H131, H132, H211, H212, H221, H222, H231, H232) are formed.
  • the plurality of grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132 formed in the primary side iron core 10 are formed to have a predetermined depth from the inner side of the primary side iron core 10 to the outside, and the plurality of grooves ( The formation intervals of H111, H112, H121, H122, H131, and H132 are constant.
  • the plurality of grooves H211, H212, H221, H222, H231, and H232 formed in the secondary side iron core 20 are inward from the outer side of the secondary side iron core 20, as opposed to the case of the primary side iron core 10. It is formed by a predetermined depth, and the formation intervals of the plurality of grooves H211, H212, H221, H222, H231, H232 are also constant.
  • each of the grooves H111, H112, H121, H122, H131, H132, H211, H212, H221, H222, H231, and H232 formed in the primary side iron core 10 and the secondary side iron core 20 may have a primary side core 10.
  • H111 and H112, H121 and H122, H131 and H132, H211 and H212, H221 and H222, H231 and H232) have three phases (a phase, b phase and c phase) among the corresponding phases (a phase, b phase and c phase). Coils C11-C13 and C21-C23 for the voltage to one of them are wound.
  • the plurality of grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132 formed in the primary side iron core 10 are coupled to the primary side coils C11-C13 to the primary side core 10.
  • the plurality of grooves H211 and H212, H221 and H222, H231 and H232 formed in the secondary side iron core 20 are secondary side coils for fastening the secondary side coils C21-C23 to the secondary side iron core 20. Home.
  • the plurality of grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132 formed in the primary iron core 10 are formed to be spaced apart at equal intervals along the circumferential direction of the primary iron core 10.
  • the grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132 are paired with each other and positioned to face each other in opposite directions of 180 degrees.
  • two grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132 which face each other along the A axis (the first axis) and face each other at 180 degrees opposite to each other (
  • the two grooves H121 and H122 constituting the first groove pair H11 and facing each other at 180 degrees opposite to each other along the B axis (second axis) having a spatial phase difference of 120 degrees with the A axis.
  • Three groove pairs H13 are provided.
  • the A-axis, B-axis and C-axis are imaginary lines passing along the direction (X) intersecting the center point of the primary iron core 10 located on the XY plane and the height direction, these A-axis, B-axis and C
  • the axis has a spatial phase difference ⁇ of 120 degrees with the adjacent axis.
  • the spatial phase difference represents a degree deviating from the reference position (or reference axis) or a separation distance from the reference position
  • the reference position may be an adjacent axis (A axis, B axis, or C axis).
  • the two grooves H111 and H112, H121 and H122, H131 and H132 corresponding to each other of the primary side iron core 10 are paired in opposite directions by 180 degrees, and are formed on the A, B and C axes.
  • the three groove pairs H11, H12, and H13 also have a spatial phase difference ⁇ of 120 degrees.
  • the pair of grooves H111 and H112 arranged along the A axis of the primary-side iron core 10 include a phase (first phase) voltage among three-phase AC voltages (that is, the first primary side).
  • the first primary coil C11 receiving the voltage) is wound, and a pair of grooves H121 and H122 arranged along the B axis of the primary iron core 10 are b-phase (second phase) among three-phase AC voltages.
  • the third primary side coil C13 which receives the voltage of the c phase (third phase) (that is, the third primary side voltage) among the phase alternating voltages, is wound.
  • the first to the third 1 As the coil winding method of the side coils C11-C13, a full-pitch concentrated winding method may be used.
  • the arrangement structure of the plurality of grooves H211, H212, H221, H222, H231, and H232 formed on the inner side of the secondary side iron core 20 is also arranged substantially the same as the case of the primary side iron core 10.
  • H211, H212, H221, H222, H231, and H232 formed in the secondary side iron core 20 two mutually facing each other in the opposite direction by 180 degrees along the a-axis (first axis).
  • the grooves H211 and H212 form a first groove pair H21 and two grooves facing each other correspondingly in opposite directions by 180 degrees along the b axis (second axis) having a spatial phase difference of 120 degrees with the a axis ( H221 and H222 form a second groove pair H22, and two grooves H231, which face each other in a direction opposite to 180 degrees along the c-axis (third axis) having a spatial phase difference of 120 degrees with the b-axis, respectively.
  • H232 has a third projection pair H23.
  • the a-axis, the b-axis and the c-axis are imaginary lines passing along the direction X crossing the center point of the secondary iron core 20 located on the XY plane with the height direction Y, the a-axis, The b and c axes also have a spatial phase difference of 120 degrees with the adjacent axis.
  • the pair of grooves H211 and H212 arranged along the a-axis of the secondary-side iron core 20 are for winding the first secondary-side coil C21 and are arranged along the b-axis of the secondary-side iron core 20.
  • the pair of grooves H221 and H222 are for winding the second secondary coil C22, and the pair of grooves H231 and H232 arranged along the c-axis of the secondary iron core 20 have a third secondary coil ( It is for winding C23).
  • the coil winding method of the first to third secondary coils C21 to C23 wound on the secondary iron core 20 may also be used as a whole-central winding method.
  • these first to third secondary side coils C21 to C23 are magnetically coupled to the first to third primary side coils C11 to C13 of the primary side iron core 10, respectively, thereby When the primary side current of the magnitude corresponding to the primary side coils C11 to C13 flows, the secondary side coils C21 to C23 are magnetically induced to generate induced electromotive force, thereby generating a three-phase AC output voltage having the corresponding magnitude and frequency.
  • the illustration of the primary side coils C11-C13 and the secondary side coils C21-C23 is omitted in the primary iron core 10 and the secondary iron core 20 shown in FIG. 1.
  • the primary side iron core 10 and the secondary side iron core 20 of FIG. 1 having such a structure are coupled in a conceptual form as shown in FIG. 2 in a state in which the corresponding coils C11-C13 and C21-C23 are respectively wound.
  • the secondary iron core 20 is inserted and positioned in the internal space of the primary iron core 10, and in this case, the A, B and C axes of the primary iron core 10 are secondary iron cores 20.
  • a deviation angle ⁇ which is a spatial phase difference of an angle greater than 0, with the a, b, and c axes, respectively.
  • the reference position of the spatial phase difference is each axis (A axis, B axis or C axis) of the primary iron core 10 or each axis (a axis, b axis or c axis) of the secondary iron core 20,
  • the spatial phase difference is a distance between the axes corresponding to each other in the primary iron core 10 and the secondary iron core 20, that is, the A-axis-a, B-axis, and C-axis.
  • the inner circumferential surface of the primary iron core 10 and the secondary iron core 20 Since there is no empty space between the outer circumferential surface, when the primary iron core 10 and the secondary iron core 20 are combined, it is preferable that relative movement does not occur between the primary iron core 10 and the secondary iron core 20.
  • FIG. 3 is a plan view of FIG. 2, wherein the first to third primary side coils H11-H13 and H21-H23 of the primary side iron core 10 and the secondary side iron core 20 are respectively first to third primary coils.
  • the first and third secondary side coils C21 to C23 are inserted and wound.
  • x denotes a direction in which current is input to the coil
  • ? Denotes a direction in which current is output from the coil.
  • the first to third primary side coils C11 to C13 of the primary iron core 10 having the first to third primary side voltages which are the AC voltages corresponding to the phase, among the AC voltages of the three phases as shown in FIG. 3. Is applied, a rotating magnetic field is generated in the primary iron core 10 and the secondary iron core 20 in synchronism with the frequencies of the first to third primary voltages, and thus is wound around the secondary iron core 20.
  • AC voltages (ie, first to third secondary side voltages) of the corresponding phases among the three phases are induced and output to the first to third secondary side coils C21 to C23.
  • each frequency of the first to third secondary side voltages induced in the first to third secondary side coils C21 to C23 is applied to the first to third primary side coils C11 to C13.
  • 3 is equal to each frequency of the primary side voltage
  • each of the first to third secondary side voltages induced in the first to third secondary side coils C21 to C23 is the first to third primary side coils C11 to C13.
  • the magnitudes of the first to third secondary voltages induced in the first to third secondary coils C21 to C23 correspond to the turns ratio of the corresponding primary coils C11 to C13 and the secondary coils C21 to C23. Proportional.
  • the first to third primary side voltages V A which are applied to the first to third primary side coils C21 to C23 wound around each of the A, B and C axes of the primary iron core 10, respectively.
  • V B and V C The first to third secondary side voltages V of the phases induced by the first to third secondary side coils C21 to C23 wound around the a, b and c axes of the secondary iron core 20.
  • a , V b , V c ) are respectively , And Becomes
  • V1 is the effective value of the three-phase AC primary voltage
  • N 1 is the number of turns of the primary coil
  • N 2 is the number of turns of the secondary coil.
  • the first to third primary coils C11-C13 are applied to the first side coils C11-C13.
  • the number of turns of the primary iron core 10 and the secondary iron core 20 is the same, except that the spatial phase difference between the primary iron core 10 and the secondary iron core 20 is equal to the deviation angle ⁇ .
  • the magnitudes and frequencies of the first to third primary side voltages V A , V B , and V C and the first to third secondary side voltages V a , V b , and V c are the same, and
  • the corresponding primary phase voltages V A , V B , V C and secondary side voltages V a , V b , V c each have a temporal phase difference by the deviation angle ⁇ .
  • the first to third 1 corresponding to each other according to the spatial phase difference between the primary coil (C11-C13) provided in the primary-side iron core 10 and the secondary coil (C21-C23) provided in the secondary-side iron core 20
  • the temporal phase difference between the difference voltage and the first to third secondary voltages V A -V a , V B -V b , V C -V c varies.
  • the deviation angle ⁇ between the primary iron core and the secondary iron core is adjusted to adjust the first to the first to the second. 3
  • the temporal phase difference between the primary side voltages V A , V B and V C and the first to third secondary side voltages V a , V b and V c is adjusted.
  • the number of grooves for installing the first to third primary side coils and the first to third secondary side coils on the primary side iron core 10 and the secondary side iron core, respectively, is different from that shown in FIGS. 1 to 3. It can be varied according to the angle difference (ie, spatial phase difference) between the input terminal and the output terminal of, and the coil winding method can also be changed according to the number of grooves formed.
  • the coil winding method may be a short-pitch concentrated winding method, and the primary iron core and two In the case where the number of grooves for installing in the secondary iron core is 12, respectively, the coil winding method may be a short-pitch distributed winding method.
  • FIGS. 5 to 7 three phases for adjusting the temporal phase difference between the first to third primary voltages and the first to third secondary voltages by adjusting the deviation angle between the primary and secondary iron cores.
  • a multi-stage rectifier according to an embodiment of the present invention using a transformer will be described.
  • the multi-stage rectifier according to an embodiment of the present invention is applied to the three-phase AC input voltage (V A , V B , V C ) of the three-phase AC power source (AC) is a three-phase AC input voltage ( First to third primary currents i A1 -i An , i B1 -i Bn , based on three-phase AC input currents i A , i B , i C corresponding to V A , V B , V C ) First to third outputs from a plurality of three-phase transformer (101-10n), a plurality of three-phase transformer (101-10n), respectively, which receives i C1 -i Cn ) and output from the corresponding transformer (101-10n) A plurality of rectifiers 201-20n receiving the secondary voltage, and a smoothing unit 300 connected to the plurality of rectifiers 201-20n.
  • an outer concentric circle among two concentric circles represents a winding of the primary coil
  • an inner concentric circle represents a winding of the secondary coil and a dotted circle located between the concentric circles. It means a cylindrical core core where the primary coil and the secondary coil are installed.
  • Each three-phase transformer 101-10n has a three-phase AC input voltage (V A , V B , V C ) applied to the primary coil and applied to a three-phase AC input voltage (V A , V B , V C ).
  • the first to third primary currents i A1 -i An , i B1 -i Bn , i C1 -i Cn respectively determined by the corresponding three-phase AC input currents i A , i B and i C are respectively When flowing through the first to third primary side coils, the first to third secondary side voltages are induced and output from the first to third secondary side coils.
  • the first to third secondary voltages induced in the first to third secondary coils each have a temporal phase difference of a predetermined magnitude.
  • the plurality of three-phase transformers 101-10n all have the same structure and adjust the deviation angle between the primary iron core and the secondary iron core to adjust the temporal phase difference between the first to third primary voltages and the first to third secondary voltages.
  • the first three-phase transformer 101 will be described as an example.
  • the three-phase transformer 101 is coupled with a primary side core portion 110a having an iron core on which a primary side coil is wound, and a primary side core portion 110a and a secondary side coil.
  • the secondary side iron core part 120a provided with this wound iron core is provided.
  • the primary side iron core part 110a is a primary side coil for fastening the primary side coils C11-C13 for the corresponding phases (a phase, b phase and c phase) among three phases (a phase, b phase and c phase). Coupled with the iron core 111a and the primary coil core 111a, the position of the primary coils C11-C13 positioned in the plurality of primary coil grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132 is limited. And a primary side phase control iron core 112a for adjusting the magnitude of the phase difference.
  • the primary coil core 111a is formed along the height direction Y by a predetermined depth from the inner side of the primary coil core 111a to the outside and is formed at intervals of a predetermined size, and the primary coil C11- A plurality of grooves to which C13) is fastened, that is, a plurality of primary side coil grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132 are provided.
  • the primary phase control iron core 112a is located on its outer side so as to correspond to the plurality of primary coil grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132 of the primary coil core 111a.
  • the primary coils C11-C13 inserted into the coil grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132 respectively and positioned in the primary coil grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132.
  • the primary side positioning protrusion P112a1 which limits a position is provided.
  • the primary side phase control iron core 112a is formed on the inner side of the primary side phase control iron core 112a along the height direction at predetermined heights and depths, and is alternately formed at predetermined intervals to adjust the magnitude of the phase difference.
  • the recessed part C112a and the convex part P112a2 which are present are provided.
  • Secondary side core 120a is also a secondary side coil for fastening secondary side coils (C21-C23) for the corresponding phase (a phase, b phase and c phase) among three phases (a phase, b phase and c phase). Coupled with the iron core 121a and the secondary coil iron core 121a, the positions of the secondary coils C21-C23 positioned in the plurality of primary coil grooves H211, H212, H221, H222, H231, and H232 are limited. And a secondary phase control iron core 122a for adjusting the magnitude of the phase difference.
  • the secondary coil core 121a is formed along the height direction by a predetermined depth from the inner side of the secondary coil iron core 121a toward the outside and is formed at intervals of a predetermined size, and the secondary coils C21-C23 are formed.
  • a plurality of secondary side coil grooves H211, H212, H221, H222, H231, H232, which are a plurality of grooves to be fastened, are provided.
  • the secondary phase control iron core 122a is located on its inner side so as to correspond to the plurality of secondary coil grooves H211, H212, H221, H222, H231, H232 of the secondary coil iron core 121a.
  • secondary coils C21-C23 inserted into the coil grooves H211, H212, H221, H222, H231, and H232 respectively and positioned in the secondary coil grooves H211, H212, H221, H222, H231, and H232.
  • Secondary side position defining projections P122a1 defining a position are provided on the outer surface of the iron core 122a for secondary side phase control, respectively, formed along the height direction at a predetermined height and depth at predetermined intervals to adjust the magnitude of the phase difference.
  • a plurality of recesses C122a and convex portions P122a2 that are alternately formed are provided.
  • the size of the depth of the primary coil grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132 formed in the primary coil core 111a is equal to the height of the protrusion of the phase limiting protrusion P112a1 of the iron core 112a for the primary phase control. Larger than the size, when the phase-limiting protrusion P112a1 is inserted into the primary side coil grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132, the primary side coil grooves H111, H112, H121, H122, H131, H132.
  • phase limiting protrusion P112a1 Is an empty space in which the phase limiting protrusion P112a1 is not inserted, that is, an empty space between the ends of the primary side coil grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132 and the end of the phase limiting protrusion P112a1.
  • Primary coils (C11-C13) corresponding to the fastening position.
  • the secondary side core portion 120a has the same depth as that of the secondary side coil grooves H211, H212, H221, H222, H231, and H232.
  • the gap between the end of the secondary side coil grooves H211, H212, H221, H222, H231, H232 and the end of the phase limiting protrusion P122a1 is larger than the magnitude of the protruding height of the phase limiting protrusion P122a1 of 122a).
  • the secondary coils C21 to C23 corresponding to the space are fastened to be positioned.
  • the primary side coil core 111a and the secondary side coil core 121a are respectively the primary side core 10 and the secondary side core 20 of the three phase transformer shown in FIGS. ) Is the same as the structure of the primary side iron core 10 and the secondary side iron core 20 corresponding to each other.
  • the primary coil core 111a and the secondary coil core 121a are pairs of first to third coil grooves H11-H13 and H21-H23 to which the primary coil and the secondary coil corresponding to each phase are respectively fastened.
  • A-axis (or a-axis) and B-axis each having two spatially different phases of 120 ° between each of the first to third coil groove pairs H11-H13 and H21-H23.
  • Or b-axis) and C-axis (or c-axis) is formed facing each other in the opposite direction of 180 degrees.
  • the three-phase transformer 101 of the present example is fastened to the primary phase control iron core 112a fastened with the primary coil core 111a, the secondary phase control iron core 112a, and the secondary coil iron core 121a. It is the same as the structure of the three-phase transformer shown in FIGS. 1 to 3 except that the secondary side phase control iron core 122a is further provided.
  • the primary iron core portion 110a and the secondary iron core portion 120a are coupled to have a spatial phase difference of a predetermined deviation angle ⁇ , as shown in FIG. 7, A of the primary iron core portion 110a is obtained.
  • the a-axis of the axis and the secondary iron core 120a has a spatial phase difference by the deviation angle ⁇
  • the B axis of the primary iron core 110a and the b axis of the secondary iron core 120a are also the deviation angle ⁇ .
  • the phase retardation has a spatial phase difference
  • the C axis of the primary iron core portion 110a and the c axis of the secondary iron core portion 120a also have a spatial phase difference by the deviation angle ⁇ .
  • the spatial phase difference i.e., the magnitude of the deviation angle ⁇
  • the spatial phase difference is determined by the recesses C112a and the convex portions P112a2 of the primary phase control iron core 112a and the recesses C122a and the convex portions P122a2 of the secondary phase control iron core 122a. It is determined according to the number of concavities and convexities to be engaged when the convex and concave convexities of the primary and secondary phase control iron cores (112a, 122a) using the (), has a spatial phase difference of the size corresponding to the number of concavities and convexities.
  • the magnitude of the deviation angle ⁇ is the engagement state between the convex portions P112a2 and P122a2 and the recesses C112a and C122a respectively formed in the primary phase control iron core 112a and the secondary phase control iron core 122a.
  • P112a2, P122a2) and width W1 of recessed part C112a, C122a are decided according to the magnitude
  • the iron concave portion (first concave portion) C112a formed in the primary side phase control iron core 112a and the convex portion (second convex portion) P122a2 formed in the secondary side phase control iron core 122a are formed.
  • the iron parts (first convex part) P112a2 and the recesses (second recesses) C1122a formed on the secondary phase control iron core 122a are joined to the primary side phase control iron core 112a, and the primary side phase control iron core 112a is joined.
  • the iron core 112a and the secondary side phase control iron core 122a are coupled to each other.
  • the primary side phase control iron core 112a is formed of the primary side coil core 111a. Inserted into the insertion hole 1111, the primary coil core 111a and the primary phase control iron core 112a are coupled to each other. In this case, the plurality of positioning protrusions P112a1 are inserted into the corresponding primary side coil grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132.
  • an insertion opening 1221 which is an empty space into which the secondary side coil iron core 121a is inserted, is positioned at the center of the secondary side phase iron core 122a, and the secondary side core iron core 121a is the secondary side phase iron core 122a.
  • the secondary side coil iron core 121a and the secondary side phase control iron core 122a are inserted into the insertion hole 1221 of FIG.
  • the plurality of positioning projections P122a1 are inserted into the corresponding secondary side coil grooves H211, H212, H221, H222, H231, and H232 formed on the outer surface of the secondary side coil core 121a.
  • the formation intervals of the convex portions P112a2 formed in the primary side phase control iron core 112a are determined as the unit angle of the deviation angle ⁇ . ⁇ ).
  • the virtual axes (at least one of the A-axis, the B-axis, and the C-axis) of the primary coil core 111a (that is, the first reference axis) and the virtual axes of the secondary coil core 121a (a-axis, a-axis). And at least one of the a axes (ie, the second reference axis), the separation distance between the axes corresponding to each other (the A-axis, the B-axis, and the C-axis), that is, the first reference axis and the first axis.
  • the interval between the two reference axes is changed by an integer multiple of the unit angle ⁇ so that each of the first to third secondary side voltages respectively induced by the first to third secondary side coils C21 to C23 and the corresponding first to second side
  • the magnitude of the temporal phase difference between the primary side voltages can be changed.
  • each coil groove corresponds to the corresponding axis (A axis, a axis, B axis, b axis).
  • C-axis, c-axis is arranged to pass and is located on the extension line of the axis.
  • the extension lines of the respective axes (A-axis, a-axis, B-axis, b-axis, C-axis, and c-axis) with respect to the primary coil core 111a and the secondary coil core 121a are the core core 112a for primary phase control. It is located in line with the side surface of the convex part P112a2 (or the side surface of the groove part C122a of the secondary side phase control iron core 122a).
  • the spacing between the corresponding axes correspond to each other so as to pass through the center on the axis (eg, A-axis and a-axis). It corresponds to the spacing between the coil grooves (eg, H111, H211) (that is, the distance between the centers of the two coil grooves (eg, H111, H211)).
  • the size of the unit angle ⁇ is determined by the widths W1 of the convex portions P112a2 and P122a2 and the recesses C112a and C122a formed in the iron cores 112a and 122a for the primary and secondary phase control. Able to know.
  • the magnitude of the deviation angle ⁇ is the engagement state of the convex portions P112a2 and P122a2 and the recesses C112a and C122a respectively formed in the primary phase control iron core 112a and the secondary side phase control iron core 122a, that is, the unit angle. It is determined by an integer multiple of ( ⁇ ), widths W1 of convex portions P112a2 and P122a2 and recesses C112a and C122a.
  • the deviation angle ⁇ is m
  • the magnitude of the unit angle ⁇ is determined as follows. In Fig. 5, the number m of transformers 101-10n to be formed is n.
  • the secondary coil has two different phase angles having four phase angles of 0 degrees, 15 degrees, 30 degrees, and 45 degrees in units of 15 degrees.
  • the difference voltage can be output so that the phase difference between three-phase transformers located next to each other is 15 degrees.
  • the secondary voltages output from the respective secondary coils are outputted with secondary voltages of 30 phases different from each other at intervals of 0 degrees to 2 degrees.
  • the phase difference between three-phase transformers located next to each other becomes two degrees.
  • each three-phase transformer (101-10n) is the size of the unit angle ( ⁇ ) by the desired integer times the spatial phase difference ( ⁇ ) of the primary iron core portion 110a and the secondary iron core portion (120a) that are meshed with each other
  • the first to third secondary voltages having a temporal phase difference of a desired magnitude are output through the first to third secondary coils C21 to C23 of the secondary iron core portion 120a.
  • the first to the first outputs are made by using the spatial phase difference between the primary iron core portion 110a and the secondary iron core portion 120a.
  • the magnitude of the temporal phase difference of the secondary side voltage is easily controlled.
  • the spatial phase difference is the spacing of the convex portions P112a2 of the primary phase control iron core 112a or the secondary phase control iron core 122a when the primary iron core portion 110a and the secondary iron core portion 120a are combined. Since the unit angle ⁇ determined on the basis of the spacing of the recesses C122a is changed to an integral multiple of the size, it is easy to determine the spatial phase difference.
  • Each rectifier 201-20n receiving the first to third secondary voltages output from each of the three-phase transformers 101-10n is connected to the three-phase transformers 101-10n.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a three-phase transformer 101 having additional primary and secondary phase control iron cores 112a and 122a in addition to the primary and secondary coil cores 111a and 121a. Is shown.
  • the plurality of position limiting projections are inserted into the inner space 1111 of the primary side core iron core 111a and formed on the outer circumferential surface of the primary side phase control iron core 112a.
  • P112a1 is inserted into each of the corresponding primary side coil grooves H111, H112, H121, H122, H131, and H132, and the secondary side coil iron core 121a is an internal space 1221 of the secondary side phase control iron core 122a.
  • the plurality of phase limiting protrusions P122a1 formed on the inner circumferential surface of the iron core 122a for the secondary side phase control are inserted into the corresponding primary core grooves H211, H212, H221, H222, H231, and H232.
  • the secondary phase control iron core 122a is inserted into the insertion hole 1121 formed at the center of the primary phase control iron core 112 and fastened to each other.
  • the primary coils C11-C13 and the secondary coils C21-C23 are positioned at the corresponding positions stably without escaping to the outside, so that the rotation of the primary iron core 110a and the secondary iron core 120a is performed.
  • the operation prevents the position of the primary coils C11-C13 and the positions of the secondary coils C21-C23 from changing in the rotational direction, and prevents the primary coils C11-C13 and the secondary coils C21 from external impact. -C23) is protected.
  • the primary coils C11-C13 and the secondary coils are formed in the plurality of coil grooves H111, H112, H121, H122, H131, H132 and H211, H212, H221, H222, H231, and H232.
  • the fastening operation of the coil for the phase may be performed by using the whole power-central winding method.
  • the primary side positioning protrusion P112a1 formed in the primary side phase control iron core 112a and the secondary side positioning protrusion P122a1 formed in the secondary side phase controlling iron core 122a can be omitted as necessary.
  • FIGS. 8 to 11 Another example of a three-phase transformer (eg, 101) is shown with reference to FIGS. 8 to 11.
  • the three-phase transformer 101 shown in FIGS. 8 to 11 includes a primary coil core 111b and a primary phase control iron core 112b.
  • the secondary side iron core part 120b provided with the primary side iron core part 110b, the secondary side coil iron core 121b, and the secondary side phase control iron core 122b provided are provided.
  • the primary side coil grooves H11b, H12b, and H13b and the secondary side coil grooves H21b, H22b, and H23b are respectively disposed on the inner surface of the primary coil core 111b and the outer surface of the secondary coil core 121b. It is provided.
  • the inner and outer surfaces of the primary phase control iron core 112b and the secondary side phase control iron core 122b include recesses C112b and C122b and convex portions P112b2 and P122b2 for spatial phase control.
  • the fastening method of the coils C11-C13 and C21-C23 fastened to the primary coil core 111b and the secondary coil core 121b is a disconnection-central method
  • the primary coil core ( The number of primary side and secondary side coil grooves H11b, H12b, H13b, H21b, H22b, and H23b formed on the inner side of 111b) and the outer side of the secondary side coil core 121b is three each.
  • the number of the position limiting protrusions P122b1 provided on the inner surface of the iron core 122b is also three.
  • the corresponding primary side coil grooves H11b, H12b, and H13b are located on each of the A, B and C axes of the primary side coil core 111b, and the secondary core cores 121b are respectively located.
  • Corresponding secondary coil grooves H21b, H22b, and H23b are located on each of the a-axis, b-axis, and c-axis, and the spatial phase difference ⁇ between adjacent axes is 120 degrees.
  • FIG. 1 a schematic coupling diagram when the primary coils C11 to C13 and the secondary coils C21 to C23 are fastened is shown in FIG.
  • coils for example, C11 and C12 for different phases are positioned side by side in one coil groove due to a difference in winding method between the primary winding and the secondary winding.
  • the primary iron core 110b and the secondary iron core 120b are also coupled to have a spatial phase difference of a predetermined deviation angle ⁇
  • the A-axis and the 2 axis of the primary iron core 110b since the primary iron core 110b and the secondary iron core 120b are also coupled to have a spatial phase difference of a predetermined deviation angle ⁇ , the A-axis and the 2 axis of the primary iron core 110b.
  • the a-axis of the secondary iron core portion 120b has a spatial phase difference by the deviation angle ⁇
  • the B axis of the primary iron core portion 110b and the b axis of the secondary iron core portion 120b also have a spatial phase difference by the deviation angle ⁇ .
  • the C axis of the primary iron core 110b and the c axis of the secondary iron core 120c also have a spatial phase difference by the deviation angle ⁇ .
  • the three-phase transformer 101 shown in FIGS. 10 and 11 is an example in which the coupling method of the coils fastened to the primary coil iron core and the secondary coil iron core is made of a disconnection-distributing winding method.
  • the three-phase transformer 101 shown in FIGS. 10 and 11 also includes a primary iron core 110c and a secondary iron core 120c.
  • the primary iron core 110c includes a primary coil iron core 111c having a primary coil groove H111c for fastening primary coils for each phase, and a plurality of positioning protrusions P112c1 and phase control.
  • the primary side phase control iron core 112c provided with the recessed part C112c and the convex part P112c2 is provided.
  • the secondary side iron core 120c includes a secondary coil iron core 121c having a secondary coil groove H121c for fastening the secondary coils for each phase, a plurality of positioning protrusions P122c1, and phase control.
  • the number of coil grooves formed in the primary and secondary iron cores 111c and 121c and the corresponding ones of the primary and secondary phase control iron cores 112c and 122c for fastening the coil in the disconnection-distribution winding method are formed.
  • the number of positioning projections is changed.
  • the spatial phase difference between adjacent coil grooves H111c and H121c may be 30 degrees, and the A-axis, B-axis and C-axis of the primary iron core portion 110c and the a-axis and b-axis of the secondary iron core portion 120c. And the c-axis may have a spatial phase difference ⁇ of 120 degrees.
  • the magnitude of the spatial phase difference between two adjacent coil grooves may be adjusted.
  • the first C means a coil
  • the third digit eg, 1 means the direction of the current.
  • the input of the current is indicated by '1' and the output of the current is indicated by '2'. .
  • A is the phase a on the primary side
  • B is the phase b on the primary side
  • C is the phase c on the primary side.
  • a coil position in which current is input and output from the same coil of the same phase has a phase difference of 120 degrees, and a phase difference of another coil immediately adjacent to the coil of the same phase has 30 degrees.
  • C11A means a coil into which a current is input as the first coil for phase a among the coils on the primary side
  • C12A means a coil in which current is output as a first coil for phase a among the coils on the primary side Therefore, as a result, C11A and C12A mean a pair of coils of phase a connected to each other.
  • the primary iron core 110c and the secondary iron core 120c are coupled to have a spatial phase difference of a predetermined deviation angle ⁇
  • the A-axis and the secondary iron core of the primary iron core 110c since the primary iron core 110c and the secondary iron core 120c are coupled to have a spatial phase difference of a predetermined deviation angle ⁇ , the A-axis and the secondary iron core of the primary iron core 110c.
  • the a-axis of 120c has a spatial phase difference by the deviation angle ⁇
  • the B-axis of the primary iron core 110c and the b-axis of the secondary iron core 120c also have a spatial phase difference by the deviation angle ⁇
  • the C axis of the primary iron core 110c and the c axis of the secondary iron core 120c also have a spatial phase difference by the deviation angle ⁇ .
  • the plurality of rectifiers 201-20n each consist of a three-phase full-wave rectification bridge circuit using a diode, and are connected in series.
  • Each of the rectifiers 201-20n performs full-wave rectification on the first to third secondary voltages, which are the AC voltages applied from the corresponding three-phase transformers 101-10n, converts the AC voltages into DC voltages, and converts them into DC voltages.
  • the output voltages of the rectifiers 201-20n are added to the smoothing unit 300. At this time, the voltage rectified by each rectifying unit 201-20n is a DC voltage including a ripple component.
  • the ripple component of the rectified voltage is six times the frequency of the three-phase AC voltage.
  • two three-phase transformers eg, 101 and 102 respectively outputting the first to third secondary voltages having different phase differences.
  • three three-phase transformers respectively outputting the first to third secondary voltages having phase differences of different magnitudes
  • three rectifiers respectively connected to the three-phase transformers 101-103
  • four three-phase transformers eg, 101
  • the number of steps of the multi-stage rectifier is determined according to the number n of transformers respectively outputting secondary voltages having temporal phase differences of different magnitudes and the number n of rectifiers connected to the transformers. Is determined by (6 ⁇ n).
  • the temporal phase difference between the secondary voltages output from the first and second three-phase transformers 101 and 102 is 30 degrees.
  • the 30-degree phase difference means that the phases of the first to third secondary voltages output from one three-phase transformer (eg, 101) are 0 degrees, 120 degrees, and 240 degrees, respectively.
  • Phases of the first to third secondary voltages output from 102 are 30 degrees, 150 degrees, and 270 degrees, respectively, meaning that a 30-degree temporal phase difference occurs.
  • the phase difference is adjusted using the spatial phase difference ⁇ between the primary core parts 110a, 110c and 110c and the secondary core parts 120a, 120b and 120c of each three-phase transformer 101-10n.
  • the spatial phase difference ⁇ between the primary iron core parts 110a, 110b, and 110c and the secondary iron core parts 120a, 120b, and 120c is matched with each other, and the primary phase control iron cores 112a, 112b, and 112c are combined with each other.
  • the number of the uneven portions of the uneven portions of the control cores 122a, 122b, and 122c can be easily adjusted.
  • the DC voltage rectified and output by the rectifying operation of the rectifying unit 201-10n is input to the smoothing unit 300 including the inductor L DC and the capacitor C DC to remove the ripple component of the DC voltage and then output the output voltage. It is output as (V DC ).
  • the three-phase transformer has an iron core 100 in the form of a cylinder having an empty space in the center thereof.
  • the iron core 100 is formed at regular intervals on the outer surface and formed at regular intervals on the inner side and the plurality of primary coil grooves H1011-H1013 which are formed to cross the outer surface along the height direction of the iron core 100. And a plurality of secondary coil grooves H1021-H1023 which are formed to cross the inner surface along the height direction of the iron core 100.
  • the number of primary side coil grooves H1011-H1013 and the number of secondary side coil grooves H1021-H1023 are the same, and as an example, the primary side coil grooves H1011-H1013 and the secondary side coil grooves H1021.
  • the number of -H1023) is three, each having a spatial phase difference ⁇ of 120 degrees and located on the outer and inner surfaces thereof.
  • each of the primary side coil grooves H1011-H1013 is located on the extension line of each of the corresponding axes A, B, and C, and each of the secondary side coil grooves H1021-H1023 is also the corresponding axis (a, b, It is located on the extension line of c).
  • the primary and secondary coil grooves for each phase corresponding to each other i.e., the primary coil corresponding to the same phase, to generate a temporal phase difference between the primary and secondary voltages for that phase.
  • the grooves and the secondary coil grooves H1011-H1021, H1012-H1022, and H1013-H1023 have a spatial phase difference ⁇ of a desired size, i.e., a formation gap.
  • the temporal phase difference between the primary side voltage and the secondary side voltage is determined according to the magnitude of the spatial phase difference ⁇ (that is, formation interval) between the corresponding primary side coil groove and the secondary side coil groove.
  • FIG. 8 the winding method of the primary coil for the phase wound in each of the primary coil grooves H1011-H1013 and the secondary coil for the phase wound in the respective secondary coil grooves H1021-H1023 is illustrated in FIG. 8. And in a break-central manner as shown in FIG. 9.
  • each primary side coil groove H1011-H1013 and each secondary side coil groove H1021-H1023 Two primary coils and two secondary coils of different phases are positioned.
  • the primary and secondary phase control iron cores do not exist, the primary and secondary coils wound around the coil grooves H1011-H1013 and H1021-H1023 are exposed to the outside.
  • the heat dissipation effect of the coil is improved to improve the reliability of the operation of the three-phase transformer and to extend the life of the three-phase transformer.
  • This multi-stage rectifier with a three-phase transformer of the present example is the same as the structure shown in Figures 5 and 11 except that the three-phase transformer used is a three-phase transformer shown in Figure 13, a detailed description thereof will be omitted. .
  • the present invention can be used for the design of a multi-stage rectifier using a three-phase transformer that outputs a three-phase AC voltage having a temporal phase difference by using a spatial phase difference between the primary iron core and the secondary iron core.

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Abstract

본 발명은 3상 변압기에 관한 것으로, 상기 3상 변압기는 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 1차측 전압이 각각 인가되는 제1 내지 제3 1차측 코일, 상기 제1 내지 제3 1차측 전압에 대응하는 상기 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 2차측 전압이 각각 유기되어 출력되는 제1 내지 제3 2차측 코일, 그리고 상기 제1 내지 제3 1차측 코일과 상기 제1 내지 제3 2차측 코일이 감겨있는 적어도 하나의 철심을 포함하고, 서로 대응하는 제1 1차측 코일과 제1 2차측 코일, 서로 대응하는 제2 1차측 코일과 제2 2차측 코일, 및 서로 대응하는 제3 1차측 코일과 제3 2차측 코일은 각각 공간적 위상차를 갖고 있고, 상기 공간적 위상차에 따라, 제1 1차측 코일로 인가되는 제1 1차측 전압과 제1 2차측 코일로 인가되는 제1 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기, 제2 1차측 코일로 인가되는 제2 1차측 전압과 제2 2차측 코일로 인가되는 제2 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기 및 제3 1차측 코일로 인가되는 제3 1차측 전압과 제3 2차측 코일로 인가되는 제3 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기가 각각 정해진다.

Description

3상 변압기 및 이를 이용한 다단 정류기
본 발명은 3상 변압기 및 이를 이용한 다단 정류기에 관한 것이다.
일반적인 3상 정류기는 6개의 다이오드 또는 사이리스터(thyristor) 등의 정류 소자를 브리지 형태로 설계하여 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다.
하지만 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 과정에서 3상 정류기의 직류 출력 전압에는 상용 주파수의 6배에 상당하는 리플(ripple) 성분이 발생하는데, 이러한 정류기를 6 스텝 정류기라고 부른다.
따라서, 6 스텝 정류기의 직류 출력단에 나타나는 리플 펄스의 주기는 상용 교류 전원의 1주기의 1/6에 해당하는 60도가 된다.
또한, 리플 성분이 적은 직류 출력 전압을 얻기 위하여, 교류 입력단 측의 3상 전원의 위상에 차이가 있도록 3상 정류기를 구성하고, 각 직류 출력단을 직렬 또는 병렬로 접속하여 사용하는 기술을 다단 정류기(Multi-step rectifier)라고 한다.
3상 전원의 위상을 바꾸어주는 전형적인 방법으로 3상 변압기의 2차측 결선방식을 와이(Y)형 결선과 델타(Δ)형 결선으로 서로 다르게 구성하게 되면, 서로 상이한 두 결선 방식에 의하여 발생되는 3상 변압기의 2차측 전압은 30도의 위상 차이가 발생하게 된다.
이렇게 30도의 위상 차이가 발생하는 두 종류 3상 전압을 다단 정류기의 교류 입력으로 사용하여 다단 정류기를 구성하고 다단 정류기의 직류 출력단을 직렬 연결하거나 병렬 연결하게 되면, 다단 정류기의 최종 직류 출력단의 직류 출력 전압의 리플의 크기는 1/4로 줄어들고 리플 주파수는 2배로 늘어난다. 이러한 정류기를 12 스텝 정류기라고 한다.
이 경우, 3상 교류 입력단 측의 교류 입력 전류는 좀 더 정현파에 가까운 형태의 파형을 갖게 되어 교류 입력 전류를 위한 교류입력필터의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 12 스텝보다 더욱 다단계의 정류기를 구성하는 경우는 Y형 결선과 Δ형 결선의 조합만으로는 해결이 되지 않아서 추가적인 결선이 요구된다. 예를 들어, 직류 출력단의 리플 주파수의 크기가 상용 주파수 크기의 24배에 해당하는 24 스텝 정류기를 만들 고자 하는 경우, 3상 변압기의 2차측 권선에 Y형 결선과 Δ형 결선뿐만 아니라 두 결선을 활용하는 지그재그(Zig-Zag) 결선을 추가하여 회로를 구성하면 좀 더 다단계의 위상차를 얻을 수 있다.
그러나, Y형 결선과 Δ형 결선에 지그재그 결선을 추가하여 교류전압의 위상을 다단계로 만들기 위해서는 변압기의 결선이 복잡하게 되어 변압기의 제작이 어렵고, 변압기에 사용되는 권선의 전압을 벡터적으로 조합시키므로 변압기의 권선 사용율이 저하된다는 문제가 있다
따라서, 3상 변압기의 Y형 결선과 Δ형 결선의 조합을 이용한 다단 정류기의 경우, 통상적으로 24 스텝 이상의 다단 정류기는 구현하기 어려웠다.
선행기술문헌에는 (특허문헌 1)대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1102313(등록일자: 2011년 12월 28일, 발명의 명칭: 정류장치 사이의 출력 전압편차를 최소화하는 전류 공급 장치)이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 1차측 철심과 2차측 철심간의 공간적 위상차를 이용해 시간적 위상차를 갖는 3상 교류 전압을 출력하는 3상 변압기를 이용하여 다단 정류기의 설계를 용이하게 하기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 3상 변압기는 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 1차측 전압이 각각 인가되는 제1 내지 제3 1차측 코일, 상기 제1 내지 제3 1차측 전압에 대응하는 상기 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 2차측 전압이 각각 유기되어 출력되는 제1 내지 제3 2차측 코일, 상기 제1 내지 제3 1차측 코일이 체결되는 복수의 1차측 코일홈을 내측면에 구비하고 있는 1차측 코일 철심, 상기 1차측 코일 철심과 체결되고, 내측면에 공간적 위상차를 조정하는 복수의 요부와 철부를 구비한 1차측 위상 제어용 철심, 상기 제1 내지 제3 2차측 코일이 체결되는 복수의 2차측 코일홈을 외측면에 구비하고 있는 2차측 코일 철심, 그리고 상기 2차측 코일 철심 및 상기 1차측 위상 제어용 철심과 체결되고, 외측면에 상기 1차측 위상 제어 철심의 상기 요부와 철부에 결합되어 공간적 위상차를 조정하는 복수의 요부와 철부를 구비한 2차측 위상 제어용 철심을 포함하고, 서로 대응하는 제1 1차측 코일과 제1 2차측 코일, 서로 대응하는 제2 1차측 코일과 제2 2차측 코일, 및 서로 대응하는 제3 1차측 코일과 제3 2차측 코일은 상기 1차측 위상 제어용 철심의 요부와 철부 그리고 상기 2차측 위상 제어용 철심의 요부와 철부를 이용한 요철 결합 시 치합되는 요철의 개수에 해당하는 크기의 공간적 위상차를 갖고 있고, 상기 공간적 위상차에 따라, 제1 1차측 코일로 인가되는 제1 1차측 전압과 제1 2차측 코일로 인가되는 제1 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기, 제2 1차측 코일로 인가되는 제2 1차측 전압과 제2 2차측 코일로 인가되는 제2 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기 및 제3 1차측 코일로 인가되는 제3 1차측 전압과 제3 2차측 코일로 인가되는 제3 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기가 각각 정해진다.
상기 1차측 코일 철심에 구비된 복수의 1차측 코일홈 중 적어도 하나와 상기 2차측 코일 철심에 구비된 복수의 2차측 코일홈 중 적어도 하나는 제1축, 제2축 및 제3 축을 따라서 형성되고, 상기 제1 내지 제3 2차측 코일에서 각각 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압의 시간적 위상차의 크기는 상기 1차측 코일 철심의 상기 제1 내지 제3 축과 상기 2차측 코일 철심의 상기 제1 내지 제3 축 중 서로 대응되는 축간의 이격 간격을 단위각의 정수 배만큼 변화시켜 정해지고, 상기 단위각은 상기 1차측 위상 제어용 철심에 형성된 철부의 형성 간격이나 상기 2차측 위상 제어용 철심에 형성되는 요부의 형성 간격인 것이 좋다.
상기 1차측 코일 철심에 형성되는 상기 복수의 1차측 코일홈과 상기 2차측 코일 철심에 형성되는 상기 복수의 1차측 코일홈의 개수는 상기 1차측 코일과 상기 2차측 코일의 감김 방식에 따라 정해질 수 있다.
상기 1차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축의 연장선과 상기 2차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축의 연장선은 각각 상기 1차측 위상 제어용 철심의 철부의 측면 및 상기 2차측 위상 제어용 철심의 철부의 측면과 일직선 상에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 1차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축은 120도 공간적 위상차를 갖고, 상기 2차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축은 120도 공간적 위상차를 갖는 것이 좋다.
상기 특징에 따른 3상 변압기는 상기 1차측 위상 제어용 철심은 외측면에 상기 복수의 1차측 코일홈에 삽입되는 1차측 위치 한정 돌기를 더 포함할 수 있고, 상기 2차측 위상 제어용 철심은 내측면에 상기 복수의 2차측 코일홈에 삽입되는 2차측 위치 한정 돌기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 3상 변압기는 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 1차측 전압이 각각 인가되는 제1 내지 제3 1차측 코일, 상기 제1 내지 제3 1차측 전압에 대응하는 상기 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 2차측 전압이 각각 유기되어 출력되는 제1 내지 제3 2차측 코일, 그리고 가운데 빈 공간을 구비하고 있고, 외측면에 상기 제1 내지 제3 1차측 코일이 체결되는 복수의 1차측 코일홈을 구비하고 있고, 내측면에 상기 제1 내지 제3 2차측 코일이 체결되는 복수의 2차측 코일홈을 구비하고 있는 철심을 포함한다.
상기 복수의 1차측 코일홈과 상기 복수의 2차측 코일홈에서, 동일한 상의 1차측 코일과 2차측 코일이 각각 위치하는 서로 대응되는 1차측 코일홈과 2차측 코일홈은 정해진 각도의 공간적 위상차를 갖는 것이 좋다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 다단 정류기는 제1 내지 제3 1차측 코일에 제1상 내지 제3상 교류 입력 전압이 제1 내지 제3 1차측 전압으로 인가되고 제1 내지 제3 2차측 코일에서 제1 내지 제3 2차측 전압이 유기되어 생성되는 적어도 하나의 3상 변압기, 그리고 상기 적어도 하나의 3상 변압기에 연결되어 있고, 상기 적어도 하나의 3상 변압기에서 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압을 전파 정류하는 적어도 하나의 정류부를 포함한다.
이때, 상기 적어도 하나의 3상 변압기는 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 1차측 전압이 각각 인가되는 제1 내지 제3 1차측 코일, 상기 제1 내지 제3 1차측 전압에 대응하는 상기 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 2차측 전압이 각각 유기되어 출력되는 제1 내지 제3 2차측 코일, 상기 제1 내지 제3 1차측 코일이 체결되는 복수의 1차측 코일홈을 내측면에 구비하고 있는 1차측 코일 철심, 상기 1차측 코일 철심과 체결되고, 내측면에 공간적 위상차를 조정하는 복수의 요부와 철부를 구비한 1차측 위상 제어용 철심, 상기 제1 내지 제3 2차측 코일이 체결되는 복수의 2차측 코일홈을 외측면에 구비하고 있는 2차측 코일 철심, 그리고 상기 2차측 코일 철심 및 상기 1차측 위상 제어용 철심과 체결되고, 외측면에 상기 1차측 위상 제어 철심의 상기 요부와 철부에 결합되어 공간적 위상차를 조정하는 복수의 요부와 철부를 구비한 2차측 위상 제어용 철심을 포함하고, 서로 대응하는 제1 1차측 코일과 제1 2차측 코일, 서로 대응하는 제2 1차측 코일과 제2 2차측 코일, 및 서로 대응하는 제3 1차측 코일과 제3 2차측 코일은 상기 1차측 위상 제어용 철심의 요부와 철부 그리고 상기 2차측 위상 제어용 철심의 요부와 철부를 이용한 요철 결합 시 치합되는 요철의 개수에 해당하는 크기의 공간적 위상차를 갖고 있고, 상기 공간적 위상차에 따라, 제1 1차측 코일로 인가되는 제1 1차측 전압과 제1 2차측 코일로 인가되는 제1 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기, 제2 1차측 코일로 인가되는 제2 1차측 전압과 제2 2차측 코일로 인가되는 제2 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기 및 제3 1차측 코일로 인가되는 제3 1차측 전압과 제3 2차측 코일로 인가되는 제3 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기가 각각 정해진다.
상기 1차측 코일 철심에 구비된 복수의 1차측 코일홈 중 적어도 하나와 상기 2차측 코일 철심에 구비된 복수의 2차측 코일홈 중 적어도 하나는 제1축, 제2축 및 제3 축을 따라서 형성되고, 상기 제1 내지 제3 2차측 코일에서 각각 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압의 시간적 위상차의 크기는 상기 1차측 코일 철심의 상기 제1 내지 제3 축과 상기 2차측 코일 철심의 상기 제1 내지 제3 축 중 서로 대응되는 축간의 이격 간격을 단위각의 정수배만큼 변화시켜 정해지며, 상기 단위각은 상기 1차측 위상 제어용 철심에 형성된 철부의 형성 간격이나 상기 2차측 위상 제어용 철심에 형성되는 요부의 형성 간격인 것이 좋다.
상기 1차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축의 연장선과 상기 2차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축의 연장선은 각각 상기 1차측 위상 제어용 철심의 철부의 측면 및 상기 2차측 위상 제어용 철심의 철부의 측면과 일직선 상에 위치하는 것이 좋다.
상기 1차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축은 120도 공간적 위상차를 갖고, 상기 2차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축은 120도 공간적 위상차를 갖는 것이 좋다.
상기 1차측 코일 철심에 형성되는 상기 복수의 1차측 코일홈과 상기 2차측 코일 철심에 형성되는 상기 복수의 1차측 코일홈의 개수는 상기 1차측 코일과 상기 2차측 코일의 감김 방식에 따라 정해질 수 있다.
상기 특징에 따른 다단 정류기는 상기 1차측 위상 제어용 철심은 외측면에 상기 복수의 1차측 코일홈에 삽입되는 1차측 위치 한정 돌기를 더 포함할 수 있고, 상기 2차측 위상 제어용 철심은 내측면에 상기 복수의 2차측 코일홈에 삽입되는 2차측 위치 한정 돌기를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 3상 변압기는 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 1차측 전압이 각각 인가되는 제1 내지 제3 1차측 코일, 상기 제1 내지 제3 1차측 전압에 대응하는 상기 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 2차측 전압이 각각 유기되어 출력되는 제1 내지 제3 2차측 코일, 그리고 가운데 빈 공간을 구비하고 있고, 외측면에 상기 제1 내지 제3 1차측 코일이 체결되는 복수의 1차측 코일홈을 구비하고 있고, 내측면에 상기 제1 내지 제3 2차측 코일이 체결되는 복수의 2차측 코일홈을 구비하고 있는 철심을 포함할 수 있다.
상기 복수의 1차측 코일홈과 상기 복수의 2차측 코일홈에서, 동일한 상의 1차측 코일과 2차측 코일이 각각 위치하는 서로 대응되는 1차측 코일홈과 2차측 코일홈은 정해진 각도의 공간적 위상차를 갖는 것이 좋다.
상기 적어도 하나의 변압기가 n개인 경우, 각 변압기에서 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압 간의 시간적 위상차는
Figure PCTKR2018004881-appb-I000001
(여기서, k=1, 2, 3, …, n)인 것이 좋다.
이러한 특징에 따르면, 각 3상 변압기의 코일 결선 방식을 변경하는 대신, 서로 대응하는 각 상의 1차측 코일과 2차측 코일간의 공간적 위상차를 이용하여 1차측 전압에 대한 2차측 전압의 시간적 위상차를 원하는 크기로 용이하게 제어하게 된다.
이때, 공간적 위상차는 1차측 철심과 2차측 철심을 결합할 때, 1차측 철심의 철부 형성 간격을 기준으로 하여 결정된 단위각(Δθ)를 정수배 크기로 변화시켜 정하거나 하나의 철심에 형성된 1차측 코일을 위한 제1 홈과 2차측 코일을 위한 제2 홈중에서, 서로 대응되는 제1 홈과 제2 홈의 형성 간격을 원하는 공간적 위상차의 크기만큼 제어하므로, 공간적 위상차의 제어가 용이하게 이루어지게 된다.
이로 인해, 이러한 3상 변압기를 이용하여 원하는 스텝 수의 다단 정류기의 설계가 용이하다.
도 1은 본 발명에 사용된 3상 변압기의 동작 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 3상 변압기의 1차측 철심과 2차측 철심의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 1차측 철심과 2차측 철심에 1차측 코일과 2차측 코일이 각각 체결된 때의 결합 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 3상 변압기의 평면도이다.
도 4는 도 3의 3상 변압기에 1차측 전압과 2차측 전압의 파형도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다단 정류기의 개념적인 회로도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 3상 변압기의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시한 1차측 철심부와 2차측 철심부에 1차측 코일과 2차측 코일이 각각 체결된 경우 1차측 철심부와 2차측 철심부가 결합될 때 3상 변압기의 평면도로서, 1차측 철심부와 2차측 철심부 간의 편차각이 단위각과 동일한 경우와 1차측 철심부와 2차측 철심부 간의 편차각이 단위각의 2배인 경우을 도시한 그림이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 3상 변압기의 예들이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3상 변압기를 도시한 도면이다
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "접속되어" 있다거나 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 접속되어 있거나 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 접속되어" 있다거나 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 따른 3상 변압기 및 이를 이용한 다단 정류기에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 다단 정류기는 각 상에 대한 3상 교류 입력 전압(즉, 제1 내지 제3 1차측 전압)에 비해 정해진 만큼의 시간적 위상차를 갖는 해당 상의 3상 교류 출력 전압(즉, 제1 내지 3 2차측 전압)을 생성하는 위상 변환용 3상 변압기를 이용한다.
본 발명에서, 3상 변압기는 제1 내지 제3 1차측 전압이 각각 인가되는 제1 내지 제3 1차측 코일과 제1 내지 제3 2차측 전압이 각각 인가되는 제1 내지 제3 1차측 코일 간의 형성 간격의 차이(즉, 공간적 위상차)를 발생시켜, 서로 대응하는 해당 상에 대한 1차측 전압과 2차측 전압 간의 시간적 위상차가 발생하도록 한다.
먼저, 도 1을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 다단 정류기에 사용되는 본 발명의 한 실시예에 따른 3상 변압기의 개념에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 3상 변압기의 개념적인 구조를 설명한다.
도 1에 도시한 것처럼, 3상 변압기는 속이 빈 원기둥 형상을 갖는 제1 철심(core)(10)과 제1 철심(10)의 가운데 빈 공간에 삽입되어 위치하고 역시 속이 빈 원기둥 형상을 갖는 2차측 철심(20)을 구비한다.
이때, 외측에 위치한 1차측 철심(10)을 3상 변압기의 1차측 철심이라고 하고, 1차측 철심2차측 철심에 위치하는 2차측 철심(20)을 2차측 철심이라 한다.
1차측 철심(10)과 2차측 철심(20)에는 설치면(예, 지면)과 수직인 수직 방향[즉, 각 철심(10, 20)의 높이 방향]을 따라 정해진 간격으로 복수의 홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132, H211, H212, H221, H222, H231, H232)이 형성되어 있다.
이때, 1차측 철심(10)에 형성된 복수의 홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)은 1차측 철심(10)의 내측면에서부터 바깥 쪽으로 정해진 깊이만큼 형성되어 있고, 복수의 홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)의 형성 간격은 일정하다.
2차측 철심(20)에 형성된 복수의 홈(H211, H212, H221, H222, H231, H232)은, 1차측 철심(10)의 경우와는 반대로, 2차측 철심(20)의 외측면에서부터 안쪽으로 정해진 깊이만큼 형성되어 있고, 복수의 홈(H211, H212, H221, H222, H231, H232)의 형성 간격 역시 일정하다.
따라서, 1차측 철심(10)과 2차측 철심(20)에 형성된 각 홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132, H211, H212, H221, H222, H231, H232)은 1차측 철심(10)과 2차측 철심(20)의 높이 방향(Y)을 따라 1차측 철심(10)의 내측면과 2차측 철심(20)의 외측면을 가로지르게 형성되어 있고, 서로 대응되는 한 쌍의 홈(H111 및 H112, H121 및 H122, H131 및 H132, H211 및 H212, H221 및 H222, H231 및 H232)에는 3상(a상, b상 및 c상) 중 해당 상(a상, b상 및 c상) 중 하나)에 대한 전압을 위한 코일(coil)(C11-C13, C21-C23)이 감겨져 있다.
이로 인해, 1차측 철심(10)에 형성된 복수의 홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)은 1차측 철심(10)에 1차측 코일(C11-C13)을 체결하기 위한 1차측 코일홈이고, 2차측 철심(20)에 형성된 복수의 홈(H211 및 H212, H221 및 H222, H231 및 H232)은 2차측 철심(20)에 2차측 코일(C21-C23)을 체결하기 위한 2차측 코일홈이다.
이때, 1차측 철심(10)에 형성된 복수의 홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)은 1차측 철심(10)의 원주 방향을 따라가면서 동일한 간격으로 이격되게 형성되고, 이때, 복수의 홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)은 두 개씩 서로 쌍을 지어 180도 반대 방향에서 서로 마주보게 위치한다.
따라서, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132) 중에서, A축(제1 축)을 따라 서로 대응되게 180도 반대편에서 마주보고 있는 두 개의 홈(H111, H112)은 제1 홈 쌍(H11)을 이루고, A축과 120도의 공간적 위상차를 갖는 B축(제2 축)을 따라 서로 대응되게 180도 반대편에서 마주보고 있는 두 개의 홈(H121, H122)은 제2 홈 쌍(H12)을 이루며, B축과 120도의 공간적 위상차를 갖는 C축(제3 축)을 따라 서로 대응되게 180도 반대편에서 마주보고 있는 두 개의 홈(H131, H132)은 제3 홈 쌍(H13)을 구비한다.
이때, A축, B축 및 C축은 XY 평면 상에 위치하는 1차측 철심(10)의 중심점을 높이 방향과 교차하는 방향(X)을 따라서 지나가는 가상의 선이고, 이들 A축, B축 및 C축은 인접한 축과 120도의 공간적 위상차(Φ)를 갖고 있다.
이때, 공간적 위상차는 기준 위치(또는 기준축)로부터 벗어난 정도 또는 기준 위치와의 이격 거리를 나타내며, 기준 위치는 바로 인접해 있는 축(A축, B축 또는 C축)일 수 있다.
이처럼, 1차측 철심(10)의 서로 대응되는 두 개의 홈(H111 및 H112, H121 및 H122, H131 및 H132)은 180도 반대 방향에서 짝을 이루고 있으며, A축, B축 및 C축 상에 형성하는 세 개의 홈 쌍(H11, H12, H13) 역시 서로 120도의 공간적 위상차(Φ)를 갖게 된다.
도 2에 도시한 것처럼, 1차측 철심(10)의 A축을 따라 배열된 한 쌍의 홈(H111, H112)에는 3상 교류 전압 중에서 a상(제1 상)의 전압(즉, 제1 1차측 전압)을 입력 받는 제1 1차측 코일(C11)이 감겨 있고, 1차측 철심(10)의 B축을 따라 배열된 한 쌍의 홈(H121, H122)에는 3상 교류 전압 중에서 b상(제2 상)의 전압(즉, 제2 1차측 전압)을 입력받는 제2 1차측 코일(C12)이 감겨 있으며, 1차측 철심(10)의 C축을 따라 배열된 한 쌍의 홈(H131, H132)에는 3상 교류 전압 중에서 c상(제3 상)의 전압(즉, 제3 1차측 전압)을 입력 받는 제3 1차측 코일(C13)이 감겨 있다.
이미 설명한 것처럼, 서로 대응하는 홈 쌍(H111 및 H112, H121 및 H122, H131 및 H132 및 H211 및 H212, H221 및 H222, H231 및 H232)이 180도 서로 마주보고 있으므로, 이때, 제1 내지 제3 1차측 코일(C11-C13)의 코일 감김 방식은 전절-집중권(full-pitch concentrated winding) 방식이 사용될 수 있다.
2차측 철심(20)의 내측면에 형성된 복수의 홈(H211, H212, H221, H222, H231, H232)의 배열 구조 역시 1차측 철심(10)의 경우와 실질적으로 동일하게 배열되어 있다.
즉, 2차측 철심(20)에 형성된 복수의 홈(H211, H212, H221, H222, H231, H232) 중에서, a축(제1 축)을 따라 180도 반대 방향에서 서로 대응되게 마주보고 있는 두 개의 홈(H211, H212)은 제1 홈 쌍(H21)을 이루고, a축과 120도의 공간적 위상차를 갖는 b축(제2 축)을 따라 180도 반대 방향에서 서로 대응되게 마주보고 있는 두 개의 홈(H221, H222)은 제2 홈 쌍(H22)을 이루며, b축과 120도의 공간적 위상차를 갖는 c축(제3 축)을 따라 180도 반대 방향에서 서로 대응되게 마주보고 있는 두 개의 홈(H231, H232)은 제3 돌기 쌍(H23)을 구비한다.
이 경우에도, a축, b축 및 c축은 XY 평면 상에 위치하는 2차측 철심(20)의 중심점을 높이 방향(Y)과 교차하는 방향(X)을 따라서 지나가는 가상의 선이고, a축, b축 및 c축 역시 인접한 축과 120도의 공간적 위상차를 갖는다.
또한, 2차측 철심(20)의 a축을 따라 배열된 한 쌍의 홈(H211, H212)은 제1 2차측 코일(C21)을 감기 위한 것이고, 2차측 철심(20)의 b축을 따라 배열된 한 쌍의 홈(H221, H222)은 제2 2차측 코일(C22)을 감기 위한 것이며, 2차측 철심(20)의 c축을 따라 배열된 한 쌍의 홈(H231, H232)은 제3 2차측 코일(C23)을 감기 위한 것이다.
이 경우에도, 2차측 철심(20)에 감겨지는 제1 내지 제3 2차측 코일(C21-C23)의 코일 감김 방식 역시 전절-집중권 방식이 사용될 수 있다.
따라서, 이들 제1 내지 제3 2차측 코일(C21-C23)은 각각 1차측 철심(10)의 제1 내지 제3 1차측 코일(C11-C13)과 자기적으로 결합되고, 이로 인해, 대응되는 해당 1차측 코일(C11-C13)에 해당하는 크기의 1차측 전류가 흐를 때 2차측 코일(C21-C23)은 자기적으로 유도되어 유도 기전력을 발생시켜 해당 크기와 주파수를 갖는 3상 교류 출력 전압을 생성한다.
도시의 편의를 위하여, 도 1에 도시한 1차측 철심(10)과 2차측 철심(20)에는 1차측 코일(C11-C13)과 2차측 코일(C21-C23)의 도시를 생략하였다.
이러한 구조를 갖는 도 1의 1차측 철심(10)과 2차측 철심(20)은 해당 코일(C11-C13, C21-C23)이 각각 감겨진 상태에서 도 2와 같이 개념적인 형태로 결합된다.
도 2에 도시한 것처럼, 1차측 철심(10)의 내부 공간 속에 2차측 철심(20)이 삽입되어 위치하고, 이때, 1차측 철심(10)의 A축, B축 및 C축은 2차측 철심(20)의 a축, b축 및 c축과 각각 0보다 큰 각도의 공간적 위상차인 편차각(θ)이 발생하도록 결합된다. 이 경우, 공간적 위상차의 기준 위치는 1차측 철심(10)의 각 축(A축, B축 또는 C축) 또는 2차측 철심(20)의 각 축(a축, b축 또는 c축)이며, 공간적 위상차는 1차측 철심(10)과 2차측 철심(20)에서 서로 대응되는 축, 즉, A축-a축, B축-b축 및 C축-축 간의 이격 거리이다.
홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132 H211, H212, H221, H222, H231, H232)이 형성되어 있는 부분을 제외하면, 1차측 철심(10)의 내주면과 2차측 철심(20)의 외주면 사이에는 빈 공간이 존재하지 않아 1차측 철심(10)과 2차측 철심(20)이 결합될 때, 1차측 철심(10)과 2차측 철심(20) 간에 상대적인 움직임이 발생하지 않는 것이 좋다.
도 3은 도 2에 대한 평면도로서, 1차측 철심(10) 및 2차측 철심(20)의 제1 내지 제3 홈 쌍(H11-H13, H21-H23)에 각각 제1 내지 제3 1차측 코일(C11-C13)과 제1 내지 제3 2차측 코일(C21-C23)이 삽입되어 감겨져 있고, 이들 제1 내지 제3 1차측 코일(C11-C13) 각각에 해당 상의 전압이 인가될 때 제1 내지 제3 1차측 코일(C11-C13)에 각각 흐르는 제1 내지 제3 1차측 전류의 흐름 방향을 도시한다. 본 명세서에서, ×는 해당 코일로 전류가 입력되는 방향이고 ㆍ은 해당 코일에서 전류가 출력되는 방향을 도시한다.
도 3에 도시한 것과 같은 상태로 3상의 교류 전압 중에서 해당 상에 해당하는 교류 전압인 제1 내지 제3 1차측 전압이 1차측 철심(10)의 제1 내지 제3 1차측 코일(C11-C13)이 인가되면, 1차측 철심(10)과 2차측 철심(20)에는 제1 내지 제3 1차측 전압의 주파수와 동기하는 회전 자계가 발생하고, 이로 인해, 2차측 철심(20)에 감겨져 있는 제1 내지 제3 2차측 코일(C21-C23)에 3상 중 해당 상의 교류 전압(즉, 제1 내지 제3 2차측 전압)이 유도되어 출력된다.
이때, 제1 내지 제3 2차측 코일(C21-C23)에 유도되는 제1 내지 제3 2차측 전압의 각 주파수는 제1 내지 제3 1차측 코일(C11-C13)에 인가되는 제1 내지 제3 1차측 전압의 각 주파수와 같으며, 제1 내지 제3 2차측 코일(C21-C23)에 유도되는 제1 내지 제3 2차측 전압 각각은 제1 내지 제3 1차측 코일(C11-C13)에 인가되는 제1 내지 제3 1차측 전압 각각의 위상에 비해 편차각(θ)만큼의 시간적 위상차가 존재하게 된다.
제1 내지 제3 2차측 코일(C21-C23)에 유기되는 제1 내지 제3 2차측 전압의 각 크기는 대응되는 1차측 코일(C11-C13)과 2차측 코일(C21-C23)의 권선비에 비례한다.
제1 내지 제3 1차측 코일(C11-C13)에 인가되는 제1 내지 제3 1차측 전압과 2차측 코일(C21-C23)에 유도되는 제1 내지 제3 2차측 전압 사이에는 다음과 같은 식이 성립된다.
1차측 철심(10)의 각 A축, B축 및 C축에 감겨져 있는 제1 내지 제3 1차측 코일(C21-C23)에 각각 인가되는 해당 상의 제1 내지 제3 1차측 전압(VA, VB, VC)이 각각
Figure PCTKR2018004881-appb-I000002
,
Figure PCTKR2018004881-appb-I000003
및
Figure PCTKR2018004881-appb-I000004
일 때, 2차측 철심(20)의 각 a축, b축 및 c축에 감겨져 있는 제1 내지 제3 2차측 코일(C21-C23)에서 유기되는 해당 상의 제1 내지 제3 2차측 전압(Va, Vb, Vc)은 각각
Figure PCTKR2018004881-appb-I000005
,
Figure PCTKR2018004881-appb-I000006
및
Figure PCTKR2018004881-appb-I000007
가 된다.
이때, V1은 3상교류 1차측 전압의 실효값이고,
Figure PCTKR2018004881-appb-I000008
(여기서, N1: 1차측 코일의 권선수, N2: 2차측 코일의 권선수)이다.
도 4에 서로 대응되는 1차측 코일(C11-C13)의 권선수와 2차측 코일(C21-C23)의 권선수가 동일한 경우, 제1 내지 제3 1차측 코일(C11-C13)에 인가되는 제1 내지 제3 1차측 전압(VA, VB, VC)과 제1 내지 제3 2차측 코일(C21-C23)에서 유기되는 제1 내지 제3 2차측 전압(Va, Vb, Vc)의 파형을 도시한다.
도 4에 도시한 것처럼, 1차측 철심(10)과 2차측 철심(20)의 권선수가 동일하고, 다만 1차측 철심(10)과 2차측 철심(20) 간의 공간적 위상차가 편차각(θ)만큼 발생하므로, 제1 내지 제3 1차측 전압(VA, VB, VC)과 제1 내지 제3 2차측 전압(Va, Vb, Vc)의 크기와 주파수는 서로 동일하고, 서로 대응되는 해당 상의 1차측 전압(VA, VB, VC)과 2차측 전압(Va, Vb, Vc)은 각각 편차각(θ)만큼의 시간적 위상차를 갖는다.
이처럼, 1차측 철심(10)에 설치된 1차측 코일(C11-C13)과 2차측 철심(20)에 설치된 2차측 코일(C21-C23) 간의 공간적 위상차 크기에 따라 서로 대응되는 제1 내지 제3 1차측 전압과 제1 내지 제3 2차측 전압 간(VA-Va, VB-Vb, VC-Vc)의 시간적 위상차가 달라진다.
따라서, 본 실시예와 같이, 1차측 코일을 위한 1차측 철심과 2차측 코일을 위한 2차측 철심이 존재하는 경우, 1차측 철심과 2차측 철심 간의 편차각(θ)을 조정하여 제1 내지 제3 1차측 전압(VA, VB, VC)과 제1 내지 제3 2차측 전압(Va, Vb, Vc) 간의 시간적 위상차를 조정하게 된다.
제1 내지 제3 1차측 코일과 제1 내지 제3 2차측 코일을 각각 1차측 철심(10)과 2차측 철심에 설치하기 위한 홈의 개수는, 도 1 내지 도 3에 도시한 것과 달리, 코일의 입력단과 출력단 간의 각도 차이(즉, 공간적 위상차)에 따라 가변될 수 있고, 형성된 홈의 개수에 따라 코일 감김 방식 역시 변경될 수 있다.
예를 들어, 1차측 철심과 2차측 철심에 설치하기 위한 홈의 개수가 각각 세 개 형성되는 경우 코일 감김 방식은 단절 집중권(short-pitch concentrated winding) 방식이 사용될 수 있고, 1차측 철심과 2차측 철심에 설치하기 위한 홈의 개수가 각각 12개 형성되는 경우 코일 감김 방식은 단절-분포권(short-pitch distributed winding) 방식이 사용될 수 있다.
다음, 도 5 내지 도 7을 참고로 하여, 1차측 철심과 2차측 철심 간의 편차각을 조정하여 제1 내지 제3 1차측 전압과 제1 내지 제3 2차측 전압 간의 시간적 위상차를 조정하는 3상 변압기를 이용한 본 발명의 실시예에 따른 다단 정류기에 대하여 설명한다.
도 5을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 다단 정류기는 3상 교류 전원(AC)의 3상 교류 입력 전압(VA, VB, VC)이 인가되어 3상 교류 입력 전압(VA, VB, VC)에 해당하는 3상 교류 입력 전류(iA, iB, iC)에 기초한 제1 내지 제3 1차측 전류(iA1-iAn, iB1-iBn, iC1-iCn)를 각각 입력받는 복수의 3상 변압기(101-10n), 복수의 3상 변압기(101-10n)에 각각 연결되어 해당 변압기(101-10n)에서 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압을 입력받는 복수의 정류부(201-20n), 그리고 복수의 정류부(201-20n)에 연결되어 있는 평활부(300)를 구비한다.
도 5의 각 3상 변압기(101-10n)에서, 두 개의 동심원 중에서 외부에 위치한 동심원은 1차측 코일의 권선을 나타내고 내부에 위치한 동심원은 2차측 코일의 권선을 나타내며 동심원 사이에 위치한 점선의 원형은 1차측 코일과 2차측 코일이 설치되는 원기둥 형태의 철심 코어를 의미한다.
각 3상 변압기(101-10n)는 3상 교류 입력 전압(V A, VB, VC)이 1차측 코일에 인가되고 인가되는 3상 교류 입력 전압(VA, VB, VC)에 해당하는 3상 교류 입력 전류(iA, iB, iC)에 의해 정해진 제1 내지 제3 1차측 전류(iA1-iAn, iB1-iBn, iC1-iCn)가 각각 제1 내지 제3 1차측 코일에 흐르게 되면 제1 내지 제3 2차측 코일에서 제1 내지 제3 2차측 전압이 유기되어 출력된다.
이때, 제1 내지 제3 2차측 코일에서 유기되는 제1 내지 제3 2차측 전압은 각각 정해진 크기의 시간적 위상차를 갖는다.
복수의 3상 변압기(101-10n)는 모두 동일한 구조를 갖고 있고 1차측 철심과 2차측 철심 간의 편차각을 조정하여 제1 내지 제3 1차측 전압과 제1 내지 제3 2차측 전압 간의 시간적 위상차를 조정하는 3상 변압기로서, 제1 3상 변압기(101)를 예로 들어 설명한다.
도 6에 도시한 것처럼, 본 예에 따른 3상 변압기(101)는 1차측 코일이 감겨지는 철심을 구비한 1차측 철심부(110a), 그리고 1차측 철심부(110a)과 결합되고 2차측 코일이 감겨지는 철심을 구비한 2차측 철심부(120a)를 구비한다.
1차측 철심부(110a)는 3 상(a상, b상 및 c상) 중 해당 상(a상, b상 및 c상)에 대한 1차측 코일(C11-C13)을 체결하기 위한 1차측 코일 철심(111a)과 1차측 코일 철심(111a)과 결합되고, 복수의 1차측 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)에 위치하는 1차측 코일(C11-C13)의 위치를 한정하고 위상차의 크기를 조정하기 위한 1차측 위상 제어용 철심(112a)를 구비한다.
1차측 코일 철심(111a)은 1차측 코일 철심(111a)의 내측면에서부터 바깥 쪽으로 정해진 깊이만큼 높이 방향(Y)을 따라 형성되어 있고 정해진 크기의 간격으로 형성되어 있고, 해당 1차측 코일(C11-C13)이 체결되는 복수의 홈, 즉, 복수의 1차측 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)을 구비하고 있다.
1차측 위상 제어용 철심(112a)은 자신의 외측면에 1차측 코일 철심(111a)의 복수의 1차측 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)에 대응되게 위치하여 대응되는 1차측 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)에 각각 삽입되어 해당 1차측 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)에 위치하는 해당 1차측 코일(C11-C13)의 위치를 한정하는 1차측 위치 한정 돌기(P112a1)를 구비한다.
또한, 1차측 위상 제어용 철심(112a)은 1차측 위상 제어용 철심(112a)의 내측면에 정해진 높이와 깊이로 높이 방향을 따라 각각 형성되어 있어 위상차의 크기를 조정하기 위해 정해진 간격으로 교대로 형성되어 있는 복수의 요부(C112a)와 철부(P112a2)를 구비한다.
2차측 철심부(120a) 역시 3상(a상, b상 및 c상) 중 해당 상(a상, b상 및 c상)에 대한 2차측 코일(C21-C23)을 체결하기 위한 2차측 코일 철심(121a)과 2차측 코일 철심(121a)과 결합되고, 복수의 1차측 코일홈(H211, H212, H221, H222, H231, H232)에 위치하는 2차측 코일(C21-C23)의 위치를 한정하고 위상차의 크기를 조정하기 위한 2차측 위상 제어용 철심(122a)를 구비한다.
2차측 코일 철심(121a)은 2차측 코일 철심(121a)의 내측면에서부터 바깥 쪽으로 정해진 깊이만큼 높이 방향을 따라 형성되어 있고 정해진 크기의 간격으로 형성되어 있고, 해당 2차측 코일(C21-C23)이 체결되는 복수의 홈인 복수의 2차측 코일홈(H211, H212, H221, H222, H231, H232)을 구비하고 있다.
2차측 위상 제어용 철심(122a)은 자신의 내측면에 2차측 코일 철심(121a)의 복수의 2차측 코일홈(H211, H212, H221, H222, H231, H232)에 대응되게 위치하여 대응되는 2차측 코일홈(H211, H212, H221, H222, H231, H232)에 각각 삽입되어 해당 2차측 코일홈(H211, H212, H221, H222, H231, H232)에 위치하는 해당 2차측 코일(C21-C23)의 위치를 한정하는 2차측 위치 한정 돌기(P122a1)를 구비하며, 2차측 위상 제어용 철심(122a)의 외측면에 정해진 높이와 깊이로 높이 방향을 따라 각각 형성되어 위상차의 크기를 조정하기 위해 정해진 간격으로 교대로 형성되어 있는 복수의 요부(C122a)와 철부(P122a2)를 구비한다.
1차측 코일 철심(111a)에 형성된 1차측 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)의 깊이의 크기는 1차측 위상 제어용 철심(112a)의 위상 한정 돌기(P112a1)의 돌출 높이의 크기보다 커, 1차측 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)속에 해당 위상 한정 돌기(P112a1)가 삽입될 때, 1차측 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)은 해당 위상 한정 돌기(P112a1)가 삽입되지 않은 빈 공간, 즉 1차측 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)의 단부와 해당 위상 한정 돌기(P112a1)의 단부 사이의 빈 공간에 해당하는 1차측 코일(C11-C13)이 체결되어 위치하도록 한다.
2차측 철심부(120a)의 경우도 1차측 철심부(110a)의 경우와 마찬가지로, 2차측 코일홈(H211, H212, H221, H222, H231, H232)의 깊이의 크기는 2차측 위상 제어용 철심(122a)의 위상 한정 돌기(P122a1)의 돌출 높이의 크기보다 커, 역시 2차측 코일홈(H211, H212, H221, H222, H231, H232)의 단부와 해당 위상 한정 돌기(P122a1)의 단부 사이의 빈 공간에 해당하는 2차측 코일(C21-C23)이 체결되어 위치하도록 한다.
이러한 3상 변압기(101)에서, 1차측 코일 철심(111a)과 2차측 코일 철심(121a)는 각각 도 1 내지 도 3에 도시한 3상 변압기의 1차측 철심(10)과 2차측 철심(20)에 대응되며, 서로 대응되는 1차측 철심(10)과 2차측 철심(20)의 구조와 동일하다.
따라서, 1차측 코일 철심(111a)과 2차측 코일 철심(121a)은 각 상에 해당하는 1차측 코일과 2차측 코일이 각각 체결되는 제1 내지 제3 코일홈 쌍(H11-H13, H21-H23)을 구비하고 있고, 이들 제1 내지 제3 코일홈 쌍(H11-H13, H21-H23) 각각에서 서로 대응하는 두 개의 코일홈 쌍이 120도의 공간적 위상차를 갖는 A축(또는 a축), B축(또는 b축) 및 C축(또는 c축)을 따라 180도 반대 방향에서 서로 마주보게 형성된다.
이와 같이, 본 예의 3상 변압기(101)는 1차측 코일 철심(111a)과 체결되는 1차측 위상 제어용 철심(112a) 그리고 2차측 위상 제어용 철심(112a)과 2차측 코일 철심(121a)에 체결되는 2차측 위상 제어용 철심(122a)을 추가로 구비하는 것을 제외하면 도 1 내지 도 3에 도시한 3상 변압기의 구조와 동일하다.
이때, 1차측 철심부(110a)과 2차측 철심부(120a)는, 도 7에 도시한 것처럼, 정해진 편차각(θ)만큼의 공간적 위상차를 갖도록 결합되므로, 1차측 철심부(110a)의 A축과 2차측 철심부(120a)의 a축은 편차각(θ)만큼 공간적 위상차를 갖고, 1차측 철심부(110a)의 B축과 2차측 철심부(120a)의 b축 역시 편차각(θ)만큼 공간적 위상차를 가지며, 1차측 철심부(110a)의 C축과 2차측 철심부(120a)의 c축 또한 편차각(θ)만큼 공간적 위상차를 갖는다.
따라서, 공간적 위상차, 즉 편차각(θ)의 크기는 1차측 위상 제어용 철심(112a)의 요부(C112a)와 철부(P112a2) 그리고 2차측 위상 제어용 철심(122a)의 요부(C122a)와 철부(P122a2)를 이용한 1차측 및 2차측 위상 제어용 철심(112a, 122a)의 요철 결합 시 치합되는 요철의 개수에 따라 정해져, 치합되는 요철의 개수에 해당하는 크기의 공간적 위상차를 갖게 된다.
이로 인해, 편차각(θ)의 크기는 1차측 위상 제어용 철심(112a)과 2차측 위상 제어용 철심(122a)에 각각 형성된 철부(P112a2, P122a2)와 요부(C112a, C122a)의 치합 상태와 철부(P112a2, P122a2)와 요부(C112a, C122a)의 폭(W1)의 크기에 따라 정해진다.
즉, 도 7에 도시한 것처럼, 1차측 위상 제어용 철심(112a)에 형성철 요부(제1 요부)(C112a)와 2차측 위상 제어용 철심(122a)에 형성된 철부(제2 철부)(P122a2)가 치합되고 1차측 위상 제어용 철심(112a)에 형성철 철부(제1 철부)(P112a2)와 2차측 위상 제어용 철심(122a)에 형성된 요부(제2 요부)(C1122a)가 치합되어, 1차측 위상 제어용 철심(112a)과 2차측 위상 제어용 철심(122a)이 서로 결합된다.
1차측 코일 철심(111a)의 가운데 부분에는 1차측 위상 제어용 철심(112a)이 삽입되는 빈 공간인 삽입구(1111)가 위치하므로, 1차측 위상 제어용 철심(112a)은 1차측 코일 철심(111a)의 삽입구(1111) 속으로 삽입되어 1차측 코일 철심(111a)과 1차측 위상 제어용 철심(112a)이 결합된다. 이때, 복수의 위치 한정 돌기(P112a1)는 각 해당하는 1차측 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132) 속에 삽입된다.
또한, 2차측 위상 제어용 철심(122a)의 가운데 부분에는 2차측 코일 철심(121a)이 삽입되는 빈 공간인 삽입구(1221)가 위치하고 있어, 2차측 코일 철심(121a)은 2차측 위상 제어용 철심(122a)의 삽입구(1221) 속으로 삽입되어, 2차측 코일 철심(121a)과 2차측 위상 제어용 철심(122a)이 결합된다.
이 경우에는 복수의 위치 한정 돌기(P122a1)는 2차측 코일 철심(121a)의 외측면에 형성되어 있는 해당 2차측 코일홈(H211, H212, H221, H222, H231, H232) 속에 삽입된다.
이때, 1차측 위상 제어용 철심(112a)에 형성된 철부(P112a2)의 형성 간격[또는 2차측 위상 제어용 철심(122a)에 형성되는 요부(C122a)의 형성 간격]을 편차각(θ)의 단위각(Δθ)으로 정의한다.
따라서, 1차측 코일 철심(111a)의 가상 축(A축, B축 및 C축 중 적어도 하나)(즉, 제1 기준축)과 2차측 코일 철심(121a)의 가상 축(a축, a축 및 a축 중 적어도 하나)(즉, 제2 기준축)에서 서로 대응하는 축(A축-a축, B축-b축, C축-c축)간의 이격 간격, 즉 제1 기준축과 제2 기준축 간의 간격을 단위각(Δθ)의 정수 배만큼 변화시켜 제1 내지 제3 2차측 코일(C21-C23)에서 각각 유기되는 제1 내지 제3 2차측 전압 각각과 해당 제1 내지 제2 1차측 전압간의 시간적 위상차의 크기를 변화시킬 수 있다.
본 예에서, 각 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132, H211, H212, H221, H222, H231, H232)의 중심점은 대응하는 축(A축, a축, B축, b축, C축, c축)이 지나가게 배열되어 있어 해당 축의 연장선 상에 위치한다.
또한, 1차측 코일 철심(111a)과 2차측 코일 철심(121a)에 대한 각 축(A축, a축, B축, b축, C축, c축)의 연장선은 1차측 위상 제어용 철심(112a)의 철부(P112a2)의 측면[또는 2차측 위상 제어용 철심(122a)의 홈부(C122a)의 측면]과 일직선 상에 위치한다.
따라서, 서로 대응하는 축(A축-a축, B축-b축, C축-c축)간 이격 간격은 해당 축(예, A축과 a축) 상에 중심이 지나도록 배열되어 있는 해당 코일홈(예, H111, H211)간의 이격 간격[즉, 해당 두 코일홈(예, H111, H211)의 중심 간 간격]에 대응된다.
대응하는 축(A축-a축, B축-b축, C축-c축)간 이격 간격은, 이미 설명했던 것처럼 단위각(Δθ) 단위로 변하므로, 단위각(Δθ)의 정수 배 크기에 의해 정해지고, 단위각(Δθ)의 크기는 1차측 및 2차측 위상 제어용 철심(112a, 122a)에 형성된 철부(P112a2, P122a2)와 요부(C112a, C122a)의 폭(W1)에 의해 결정됨을 알 수 있다.
따라서, 편차각(θ)의 크기는 1차측 위상 제어용 철심(112a)과 2차측 위상 제어용 철심(122a)에 각각 형성된 철부(P112a2, P122a2)와 요부(C112a, C122a)의 치합 상태 즉, 단위각(Δθ)의 정수 배 크기와 철부(P112a2, P122a2)와 요부(C112a, C122a)의 폭(W1)에 의해 정해진다.
도 7의 위의 그림은 1차측 코일 철심(111a)과 2차측 코일 철심(121a)의 공간적 위상차(즉 편차각)(θ)가 단위각(Δθ)만큼(=Δθ×1) 발생한 경우를 도시한 것이고, 도 7의 아래 그림은 공간적 위상차(θ)가 단위각(Δθ)의 2배(=Δθ×2)만큼 발생한 경우를 도시한 것이다.
서로 치합되어 있는 1차측 코일 철심(111a)과 2차측 코일 철심(121a)에서 60도 내에 형성되는 동일 간격의 단위각(Δθ)의 형성 개수가 m개일 때, 즉, 편차각(θ)을 m 스텝으로 할 때 설치되는 변압기의 개수가 m개인 경우, 단위각(Δθ)의 크기는 다음과 같이 정해진다. 도 5에서, 형성되는 변압기(101-10n)의 개수(m)는 n개가 된다.
Figure PCTKR2018004881-appb-I000009
(단, m: 2, 3, 4, 5, .... 정수)
이로 인해, 한 예로 편차각(θ)이 4 스텝(m=4)으로 나눠지면, 2차측 코일은 15도 단위인 0도, 15도, 30도 및 45도의 4가지 위상각을 갖는 서로 다른 2차측 전압을 출력할 수 있어, 서로 이웃하게 위치한 3상 변압기 간의 위상차는 15도가 된다.
또한, 편차각(θ)이 30 스텝(m=30)으로 나눠지면 각 2차측 코일에서 출력되는 2차측 전압은 0도에서부터 2도 간격으로 총 30개의 위상이 상이한 2차측 전압이 출력되고, 이로 인해, 서로 이웃하게 위치한 3상 변압기 간의 위상차는 2도가 된다.
이처럼, 각 3상 변압기(101-10n)는 서로 치합되어 있는 1차측 철심부(110a)와 2차측 철심부(120a)의 공간적 위상차(θ)를 원하는 정수 배만큼의 단위각(Δθ)의 크기만큼 갖도록 하여, 원하는 크기의 시간적 위상차를 갖는 제1 내지 제3 2차측 전압이 2차측 철심부(120a)의 제1 내지 제3 2차측 코일(C21-C23)을 통해 출력되도록 한다.
이와 같이, 본 예는 각 3상 변압기(101-10n)의 코일 결선 방식을 이용하는 대신, 1차측 철심부(110a)와 2차측 철심부(120a)간의 공간적 위상차를 이용하여 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압의 시간적 위상차의 크기가 용이하게 제어된다.
또한, 공간적 위상차는 1차측 철심부(110a)와 2차측 철심부(120a)를 결합할 때, 1차측 위상 제어용 철심(112a)의 철부(P112a2) 형성 간격 또는 2차측 위상 제어용 철심(122a)의 요부(C122a) 형성 간격을 기준으로 하여 결정된 단위각(Δθ)를 정수 배 크기로 변화시켜 정하므로, 공간적 위상차의 결정이 용이하다.
각 3상 변압기(101-10n)에서 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압을 입력 받는 각 정류부(201-20n)는 각 3상 변압기(101-10n)에 대응되게 연결되어 있다.
이러한, 1차측 및 2차측 코일 철심(111a, 121a) 이외에 1차측 및 2차측 위상 제어용 철심(112a, 122a)을 추가로 구비한 3상 변압기(101)가 결합될 때의 개략적인 도면이 도 7에 도시된다.
도 7에 도시한 것처럼, 1차측 위상 제어용 철심(112a)은 1차측 코일 철심(111a)의 내부 공간(1111) 속으로 삽입되어 1차측 위상 제어용 철심(112a)의 외주면에 형성된 복수의 위치 한정 돌기(P112a1)는 대응하는 각 1차측 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132)으로 삽입되고, 2차측 코일 철심(121a)은 2차측 위상 제어용 철심(122a)의 내부 공간(1221)으로 삽입되어 2차측 위상 제어용 철심(122a)의 내주면에 형성된 복수의 위상 한정 돌기(P122a1)는 대응하는 각 1차측 코어홈(H211, H212, H221, H222, H231, H232)으로 삽입된다.
또한, 2차측 위상 제어용 철심(122a)는 1차측 위상 제어용 철심(112)의 가운데 부분에 형성된 삽입구(1121) 속으로 삽입되어 서로 체결된다.
이러한 제1측 및 제2측 위상 제어용 철심(112a, 122a)으로 인해, 각 해당 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132 및 H211, H212, H221, H222, H231, H232) 속에 위치하는 1차측 코일(C11-C13)과 2차측 코일(C21-C23)은 외부로 빠져 나오지 않고 안정되게 해당 위치에 위치하게 되어, 1차측 철심부(110a)와 2차측 철심부(120a)의 회전 동작으로 인해 회전 방향으로 1차측 코일(C11-C13)의 위치와 2차측 코일(C21-C23)의 위치가 변하는 것이 방지되고, 외부 충격으로부터 1차측 코일(C11-C13) 및 2차측 코일(C21-C23)이 보호된다.
이러한 3상 변압기(101)에서 복수의 코일홈(H111, H112, H121, H122, H131, H132 및 H211, H212, H221, H222, H231, H232)에 1차측 코일(C11-C13)과 2차측 코일(C21-C23)의 감김 방식은 전절-집중권 방식을 이용하여 해당 상을 위한 코일의 체결 동작이 이루어질 수 있다.
본 예에서, 1차측 위상 제어용 철심(112a)에 형성된 1차측 위치 한정 돌기(P112a1)와 2차측 위상 제어용 철심(122a)에 형성된 2차측 위치 한정 돌기(P122a1)는 필요에 따라 생략 가능하다.
다음, 도 8 내지 도 11을 참고로 하여 3상 변압기(예, 101)의 다른 예를 도시한다.
도 6 및 도 7에 도시한 3상 변압기(101)와 비교할 때, 도 8 내지 도 11에 도시한 3상 변압기(101)는 1차측 코일 철심(111b)과 1차측 위상 제어용 철심(112b)를 구비한 1차측 철심부(110b)와 2차측 코일 철심(121b)과 2차측 위상 제어용 철심(122b)를 구비한 2차측 철심부(120b)를 구비한다.
이 경우에도, 1차측 코일 철심(111b)의 내측면과 2차측 코일 철심(121b)의 외측면에는 각각 1차측 코일홈(H11b, H12b, H13b)과 2차측 코일홈(H21b, H22b, H23b)이 구비되어 있다.
또한, 1차측 위상 제어용 철심(112b)와 2차측 위상 제어용 철심(122b)의 내측면와 외측면에는 공간적 위상 제어를 위한 요부(C112b, C122b)와 철부(P112b2, P122b2 를 구비한다.
하지만, 본 예의 경우, 1차측 코일 철심(111b)과 2차측 코일 철심(121b)에 체결되는 코일(C11-C13, C21-C23)의 체결 방식이 단절-집중권 방식이므로, 1차측 코일 철심(111b)의 내측면과 2차측 코일 철심(121b)의 외측면에 형성되어 있는 1차측 및 2차측 코일홈(H11b, H12b, H13b, H21b, H22b, H23b)의 개수는 각각 3개씩이다.
이에 따라, 1차측 코일 철심(111b)과 체결되는 1차측 위상 제어용 철심(112b)의 외측면에 구비된 위치 한정 돌기(P112b1)의 개수와 2차측 코일 철심(121b)과 체결되는 2차측 위상 제어용 철심(122b)의 내측면에 구비된 위치 한정 돌기(P122b1)의 개수 역시 각각 3개가 된다.
이러한 코일홈(H11b, H12b, H13b, H21b, H22b, H23b)1의 개수와 위치 한정 돌기(P112b1, P122b1)의 개수의 차이를 제외하면, 도 6 및 도 7에 도시한 3상 변압기(101)의 구조와 동일하다.
따라서, 이 경우에도, 1차측 코일 철심(111b)의 각 A축, B축 및 C축 상에 해당 1차측 코일홈(H11b, H12b, H13b)이 각각 위치하고 있고, 2차측 코어 철심(121b)의 각 a축, b축 및 c축 상에 해당 2차측 코일홈(H21b, H22b, H23b)이 각각 위치하고 있으며, 인접한 축 간의 공간적 위상차(Φ)는 120도이다.
이러한 3상 변압기(101)에서 1차측 코일(C11-C13)과 2차측 코일(C21-C23)이 체결된 때의 개략적인 결합도는 도 9와 같다.
도 9에 도시한 것처럼, 1차측 권선과 2차측 권선의 감김 방식의 차이에 의해 하나의 코일홈에 서로 다른 상에 대한 코일(예, C11, C12)이 나란히 위치하고 있다.
도 9에 도시한 것처럼, 1차측 철심부(110b)와 2차측 철심부(120b) 역시 정해진 편차각(θ)만큼의 공간적 위상차를 갖도록 결합되므로, 1차측 철심부(110b)의 A축과 2차측 철심부(120b)의 a축은 편차각(θ)만큼 공간적 위상차를 갖고, 1차측 철심부(110b)의 B축과 2차측 철심부(120b)의 b축 역시 편차각(θ)만큼 공간적 위상차를 가지며, 1차측 철심부(110b)의 C축과 2차측 철심부(120c)의 c축 역시 편차각(θ)만큼 공간적 위상차를 갖는다.
도 10 및 도 11에 도시한 3상 변압기(101)는 1차측 코일 철심과 2차측 코일 철심에 체결되는 코일의 체결 방식이 단절-분포권 방식으로 이루어지는 경우의 예이다.
따라서, 도 10 및 도 11에 도시한 3상 변압기(101) 역시 1차측 철심부(110c)와 2차측 철심부(120c)를 구비한다.
1차측 철심부(110c)는 각 상에 대한 1차측 코일을 체결하기 위한 1차측 코일홈(H111c)을 구비한 1차측 코일 철심(111c) 그리고 복수의 위치 한정 돌기(P112c1)와 위상 제어를 위한 요부(C112c)와 철부(P112c2)를 구비한 1차측 위상 제어용 철심(112c)을 갖는다.
2차측 철심부(120c)는 각 상에 대한 2차측 코일을 체결하기 위한 2차측 코일홈(H121c)을 구비한 2차측 코일 철심(121c)과 복수의 위치 한정 돌기(P122c1)와 위상 제어를 위한 요부(C122c)와 철부(P122c2)를 구비한 2차측 위상 제어용 철심(122c)을 구비한다.
다만, 단절-분포권 방식의 코일 체결을 위해, 1차측 및 2차측 철심(111c, 121c)에 형성되는 코일홈의 개수와 이에 대응되게 1차측 및 2차측 위상 제어용 철심(112c, 122c)에 형성되는 위치 한정 돌기의 개수가 변경된다.
즉, 1차측 및 2차측 철심(111c, 121c)에 감기는 제1 내지 제3 1차측 코일(C11-C13)을 위한 1차측 및 2차측 코일홈(H111c, H121c)은 각각 12개이고, 이에 대응하게 1차측 및 2차측 위상 제어용 철심(112c, 122c)에 각각 형성된 위치 한정 돌기(P112c1, P122c1)의 개수 역시 12개가 된다.
인접한 해당 코일홈(H111c, H121c) 간의 공간적 위상차의 크기는 30도일 수 있고, 1차측 철심부(110c)의 A축, B축 및 C축과 2차측 철심부(120c)의 a축, b축 및 c축은 120도의 공간적 위상차(Φ)를 갖고 있을 수 있다.
도 10 및 도 11에서, 복수의 1차측 코일홈(H111c)과 복수의 2차측 코일홈(H121c) 중에서 코일이 위치하지 않는 코일홈이 존재하며, 이들 코일이 위치하지 않는 코일홈은 생략될 수 있다. 이 경우, 복수의 1차측 코일홈(H111c)과 복수의 2차측 코일홈(H121c)에서, 인접한 두 코일홈 간의 공간적 위상차의 크기는 조정될 수 있다.
단절-분포권 방식으로 코일을 권선할 때, 각 상에는 세 개의 코일이 존재하게 되므로, 도 9에 도시한 것처럼 3상 변압기(101)에 1차측 코일(C11A-C12A, C21A-C22A, C31A-C32A, C11B-C12B, C21B-C22B, C31B-C32B, C11C-C12C, C21C-C22C, C31C-C32C)과 2차측 코일(미도시)이 체결된 때의 개략적인 결합도는 도 11과 같다.
네 개로 이루어진 도 11의 도면부호에서, 맨 앞의 C는 코일을 의미하며, 두 번째 자리의 숫자는 해당 번째 코일의 번호[예, 제1 코일(=1), 제2 코일(=2) 또는 제3 코일(=3)]의 의미하며, 세 번째 자리의 숫자(예, 1)는 전류의 방향을 의미하는 것으로 전류의 입력은 '1'로 표기하고 전류의 출력은 '2'로 표기한다.
마지막 네 번째 자리의 숫자는 위상을 의미하는 것으로, A는 1차측의 a상, B는 1차측의 b상 그리고 C는 1차측 c상을 의미한다.
이때, 동일 상의 동일 번째 코일에서 전류가 입력되고 출력되는 코일 위치는 120도의 위상차를 갖고, 동일 상의 코일에서 바로 인접한 다른 번째 코일과의 위상차는 30도를 갖는다.
따라서, 한 예로 C11A는 1차측의 코일 중에서 a상에 대한 제1 코일로서 전류가 입력되는 코일을 의미하고, C12A는 1차측의 코일 중에서 a상에 대한 제1 코일로서 전류가 출력되는 코일을 의미하므로, 결과적으로 C11A와 C12A는 서로 연결되어 있는 a상의 코일쌍을 의미한다.
이미 설명한 것처럼, 1차측 철심부(110c)와 2차측 철심부(120c)는 정해진 편차각(θ)만큼의 공간적 위상차를 갖도록 결합되므로, 1차측 철심부(110c)의 A축과 2차측 철심부(120c)의 a축은 편차각(θ)만큼 공간적 위상차를 갖고, 1차측 철심부(110c)의 B축과 2차측 철심부(120c)의 b축 역시 편차각(θ)만큼 공간적 위상차를 가지며, 1차측 철심부(110c)의 C축과 2차측 철심부(120c)의 c축 역시 편차각(θ)만큼 공간적 위상차를 갖는다.
이러한 3상 변압기의 다양한 예에 따라, 1차측 코일 철심(112a, 112b, 112c)과 2차측 코일 철심(122a, 122b, 122c)에 각각 형성되는 1차측 코일홈과 2차측 코일홈의 개수는 코일의 감김 방식에 따라 정해질 수 있다.
다시 도 5로 되돌아가서, 복수의 정류부(201-20n)는 각각 다이오드(diode)를 이용한 3상 전파 정류 브리지 회로로 이루어져 있고, 직렬 연결되어 있다.
이러한 각 정류부(201-20n)는 대응되는 3상 변압기(101-10n)로부터 인가되는 교류 전압인 제1 내지 제3 2차측 전압을 전파 정류하여 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 직류 전압으로 변환된 정류부(201-20n)의 출력 전압은 모두 합산되어 평활부(300)로 인가된다. 이때, 각 정류부(201-20n)에 의해 정류된 전압은 리플 성분이 포함된 직류 전압이다.
일반적으로, 하나의 변압기에서 출력되는 3상 교류 전압인 제1 내지 제3 2차측 전압을 하나의 정류부로 정류할 경우, 정류된 전압에 나타나는 리플 성분이 3상 교류 전압의 주파수의 6배 주파수로 나타나는 경우를 6[=6×n(n=1)] 스텝 정류기라 한다면, 서로 다른 크기의 위상차를 갖는 제1 내지 제3 2차측 전압을 각각 출력하는 두 개의 3상 변압기(예, 101, 102)와 이들 3상 변압기(101, 102)에 각각 연결된 두 개의 정류부(예, 201, 202)는 12[=6×n(n=2)] 스텝 정류기를 구성한다.
또한, 서로 다른 크기의 위상차를 갖는 제1 내지 제3 2차측 전압을 각각 출력하는 세 개의 3상 변압기(예, 101-103)와 이들 3상 변압기(101-103)에 각각 연결된 세 개의 정류부(예, 201-203)는 18[=6×n(n=3)] 스텝 정류기를 구성하며, 서로 다른 위상으로 제1 내지 제3 2차측 전압을 각각 출력하는 네 개의 3상 변압기(예, 101-104)와 이들 3상 변압기(101-104)에 각각 연결된 네 개의 정류부(예, 201-204)는 24[=6×n(n=4)] 스텝 정류기를 구성한다.
이런 식으로 서로 다른 크기의 시간적 위상차를 갖는 2차측 전압을 각각 출력하는 변압기의 개수(n)와 이들 변압기에 각각 연결된 정류부의 개수(n)에 따라 다단 정류기의 스텝 수가 정해지고, 이때, 스텝 수는 (6×n)에 의해 정해진다.
도 5에 도시한 다단 정류기는 (6×n) 스텝 정류기로서, 이때, 각 3상 변압기에서 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압 간의 시간적 위상차(θ)는
Figure PCTKR2018004881-appb-I000010
(여기서, k=1, 2, 3, …, n)가 된다.
따라서, 12(6×n=6×2) 스텝 정류기의 경우, 제1 및 제2 3상 변압기(101, 102)에서 출력되는 2차측 전압의 시간적 위상차는 30도이다. 이때, 30도 위상차의 의미는 하나의 3상 변압기(예, 101)에서 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압의 위상은 각각 0도, 120도, 240도인 경우, 다른 하나의 변압기(예, 102)에서 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압의 위상은 각각 30도, 150도, 270도가 되어 30도의 시간적 위상차가 발생함을 의미한다.
또한, 18(6×n=6×3) 스텝 정류기의 경우, 제1 및 제2 3상 변압기(101, 102)에서 출력되는 2차측 전압의 시간적 위상차는 20도이며, 24(6×n=6×4) 스텝 정류기의 경우, 제1 및 제2 3상 변압기(101, 102)에서 출력되는 2차측 전압의 시간적 위상차는 15도이다.
이와 같이 3상 변압기의 개수가 증가할수록 인접한 3상 변압기 간의 위상차의 크기는 감소하여 직렬 연결된 복수의 정류기(201-20n)에서 정류된 정류 전압의 리플 성분이 크게 줄어들어 정류 전압의 선형성은 증가하게 된다.
본 예의 경우, 위상차는 각 3상 변압기(101-10n)의 1차측 철심부(110a, 110c, 110c)와 2차측 철심부(120a, 120b, 120c) 간의 공간적 위상차(Φ)를 이용하여 조정하고, 1차측 철심부(110a, 110b, 110c)와 2차측 철심부(120a, 120b, 120c) 간의 공간적 위상차(Φ)는 서로 치합되는 1차측 위상 제어용 철심(112a, 112b, 112c)과 2차측 위상 제어용 철심(122a, 122b, 122c)의 요철부의 요철 개수를 변화시켜 용이하게 조정할 수 있다.
정류부(201-10n)의 정류 동작에 의해 정류되어 출력된 직류 전압은 인덕터(LDC)와 커패시터(CDC)로 이루어진 평활부(300)로 입력되어 직류 전압의 리플 성분이 제거된 후 출력 전압(VDC)으로 출력된다.
다음, 도 12을 참고로 하여, 1차측 코일과 2차측 코일 간의 공간적 위상차를 발생시켜 1차측 전압과 2차측 전압 간의 위상차(θ)의 크기를 조정하는 3상 변압기의 다른 실시예를 설명한다.
도 12을 참고로 하면, 3상 변압기는 가운데 빈 공간을 갖는 하나의 실린더 형태의 철심(100)을 구비한다.
철심(100)은 외측면에 일정한 간격으로 형성되어 있고 철심(100)의 높이 방향을 따라 외측면을 가로지르게 형성되어 있는 복수의 1차측 코일홈(H1011-H1013)과 내측면에 일정한 간격으로 형성되어 있고 철심(100)의 높이 방향을 따라 내측면을 가로지르게 형성되어 있는 복수의 2차측 코일홈(H1021-H1023)을 구비하고 있다.
이때, 1차측 코일홈(H1011-H1013)의 개수와 2차측 코일홈(H1021-H1023)의 개수는 서로 동일하며, 한 예로서, 1차측 코일홈(H1011-H1013)과 2차측 코일홈(H1021-H1023)의 개수는 3개로 각각 120도의 공간적 위상차(Φ)를 갖고 해당 외측면과 내측면에 위치하고 있다.
이때, 각 1차측 코일홈(H1011-H1013)은 각 해당 축(A, B, C)의 연장 선 상에 위치하며, 각 2차측 코일홈(H1021-H1023) 역시 각 해당 축(a, b, c)의 연장선 상에 위치한다.
본 예의 경우, 해당 상에 대한 1차측 전압과 2차측 전압의 시간적 위상차를 발생시키기 위해, 서로 대응하는 각 상을 위한 1차측 코일홈과 2차측 코일홈, 즉, 동일한 상에 대응하는 1차측 코일홈과 2차측 코일홈(H1011-H1021, H1012-H1022, H1013-H1023)은 원하는 크기의 공간적 위상차(θ), 즉 형성 간격을 갖는다.
따라서, 대응하는 1차측 코일홈과 2차측 코일홈 간의 공간적 위상차(θ)(즉, 형성 간격)의 크기에 따라 1차측 전압과 2차측 전압의 시간적 위상차가 정해지므로, 원하는 시간적 위상차를 고려하여 외측면에 형성되는 1차측 코일홈(H1011-H1013)의 위치와 내측면에 형성되는 2차측 코일홈(H1021-H1023)의 위치가 정해진다.
이때, 각 1차측 코일홈(H1011-H1013)에 감겨지는 해당 상을 위한 1차측 코일과 각 2차측 코일홈(H1021-H1023)에 감겨지는 해당 상을 위한 2차측 코일의 감김 방식은, 도 8 및 도 9에 도시한 것처럼 단절-집중권 방식으로 행해질 수 있다.
이로 인해, 단절-집중권 방식으로 1차측 코일과 2차측 코일의 체결이 이루어질 경우, 도 9에 도시한 것과 같이, 각 1차측 코일홈(H1011-H1013)과 각 2차측 코일홈(H1021-H1023)에는 서로 다른 위상의 1차측 코일과 2차측 코일이 각각 두 개씩 위치하게 된다.
이때, 각 해당 코일은 해당 코일홈(H1011-H1013, H1021-H1023)에 삽입되어 감겨지므로, 해당 코일이 자신의 홈 외부로 이탈되거나 위치 변화가 발생할 확률이 적어 각 해당 코일은 안정적으로 해당 코일홈(H1011-H1013, H1021-H1023) 내에 위치하게 된다.
도 13에 도시한 것처럼, 원하는 시간적 위상차에 맞게 철심(100)의 외측면과 내측면에 서로 대응되는 1차측 코일홈(H1011-H1013)과 2차측 코일홈(H1021-H1023) 간의 공간적 위상차를 갖도록 1차측 코일홈(H1011-H1013)과 해당 2차측 코일홈(H1021-H1023)을 형성하므로, 공간적 위상차를 형성하기 위한 1차측 위상 제어용 철심과 2차측 위상 제어용 철심이 생략된다.
이로 인해, 철심(100)의 구조가 간단해지므로, 3상 변압기의 제조 비용이 절감되며 구조가 단순화되는 효과가 있다.
또한, 1차측 및 2차측 위상 제어용 철심이 존재하지 않아 해당 코일홈(H1011-H1013, H1021-H1023)에 감겨지는 1차측 코일과 2차측 코일이 외부로 노출되므로, 동작 중 1차측 코일과 2차측 코일에서 발생하는 열의 발산 효과가 향상되어 3상 변압기의 동작의 신뢰성이 향상되며 3상 변압기의 수명이 연장된다.
이러한 본 예의 3상 변압기를 구비한 다단 정류기는 사용되는 3상 변압기가 도 13에 도시한 3상 변압기인 것을 제외하면 도 5와 도 11에 도시한 구조와 동일하므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명은 1차측 철심과 2차측 철심간의 공간적 위상차를 이용해 시간적 위상차를 갖는 3상 교류 전압을 출력하는 3상 변압기를 이용하여 다단 정류기의 설계에 이용 가능하다.

Claims (17)

  1. 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 1차측 전압이 각각 인가되는 제1 내지 제3 1차측 코일,
    상기 제1 내지 제3 1차측 전압에 대응하는 상기 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 2차측 전압이 각각 유기되어 출력되는 제1 내지 제3 2차측 코일,
    상기 제1 내지 제3 1차측 코일이 체결되는 복수의 1차측 코일홈을 내측면에 구비하고 있는 1차측 코일 철심,
    상기 1차측 코일 철심과 체결되고, 내측면에 공간적 위상차를 조정하는 복수의 요부와 철부를 구비한 1차측 위상 제어용 철심,
    상기 제1 내지 제3 2차측 코일이 체결되는 복수의 2차측 코일홈을 외측면에 구비하고 있는 2차측 코일 철심, 그리고
    상기 2차측 코일 철심 및 상기 1차측 위상 제어용 철심과 체결되고, 외측면에 상기 1차측 위상 제어 철심의 상기 요부와 철부에 결합되어 공간적 위상차를 조정하는 복수의 요부와 철부를 구비한 2차측 위상 제어용 철심
    을 포함하고,
    서로 대응하는 제1 1차측 코일과 제1 2차측 코일, 서로 대응하는 제2 1차측 코일과 제2 2차측 코일, 및 서로 대응하는 제3 1차측 코일과 제3 2차측 코일은 상기 1차측 위상 제어용 철심의 요부와 철부 그리고 상기 2차측 위상 제어용 철심의 요부와 철부를 이용한 요철 결합 시 치합되는 요철의 개수에 해당하는 크기의 공간적 위상차를 갖고 있고,
    상기 공간적 위상차에 따라, 제1 1차측 코일로 인가되는 제1 1차측 전압과 제1 2차측 코일로 인가되는 제1 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기, 제2 1차측 코일로 인가되는 제2 1차측 전압과 제2 2차측 코일로 인가되는 제2 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기 및 제3 1차측 코일로 인가되는 제3 1차측 전압과 제3 2차측 코일로 인가되는 제3 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기가 각각 정해지는
    3상 변압기.
  2. 제1항에서,
    상기 1차측 코일 철심에 구비된 복수의 1차측 코일홈 중 적어도 하나와 상기 2차측 코일 철심에 구비된 복수의 2차측 코일홈 중 적어도 하나는 제1축, 제2축 및 제3 축을 따라서 형성되고,
    상기 제1 내지 제3 2차측 코일에서 각각 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압의 시간적 위상차의 크기는 상기 1차측 코일 철심의 상기 제1 내지 제3 축과 상기 2차측 코일 철심의 상기 제1 내지 제3 축 중 서로 대응되는 축간의 이격 간격을 단위각의 정수배만큼 변화시켜 정해지고,
    상기 단위각은 상기 1차측 위상 제어용 철심에 형성된 철부의 형성 간격이나 상기 2차측 위상 제어용 철심에 형성되는 요부의 형성 간격인
    3상 변압기.
  3. 제1항에서,
    상기 1차측 코일 철심에 형성되는 상기 복수의 1차측 코일홈과 상기 2차측 코일 철심에 형성되는 상기 복수의 1차측 코일홈의 개수는 상기 1차측 코일과 상기 2차측 코일의 감김 방식에 따라 정해지는 3상 변압기.
  4. 제2항에서,
    상기 1차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축의 연장선과 상기 2차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축의 연장선은 각각 상기 1차측 위상 제어용 철심의 철부의 측면 및 상기 2차측 위상 제어용 철심의 철부의 측면과 일직선 상에 위치하는 3상 변압기.
  5. 제2항에서,
    상기 1차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축은 120도 공간적 위상차를 갖고, 상기 2차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축은 120도 공간적 위상차를 갖는 3상 변압기.
  6. 제1항에서,
    상기 1차측 위상 제어용 철심은 외측면에 상기 복수의 1차측 코일홈에 삽입되는 1차측 위치 한정 돌기를 더 포함하고,
    상기 2차측 위상 제어용 철심은 내측면에 상기 복수의 2차측 코일홈에 삽입되는 2차측 위치 한정 돌기를 더 포함하는
    3상 변압기.
  7. 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 1차측 전압이 각각 인가되는 제1 내지 제3 1차측 코일,
    상기 제1 내지 제3 1차측 전압에 대응하는 상기 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 2차측 전압이 각각 유기되어 출력되는 제1 내지 제3 2차측 코일, 그리고
    가운데 빈 공간을 구비하고 있고, 외측면에 상기 제1 내지 제3 1차측 코일이 체결되는 복수의 1차측 코일홈을 구비하고 있고, 내측면에 상기 제1 내지 제3 2차측 코일이 체결되는 복수의 2차측 코일홈을 구비하고 있는 철심
    을 포함하고 있는 3상 변압기.
  8. 제7항에서,
    상기 복수의 1차측 코일홈과 상기 복수의 2차측 코일홈에서, 동일한 상의 1차측 코일과 2차측 코일이 각각 위치하는 서로 대응되는 1차측 코일홈과 2차측 코일홈은 정해진 각도의 공간적 위상차를 갖는 3상 변압기.
  9. 제1 내지 제3 1차측 코일에 제1상 내지 제3상 교류 입력 전압이 제1 내지 제3 1차측 전압으로 인가되고 제1 내지 제3 2차측 코일에서 제1 내지 제3 2차측 전압이 유기되어 생성되는 적어도 하나의 3상 변압기, 그리고
    상기 적어도 하나의 3상 변압기에 연결되어 있고, 상기 적어도 하나의 3상 변압기에서 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압을 전파 정류하는 적어도 하나의 정류부
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 3상 변압기는,
    제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 1차측 전압이 각각 인가되는 제1 내지 제3 1차측 코일,
    상기 제1 내지 제3 1차측 전압에 대응하는 상기 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 2차측 전압이 각각 유기되어 출력되는 제1 내지 제3 2차측 코일,
    상기 제1 내지 제3 1차측 코일이 체결되는 복수의 1차측 코일홈을 내측면에 구비하고 있는 1차측 코일 철심,
    상기 1차측 코일 철심과 체결되고, 내측면에 공간적 위상차를 조정하는 복수의 요부와 철부를 구비한 1차측 위상 제어용 철심,
    상기 제1 내지 제3 2차측 코일이 체결되는 복수의 2차측 코일홈을 외측면에 구비하고 있는 2차측 코일 철심, 그리고
    상기 2차측 코일 철심 및 상기 1차측 위상 제어용 철심과 체결되고, 외측면에 상기 1차측 위상 제어 철심의 상기 요부와 철부에 결합되어 공간적 위상차를 조정하는 복수의 요부와 철부를 구비한 2차측 위상 제어용 철심
    을 포함하고,
    서로 대응하는 제1 1차측 코일과 제1 2차측 코일, 서로 대응하는 제2 1차측 코일과 제2 2차측 코일, 및 서로 대응하는 제3 1차측 코일과 제3 2차측 코일은 상기 1차측 위상 제어용 철심의 요부와 철부 그리고 상기 2차측 위상 제어용 철심의 요부와 철부를 이용한 요철 결합 시 치합되는 요철의 개수에 해당하는 크기의 공간적 위상차를 갖고 있고,
    상기 공간적 위상차에 따라, 제1 1차측 코일로 인가되는 제1 1차측 전압과 제1 2차측 코일로 인가되는 제1 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기, 제2 1차측 코일로 인가되는 제2 1차측 전압과 제2 2차측 코일로 인가되는 제2 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기 및 제3 1차측 코일로 인가되는 제3 1차측 전압과 제3 2차측 코일로 인가되는 제3 2차측 전압 사이에 발생하는 시간적 위상차의 크기가 각각 정해지는
    다단 정류기.
  10. 제9항에서,
    상기 1차측 코일 철심에 구비된 복수의 1차측 코일홈 중 적어도 하나와 상기 2차측 코일 철심에 구비된 복수의 2차측 코일홈 중 적어도 하나는 제1축, 제2축 및 제3 축을 따라서 형성되고,
    상기 제1 내지 제3 2차측 코일에서 각각 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압의 시간적 위상차의 크기는 상기 1차측 코일 철심의 상기 제1 내지 제3 축과 상기 2차측 코일 철심의 상기 제1 내지 제3 축 중 서로 대응되는 축간의 이격 간격을 단위각의 정수배만큼 변화시켜 정해지고,
    상기 단위각은 상기 1차측 위상 제어용 철심에 형성된 철부의 형성 간격이나 상기 2차측 위상 제어용 철심에 형성되는 요부의 형성 간격인
    다단 정류기.
  11. 제10항에서,
    상기 1차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축의 연장선과 상기 2차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축의 연장선은 각각 상기 1차측 위상 제어용 철심의 철부의 측면 및 상기 2차측 위상 제어용 철심의 철부의 측면과 일직선 상에 위치하는 다단 정류기.
  12. 제10항에서,
    상기 1차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축은 120도 공간적 위상차를 갖고, 상기 2차측 코일 철심의 제1 축, 제2 축 및 제3 축은 120도 공간적 위상차를 갖는 다단 정류기.
  13. 제9항에서,
    상기 1차측 코일 철심에 형성되는 상기 복수의 1차측 코일홈과 상기 2차측 코일 철심에 형성되는 상기 복수의 1차측 코일홈의 개수는 상기 1차측 코일과 상기 2차측 코일의 감김 방식에 따라 정해지는 다단 정류기.
  14. 제9항에서,
    상기 1차측 위상 제어용 철심은 외측면에 상기 복수의 1차측 코일홈에 삽입되는 1차측 위치 한정 돌기를 더 포함하고,
    상기 2차측 위상 제어용 철심은 내측면에 상기 복수의 2차측 코일홈에 삽입되는 2차측 위치 한정 돌기를 더 포함하는
    다단 정류기.
  15. 제9항에서,
    상기 적어도 하나의 3상 변압기는,
    제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 1차측 전압이 각각 인가되는 제1 내지 제3 1차측 코일,
    상기 제1 내지 제3 1차측 전압에 대응하는 상기 제1 상 내지 제3 상에 대한 제1 내지 제3 2차측 전압이 각각 유기되어 출력되는 제1 내지 제3 2차측 코일, 그리고
    가운데 빈 공간을 구비하고 있고, 외측면에 상기 제1 내지 제3 1차측 코일이 체결되는 복수의 1차측 코일홈을 구비하고 있고, 내측면에 상기 제1 내지 제3 2차측 코일이 체결되는 복수의 2차측 코일홈을 구비하고 있는 철심
    을 포함하고 있는 다단 정류기.
  16. 제15항에서,
    상기 복수의 1차측 코일홈과 상기 복수의 2차측 코일홈에서, 동일한 상의 1차측 코일과 2차측 코일이 각각 위치하는 서로 대응되는 1차측 코일홈과 2차측 코일홈은 정해진 각도의 공간적 위상차를 갖는 다단 정류기.
  17. 제9항에서,
    상기 적어도 하나의 변압기가 n개인 경우, 각 변압기에서 출력되는 제1 내지 제3 2차측 전압 간의 시간적 위상차는
    Figure PCTKR2018004881-appb-I000011
    (여기서, k=1, 2, 3, …, n)인 다단 정류기.
PCT/KR2018/004881 2017-04-26 2018-04-26 3상 변압기 및 이를 이용한 다단 정류기 WO2018199666A1 (ko)

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