KR101195283B1

KR101195283B1 - 변압기

Info

Publication number: KR101195283B1
Application number: KR1020117015800A
Authority: KR
Inventors: 토시히로 노다; 테츠야 마츠다; 히로시 기우치
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2012-10-29
Also published as: JP4523076B1; TWI417909B; EP2398025A1; US8421571B2; EP2398025A4; CN102308347A; KR20110094329A; WO2010092676A1; JPWO2010092676A1; US20110248813A1; TW201030777A; EP2398025B1

Abstract

변압기(51)는, 서로 간격을 띄어 나열하는 복수의 다리부(31, 32)를 갖는 제 1의 철심(61)과, 상기 복수의 다리부(31, 32)에 각각 권회되고, 공통의 단상 교류 전력을 받는 복수의 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)과, 상기 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)에 대응하여 마련되고, 대응하는 상기 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)과 자기결합되고, 상기 복수의 다리부(31, 32)에 각각 권회된 복수의 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)을 구비하고, 상기 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B) 및 대응하는 상기 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)에 의해 복수의 코일 그룹(G1, G2)이 구성되고, 또한, 이웃하는 상기 코일 그룹(G1, G2)사이에 마련된 제 2의 철심(15)을 구비한다.

Description

변압기{TRANSFORMER}

본 발명은, 변압기에 관한 것으로, 특히, 높이 저감을 도모하는 변압기에 관한 것이다.

종래, 신간선 등의 철도 차량은 보다 빨리, 또한 가능한 한 수송량을 많게 할 요구가 있다. 그 때문에, 차량 본체 및 부속 기기의 소형화 및 경량화가 필요해지지만, 그 한편으로, 부속 기기 중에서 특히 질량이 큰 차량탑재 변압기는 대용량화하고 있다.

근래에는, 배리어 프리의 관점에서 저상화(低床化) 차량의 요구가 높아지고 있기 때문에, 교류전차 등의 차량의 바닥밑에 탑재되는 차량탑재 변압기와 같은 바닥밑 기기에 대해서는, 소형화 및 경량화의 요구만이 아니라, 차량을 저상화하기 위해, 높이를 저감하는 요구가 강하다.

예를 들면, 일본 특개평9-134823호 공보(특허 문헌 1)에는, 이하와 같은 내철형(內鐵形) 차량탑재 변압기가 개시되어 있다. 즉, 냉각 방식을 송유 풍냉식으로 하는 것에 있어서, 철심의 다리부의 외주에 저압 권선을, 저압 권선의 외주에 고압 권선을 각각 권회함과 함께, 그 각 권회 사이에 냉각유도를 형성함에 의해 중신(中身)을 구성한다. 이 중신을, 상기 냉각유도가 탱크의 저면과 평행하게 되도록 탱크 내에 배치하고 있다. 그리고, 철심이 다리부를 2개 가지며, 그 각 다리부에 저압 및 고압의 각 권선을 분할하여 권회하고 있다. 즉, 권선을 2분할하고 있기 때문에, 각 권선의 용량은 1/2이 된다. 이에 수반하여, 권선 도체의 사이즈를 작게 함으로써 하나의 권선의 지름방향 사이즈가 작아진다. 따라서 변압기 전체로서의 높이를 저감할 수 있고, 소형화를 도모할 수 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특개평9-134823호 공보

여기서, 예를 들면, 상기한 바와 같이 분할하여 권회되어 있는 저압 권선이 다른 모터에 접속되어 있는 구성에 있어서, 하나의 모터가 고장나면, 고장난 모터에 대응한 저압 권선 및 고압 권선을 통하여 전류가 흐르지 않게 된다. 그러면, 이들의 저압 권선 및 고압 권선에 자속이 발생하지 않게 되어, 고장나지 않은 모터에 대응하는 각 권선의 리액턴스가 저하되는 경우가 있다.

그러나, 특허 문헌 1 기재의 차량탑재 변압기에서는, 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 구성은 개시되어 있지 않다.

본 발명은, 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 변압기의 높이를 저감함과 함께 리액턴스의 저하를 막는 것이 가능한 변압기를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 국면에 관한 변압기는, 서로 간격을 띄어 나열하는 복수의 다리부를 갖는 제 1의 철심과, 복수의 다리부에 각각 권회되고, 공통의 단상 교류 전력을 받는 복수의 고압측 코일과, 고압측 코일에 대응하여 마련되고, 대응하는 고압측 코일과 자기결합되고, 복수의 다리부에 각각 권회된 복수의 저압측 코일을 구비하고, 고압측 코일 및 대응하는 저압측 코일에 의해 복수의 코일 그룹이 구성되고, 또한, 이웃하는 코일 그룹 사이에 마련된 제 2의 철심을 구비한다.

바람직하게는, 제 1의 철심 및 제 2의 철심은 서로 분리하여 마련되어 있다.

바람직하게는, 제 1의 철심 및 제 2의 철심은 일체화되어 있다.

바람직하게는, 철심은, 적어도 3개의 개구부를 가지며, 복수의 다리부는, 개구부 사이에 각각 마련되고, 각 코일 그룹에서의 저압측 코일 및 고압측 코일은, 다리부의 양옆(兩隣)의 각 개구부를 통과하여 다리부에 권회되고, 다리부의 연신 방향으로 적층되어 있다.

바람직하게는, 각 코일 그룹에서의 저압측 코일은 별개의 부하에 결합된다.

바람직하게는, 다리부의 나열 방향에서의 제 2의 철심의 길이의 최소치는, 제 2의 철심과 이웃하는 코일 그룹에서의 저압측 코일의 권수와, 제 2의 철심과 이웃하는 코일 그룹에서의 저압측 코일을 통과하여 흐르는 전류와, 제 2의 철심과 이웃하는 코일 그룹에서의 저압측 코일 및 고압측 코일의 사이즈와, 제 2의 철심의 포화 자속밀도에 의거하여 정해져 있다.

또한 본 발명의 다른 국면에 관한 변압기는, 복수의 다리부를 갖는 제 1의 철심과, 고압측 코일과, 저압측 코일을 구비하고, 저압측 코일 및 고압측 코일은 복수의 코일 그룹으로 분할되고, 복수의 코일 그룹에서의 저압측 코일 및 고압측 코일이 복수의 다리부에 각각 권회되고, 각 코일 그룹에서의 고압측 코일은 공통의 단상 교류 전력을 받고, 각 코일 그룹에서의 저압측 코일 및 고압측 코일은 서로 자기결합되어 있고, 또한, 이웃하는 코일 그룹 사이에 마련된 제 2의 철심을 구비한다.

본 발명에 의하면, 변압기의 높이를 저감함과 함께 리액턴스의 저하를 막을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 교류전차의 구성을 도시하는 회로도.
도 2는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기의 구성을 도시하는 사시도.
도 3은 도 2에서의 변압기의 Ⅲ-Ⅲ 단면 및 이 변압기에서 발생하는 전류 및 자속을 도시하는 도면.
도 4의 (a)는, 변압기에서 발생하는 전류를 도시하는 변압기의 창부의 단면도. (b)는, 변압기에서 철심 내에 발생하는 누설 자속을 도시하는 그래프도.
도 5는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 교류전차의 구성을 도시하는 회로도.
도 6은 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기의 구성을 도시하는 사시도.
도 7은 도 6에서의 변압기의 Ⅶ-Ⅶ 단면 및 이 변압기에서 발생하는 전류 및 자속을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에서의 누설 자속을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에서의 편측 운전시의 주자속을 도시하는 도면.
도 10은 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기가 부철심을 구비하지 않는다고 가정한 구성에서의 편측 운전시의 누설 자속을 도시하는 도면.
도 11은 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에서의 편측 운전시의 누설 자속을 도시하는 도면.
도 12의 (a)는, 변압기에서 발생하는 전류를 도시하는 변압기의 창부의 단면도. (b)는, 변압기에서 철심 내에 발생하는 누설 자속을 도시하는 그래프도.
도 13은 본 발명의 제 2의 실시의 형태에 관한 변압기의 구성을 도시하는 사시도.
도 14는 13에서의 변압기의 XⅣ-XⅣ 단면 및 이 변압기에서 발생하는 전류 및 자속을 도시하는 도면.
도 15는 발명의 제 3의 실시의 형태에 관한 변압기의 구성을 도시하는 도면.
도 16은 발명의 제 4의 실시의 형태에 관한 변압기의 구성을 도시하는 도면.
도 17은 발명의 제 5의 실시의 형태에 관한 교류전차의 구성을 도시하는 회로도.
도 18은 발명의 제 6의 실시의 형태에 관한 교류전차의 구성을 도시하는 회로도.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 관해 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 도면중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.

<제 1의 실시의 형태>

우선, 변압기에서의 각 코일이 분할되지 않은 구성에 관해 설명하고, 그 후, 변압기에서의 각 코일이 분할되어 있는 구성에 관해 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 교류전차의 구성을 도시하는 회로도이다.

도 1을 참조하면, 교류전차(200)는, 팬터그래프(92)와, 변압 장치(100)와, 모터(MA, MB)를 구비한다. 변압 장치(100)는, 변압기(50)와, 컨버터(5A, 5B)와, 인버터(6A, 6B)를 포함한다. 변압기(50)는, 고압측 코일(1, 11)과, 저압측 코일(2, 12)을 포함한다.

팬터그래프(92)는, 가선(架線)(91)에 접속되어 있다. 고압측 코일(1)은, 팬터그래프(92)에 접속된 제 1 단(端)과, 접지 전압이 공급되는 접지 노드에 접속된 제 2 단을 갖는다. 고압측 코일(11)은, 팬터그래프(92)에 접속된 제 1 단과, 접지 전압이 공급되는 접지 노드에 접속된 제 2 단을 갖는다.

저압측 코일(2)은, 고압측 코일(1)과 자기결합되어 있고, 컨버터(5A)의 제 1 입력단자에 접속된 제 1 단과, 컨버터(5A)의 제 2 입력단자에 접속된 제 2 단을 갖는다. 저압측 코일(12)은, 고압측 코일(11)과 자기결합되어 있고, 컨버터(5B)의 제 1 입력단자에 접속된 제 1 단과, 컨버터(5B)의 제 2 입력단자에 접속된 제 2 단을 갖는다.

가선(91)으로부터 공급되는 단상 교류 전압은, 팬터그래프(92)를 통하여 고압측 코일(1 및 11)에 공급된다.

고압측 코일(1 및 11)에 공급되는 교류 전압에 의해, 저압측 코일(2 및 12)에 각각 교류 전압이 유기된다.

컨버터(5A)는, 저압측 코일(2)에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 컨버터(5B)는, 저압측 코일(12)에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다.

인버터(6A)는, 컨버터(5A)로부터 받은 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하고, 모터(MA)에 출력한다. 인버터(6B)는, 컨버터(5B)로부터 받은 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하고, 모터(MB)에 출력한다.

모터(MA)는, 인버터(6A)로부터 받은 3상 교류 전압에 의거하여 구동된다. 모터(MB)는, 인버터(6B)로부터 받은 3상 교류 전압에 의거하여 구동된다.

도 2는, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기의 구성을 도시하는 사시도이다.

도 2를 참조하면, 변압기(50)는, 예를 들면 외철형(Shell-Type)의 변압기이다. 변압기(50)는, 또한, 철심(60)을 포함한다. 철심(60)은, 서로 대향하는 제 1 측면 및 제 2 측면과, 제 1 측면으로부터 제 2 측면에 관통하는 창부(W1 및 W2)를 갖는다.

고압측 코일(1, 11) 및 저압측 코일(2, 12)은, 창부(W1 및 W2)를 통과하도록 권회되어 있다.

고압측 코일(1, 11) 및 저압측 코일(2, 12)의 각각은, 예를 들면 적층된 원반형상의 복수의 원반권선을 포함한다. 이웃하는 층의 원반권선은, 전기적으로 접속되어 있다. 고압측 코일(1, 11) 및 저압측 코일(2, 12)에서의 각 원반권선은, 개략 타원형상으로 권회된 사각형 형상의 도전선로에 의해 형성되어 있다.

고압측 코일(1)은, 저압측 코일(2)과 저압측 코일(12)의 사이로서 저압측 코일(2)에 대향하는 위치에 마련되고, 저압측 코일(2)과 자기결합되어 있다.

고압측 코일(11)은, 고압측 코일(1)과 병렬로 접속되고, 저압측 코일(2)과 저압측 코일(12)의 사이로서 저압측 코일(12)에 대향하는 위치에 마련되고, 저압측 코일(12)과 자기결합되어 있다.

도 3은, 도 2에서의 변압기의 Ⅲ-Ⅲ 단면 및 이 변압기에서 발생하는 전류 및 자속을 도시하는 도면이다.

우선, 가선(91)으로부터 팬터그래프(92)에 교류 전압이 공급된다. 가선(91)으로부터 공급되는 교류 전압은, 팬터그래프(92)를 통하여 고압측 코일(1 및 11)에 인가된다. 그러면, 고압측 코일(1 및 11)에 각각 교류 전류(IH)가 흐른다.

교류 전류(IH)에 의해, 철심(60) 내에 주자속(主磁束)(FH)이 발생한다. 그러면, 주자속(FH)에 의해, 저압측 코일(2)의 권수와 고압측 코일(1)의 권수와의 비에 따른 교류 전류(IL) 및 교류 전압이 저압측 코일(2)에 발생한다. 또한, 주자속(FH)에 의해, 저압측 코일(12)의 권수와 고압측 코일(11)의 권수와의 비에 따른 교류 전류(IL) 및 교류 전압이 저압측 코일(12)에 발생한다.

여기서, 저압측 코일(2 및 12)의 권수는 각각 고압측 코일(1 및 11)의 권수보다 작기 때문에, 고압측 코일(1 및 11)에 인가되는 교류 전압이 강압(降壓)된 교류 전압이 저압측 코일(2 및 12)에 각각 유기된다.

저압측 코일(2)에 유기된 교류 전압은, 컨버터(5A)에 공급된다. 또한, 저압측 코일(12)에 유기된 교류 전압은, 컨버터(5B)에 공급된다.

도 4(a)는, 변압기에서 발생하는 전류를 도시하는 변압기의 창부의 단면도이다. 도 4(b)는, 변압기에서 철심 내에 발생하는 누설 자속을 도시하는 그래프도이다. 도 4(b)에서, 종축이 누설 자속(F)의 크기를 나타내고 있다.

변압기(50)는, 별개의 고압측 코일(1 및 11)을 포함한다. 그리고, 변압기(50)에서는, 저압측 코일(2 및 12)이 고압측 코일(1 및 11)의 양측에 배치되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 저압측 코일(2 및 12)이 자기적으로 소결합(疎結合)한 상태로 할 수가 있다.

즉, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이 저압측 코일(2 및 12)에 각각 발생하는 누설 자속끼리가 겹쳐저 있지 않아서, 저압측 코일(2 및 12)의 자기적 간섭을 저감할 수 있기 때문에, 변압기(50)의 출력을 안정시킬 수 있다.

그런데, 변압기(50)에서는, 코일의 전력 용량 및 권선수가 증가하면, 적중(積重)하는 원반권선의 매수가 증가하기 때문에, 변압기의 높이 즉 원반권선의 적층 방향에서의 변압기의 사이즈가 커져 버린다. 또한 변압기의 높이를 저감하기 위해 코일의 도전선로를 가늘게 하는 것도 생각되지만, 코일에서의 전력 손실이 증대하여 버린다.

그래서, 이하에 설명하는 변압기(51)에서는, 코일을 분할함에 의해, 상기한 문제점을 해결한다. 또한, 변압기(51)의 구성 및 동작은, 이하에서 설명하는 내용 이외는 변압기(50)와 마찬가지이다.

도 5는, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 교류전차의 구성을 도시하는 회로도이다.

도 5를 참조하면, 교류전차(201)는, 팬터그래프(92)와, 변압 장치(101)와, 모터(MA, MB)를 구비한다. 변압 장치(101)는, 변압기(51)와, 컨버터(5A, 5B)와, 인버터(6A, 6B)를 포함한다. 변압기(51)는, 코일 그룹(G1, G2)을 포함한다. 코일 그룹(G1)은, 고압측 코일(1A, 1B)과, 저압측 코일(2A, 2B)을 포함한다. 코일 그룹(G2)은, 고압측 코일(11A, 11B)과, 저압측 코일(12A, 12B)을 포함한다.

변압기(51)에서는, 변압기(50)에서의 각 코일을 코일 그룹(G1, G2)으로 분할하고 있다. 즉, 고압측 코일(1A, 1B)은 고압측 코일(1)을 분할한 것이고, 저압측 코일(2A, 2B)은 저압측 코일(2)을 분할한 것이고, 고압측 코일(11A, 11B)은 고압측 코일(11)을 분할한 것이고, 저압측 코일(12A, 12B)은 저압측 코일(12)을 분할한 것이다.

팬터그래프(92)는, 가선(91)에 접속되어 있다. 고압측 코일(1A)은, 팬터그래프(92)에 접속된 제 1 단과, 제 2 단을 갖는다. 고압측 코일(1B)은, 고압측 코일(1A)의 제 2 단에 접속된 제 1 단과, 접지 전압이 공급되는 접지 노드에 접속된 제 2 단을 갖는다. 고압측 코일(11A)은, 팬터그래프(92)에 접속된 제 1 단과, 제 2 단을 갖는다. 고압측 코일(11B)은, 고압측 코일(11A)의 제 2 단에 접속된 제 1 단과, 접지 전압이 공급되는 접지 노드에 접속된 제 2 단을 갖는다.

저압측 코일은, 고압측 코일에 대응하여 마련되고, 대응하는 고압측 코일과 자기결합되어 있다. 즉, 저압측 코일(2A)은, 고압측 코일(1A)과 자기결합되어 있고, 컨버터(5A)의 제 1 입력단자에 접속된 제 1 단과, 제 2 단을 갖는다. 저압측 코일(2B)은, 고압측 코일(1B)과 자기결합되어 있고, 저압측 코일(2A)의 제 2 단에 접속된 제 1 단과, 컨버터(5A)의 제 2 입력단자에 접속된 제 2 단을 갖는다. 저압측 코일(12A)은, 고압측 코일(11A)과 자기결합되어 있고, 컨버터(5B)의 제 1 입력단자에 접속된 제 1 단과, 제 2 단을 갖는다. 저압측 코일(12B)은, 고압측 코일(11B)과 자기결합되어 있고, 저압측 코일(12A)의 제 2 단에 접속된 제 1 단과, 컨버터(5B)의 제 2 입력단자에 접속된 제 2 단을 갖는다.

가선(91)으로부터 공급되는 단상 교류 전압은, 팬터그래프(92)를 통하여 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)에 공급된다.

고압측 코일(1A 및 11A)에 공급되는 교류 전압에 의해, 저압측 코일(2A 및 12A)에 각각 교류 전압이 유기된다. 고압측 코일(1B 및 11B)에 공급되는 교류 전압에 의해, 저압측 코일(2B 및 12B)에 각각 교류 전압이 유기된다.

컨버터(5A)는, 저압측 코일(2A 및 2B)에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 컨버터(5B)는, 저압측 코일(12A 및 12B)에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다.

도 6은, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기의 구성을 도시하는 사시도이다.

도 6을 참조하면, 변압기(51)는, 예를 들면 외철형(Shell-Type)의 변압기이다. 변압기(51)는, 또한, 주철심(61)과, 부철심(15)을 포함한다. 주철심(61)은, 서로 대향하는 제 1 측면 및 제 2 측면과, 제 1 측면으로부터 제 2 측면에 관통하는 창부(W1 내지 W3)를 갖는다. 또한, 주철심(61)은, 서로 간격을 띄어 나열하는 다리부(31, 32)를 갖는다. 다리부(31)는, 창부(W1 및 W2) 사이에 마련되어 있다. 다리부(32)는, 창부(W2 및 W3) 사이에 마련되어 있다.

고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B) 및 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)의 각각은, 예를 들면 적층된 원반형상의 복수의 원반권선을 포함한다. 이웃하는 층의 원반권선은, 전기적으로 접속되어 있다. 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B) 및 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)에서의 각 원반권선은, 개략 타원형상으로 권회된 사각형 형상의 도전선로에 의해 형성되어 있다.

고압측 코일(1A)은, 저압측 코일(2A)과 저압측 코일(2B)의 사이로서 저압측 코일(2A)에 대향하는 위치에 마련되고, 저압측 코일(2A)과 자기결합되어 있다.

고압측 코일(1B)은, 고압측 코일(1A)과 병렬로 접속되고, 저압측 코일(2A)과 저압측 코일(2B)의 사이로서 저압측 코일(2B)에 대향하는 위치에 마련되고, 저압측 코일(2B)과 자기결합되어 있다.

고압측 코일(11A)은, 저압측 코일(12A)과 저압측 코일(12B)의 사이로서 저압측 코일(12A)에 대향하는 위치에 마련되고, 저압측 코일(12A)과 자기결합되어 있다.

고압측 코일(11B)은, 고압측 코일(11A)과 병렬로 접속되고, 저압측 코일(12A)과 저압측 코일(12B)의 사이로서 저압측 코일(12B)에 대향하는 위치에 마련되고, 저압측 코일(12B)과 자기결합되어 있다.

각 코일 그룹에서의 고압측 코일 및 저압측 코일은, 다리부의 양옆의 각 창부를 통과하여 이 다리부에 권회되고, 이 다리부의 연신 방향으로 적층되어 있다. 즉, 고압측 코일(1A 및 1B) 및 저압측 코일(2A 및 2B)은, 창부(W1, W2) 사이의 다리부(31)에 관통되도록 창부(W1, W2)를 통과하여 권회되고, 다리부(31)의 관통 방향으로 적층되어 있다. 고압측 코일(11A 및 11B) 및 저압측 코일(12A 및 12B)은, 창부(W2, W3) 사이의 다리부(32)에 관통되도록 창부(W2, W3)를 통과하여 권회되고, 다리부(32)의 관통 방향으로 적층되어 있다.

부철심(15)은, 코일 그룹(G1 및 G2) 사이에 마련되어 있다. 주철심(61) 및 부철심(15)은, 서로 분리하여 마련되어 있다.

이와 같이, 부철심(15)을 독립한 구조체로 하고, 주철심(61)과 부철심(15)의 사이에 갭을 마련함에 의해, 부철심(15)을 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 부철심(15)을 갭만큼 경량화할 수 있다.

도 7은, 도 6에서의 변압기의 Ⅶ-Ⅶ 단면 및 이 변압기에서 발생하는 전류 및 자속을 도시하는 도면이다.

우선, 가선(91)으로부터 팬터그래프(92)에 단상 교류 전압이 공급된다. 가선(91)으로부터 공급되는 교류 전압은, 팬터그래프(92)를 통하여 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)에 인가된다. 즉, 각 코일 그룹에서의 고압측 코일은 공통의 단상 교류 전력을 받는다. 그러면, 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)을 통하여 교류 전류(IH)가 흐른다.

고압측 코일(1A, 1B)을 통과하여 흐르는 교류 전류(IH)에 의해, 주철심(61) 내에 주자속(FH1)이 발생한다. 그러면, 주자속(FH1)에 의해, 저압측 코일(2A)의 권수와 고압측 코일(1A)의 권수와의 비에 따른 교류 전류(IL1) 및 교류 전압이 저압측 코일(2A)에 발생한다. 또한, 주자속(FH1)에 의해, 저압측 코일(2B)의 권수와 고압측 코일(1B)의 권수와의 비에 따른 교류 전류(IL1) 및 교류 전압이 저압측 코일(2B)에 발생한다.

여기서, 저압측 코일(2A 및 2B)의 권수는 각각 고압측 코일(1A 및 1B)의 권수보다 작기 때문에, 고압측 코일(1A 및 1B)에 인가되는 교류 전압이 강압된 교류 전압이 저압측 코일(2A 및 2B)에 각각 유기된다.

마찬가지로, 고압측 코일(11A, 11B)을 통과하여 흐르는 교류 전류(IH)에 의해, 주자속(FH11)이 발생한다. 그러면, 주자속(FH11)에 의해, 저압측 코일(12A)의 권수와 고압측 코일(11A)의 권수와의 비에 따른 교류 전류(IL11) 및 교류 전압이 저압측 코일(12A)에 발생한다. 또한, 주자속(FH11)에 의해, 저압측 코일(12B)의 권수와 고압측 코일(11B)의 권수와의 비에 따른 교류 전류(IL11) 및 교류 전압이 저압측 코일(12B)에 발생한다.

여기서, 저압측 코일(12A 및 12B)의 권수는 각각 고압측 코일(11A 및 11B)의 권수보다 작기 때문에, 고압측 코일(11A 및 11B)에 인가되는 교류 전압이 강압된 교류 전압이 저압측 코일(12A 및 12B)에 각각 유기된다.

저압측 코일(2A 및 2B)에 유기된 교류 전압은, 컨버터(5A)에 공급된다. 또한, 저압측 코일(12A 및 12B)에 유기된 교류 전압은, 컨버터(5B)에 공급된다.

컨버터(5A)는, 저압측 코일(2A 및 2B)로부터 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 인버터(6A)에 출력한다. 또한, 컨버터(5B)는, 저압측 코일(12A 및 12B)로부터 공급된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 인버터(6B)에 출력한다.

인버터(6A)는, 컨버터(5A)로부터 받은 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하고, 모터(MA)에 출력한다. 또한, 인버터(6B)는, 컨버터(5B)로부터 받은 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하고, 모터(MB)에 출력한다.

모터(MA)는, 인버터(6A)로부터 받은 3상 교류 전압에 의거하여 회전한다. 또한, 모터(MB)는, 인버터(6B)로부터 받은 3상 교류 전압에 의거하여 회전한다.

이와 같이, 변압기(51)에서는, 저압측 코일 및 고압측 코일을 복수의 코일 그룹으로 분할하고, 코일 그룹마다 다리부를 마련한다. 그리고, 복수의 코일 그룹에서의 저압측 코일 및 고압측 코일을 복수의 다리부에 각각 권회한다. 이와 같은 구성에 의해, 변압기의 높이 즉 다리부의 연신 방향에서의 변압기의 길이를 저감할 수 있다. 또한, 코일의 도체선로의 단면적을 크게 할 필요가 없어져, 코일에서의 전력 손실의 증대를 막을 수 있다.

즉, 변압기(51)에서는, 변압기(50)에서의 저압측 코일(2, 12) 및 고압측 코일(1, 11)을 2개의 코일 그룹으로 분할하고 있기 때문에, 각 코일 그룹의 전력 용량은 1/2이 된다. 여기서, 공급 전압은 일정하고, 전력 용량=전압×전류로부터, 각 코일 그룹의 전력 용량이 1/2이 되면 각 코일을 통과하여 흐르는 전류가 1/2이 된다. 이에 의해, 각 코일에서 적중하는 원반권선의 매수를 줄일 수 있기 때문에, 변압기의 높이를 저감할 수 있다. 또는, 원반권선의 매수를 줄이는 대신에, 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B) 및 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)의 도체선로의 단면적을 작게 함에 의해, 각 코일 그룹의 높이가 낮아지고, 변압기 전체의 높이를 저감할 수 있다.

다음에, 변압기에서의 리액턴스 저하의 문제 및 그 해결 수단에 관해 설명한다. 도 8은, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에서의 누설 자속을 도시하는 도면이다.

도 8을 참조하면, 변압기(51)에서는, 고압측 코일을 통과하여 흐르는 교류 전류(IH)에 의해 발생하는 주자속(FH1 및 FH11)에 더하여, 주철심(61)을 통하여 흐르지 않는 누설 자속(FKH1 및 FKH11)이 발생한다. 또한, 저압측 코일을 통과하여 흐르는 교류 전류(IL1 및 IL11)에 의해, 주철심(61)을 통하여 흐르지 않는 누설 자속(FKL1 및 FKL11)이 발생한다.

도 9는, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에서의 편측(片側) 운전시의 주자속을 도시하는 도면이다.

변압기(51)에서는, 예를 들면 모터(MB)가 고장난 경우에도, 코일 그룹(G1)을 이용하여 모터(MA)를 단독으로 운전하는 것이 가능하다. 이와 같은 편측 운전시에서는, 고압측 코일(11A, 11B) 및 저압측 코일(12A, 12B)이 기능 하지 않는, 즉 고압측 코일(11A, 11B) 및 저압측 코일(12A, 12B)을 통하여 전류가 흐르지 않기 때문에, 주자속(FH11)은 발생하지 않는다.

도 10은, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기가 부철심을 구비하지 않는다고 가정한 구성에서의 편측 운전시의 누설 자속을 도시하는 도면이다.

도 10을 참조하면, 예를 들면 모터(MB)가 고장나고, 고압측 코일(11A, 11B) 및 저압측 코일(12A, 12B)을 통하여 전류가 흐르지 않게 되면, 누설 자속(FKH11 및 FKL11)이 발생하지 않게 된다.

여기서, 도 10에 도시하는 변압기는, 부철심(15)을 구비하지 않기 때문에, 누설 자속(FKH1 및 FKL1)이 창부(W2) 내에서 퍼지고, 자로 길이가 길어진다. 이 때문에, 도 8에 도시하는 상태에 비하여 창부(W2)에서의 기자력이 1/2이 되다, 즉 창부(W2)에서의 누설 자속의 크기가 1/2이 됨으로써, 저압측 코일(2A, 2B) 및 고압측 코일(1A, 1B)의 리액턴스가 저하되어 버린다.

여기서, 암페어의 법칙으로부터, 자장의 강도는 자로 길이에 반비례한다. 자장이 약해진다는 것은, 자속밀도가 작아지고, 코일의 자기 인덕턴스가 작아진다는 것이다. 또한, 리액턴스는 누설 자장에 의한 누설 인덕턴스의 영향을 크게 받는다. 따라서 자로 길이가 길어짐에 의해 자장이 약해져서 코일의 자기 인덕턴스가 저하된다. 그러면, 누설 인덕턴스가 저하됨에 의해, 리액턴스가 저하되게 된다.

또한, 도 8에 도시하는 통상 운전시에서는, 누설 자속(FKH1 및 FKH11)이 합성되고, 또한, 누설 자속(FKL1 및 FKL11)이 합성되어, 창부(W2)에서의 기자력이 도 10에 도시하는 상태에 비하여 2배가 된다. 이 때문에, 누설 자속(FKH1 및 FKH11) 및 누설 자속(FKL1 및 FKL11)의 자로 길이가 도 10에 도시하는 상태와 같은 길이가 되어도 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B) 및 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)의 리액턴스는 저하되지 않는다.

도 11은, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에서의 편측 운전시의 누설 자속을 도시하는 도면이다.

도 11을 참조하면, 예를 들면 모터(MB)가 고장나, 고압측 코일(11A, 11B) 및 저압측 코일(12A, 12B)을 통하여 전류가 흐르지 않게 되면, 누설 자속(FKH11 및 FKL11)이 발생하지 않게 된다.

이 때문에, 창부(W2)에서의 기자력은 도 8에 도시하는 상태에 비하여 1/2이 된다. 그러나, 변압기(51)에서는, 누설 자속(FKH1 및 FKL1)은, 부철심(15)을 통하여 흐른다. 이에 의해, 누설 자속(FKH1 및 FKL1)은 창부(W2) 내에서 넓어지지 않기 때문에, 도 10에 도시하는 상태에 비하여 누설 자속(FKH1 및 FKL1)의 자로 길이를 1/2로 할 수 있다. 따라서 저압측 코일(2A, 2B) 및 고압측 코일(1A, 1B)의 리액턴스는 도 8에 도시하는 상태와 같이 된다. 따라서 변압기(51)에서는, 편측 운전시라도, 저압측 코일(2A, 2B) 및 고압측 코일(1A, 1B)의 리액턴스가 저하되는 것을 막을 수 있고, 안정된 리액턴스를 얻을 수 있다.

여기서, 3상 변압기에서는, 예를 들면, 주자속을 통과시키기 위해 각 상의 코일 사이에 철심(상 사이 철심)이 마련된다. 이에 대해, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기는, 단상 변압기이다. 단상 변압기에서는, 3상 변압기와 같은 상 사이 철심은 통상 불필요하다. 그러나, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에서는, 주철심에 더하여 부철심을 마련하여, 예를 들면 한쪽의 모터가 고장나, 다른쪽의 모터만을 운전하는 경우에 있어서 자로 길이가 길어지는 것을 막고, 리액턴스 저하를 막고 있다.

다음에, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에 있어서 부철심의 폭의 계산 방법을 설명한다.

부철심(15)의 폭이 너무 작으면 자기 포화가 생겨 버려, 철심으로서 기능하지 못하게 되어 버린다. 그 한편으로, 부철심(15)의 폭이 너무 크면 변압기가 대형화하여 버린다. 이 때문에, 부철심(15)의 폭은, 누설 자속으로 포화하지 않는 최소치로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에서는, 부철심(15)의 폭 즉 다리부의 나열 방향에서의 부철심(15)의 길이의 최소치는, 부철심(15)과 이웃하는 코일 그룹에서의 저압측 코일의 권수와, 부철심(15)과 이웃하는 코일 그룹에서의 저압측 코일을 통과하여 흐르는 전류와, 부철심(15)과 이웃하는 코일 그룹에서의 저압측 코일 및 고압측 코일의 사이즈와, 부철심(15)의 포화 자속밀도에 의거하여 정하여져 있다.

도 12(a)는, 변압기에서 발생하는 전류를 도시하는 변압기의 창부의 단면도이다. 도 12(b)는, 변압기에서 철심 내에 발생하는 누설 자속을 도시하는 그래프도이다. 도 12(b)에서, 종축이 누설 자속 밀도(FK)를 나타내고 있다.

도 12(a) 및 (b)를 참조하면, 부철심의 폭의 계산례는, 이하와 같이 된다.

우선, 저압측 코일(2A, 12A)의 권수(M)를 150으로 하고, 저압측 코일(2A, 12A)을 통과하여 흐르는 전류(I)를 500A(암페어)로 하고, 창부(W1)의 폭(W)을 0.3m으로 하고, 저압측 코일(2A, 12A)의 높이(HL)를 50㎜로 하고, 저압측 코일(2A) 및 고압측 코일(1A) 사이의 거리 및 저압측 코일(12A) 및 고압측 코일(11A) 사이의 거리(D)를 15㎜로 하고, 고압측 코일(1A, 11A)의 높이(HH)를 100㎜로 한다.

또한, 코일의 권수 및 코일을 통과하여 흐르는 전류는 반비례의 관계를 갖고 있다. 저압측 코일의 권수 및 전류가 상기한 바와 같은 수치인 경우, 예를 들면, 고압측 코일(1A, 11A)의 권수(M)는 500이고, 고압측 코일(1A, 11A)을 통과하여 흐르는 전류(I)는 150A(암페어)이었다. 이 때문에, 저압측 코일의 권수 및 전류치를 이하의 식(1)에 이용하면, 고압측 코일(1A, 11A)에 관한 자속밀도도 얻어지게 된다.

진공의 투자율을 μ로 하면, 편측 운전시 즉 모터(MA, MB)의 한쪽만을 운전하고 있는 경우의 누설 자속 밀도(BDL)는, 이하의 식(1)으로 표시된다.

BDL=μ×√2×M×I/W … (1)

μ=4×π×10^-7

이고, 상기 각 수치를 식(1)에 대입하면,

BDL=4×π×10^-7×√2×150×500/0.3=0.444(T)

가 된다.

부철심에 들어가는 자속(BS)은, 저압측 코일(2A) 및 고압측 코일(1A)에 의해 발생하는 자속이고, 도 12(b)의 그래프의 좌측의 사다리꼴의 면적에 상당한다. 또한, 부철심에 들어가는 자속이 가장 강해지는 것은, 저압측 코일(2A) 및 고압측 코일(1A)에 의해 발생한 자속이 부철심에서 합성되는 개소이다. 부철심에 들어가는 자속(BS)은, 이하의 식으로 표시된다.

BS=0.444×(15+(50+15+100))/2=39.96(T·㎜)

그리고, 부철심의 포화 자속밀도(자성체에 외부 자장을 가한때에 자화가 거의 증가하지 않게 된 때의, 자성체의 자속밀도)를 BSD로 하면, 부철심의 폭의 최소치(WS)는, 이하의 식으로 표시된다.

WS=BS/BSD

여기서, BSD=1.5(T)로 하면, 부철심의 폭(WS)은,

WS=39.96/1.5=26.64(㎜)가 된다.

즉, 부철심의 폭을 26.64(㎜) 이상의 가능한 한 작은 값으로 설정함에 의해, 편측 운전시에 있어서의 코일의 리액턴스의 저하를 막고, 또한 변압기의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 포화 자속밀도는, 부철심의 재질에 의해 정하여지는 값이다. 윗식의 BSD로서는, 예를 들면 포화 자속밀도에 대해 어느 정도 마진을 갖게 한 작은 값이 설정된다.

이상과 같이, 본 발명의 실시의 형태에 관한 변압기에서는, 서로 간격을 띄어 나열하는 복수의 다리부를 갖는 주철심(61)과, 복수의 다리부에 각각 권회되고, 공통의 단상 교류 전력을 받는 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)과, 고압측 코일에 대응하여 마련되고, 대응하는 고압측 코일과 자기결합되고, 복수의 다리부에 각각 권회된 복수의 저압측 코일(2A, 12A, 2B, 12B)을 구비하고, 고압측 코일 및 대응하는 저압측 코일에 의해 코일 그룹(G1, G2)이 구성된다. 그리고, 이웃하는 복수의 코일 그룹 사이에 마련된 부철심(15)을 구비한다. 이와 같은 구성에 의해, 변압기의 높이를 저감하고, 또한 누설 자속의 자로 길이가 커짐에 의한 리액턴스의 저하를 막을 수 있다.

다음에, 본 발명의 다른 실시의 형태에 관해 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 도면중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.

<제 2의 실시의 형태>

본 실시의 형태는, 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에 비하여 부철심의 구조를 변경한 변압기에 관한 것이다. 이하에서 설명하는 내용 이외는 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기와 마찬가지이다.

도 13은, 본 발명의 제 2의 실시의 형태에 관한 변압기의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 14는, 도 13에서의 변압기의 XⅣ-XⅣ 단면 및 이 변압기에서 발생하는 전류 및 자속을 도시하는 도면이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 변압기(52)는, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에 비하여, 부철심(15) 대신에 부철심(14)을 구비한다. 부철심(14)은, 코일 그룹(G1 및 G2) 사이에 마련되고, 주철심(61)에 접속된 양단부를 갖는다. 즉, 부철심(14)은 주철심(61)과 일체화되어 있다.

이와 같이, 주철심과 부철심을 일체화함에 의해, 주철심 및 부철심 사이의 갭이 없어진다. 이에 의해, 편측 운전시의 누설 자속의 자로 길이가 커지는 것을 더욱 막을 수 있고, 리액턴스의 저하를 더욱 막을 수 있다.

또한, 부철심(14)은, 주철심(61)에 접속된 양단부를 갖는 구성으로 하였지만, 이것으로 한정하는 것이 아니고, 부철심의 일단이 주철심에 접속되고, 타단이 개방되어 있는 구성이라도 좋다.

그 밖의 구성 및 동작은 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기와 같기 때문에, 여기서는 상세한 설명을 반복하지 않는다.

<제 3의 실시의 형태>

본 실시의 형태는, 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에 비하여 코일의 분할수를 늘린 변압기에 관한 것이다. 이하에서 설명하는 내용 이외는 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기와 마찬가지이다.

도 15는, 본 발명의 제 3의 실시의 형태에 관한 변압기의 구성을 도시하는 도면이다.

도 15를 참조하면, 변압기(53)는, 코일 그룹(G1, G2, G3)을 포함한다. 코일 그룹(G1)은, 고압측 코일(1A, 1B)과, 저압측 코일(2A, 2B)을 포함한다. 코일 그룹(G2)은, 고압측 코일(11A, 11B)과, 저압측 코일(12A, 12B)을 포함한다. 코일 그룹(G3)은, 고압측 코일(41A, 41B)과, 저압측 코일(42A, 42B)을 포함한다.

변압기(53)는, 예를 들면 외철형(Shell-Type)의 변압기이다. 변압기(53)는, 또한, 주철심(62)과, 부철심(15, 16)을 포함한다. 주철심(62)은, 서로 대향하는 제 1 측면 및 제 2 측면과, 제 1 측면으로부터 제 2 측면에 관통하는 창부(W1 내지 W4)를 갖는다. 또한, 주철심(62)은, 다리부(31, 32, 33)를 갖는다. 다리부(31)는, 창부(W1 및 W2) 사이에 마련되어 있다. 다리부(32)는, 창부(W2 및 W3) 사이에 마련되어 있다. 다리부(33)는, 창부(W3 및 W4) 사이에 마련되어 있다.

고압측 코일(41A, 41B) 및 저압측 코일(42A, 42B)의 각각은, 예를 들면 적층된 원반형상의 복수의 원반권선을 포함한다. 이웃하는 층의 원반권선은, 전기적으로 접속되어 있다. 고압측 코일(41A, 41B) 및 저압측 코일(42A, 42B)에서의 각 원반권선은, 개략 타원형상으로 권회된 사각형 형상의 도전선로에 의해 형성되어 있다.

고압측 코일(41A)은, 저압측 코일(42A)과 저압측 코일(42B)의 사이로서 저압측 코일(42A)에 대향하는 위치에 마련되고, 저압측 코일(42A)과 자기결합되어 있다.

고압측 코일(41B)은, 고압측 코일(41A)과 병렬로 접속되고, 저압측 코일(42A)과 저압측 코일(42B)의 사이로서 저압측 코일(42B)에 대향하는 위치에 마련되고, 저압측 코일(42B)과 자기결합되어 있다.

고압측 코일(41A 및 41B), 저압측 코일(42A 및 42B)은, 창부(W3, W4) 사이의 다리부(33)에 관통되도록 창부(W3, W4)를 통과하여 권회되고, 다리부(33)의 관통 방향으로 적층되어 있다.

부철심(15 및 16)은, 이웃하는 복수의 코일 그룹 사이에 마련되어 있다. 즉, 부철심(15)은, 코일 그룹(G1 및 G2) 사이에 마련되어 있다. 부철심(16)은, 코일 그룹(G2 및 G3) 사이에 마련되어 있다.

이와 같이, 본 발명의 제 3의 실시의 형태에 관한 변압기에서는, 저압측 코일 및 고압측 코일을 3개의 코일 그룹으로 분할하고 있기 때문에, 각 코일 그룹의 전력 용량은 1/3이 된다. 여기서, 전력 용량=전압×전류로부터, 공급 전압은 일정하기 때문에 각 코일을 통과하여 흐르는 전류가 1/3이 된다. 이에 의해, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에 비하여, 더욱, 각 코일 그룹의 높이를 낮게 하고, 변압기 전체의 높이를 저감할 수 있다.

<제 4의 실시의 형태>

본 실시의 형태는, 제 3의 실시의 형태에 관한 변압기에 비하여 코일의 분할수를 늘린 변압기에 관한 것이다. 이하에서 설명하는 내용 이외는 제 3의 실시의 형태에 관한 변압기와 마찬가지이다.

도 16은, 본 발명의 제 4의 실시의 형태에 관한 변압기의 구성을 도시하는 도면이다.

도 16을 참조하면, 변압기(54)는, 코일 그룹(G1, G2, G3, G4)을 포함한다. 코일 그룹(G1)은, 고압측 코일(1A, 1B)과, 저압측 코일(2A, 2B)을 포함한다. 코일 그룹(G2)은, 고압측 코일(11A, 11B)과, 저압측 코일(12A, 12B)을 포함한다. 코일 그룹(G3)은, 고압측 코일(41A, 41B)과, 저압측 코일(42A, 42B)을 포함한다. 코일 그룹(G4)는, 고압측 코일(43A, 43B)과, 저압측 코일(44A, 44B)을 포함한다.

변압기(54)는, 예를 들면 외철형(Shell-Type)의 변압기이다. 변압기(54)는, 또한, 주철심(63)과, 부철심(15, 16, 17)을 포함한다. 주철심(63)은, 서로 대향하는 제 1 측면 및 제 2 측면과, 제 1 측면으로부터 제 2 측면에 관통하는 창부(W1 내지 W5)를 갖는다. 또한, 주철심(63)은, 다리부(31, 32, 33, 34)를 갖는다. 다리부(34)는, 창부(W4 및 W5) 사이에 마련되어 있다.

고압측 코일(43A, 43B) 및 저압측 코일(44A, 44B)의 각각은, 예를 들면 적층된 원반형상의 복수의 원반권선을 포함한다. 이웃하는 층의 원반권선은, 전기적으로 접속되어 있다. 고압측 코일(43A, 43B) 및 저압측 코일(44A, 44B)에서의 각 원반권선은, 개략 타원형상으로 권회된 사각형 형상의 도전선로에 의해 형성되어 있다.

고압측 코일(43A)은, 저압측 코일(44A)과 저압측 코일(44B)의 사이로서 저압측 코일(44A)에 대향하는 위치에 마련되고, 저압측 코일(44A)과 자기결합되어 있다.

고압측 코일(43B)은, 고압측 코일(43A)과 병렬로 접속되고, 저압측 코일(44A)과 저압측 코일(44B)의 사이로서 저압측 코일(44B)에 대향하는 위치에 마련되고, 저압측 코일(44B)과 자기결합되어 있다.

고압측 코일(43A 및 43B), 저압측 코일(44A 및 44B)은, 창부(W4, W5) 사이의 다리부(34)에 관통되도록 창부(W4, W5)를 통과하여 권회되고, 다리부(34)의 관통 방향으로 적층되어 있다. 또한, 부철심(17)은, 코일 그룹(G3 및 G4) 사이에 마련되어 있다.

이와 같이, 본 발명의 제 4의 실시의 형태에 관한 변압기에서는, 저압측 코일 및 고압측 코일을 4개의 코일 그룹으로 분할하고 있기 때문에, 각 코일 그룹의 전력 용량은 1/4이 된다. 여기서, 전력 용량=전압×전류로부터, 공급 전압은 일정하기 때문에 각 코일을 통과하여 흐르는 전류가 1/4이 된다. 이에 의해, 본 발명의 제 3의 실시의 형태에 관한 변압기에 비하여, 더욱, 각 코일 그룹의 높이를 낮게 하고, 변압기 전체의 높이를 저감할 수 있다.

그 밖의 구성 및 동작은 제 3의 실시의 형태에 관한 변압기와 같기 때문에, 여기서는 상세한 설명을 반복하지 않는다.

<제 5의 실시의 형태>

본 실시의 형태는, 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기에 비하여 코일 그룹의 구성을 변경한 변압기에 관한 것이다. 이하에서 설명하는 내용 이외는 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기와 마찬가지이다.

도 17은, 본 발명의 제 5의 실시의 형태에 관한 교류전차의 구성을 도시하는 회로도이다.

도 17을 참조하면, 교류전차(205)는, 팬터그래프(92)와, 변압 장치(105)와, 모터(MA, MB, MC, MD)를 구비한다. 변압 장치(105)는, 변압기(55)와, 컨버터(5A, 5B, 5C, 5D)와, 인버터(6A, 6B, 6C, 6D)를 포함한다. 변압기(55)는, 코일 그룹(G1, G2)을 포함한다. 코일 그룹(G1)은, 고압측 코일(1A, 1B)과, 저압측 코일(2A, 2B)을 포함한다. 코일 그룹(G2)은, 고압측 코일(11A, 11B)과, 저압측 코일(12A, 12B)을 포함한다.

변압 장치(105)에서는, 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)이 별개의 부하에 결합되어 있다. 즉, 저압측 코일(2A)은, 고압측 코일(1A)과 자기결합되어 있고, 컨버터(5A)의 제 1 입력단자에 접속된 제 1 단과, 컨버터(5A)의 제 2 입력단자에 접속된 제 2 단을 갖는다. 저압측 코일(2B)은, 고압측 코일(1B)과 자기결합되어 있고, 컨버터(5C)의 제 1 입력단자에 접속된 제 1 단과, 컨버터(5C)의 제 2 입력단자에 접속된 제 2 단을 갖는다. 저압측 코일(12A)은, 고압측 코일(11A)과 자기결합되어 있고, 컨버터(5B)의 제 1 입력단자에 접속된 제 1 단과, 컨버터(5B)의 제 2 입력단자에 접속된 제 2 단을 갖는다. 저압측 코일(12B)은, 고압측 코일(11B)과 자기결합되어 있고, 컨버터(5D)의 제 1 입력단자에 접속된 제 1 단과, 컨버터(5D)의 제 2 입력단자에 접속된 제 2 단을 갖는다.

컨버터(5A)는, 저압측 코일(2A)에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 컨버터(5B)는, 저압측 코일(12A)에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 컨버터(5C)는, 저압측 코일(2B)에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 컨버터(5D)는, 저압측 코일(12B)에 유기된 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다.

인버터(6A)는, 컨버터(5A)로부터 받은 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하고, 모터(MA)에 출력한다. 인버터(6B)는, 컨버터(5B)로부터 받은 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하고, 모터(MB)에 출력한다. 인버터(6C)는, 컨버터(5C)로부터 받은 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하고, 모터(MC)에 출력한다. 인버터(6D)는, 컨버터(5D)로부터 받은 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하고, 모터(MD)에 출력한다.

모터(MA)는, 인버터(6A)로부터 받은 3상 교류 전압에 의거하여 구동된다. 모터(MB)는, 인버터(6B)로부터 받은 3상 교류 전압에 의거하여 구동된다. 모터(MC)는, 인버터(6C)로부터 받은 3상 교류 전압에 의거하여 구동된다. 모터(MD)는, 인버터(6D)로부터 받은 3상 교류 전압에 의거하여 구동된다.

따라서 본 발명의 제 5의 실시의 형태에 관한 변압기에서는, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기와 마찬가지로, 변압기의 높이를 저감함과 함께 리액턴스의 저하를 막을 수 있다.

<제 6의 실시의 형태>

도 18은, 본 발명의 제 6의 실시의 형태에 관한 교류전차의 구성을 도시하는 회로도이다.

도 18을 참조하면, 교류전차(206)는, 팬터그래프(92)와, 변압 장치(106)와, 모터(MA, MB, MC, MD)를 구비한다. 변압 장치(106)는, 변압기(56)와, 컨버터(5A, 5B, 5C, 5D)와, 인버터(6A, 6B, 6C, 6D)를 포함한다. 변압기(56)는, 코일 그룹(G1, G2)을 포함한다. 코일 그룹(G1)은, 고압측 코일(1A, 1B)과, 저압측 코일(2A, 2B)을 포함한다. 코일 그룹(G2)은, 고압측 코일(11A, 11B)과, 저압측 코일(12A, 12B)을 포함한다.

변압 장치(106)에서는, 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)은 서로 병렬로 접속되고, 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)이 별개의 부하에 결합되어 있다. 즉, 고압측 코일(1A)은, 팬터그래프(92)에 접속된 제 1 단과, 접지 전압이 공급되는 접지 노드에 접속된 제 2 단을 갖는다. 고압측 코일(1B)은, 팬터그래프(92)에 접속된 제 1 단과, 접지 전압이 공급되는 접지 노드에 접속된 제 2 단을 갖는다. 고압측 코일(11A)은, 팬터그래프(92)에 접속된 제 1 단과, 접지 전압이 공급되는 접지 노드에 접속된 제 2 단을 갖는다. 고압측 코일(11B)은, 팬터그래프(92)에 접속된 제 1 단과, 접지 전압이 공급되는 접지 노드에 접속된 제 2 단을 갖는다.

저압측 코일(2A)은, 고압측 코일(1A)과 자기결합되어 있고, 컨버터(5A)의 제 1 입력단자에 접속된 제 1 단과, 컨버터(5A)의 제 2 입력단자에 접속된 제 2 단을 갖는다. 저압측 코일(2B)은, 고압측 코일(1B)과 자기결합되어 있고, 컨버터(5C)의 제 1 입력단자에 접속된 제 1 단과, 컨버터(5C)의 제 2 입력단자에 접속된 제 2 단을 갖는다. 저압측 코일(12A)은, 고압측 코일(11A)과 자기결합되어 있고, 컨버터(5B)의 제 1 입력단자에 접속된 제 1 단과, 컨버터(5B)의 제 2 입력단자에 접속된 제 2 단을 갖는다. 저압측 코일(12B)은, 고압측 코일(11B)과 자기결합되어 있고, 컨버터(5D)의 제 1 입력단자에 접속된 제 1 단과, 컨버터(5D)의 제 2 입력단자에 접속된 제 2 단을 갖는다.

따라서 본 발명의 제 6의 실시의 형태에 관한 변압기에서는, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관한 변압기와 마찬가지로, 변압기의 높이를 저감함과 함께 리액턴스의 저하를 막을 수 있다.

이번 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1, 11, 1A, 1B, 11A, 11B, 41A, 41B : 고압측 코일,
2, 12, 2A, 2B, 12A, 12B, 42A, 42B : 저압측 코일,
5A, 5B, 5C, 5D : 컨버터,
6A, 6B, 6C, 6D : 인버터,
15, 16, 17 : 부철심,
31, 32, 33, 34 : 다리부,
50, 51, 53, 54, 55, 56 : 변압기,
60 : 철심,
61, 62, 63 : 주철심,
91 : 가선,
92 : 팬터그래프,
100, 101, 105, 106 : 변압 장치,
200, 201, 205, 206 : 교류전차,
MA, MB, MC, MD : 모터,
W1, W2, W3, W4, W5 : 창부,
G1, G2, G3, G4 : 코일 그룹.

Claims

서로 간격을 띄어 나열하는 복수의 다리부(31, 32)를 갖는 제 1의 철심(61)과,
상기 복수의 다리부(31, 32)에 각각 권회된 복수의 코일 그룹(G1, G2)를 구비하고, 상기 복수의 코일 그룹(G1, G2) 의 각각은,
상기 복수의 코일 그룹의 사이에서 공통의 단상 교류 전력을 받는 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)과,
상기 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)과 자기결합된 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)을 포함하며, 상기 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)과 상기 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)은, 대응하는 다리부(31, 32)의 연신방향으로 적층되어 있으며,
또한,
복수의 코일 그룹(G1, G2) 중, 이웃하는 2개의 코일 그룹(G1, G2)사이에 마련된 제 2의 철심(15)을 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제 1항에 있어서,
상기 제 1의 철심(61) 및 상기 제 2의 철심(15)은 서로 분리하여 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 변압기.
제 1항에 있어서,
상기 제 1의 철심(61) 및 상기 제 2의 철심(15)은 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 변압기.
제 1항에 있어서,
상기 제 1의 철심은, 적어도 3개의 개구부(W1, W2, W3)를 가지며,
상기 복수의 다리부(31, 32)의 각각은, 상기 적어도 3개의 개구부(W1, W2, W3) 중, 서로 이웃한 대응하는 2개의 개구부의 사이에 마련되고,
상기 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B) 및 상기 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)은, 상기 대응하는 다리부(31, 32)의 양 옆의 상기 대응하는 2개의 개구부(W1, W2, W3)를 통과하여 상기 대응하는 다리부(31, 32)에 권회되는 것을 특징으로 하는 변압기.
제 1항에 있어서,
각 상기 코일 그룹(G1, G2)에서의 상기 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)은 별개의 부하에 결합되는 것을 특징으로 하는 변압기.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 다리부(31, 32)의 나열 방향에서의 상기 제 2의 철심(15)의 길이의 최소치는, 상기 제 2의 철심(15)과 이웃하는 2개의 코일 그룹(G1, G2)으로부터 선택된 코일 그룹에서의 상기 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)의 권수와, 상기 선택된 코일 그룹(G1, G2)에서의 상기 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)을 통과하여 흐르는 전류와, 상기 선택된 코일 그룹(G1, G2)에서의 상기 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B) 및 상기 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)의 사이즈와, 상기 제 2의 철심(15)의 포화 자속밀도에 의거하여 정해져 있는 것을 특징으로 하는 변압기.
복수의 다리부(31, 32)를 갖는 제 1의 철심(61)과,
고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)과,
저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B)을 구비하고,
상기 저압측 코일(2A, 2B, 12A, 12B) 및 상기 고압측 코일(1A, 1B, 11A, 11B)은 각각이 고압측 코일 요소와 저압측 코일 요소를 포함하는 복수의 코일 그룹(G1, G2)으로 분할되고,
상기 복수의 코일 그룹(G1, G2)은, 상기 복수의 다리부(31, 32)에 각각 권회되고,
각 상기 코일 그룹(G1, G2)에서의 상기 고압측 코일 요소(1A, 1B, 11A, 11B)는 공통의 단상 교류 전력을 받고,
각 상기 코일 그룹(G1, G2)에서의 상기 저압측 코일 요소(2A, 2B, 12A, 12B) 및 상기 고압측 코일 요소(1A, 1B, 11A, 11B)는, 대응하는 다리부(31, 32)의 연신방향으로 적층됨과 함께, 서로 자기결합되어 있고,
또한,
상기 복수의 코일 그룹(G1, G2) 중, 이웃하는 2개의 코일 그룹(G1, G2)사이에 마련된 제 2의 철심(15)을 구비하는 것을 특징으로 하는 변압기.