KR101701940B1 - 인덕터 기능을 갖는 3상 변압기 - Google Patents

인덕터 기능을 갖는 3상 변압기 Download PDF

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Abstract

인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기가 개시된다. 인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기는 EI 코어 형상을 가지는 1차 코어부; 상기 1차 코어부와 서로 마주보도록 평행하게 배치되고 EI 코어 형상을 가지는 2차 코어부; 상기 1차 코어부의 제1 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치된 제1 코일부; 상기 1차 코어부의 중앙 다리를 감싸는 형태로 배치된 제2 코일부; 상기 1차 코어부의 제2 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치된 제3 코일부; 상기 제1 코일부와 상기 2차 코어부의 제1 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치된 제4 코일부; 상기 제2 코일부와 상기 2차 코어부의 중앙 다리를 감싸는 형태로 배치된 제5 코일부; 및 상기 제3 코일부와 상기 2차 코어부의 제2 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치된 제6 코일부를 포함한다.

Description

인덕터 기능을 갖는 3상 변압기{THREE PHASE TRANSFORMER WHICH CAN FUNCTION AS INDUCTOR}
본 발명은 3상 변압기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기에 관한 것이다.
변압기는 전자기 유도 현상을 이용하여 교류 전압의 크기를 변환하는 장치이다. 주로 코일과 자성체의 코어로 구성되고 코일이 자성체의 코어에 감아 붙은 상태로 되어 있다. 코어의 양쪽에 코일을 감은 후, 한쪽 전원에서 공급되는 전류가 시간에 따라 변하면 자기장의 크기도 같이 변한다. 이때, 코어를 통해 자기장이 전달되어 반대편 코일을 통과하는 자기장의 세기도 시간에 따라 변한다. 반대편 코일에는 전자기 유도현상으로 인해 유도 기전력이 생기고 유도 전류가 흘러 교류 전류가 유도된다. 이 경우 코일의 권선비에 따라 전압의 크기를 변환할 수 있다. 또한 변압기는 전압의 1차측(입력측) 코일과 2차측(출력측) 코일이 연결되지 않고 전자 유도에 의해서 전력을 전달하기 때문에 변압기는 절연 역할도 수행한다.
기존의 변압기를 포함하는 전력변환 장치의 경우에는 일반적으로 회로의 구조상 전력변환 장치 내부에 인덕터가 필요하기 때문에 전압변환을 위한 변압기와 인덕터가 각각 설치됨으로써 전력변환 장치의 자체의 부피가 커지게 되고, 무게가 무겁다는 문제점이 있다.
이에 본 발명자는 인덕터를 별도로 설치하지 않고서도, 인덕터의 기능을 발휘할 수 있는 변압기를 개발하기에 이르렀다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전압변환이 가능하면서도 동시에 인덕터의 기능을 수행할 수 있는 3상 변압기를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기는 EI 코어 형상을 가지는 1차 코어부; 상기 1차 코어부와 서로 마주보도록 평행하게 배치되고 EI 코어 형상을 가지는 2차 코어부; 상기 1차 코어부의 제1 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치된 제1 코일부; 상기 1차 코어부의 중앙 다리를 감싸는 형태로 배치된 제2 코일부; 상기 1차 코어부의 제2 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치된 제3 코일부; 상기 제1 코일부와 상기 2차 코어부의 제1 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치된 제4 코일부; 상기 제2 코일부와 상기 2차 코어부의 중앙 다리를 감싸는 형태로 배치된 제5 코일부; 및 상기 제3 코일부와 상기 2차 코어부의 제2 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치된 제6 코일부를 포함할 수 있다.
변압기에 사용되는 코어의 형상은 도너츠형, 도너츠형은 아니지만 연결고리가 없는 환상으로 단면이 원형에 가까운 것, E 글자와 I 글자가 1조가 된 형상을 가지는`EI`코어 등이 있으며, 본 발명의 1차 코어부 및 2차 코어부는 EI 코어의 형상을 가진다.
1차 코어부는 서로 동일한 형상의 세개의 다리를 가질 수 있고, 좌측에 위치한 다리를 제1 바깥쪽 다리, 가운데 위치한 다리를 중앙 다리, 우측에 위치한 다리를 제2 바깥쪽 다리로 칭하기로 한다. 이러한 지칭방식은 2차 코어부에 동일하게 적용된다.
하나의 실시예로 상기 제1 코일부 내지 상기 제3 코일부는 각각 R상, S상 및 T상 중에서 선택된 서로 다른 하나의 상을 가지며, 상기 제1 코일부와 상기 제1 코일부, 상기 제2 코일부와 상기 제5 코일부 및 상기 제 3코일부와 상기 제6 코일부는 각각 서로 동일한 상을 가질 수 있다.
상기와 같은 본 발명은 전압변환이 가능함은 물론 인덕터의 기능도 동시에 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 기존의 전력변환 장치의 구비되는 인덕터를 제거할 수 있어 전력변환 장치의 부피와 무게를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 전력변환 장치의 인덕터를 제거할 수 있으므로 전력변환 장치를 설치하기 위한 공간 및 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기의 사시도이다.
도 2는 도 1의 1차 코어부 및 2차 코어부를 투명하게 표시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기의 저면도이다.
도 4는 도 3의 1차 코어부 및 2차 코어부를 투명하게 표시한 저면도이다.
본 발명은 국토부와 국토교통과학기술진흥원의 "철도기술연구사업"의 지원을 받아 수행된 연구결과이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기의 사시도이고, 도 2는 도 1의 1차 코어부 및 2차 코어부를 투명하게 표시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기의 저면도이고, 도 4는 도 3의 1차 코어부 및 2차 코어부를 투명하게 표시한 저면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기(1000)는 1차 코어부(100), 제1 코일부(110), 제2 코일부(120), 제3 코일부(130), 2차 코어부(200), 제4 코일부(210), 제5 코일부(220) 및 제6 코일부(230)를 포함할 수 있다.
1차 코어부(100) 및 2차 코어부(200)는 각각 EI 코어 형상을 가질 수 있고, 서로 동일한 형상 및 사이즈를 가질 수 있다. 또한 1차 코어부(100)와 2차 코어부(200)는 평행하게 배치될 수 있다. 일 예로 1차 코어부(100)와 서로 마주보도록 평행하게 배치될 수 있다.
제1 코일부(110)는 1차 코어부(100)의 제1 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치될 수 있다. 일 예로 제1 코일부(110)는 전도성 코일로 이루어질 수 있다. 전도성 코일을 1차 코어부(100)의 제1 바깥쪽 다리에 복수회 와인딩하여 제1 코일부(110)를 형성할 수 있다. 일 예로 제1 코일부(110)는 중공이 형성된 사각기둥 형상을 가질 수 있고, 사각 기둥 각각의 모서리는 라운드처리된 형상을 가질 수 있다.
제2 코일부(120)는 1차 코어부(100)의 중앙 다리를 감싸는 형태로 배치될 수 있다. 일 예로 제2 코일부(120)는 전도성 코일로 이루어질 수 있다. 전도성 코일을 1차 코어부(100)의 중앙 다리에 복수회 와인딩하여 제2 코일부(120)를 형성할 수 있다. 일 예로 제2 코일부(120)는 중공이 형성된 사각기둥 형상을 가질 수 있고, 사각 기둥 각각의 모서리는 라운드처리된 형상을 가질 수 있다.
제3 코일부(130)는 1차 코어부(100)의 제2 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치될 수 있다. 일 예로 제3 코일부(130)는 전도성 코일로 이루어질 수 있다. 전도성 코일을 1차 코어부(100)의 제2 바깥쪽 다리에 복수회 와인딩하여 제3 코일부(130)를 형성할 수 있다. 일 예로 제3 코일부(130)는 중공이 형성된 사각기둥 형상을 가질 수 있고, 사각 기둥 각각의 모서리는 라운드처리된 형상을 가질 수 있다.
제1 코일부(110), 제2 코일부(120) 및 제3 코일부(130)에 전도성 코일이 와인딩된 횟수는 서로 동일할 수 있다. 또한 제1 코일부(110) 내지 상기 제3 코일부(130)는 각각 R상, S상 및 T상 중에서 선택된 서로 다른 하나의 상을 가질 수 있다.
제4 코일부(210)는 제1 코일부(110)와 2차 코어부(200)의 제1 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치될 수 있다. 일 예로 제4 코일부(210)는 전도성 코일로 이루어질 수 있고, 제1 코일부(110)와 동일한 상을 가질 수 있다. 전도성 코일을 제1 코일부(110) 및 2차 코어부(200)의 제1 바깥쪽 다리에 복수회 와인딩하여 제4 코일부(110)를 형성할 수 있다.
제5 코일부(220)는 제2 코일부(120)와 2차 코어부(200)의 중앙 다리를 감싸는 형태로 배치될 수 있다. 일 예로 제5 코일부(220)는 전도성 코일로 이루어질 수 있고, 제2 코일부(120)와 동일한 상을 가질 수 있다. 전도성 코일을 제2 코일부(120) 및 2차 코어부(200)의 중앙 다리에 복수회 와인딩하여 제5 코일부(220)를 형성할 수 있다.
제6 코일부(230)는 제3 코일부(130)와 2차 코어부(200)의 제2 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치될 수 있다. 일 예로 제6 코일부(230)는 전도성 코일로 이루어질 수 있고, 제3 코일부(130)와 동일한 상을 가질 수 있다. 전도성 코일을 제3 코일부(130) 및 2차 코어부(200)의 제2 바깥쪽 다리에 복수회 와인딩하여 제6 코일부(230)를 형성할 수 있다.
제4 코일부(210), 제5 코일부(220) 및 제6 코일부(230)에 전도성 코일이 와인딩된 횟수는 서로 동일할 수 있다.
제1 코일부(110)에 형성되는 자속(
Figure 112015051451589-pat00001
)과 제1 코일부(110)에 전도성 코일이 와인딩된 횟수(
Figure 112015051451589-pat00002
)을 이용하여 1차측 전압(
Figure 112015051451589-pat00003
)을 구하면 아래 [수학식 1]과 같다.
Figure 112015051451589-pat00004
제1 코일부(110)와 유도결합하는 제4 코일부(210)에 형성되는 자속(
Figure 112015051451589-pat00005
)과 제4 코일부(210)에 전도성 코일이 와인딩된 횟수(
Figure 112015051451589-pat00006
)을 이용하여 2차측 전압(
Figure 112015051451589-pat00007
)을 구하면 아래 [수학식 2] 및 [수학식 3]과 같다.
Figure 112015051451589-pat00008
Figure 112015051451589-pat00009
상기 [수학식 1] 및 [수학식 3]을 이용하여 식을 정리하면 아래 [수학식 4]와 같다.
Figure 112015051451589-pat00010
[수학식 4]의 우변 첫 번째 항은 변압기의 전압식과 동일하고, [수학식 4]의 우변 두 번째 항은 인덕터의 전압공식과 동일하다. 이를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기(1000)는 인덕터의 기능을 수행할 수 있음을 확인할 수 있다.
변압기에 사용되는 코어 1개와 코일 2개, 인덕터에 사용되는 코어 1개와 코일 1개 즉, 총 코어 2개와 코일 3개가 사용되는 기존의 전력변환 장치 구조에 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기(1000)를 적용하는 경우에는 인덕터 제거할 수 있으므로 기존과 동일한 기능을 발휘하면서도 전력변환 장치의 부피 및 공간을 줄여 줄 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1000: 인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기 100: 1차 코어부
110: 제1 코일부 120: 제2 코일부
130: 제3 코일부 200: 2차 코어부
210: 제4 코일부 220: 제5 코일부
230: 제6 코일부

Claims (2)

  1. EI 코어 형상을 가지는 1차 코어부;
    상기 1차 코어부와 서로 마주보도록 평행하게 배치되고 EI 코어 형상을 가지는 2차 코어부;
    상기 1차 코어부의 제1 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치된 제1 코일부;
    상기 1차 코어부의 중앙 다리를 감싸는 형태로 배치된 제2 코일부;
    상기 1차 코어부의 제2 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치된 제3 코일부;
    상기 제1 코일부와 상기 2차 코어부의 제1 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치된 제4 코일부;
    상기 제2 코일부와 상기 2차 코어부의 중앙 다리를 감싸는 형태로 배치된 제5 코일부; 및
    상기 제3 코일부와 상기 2차 코어부의 제2 바깥쪽 다리를 감싸는 형태로 배치된 제6 코일부를 포함하는, 인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일부 내지 상기 제3 코일부는 각각 R상, S상 및 T상 중에서 선택된 서로 다른 하나의 상을 가지며,
    상기 제1 코일부와 상기 제4 코일부, 상기 제2 코일부와 상기 제5 코일부 및 상기 제 3코일부와 상기 제6 코일부는 각각 서로 동일한 상을 가지는, 인덕터의 기능을 갖는 3상 변압기.
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