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KR100748409B1 - 비접촉 변압기 - Google Patents

비접촉 변압기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 1차측과 2차측에 제 1 공진 수단 및 제 2 공진 수단을 더 연결하여 구성함으로써 누설 인덕턴스를 저감시키는 비접촉 변압기에 관한 것이다.
이를 위해, 1차측 권선 저항(11)과 상기 권선 저항(11)에 직렬로 연결된 1차측 누설 인덕턴스(12) 및 1차측 상호 인덕턴스(13)를 포함하는 1차측 변압기(10); 및 1차측 변압기와 자기적으로 비접촉 연결되어, 2차측 권선 저항(21)과 상기 권선 저항(21)에 직렬로 연결된 2차측 누설 인덕턴스(22) 및 2차측 상호 인덕턴스(23)를 포함하는 2차측 변압기(20)로 구성된 비접촉 변압기에 있어서, 상기 제 1 변압기(10)는 상기 1차측 누설 인덕턴스(12)를 상쇄시키는 제 1 공진 수단을 포함하여 구성되고, 상기 제 2 변압기(20)는 상기 2차측 누설 인덕턴스(22)를 상쇄시키는 제 2 공진 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 변압기를 제공한다.
비접촉 변압기, 누설 인덕턴스, 공진 수단

Description

비접촉 변압기{Non-contact transformer}
도 1은 종래의 비접촉 변압기를 사용한 전원 공급 시스템에서 비접촉 변압기의 등가 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따라 비접촉 변압기의 등가 회로에 커패시터를 더 포함하는 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따라 비접촉 변압기의 등가 회로에 커패시터를 더 포함한 회로의 등가 회로도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 제 1 변압기 20 : 제 2 변압기
11 : 제 1 권선 저항 21 : 제 2 권선 저항
12 : 제 1 누설 인덕턴스 22 : 제 2 누설 인덕턴스
13 : 제 1 상호 인덕턴스 23 : 제 2 상호 인덕턴스
14 : 제 1 공진 커패시터 24 : 제 2 공진 커패시터
본 발명은 비접촉 변압기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 1차측과 2차측에 제 1 공진 수단 및 제 2 공진 수단을 더 연결하여 구성함으로써 누설 인덕턴스를 저감시키는 비접촉 변압기에 관한 것이다.
일반적으로, 직선왕복운동을 하는 비접촉 변압기는 긴 1차측 트랙과 이동체인 2차측 커플러로 구성되는 데 특히 1차측에 많은 누설 인덕턴스가 존재하고 동시에 비접촉을 유지하기 위하여 큰 공극을 가진 커플러를 사용함으로써 낮은 결합계수에 의한 누설 인던턴스가 1차측과 2차측 모두에 존재한다.
따라서 2차측에 원하는 전원을 전달하기 위하여 1차측에서 높은 전압으로 전원을 공급하거나, 또는 큰 전류로 전원을 공급해야지만 상기 목적이 달성되지만 비접촉 변압기를 사용하는 전원 공급 시스템에 상기 방식을 사용하기에는 여러 가지 문제점들이 있다.
즉, 비접촉 변압기를 사용한 전원 공급 시스템에서 높은 전원을 공급하기 위하여는 1차측과 2차측 양측에 전력변환장치를 구비하여 1차측에서는 직렬 구조의 공진회로를 구성하여 2차측에 고주파 전원을 공급하고 2차측에서는 다시 1차측에 2차측의 출력 전압을 전달하거나, 2차측에 출력 전압을 조절하는 전력변환장치를 구비하여 전원을 공급하여야만 한다.
그러나 상기한 방식은 시스템의 복잡함에 의하여 이상동작을 발생시키고 부하 변동에 의하여 출력 전압의 변동폭이 커서 안정된 출력 특성을 유지하기 위해서는 또 다른 추가의 구성요소를 요구하여 전체 시스템의 단가가 상승하는 문제점이 있다.
상기 비접촉 변압기를 사용한 전원 공급 시스템의 문제점들에 대한 근본적인 원인이 결국 트랙과 커플러에 존재하는 누설 인덕턴스에 있으므로, 이러한 누설 인덕턴스를 제거하는 것이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 1차측과 2차측에 제 1 공진 수단 및 제 2 공진 수단을 더 연결하여 구성함으로써 트랙과 커플러에 존재하는 누설 인덕턴스를 저감시켜, 종래 비접촉 변압기의 근본적인 문제점을 해결하고 전체 비접촉 변압기의 트랙의 결합계수를 개선하여 에너지 전달효율을 높이고, 또한 출력 전압의 품질을 향상시키는 비접촉 변압기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 공진 수단으로서 커패시터를 1차측과 2차측 변압기에 각각 직렬로 연결하여 구성하는 비접촉 변압기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 1차측 권선 저항(11)과 상기 권선 저항(11)에 직렬로 연결된 1차측 누설 인덕턴스(12) 및 1차측 상호 인덕턴스(13)를 포함하는 1차측 변압기(10); 및 1차측 변압기와 자기적으로 비접촉 연결되어, 2차측 권선 저항(21)과 상기 권선 저항(21)에 직렬로 연결된 2차측 누설 인덕턴스(22) 및 2차측 상호 인덕턴스(23)를 포함하는 2차측 변압기(20)로 구성된 비접촉 변압기 에 있어서, 상기 제 1 변압기(10)는 상기 1차측 누설 인덕턴스(12)를 상쇄시키는 제 1 공진 수단을 포함하여 구성되고, 상기 제 2 변압기(20)는 상기 2차측 누설 인덕턴스(22)를 상쇄시키는 제 2 공진 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예로서, 상기 제 1 공진 수단은 상기 1차측 변압기(10)에 직렬로 연결되어 상기 1차측 누설 인덕턴스(12)와 공진을 발생시켜 상기 1차측 누설 인덕턴스(12)를 상쇄시키는 1차측 공진 커패시터(14)로 구성되고, 상기 제 2 공진 수단은 상기 2차측 변압기(20)에 직렬로 연결되어 상기 2차측 누설 인덕턴스(22)와 공진을 발생시켜 상기 2차측 누설 인덕턴스(22)를 상쇄시키는 2차측 공진 커패시터(24)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 비접촉 변압기를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하기로 한다.
첨부한 도 1은 종래의 비접촉 변압기를 사용한 전원 공급 시스템에서 비접촉 변압기의 등가 회로도이며, 도 2는 본 발명에 따른 비접촉 변압기의 등가 회로에 커패시터를 더 포함한 회로도이며, 도 3은 본 발명에 따른 비접촉 변압기의 등가 회로에 커패시터를 더 포함한 회로의 등가 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 비접촉 변압기의 등가 회로는 제 1 변압기(1차측 변압기)(10)와 제 2 변압기(2차측 변압기)(20)로 구성되며, 제 1 변압기(10)는 제 1 권선 저항(1차측 권선 저항)(11), 제 1 누설 인덕턴스(1차측 누설 인덕턴스)(12) 및 제 1 상호 인덕턴스(1차측 상호 인덕턴스에 해당한다)(13)를 포함하고 제 2 변압기(20)는 제 2 권선 저항(21), 제 2 누설 인덕턴스(2차측 누설 인덕턴스)(22) 및 제 2 상호 인덕턴스(2차측 상호 인덕턴스)(23)를 포함한다.
여기서 상기 권선 저항(11,12)은 변압기(10,20)의 전체 권선 저항을 의미하며, 상기 누설 인덕턴스(12,22)는 변압기(10,20)의 전체 누설 인덕턴스를 의미하며, 상기 상호 인덕턴스(13,23)는 변압기(10,20)의 전체 상호 인덕턴스를 의미한다.
또한 제 1 누설 인덕턴스(12)와 제 2 누설 인덕턴스(22)는 비접촉 변압기를 사용한 전원 공급 시스템의 트랙과 커플러에서 발생하는 누설 인덕턴스에 해당한다.
상술한 바와 같이, 상기 누설 인덕턴스(12,22)가 비접촉 변압기를 사용한 전원 공급 시스템에서 이상 동작을 발생시키고 추가 구성요소를 요구함으로써 단가를 상승시키는 원인이 된다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 비접촉 변압기는 상기 비접촉 변압기의 1차측과 2차측에 제 1 공진 수단 및 제 2 공진 수단을 더 포함하여 구성한다. 여기서 상기 공진 수단은 커패시터로 구성되는 것이 바람직하며 하기에서 상세하게 살펴본다.
상기 비접촉 변압기의 등가 회로는 제 1 권선 저항(11)과 상기 권선 저항(11)에 직렬로 연결된 제 1 누설 인덕턴스(12) 및 제 1 상호 인덕턴스(13)를 포함 하는 제 1 변압기(10) 및 제 1 변압기와 자기적으로 비접촉 연결되어, 제 2 권선 저항(21)과 상기 권선 저항(21)에 직렬로 연결된 제 2 누설 인덕턴스(22) 및 제 2 상호 인덕턴스(23)를 포함하는 제 2 변압기(20)로 구성되되, 상기 제 1 누설 인덕턴스(12)를 상쇄시키는 공진 수단 및 상기 제 2 누설 인덕턴스(22)를 상쇄시키는 공진 수단을 포함하여 구성된다.
상기 공진 수단은 상기 제 1 변압기(10)에 직렬로 연결되어 상기 제 1 누설 인덕턴스(12)와 공진을 발생시켜 상기 제 1 누설 인덕턴스(12)를 상쇄시키는 제 1 공진 커패시터(1차측 공진 커패시터)(14) 및 상기 제 2 변압기(20)에 직렬로 연결되어 상기 제 2 누설 인덕턴스(22)와 공진을 발생시켜 상기 제 2 누설 인덕턴스(22)를 상쇄시키는 제 2 공진 커패시터(2차측 공진 커패시터)(24)로 구성된다.
도 3을 참조하면, 상기 비접촉 변압기에 공진 수단인 제 1공진 커패시터 및 제 2 공진 커패시터(14,24)를 더 포함하여 구성한 비접촉 변압기의 등가 회로도이다.
상기 제 1 변압기(10)는 제 1 권선 저항(11) 및 제 1 상호 인덕턴스(13)만으로 구성되고, 마찬가지로 상기 제 2 변압기(20)는 제 2 권선 저항(21) 및 제 2 상호 인덕턴스(23)만으로 구성된다.
결국, 비접촉 변압기에 공진 커패시터(14,24)를 더 포함하여 상기 누설 인덕턴스(12,22)를 상쇄시키는 공진회로를 구성함으로써 이상 변압기의 형태를 구비하게된다.
이하 본 발명에 따른 비접촉 변압기의 작용 및 효과에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 제 1 변압기(10)의 제 1 누설 인덕턴스(12)를 상쇄시키기 위하여 1차측에 직렬로 제 1 공진 커패시터(14)를 더 연결함으로써 회로 상으로 직렬 공진을 발생시킨다. 이렇게 직렬 공진이 발생하면 1차측의 누설 인덕턴스(12)가 상쇄되는 것이다.
마찬가지로, 제 1 변압기(20)의 제 2 누설 인덕턴스(22)를 상쇄시키기 위하여 1차측에 직렬로 제 2 공진 커패시터(24)를 더 연결함으로써 회로 상으로 직렬 공진을 발생시킨다. 이렇게 직렬 공진이 발생하면 2차측의 누설 인덕턴스(22)가 상쇄되는 것이다.
도 3을 참조하면, 1차측과 2차측에 공진 커패시터(14,24)를 직렬로 더 연결함으로써 전체 비접촉 변압기는 권선 저항(11,21)과 상호 인덕턴스(13,23)로만 구성된 이상 변압기의 형태를 가지게 된다.
이렇게 1차측과 2차측에 공진 커패시터(14,24)를 직렬로 더 연결하여 누설 인덕턴스(12,22)를 상쇄하여 이상 변압기의 구조를 가지게 됨으로써 안정된 2차측 출력 전압을 얻을 수 있다. 여기서 변압기의 권선 저항에 의한 감소분은 보상되는 것이 바람직하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 시킬 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 1차측과 2차측에 공진 수단을 더 연결하여 구성함으로써 누설 인덕턴스를 저감시키는 비접촉 변압기의 직렬-직렬 공진 회로에 따르면 첫째, 누설 인덕턴스를 상쇄시켜 이상 변압기와 등가적으로 동작하도록 하여 안정된 출력 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
둘째, 1차측과 2차측에 공진 수단으로서 수동형 소자인 커패시터를 사용함으로써 전체적인 구성을 단순화하여 비접촉 변압기의 설치 비용을 절감하는 효과가 있다.
셋째, 1차측과 2차측에 공진 수단으로서 수동형 소자인 커패시터를 사용함으로써 전체적인 구성을 단순화하여 비접촉 변압기의 고장률을 감소시켜 전원 공급 장치의 신뢰성을 높이는 효과가 있다.

Claims (2)

1차측 권선 저항(11)과 상기 권선 저항(11)에 직렬로 연결된 1차측 누설 인덕턴스(12) 및 1차측 상호 인덕턴스(13)를 포함하는 1차측 변압기(10)와, 상기 1차측 변압기와 자기적으로 비접촉 연결되어 2차측 권선 저항(21)과 상기 권선 저항(21)에 직렬로 연결된 2차측 누설 인덕턴스(22) 및 2차측 상호 인덕턴스(23)를 포함하는 2차측 변압기(20)로 구성된 비접촉 변압기에 있어서,
상기 제 1 변압기(10)는 상기 1차측 누설 인덕턴스(12)를 상쇄시키는 제 1 공진 수단을 포함하여 구성되고, 상기 제 2 변압기(20)는 상기 2차측 누설 인덕턴스(22)를 상쇄시키는 제 2 공진 수단을 포함하여 구성되되, 상기 제 1 공진 수단은 1차측 변압기(10)에 직렬로 연결되어 상기 1차측 누설 인덕턴스(12)와 공진을 발생시켜 상기 1차측 누설 인덕턴스(12)를 상쇄시키는 1차측 공진 커패시터(14)로 구성되고, 상기 제 2 공진 수단은 상기 2차측 변압기(20)에 직렬로 연결되어 상기 2차측 누설 인덕턴스(22)와 공진을 발생시켜 상기 2차측 누설 인덕턴스(22)를 상쇄시키는 2차측 공진 커패시터(24)로 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 변압기.
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