KR20130137009A - 비선형 변압기 및 그 제조 방법 - Google Patents

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사무엘 아우튼
토마스 에이. 하트만
찰스 더블류. 존슨
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에이비비 테크놀로지 아게
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Abstract

3상 비선형 변압기와 그 제조 방법이 개시된다. 비선형 변압기는 폐쇄되거나 또는 대체로 폐쇄된 주변부를 각각 갖는 복수의 프레임을 갖는 강자성 코어를 포함한다. 프레임들은 적어도 3개의 다리를 형성하도록 배열된다. 저전압 권선은 각 다리 주위에 형성되고, 고전압 권선은 각 저전압 권선 주위에 형성된다. 각 고전압 권선은 전형적으로 연속 연결된 디스크 권선들을 포함한다. 각각의 디스크 권선은 도체 스트립과 절연 스트립의 교호하는 동심층들로 형성되고, 도체 스트립은 10:1보다 큰 폭 대 두께의 비를 가진다. 케이싱은 각 쌍의 고전압 및 저전압 권선들을 캡슐로 싼다. 케이싱은 고전압 및 저전압 권선들을 형성하도록 사용된 권취 디바이스에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 몰드를 사용하여 형성된다.

Description

비선형 변압기 및 그 제조 방법{NON-LINEAR TRANSFORMER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합되는, 2010년 12월 3일자 출원된 미국 특허 가출원에 제61/419,563호에 대해 우선권을 주장한다.
본 발명은 변압기에 관한 것이고, 특히 비선형 변압기에 관한 것이다.
종래의 선형 변압기는 라인에 배열된 복수의 다리들을 갖는 코어를 포함한다. 선형 변압기의 예는 라인에 배열되고 그로부터 위로 연장하는 3개의 이격된 다리들을 구비한 저부 요크를 포함하는 코어를 가진 소위 E-코어 변압기이다. 3상 적용을 위하여, 3개의 코일(각 위상에 하나씩)들은 맨드릴 상에 형성되고 각각 다리들에 장착된다. 상부 요크는 맨드릴 상에 형성되고 다리들에 장착된다. 상부 요크는 그런 다음 다리들의 상부를 교차하여 고정된다.
비선형 변압기는 긴 시간 기간 동안 공지되었으나, 보다 최근까지 이것들에 대한 상당한 관심이 없었다. 비선형 변압기는 라인에 배열되지 않는 복수의 다리들을 가진다. 비선형 변압기의 가장 일반적인 예는 델타 또는 삼각형 구성으로 배열되는 3개의 섹션들 또는 프레임들을 갖는 소위 델타 또는 삼각형 변압기이다. 각 프레임은 전형적으로 폐쇄되고, 2개의 대향하는 다리 섹션들 및 2개의 대향하는 요크 섹션들을 가진다. 프레임들은 각 프레임의 다리 섹션들이 다른 2개의 프레임들의 다리 섹션들을 접합하고, 이에 의해 2개의 접합 다리 섹션들에 의해 형성되는 각 다리에 의해 3개의 다리들을 형성하도록 배열된다. 3개의 다리들은 삼각형 또는 델타 구성으로 배열된다.
비선형 변압기의 프레임들이 폐쇄되기 때문에, 코일들은 전형적으로 코어의 다리들 상에 형성된다. 각 코일의 고전압 권선은 직사각형 와이어로 형성되고, 와이어는 절연 랩핑 또는 에나멜을 사용하여 권취(winding) 전에 절연되어야만 한다. 직사각형 와이어로 형성된 권선은 또한 추가의 절연이 각 권선 층 사이에 배치될 것을 요구한다. 더욱이, 권선들은 탑 또는 피라미드 기술을 사용하여 형성되고, 층들의 폭은 권선이 방사상으로 외향하여 진행함으로써 감소한다. 이러한 권취 기술은 상당히 넓게 되는 베이스 층을 요구하며, 이러한 것은 증가된 전기 응력을 초래하고, 그러므로 보다 큰 절연 요건을 초래할 수 있다.
그러므로, 제조가 더욱 용이하고 개선된 구조를 갖는 비선형 변압기를 제공하는 것이 필요하게 된다. 본 발명은 이러한 비선형 변압기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라서, 비선형 구성으로 배열된 3개 이상의 다리를 갖는 강자성 코어를 포함하는 3상 비선형 변압기가 제공된다. 코일 조립체들은 각각 다리들에 장착된다. 각각의 코일 조립체는 저전압 권선 및 복수의 연속 연결된 디스크 권선들을 갖는 고전압 권선을 포함한다. 각각의 디스크 권선은 하나 이상의 도체 스트립과 하나 이상의 절연 스트립의 교호적인 동심층들을 포함한다. 도체 스트립은 10:1보다 큰 폭 대 두께 비를 가진다. 케이싱은 고전압 권선을 캡슐로 싼다. 상기 케이싱은 유전체 폴리머 재료로로 형성된다.
또한, 본 발명에 따라서, 3상 비선형 변압기를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법에 따라서, 폐쇄되거나 대체로 폐쇄된 주변부를 각각 갖는 복수의 프레임들을 포함하는 비선형 강자성 코어가 제공된다. 프레임들은 적어도 3개의 다리를 형성하도록 배열된다. 코어의 각 다리에 대하여, 저전압 권선이 다리 주위에 형성된다. 고전압 권선은 각 저전압 권선 주위에 형성된다. 관련된 저전압 권선 주위에서 각 고전압 권선의 형성은 하나 이상의 절연 스트립을 제공하는 단계; 각각 10:1보다 큰 폭 대 두께의 비를 각각 갖는 하나 이상의 도체 스트립을 제공하는 단계; 및 저전압 권선의 축선 방향으로 배열된 복수의 디스크 권선을 형성하도록 저전압 권선 주위에 하나 이상의 절연 스트립과 하나 이상의 도체 스트립을 권취하는 단계를 포함하며, 상기 각각의 디스크 권선은 절연 스트립과 도체 스트립의 교호적인 동심층들을 포함한다. 각 고전압 권선은 유전체 폴리머 재료로 주조된다.
본 발명의 특징, 양태, 및 이점은 다음의 상세한 설명, 첨부된 청구항, 및 첨부된 도면에 관하여 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라서 구현된 비선형 변압기의 일부의 평면 사시도.
도 2는 비선형 변압기의 일부의 측면도.
도 3은 비선형 변압기의 코어의 프레임의 사시도.
도 4는 그 일부가 제거된 코어의 평면 사시도.
도 5는 코어의 다리에 장착된 권취 디바이스의 일부를 도시한 도면.
도 6은 권취 디바이스의 기어 조립체를 도시한 도면으로서, 권선 디바이스가 코어의 다리에 장착된 도면.
도 7은 권취 디바이스의 기어 조립체를 도시한 도면.
도 8은 비선형 변압기의 고전압 권선의 디스크 권선의 일부의 개략도.
도 9는 몰드에 봉입되고 절연 폴리머 재료로 주조되는 비선형 변압기의 고전압 권선을 도시한 도면.
도 10은 고전압 권선이 점선으로 도시되는 케이싱으로 둘러싸인 고전압 권선을 도시한 도면.
다음의 상세한 설명에서, 동일한 구성 요소는 이것들이 본 발명의 다른 실시예들에서 도시되는지에 관계없이 동일한 도면부호로 지시된다는 것을 유념하여야 한다. 또한, 명확하고 간결하게 기술하기 위하여, 도면은 반드시 축척으로 도시되지 않고, 본 발명의 특징은 다소 개략적인 형태로 도시될 수 있다는 것을 또한 유념하여야 한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따라서 구성된 비선형, 3상 건식 변압기(10)가 도시된다. 변압기(10)는 비선형 코어(18)에 장착된 대체로 3개의 코일 조립체(12, 각 위상에 하나씩)들을 포함하며, 이것들 모두는 환기되는 외부 하우징(도시되지 않음) 내에 봉입될 수 있다. 각 코일 조립체(12)는 하나 이상의 유전체 폴리머로 구성되는 케이싱(14, 도 10에 도시된)으로 둘러싸인다.
코어(18)는 델타 형상이며, 3개의 프레임(22)을 포함하고, 각각의 프레임은 폐쇄되거나 또는 대체로 폐쇄된 주변부와 확장 개구를 가진다. 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 각 프레임(22)은 라운딩된 직사각형 형상을 가지며, 어깨부(23)에 의해 한 쌍의 요크 섹션(26)에 결합되는 한 쌍의 대향하는 다리 섹션(24)을 포함한다. 다리 섹션(24)들은 요크 섹션(26)보다 상당히 길다.
각 프레임(22)은 실리콘 스틸 및/또는 비정질 금속일 수 있는 하나 이상의 금속 스트립으로부터 권취될 수 있다. 하나 이상의 금속 스트립은 대체로 반원형 단면을 구비한 프레임(22)을 제공하도록 치수화 및/또는 배열될 수 있으며, 프레임(22)의 아치형 부분은 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이 안쪽과 앞을 향하고, 프레임(22)의 평면 부분은 바깥쪽과 뒤를 향한다. 프레임(22)의 이러한 구성은 복수의 상이한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 금속 스트립은 프레임(22)의 다른 층들에서 상이한 폭들을 가지도록 연속하여 테이퍼지는 방식으로 절단될 수 있으며, 편향되거나 또는 엇갈려 배치될 수 있다. 프레임(22)을 형성하는 하나 이상의 금속 스트립의 권선이 완성되면, 하나 이상의 금속 스트립은 어닐링될 수 있다. 부가하여, 프레임(22)은 부식으로부터 프레임(22)을 보호하도록 및/또는 프레임(22)을 절연하도록 하나 이상의 코팅층들로 코팅될 수 있다. 여전히 추가적으로, 다리 섹션(24)들과 요크 섹션(26)들(그러나, 그 사이에 있는 어깨부를 배제하는)은 유전체 테이프로 권취될 수 있다.
프레임(22)은, 각 프레임(22)의 다리 섹션(24)들이 각각 다른 2개의 프레임(22)의 다리 섹션(24)과 접합하고, 이에 의해, 각 다리(30)가 2개의 접합중인 다리 섹션(24)에 의해 형성되는, 3개의 다리(30)들을 형성하도록, 삼각형 또는 델타 구성으로 배열된다. 각 다리(30)에서, 다리 섹션(24)의 평면 부분들은 서로 접한다. 이러한 방식으로, 각 다리(30)는 도 4에 도시된 바와 같이 실질적으로 원형 단면을 가진다. 복수의 밴드들은 다리 섹션(24)들을 서로 고정하도록 각 다리(30)의 다리 섹션(24) 주위에 고정 배치되고, 그러므로, 델타 구성으로 프레임(22)들을 고정한다. 밴드들은 유전체 플라스틱과 같은 유전체 재료로 구성된다. 한 실시예에서, 밴드들은 접착 테이프로 구성된다.
코일 조립체(12)는 각각 다리(30)에 장착되고 그 주위에 배치된다. 각 코일 조립체(12)는 고전압 권선(32)과, 저전압 권선(34)을 포함하며, 각각의 권선은 그 형상에 있어서 원통형이다. 변압기(10)가 강압 변압기(step-down transformer)이면, 고전압 권선(32)은 주 코일이며, 저전압 코일은 2차 코일이다. 대안적으로, 변압기(10)가 승압 변압기(step-up transformer)이면, 고전압 권선(32)은 2차 코일이고, 저전압 권선(34)은 주 코일이다. 각 코일 조립체(12)에서, 고전압 권선(32)과 저전압 권선(34)은 동심으로 장착되고, 저전압 권선(34)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 고전압 권선(32) 내에서 방사상으로 내향하여 배치된다. 고전압 권선(32)은 직렬로 연결되는 복수의 디스크 권선(60)을 포함한다. 이후에 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, 디스크 권선(60)들은 권취 작업 시에 도체 포일 또는 스트립으로 형성된다.
변압기(10)는 배전 변압기(distribution transformer)이며, 약 112.5 kVA로부터 약 15,000 kVA의 범위에 있는 kVA 정격(rating)을 가진다. 각 고전압 권선(32)의 전압은 약 600 V 내지 약 35 kV의 범위에 있으며, 각 저전압 권선(34)의 전압은 약 120 V 내지 약 15 kV의 범위에 있다.
다음에, 도 5를 참조하여, 코어(18)의 다리(30)에 부착된 권취 디바이스((40)의 일부가 도시된다. 권취 디바이스(40)는 각 코일 조립체(12)의 저전압 권선(34)과 고전압 권선(32)을 권취하도록 사용된다. 권취 디바이스(40)는 한 쌍의 기어 조립체(42)와 복수의 지지 플레이트(44)를 포함한다. 각 기어 조립체(42)는 고정 링(46), 궤도 링(48), 및 기어 배플(50)을 포함한다.
코일 조립체(12)가 다리(30)에 상에 권취될 때, 기어 조립체(42)는 이격 방식으로 다리(30)에 장착되고, 하나의 기어 조립체(42)는 다리(30, 어깨부와의 연결 지점 가까이)의 상단부에 장착되고, 다른 기어 조립체(42)는 다리(30, 어깨부와의 연결 지점 가까이)의 하단부에 장착된다. 다리의 각 단부에 있는 기어 조립체(42)는 다음의 문단에 기술된 바와 같이 구성되고 장착된다.
고정 링(46)은 절반의 원에 걸쳐 원주를 갖는 아치이다. 복수의 나사공들은 고정 링에 형성되고, 복수의 고정 스크루(54)를 나사 결합 가능하게 수용하는데 적합하다. 고정 링(46)은 어깨부를 향하여 다리(30) 상에 배치되고, 고정 스크루(54)는 나사공을 통하여 다리(30)와 쐐기 결합으로 나사 결합되고, 이에 의해, 고정 링(46)을 코어(18)에 고정한다.
궤도 링(48)은 다리(30) 상에 배치된 후에 서로 고정되는 2개의 절반의 원들을 가진다. 궤도 링(48)은 고정 링(46)으로부터 내향하여 배치되지만, 고정 링에 거슬러 배치된다(다른 궤도 링(48)을 향하여). 궤도 링(48)은 스크루에 의한 것과 같이 고정 링(46)에 고정되며, 그 위에서 기어 배플(50)이 회전할 수 있는 트랙으로서 기능하는 매끄러운 외부 원주면을 가진다.
기어 배플(50)은 각각 아치형 내부 가장자리와 톱니형 외부 가장자리를 구비한 2개의 섹션을 가진다. 기어 배플(50)의 2개의 섹션은 궤도 링(48) 위에 배치되어서, 아치형 가장자리는 궤도 링(48)의 트랙 상에 놓인다. 2개의 섹션들은 그런 다음 서로 고정되고, 이에 의해 디스크 형상이고 내부 중앙 개구 및 톱니를 구비한 외부 원주 가장자리를 갖는 기어 배플(50)을 형성한다. 기어 배플(50)은, 배플(50)의 내측면으로부터 돌출하고 중앙 개구를 향하여 위치되는 환형 돌출부(도시되지 않음)를 가진다. 기어 배플(50)의 톱니는 전기 모터 또는 다른 회전력 소스에 의해 구동되는 구동 기어(도시되지 않음)와 결합될(맞물릴) 수 있다. 구동 기어의 회전은 궤도 링(48)의 트랙 주위에서 기어 배플(50)을 회전시킨다.
지지 플레이트(44)들은 강 또는 강성 플라스틱과 같은 강성 재료로 구성된다. 각 지지 플레이트(44)는 기어 배플(50)들 사이에서 연장하고, 그 단부들은 각각 기어 배플(50)의 환상 돌출부들 상에 고정 지지된다. 지지 플레이트(44)들은 구부러지고, 원통형 벽을 형성하도록 다리(30)의 원주 주위에 배열되며, 이러한 것은 저전압(LV) 몰드(58)로서 지칭될 수 있다. 다음에 기술되는 바와 같이, 저전압 권선(34)은 LV 몰드(58) 위에 형성된다. 도시된 실시예에서, 3개의 지지 플레이트(44)들이 있으며; 그러나, 2개 또는 4개와 같은 상이한 수의 지지 플레이트들이 이용될 수 있다. LV 몰드(58)는 기어 배플(50)들 중 하나 또는 양쪽이 구동 기어(들)에 의해 회전될 때 기어 배플(50)들과 함께 회전한다.
저전압 권선(34)은 전도성 재료의 연속 시트와 절연 재료의 연속 시트로 형성될 수 있다. 대안적으로, 저전압 권선(34)은 절연 포장된 전도성 와이어로 형성될 수 있다. 도체는 구리 또는 알루미늄과 같은 전도성 재료로 구성된다. 시트 도체가 이용되는 실시예에서, 도체는 약 0.2 내지 약 3 ㎜의 두께를 가진다. 절연 시트는 등록상표 Nomex® 하에서 판매되는 것과 같은 아라미드 페이퍼; 등록상표 Kapton® 하에서 판매되는 것과 같은 폴리이미드 필름, 또는 등록상표 Mylar® 하에서 판매되는 것과 같은 폴리에스테르 필름으로 구성될 수 있다. Nomex 및 Mylar 또는 Dacron 및 Mylar처럼 다른 절연재를 샌드위치하는 것에 의해 형성된 라미네이트들이 또한 사용될 수 있다. 도체 시트와 절연 시트는 중첩하는 방식으로 도체 시트와 절연 시트를 분배하는 공급원으로부터 권취되고, 도체 시트는 절연 시트 위에 배치된다. 상기 공급원은 도체 시트의 하나 이상의 회전 가능한 롤과 절연 시트의 하나 이상의 회전 가능한 롤을 포함할 수 있다. 도체 시트(들)와 절연 시트(들)는 기어 배플(50)의 회전을 통하여, 그러므로 LV 몰드(58)의 회전을 통하여 LV 몰드(58) 상에 권취된다. LV 몰드(58)가 회전함으로써, 절연 시트(들)와 도체(들)들은 공급원으로부터 당겨져 LV 몰드(58) 주위에 권취되어, 절연 시트의 복수의 동심 턴들(turns) 또는 층들이 끼워지는 도체 시트의 복수의 동심 턴들 또는 층들을 포함하는 저전압 권선(34)을 형성한다.
저전압 권선(34)이 형성된 후에, 고/저 장벽이 저전압 권선(34) 위에 형성된다. 고/저 장벽은 절연 시트의 복수의 층들로 형성될 수 있다. 절연 시트의 층들에 부가하여, 또는 대신에, 절연 재료의 하나 이상의 층들은 고/장벽을 형성하도록 사용될 수 있다. 대안적으로, 고/저 장벽은 고전압 권선(32) 또는 고전압 권선(32)과 저전압 권선(34) 모두가 이후에 기술되는 몰딩 공정 동안 폴리머 재료 케이싱(들)으로 캡슐에 싸인 후에 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 고/저 장벽은 저전압 권선 주위에서 서로 고정되는 복수의 섹션들로 구성된다. 상기 섹션들은 비교적 강성인 유전체 플라스틱으로 구성될 수 있다.
고전압 권선(32)은 고/저 장벽 위에 형성된다. 고전압 권선(32)은 복수의 연속 연결된 디스크 권선(60)들을 포함하고, 각각의 디스크 권선은 도 8에 도시된 바와 같이 절연 스트립(64)의 복수의 동심 턴들 또는 층들이 끼워지는 도체 스트립(62)의 복수의 동심 턴들 또는 층들을 포함한다. 도체 스트립(62)은 구리 또는 알루미늄과 같은 전도성 금속으로 구성되고, 10:1보다 큰, 특히 약 400:1 내지 약 10:1, 더욱 특히 약 100:1 내지 약 50:1의 폭 대 두께의 비를 가진다. 한 실시예에서, 도체 스트립은 약 0.2 내지 약 0.6 ㎜의 두께 및 약 25 ㎜ 내지 50 ㎜의 폭, 특히 약 0.25 ㎜의 두께 및 약 38 ㎜의 폭이다. 절연 스트립(64)은 등록상표 Nomex® 하에서 판매되는 것과 같은 아라미드 페이퍼, 등록상표 Kapton® 하에서 판매되는 것과 같은 폴리이미드 필름, 등록상표 Mylar® 하에서 판매되는 폴리에스테르 필름으로 구성되거나 또는 다른 절연 필름 또는 라미네이트 결합물로 구성될 수 있다. 절연 스트립(64)의 폭은 고전압 권선(32)의 디자인에 의존한다. 그러나, 절연 스트립(64)은 전형적으로 도체 스트립(62)보다 넓은 약 10 ㎜이다. 모든 디스크 권선(60)은 단일 길이의 도체 스트립으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 디스크 권선(60)은 각각 별개의 길이의 도체 스트립(62)들로 형성될 수 있으며, 그런 다음 디스크 권선(60)들은 용접 또는 기계적인 커넥터에 의해 서로 연결된다.
도체 스트립(62)과 절연 스트립(64)은 중첩하는 방식으로 도체 스트립(62)과 절연 스트립(64)을 분배하는 공급부로부터 디스크 권선(60) 내로 권취되고, 도체 스트립(62)은 절연 스트립(64) 위에 배치된다. 공급부는 공급부로부터 별개로 분배되는 도체 스트립(62) 및 절연 스트립(64)의 별개의 롤들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 도체 스트립(62)과 절연 스트립(64)은 이것들이 공급부로부터 분배되기 전에 서로 고정될 수 있다. 특히, 도체 스트립(62)은 단일 롤에 저장되고 그로부터 분배되는 조합된 도체/절연 스트립을 형성하도록 접착제에 의해 절연 스트립(64)에 결합될 수 있다. 조합된 도체/절연 스트립은 조합된 도체/절연 스트립이 디스크 권선(60)에 권취되기 전에 에폭시와 같은 폴리머 재료로 추가로 코팅될 수 있다.
도체 스트립(62)과 절연 스트립(64)은 고/저 장벽 위에 권취되고, 고/저 장벽은 저전압 권선(34)과 함께 LV 몰드(58) 위에 배치된다. 대안적으로, 도체 스트립(62)과 절연 스트립(64)은 고/저 장벽 위에 배치된 다른 몰드 상으로 권취될 수 있다. 도체 스트립(62)과 절연 스트립(64)은 기어 배플(들)(50), 그러므로 LV 몰드(58)의 회전을 통하여 권취된다. LV 몰드(58)가 회전함으로써, 도체 스트립(62)과 절연 스트립(64)은 공급부로부터 당겨지고, 절연 스트립(64)의 복수의 동심 턴들 또는 층들이 끼워지는 도체 스트립(62)의 복수의 동심 턴들 또는 층들을 포함하는 디스크(60)를 형성하도록 고/저 장벽 주위에 권취된다.
제 1 디스크 권선(60)이 형성된 후에, LV 몰드(58)의 회전은 정지되고, 도체 스트립(62)은 제 2 디스크 권선(60)의 형성을 위해 준비된다. 도체 스트립(62)의 준비는 디스크 권선(60)이 얼마나 권취되고 이것들이 서로 어떻게 연결되는 가에 의존한다. 권취 공정이 완료된 후에 디스크 권선(60)들이 용접 또는 커넥터에 의해 서로 연결되면, 도체 스트립(62)은 제 1 디스크 권선(60)이 형성된 후에 절단된다. 그러나, 디스크 권선(60)이 동일 길이의 도체 스트립(62)으로부터 형성되는 것에 의해 서로 연결되면, 제 1 디스크 권선(60)이 형성된 후에 편심 폴드들이 도체 스트립(62)에서 형성된다. 편심 폴드들은 고전압 권선(32)의 축선 방향으로 편심을 형성하는 한 쌍의 45°각도 폴드들을 포함할 수 있다.
상기된 단계들은 필요한 수의 디스크 권선(60)들이 고전압 권선(32)을 위하여 형성될 때까지 반복된다. 디스크 권선(60)은 교호하는 방향, 즉 안에서 바깥으로 그런 다음 바깥에서 안으로 권취될 수 있다. 대안적으로, 드롭-다운(drop-downs)들은 도체 스트립(62)이 한쪽 방향으로, 즉 안에서 바깥으로 권취되도록 제공될 수 있다. 드롭-다운은 일련의 디스크 권선(60)을 시작하기 위해 바깥으로부터 다시 안으로 도체 스트립(62)을 가져오도록 디스크 권선(60)의 완료시에 형성되는 만곡부(bend)이다.
디스크 권선(60)은 LV 몰드(58)의 한쪽 단부로부터 LV 몰드(58)의 다른쪽 단부로 동일한 권선 방향으로 권취될 수 있다. 대안적으로, 디스크 권선(60)들은 2개의 섹션들로 권취될 수 있으며, 섹션들을 약 LV 몰드(58)의 중간으로부터 반대 권선 방향으로 각각 시작한다. 2개의 섹션들은 병렬로 연결될 수 있다.
각 고전압 권선(32)에서, 탭들은 디스크 권선(60)들 사이의 연결부에 연결될 수 있다. 이러한 탭들은 고전압 권선(32)과 관련된 저전압 권선(34)에서 일정 전압을 유지하도록 사용될 수 있다. 탭들은 도 10에 도시된 바와 같이 케이싱(14)에 형성된 돔(72)에 위치된 터미널(70)에 연결될 수 있다. 탭들은 또한 상부 및 하부 부싱(75, 77)에 수용될 수 있다. 탭들의 외부 부분은 상부 및 하부 부싱(75, 77)들의 단부면을 통해 약간 연장할 수 있다.
디스크 권선(60)들이 형성되고 각 고전압 권선(32)에 대해 상호 연결된 후에, 고전압 권선(32)들은 케이싱(14)으로 각각 감싸인다. 각 케이싱(14)은 에폭시, 특히 아로마틱 에폭시 또는 싸이클로알리파틱 에폭시(cycloaliphatic epoxy)일 수 있는 절연 폴리머 재료로 형성된다. 한 실시예에서, 에폭시는 싸이클로알리파틱 에폭시, 특히 소수성 싸이클로알리파틱 에폭시(hydrophobic cycloaliphatic epoxy) 조성물이다. 이러한 에폭시 조성물은 싸이클로알리파틱 에폭시, 경화제, 가속제, 및 실란화 석영 분말, 융합된 실리카 분말, 실란화 융합 실리카 분말과 같은 충전제를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 에폭시 조성물은 약 50-70%의 충전제를 포함한다. 경화제는 선형 알리파틱 폴리머 무수물, 또는 사이클릭 카르복실 무수물과 같은 무수물일 수 있다. 가속제는 아민, 산성 기폭제(제 1 주석옥토아테(stannous octoate)와 같은), 이미다졸(imidazole), 또는 4차 암모늄 수산화물(quaternary a㎜onium hydroxide) 또는 할로겐화물일 수 있다.
각 고전압 권선(32)을 위한 케이싱(14)은 권취 디바이스(40)에 의해 형성된(부분적으로) 주형 몰드(80)를 사용하여 형성될 수 있다. 특히, LV 몰드(58)는 도 9에 도시된 바와 같이 주형 몰드(80)의 내부벽을 형성하는 한편, 기어 배플(50)들은 주형 몰드(80)의 단부들을 형성한다. 다중 섹션 측벽(82)은 주형 몰드(80)를 완성하도록 고전압 권선(32) 주위에 형성된다. 방사상 공간은 측벽(82)과 고전압 권선(32) 사이에 위치된다. 주조 공정 동안, 주형 몰드(80)와 고전압 권선(32)은 수직으로 위치되고, 절연 폴리머 재료는 기어 배플(50)들의 상부의 것과 주형 몰드(80)의 측벽 사이의 갭을 통해 연장하는 튜브(84)들을 통해 주형 몰드(80)의 상부 내로 주입된다.
주조 공정은 자동 가압 겔화(automatic pressure gelation, APG) 공정일 수 있다. APG 공정에 따라서, 폴리머 재료(액체 형태를 하는)는 탈가스되고, 진공하에 있는 동안 40℃ 이상의 온도로 예열된다. 주형 몰드(80)는 폴리머 재료의 상승된 경화 온도로 또한 가열될 수 있다. 탈가스되고 예열된 폴리머 재료는 그런 다음 약간의 압력(slight pressure) 하에서 주형 몰드(80) 내로 주입된다. 주형 몰드(80) 내에서, 폴리머 재료는 신속하게 겔화하기 시작한다. 그러나, 주형 몰드(80)에 있는 폴리머 재료는 주형 몰드(80) 외부로부터 주입되는 가압된 폴리머 재료와 접촉을 유지한다. 이러한 방식으로, 주형 몰드(80)에서 겔화된 폴리머 재료의 수축은 압력 하에서 주형 몰드(80)로 들어오는, 탈가스되고 예열된 폴리머 재료의 일련의 추가적인 도입에 의해 보상된다.
각 고전압 권선(32)에 대하여, 폴리머 재료가 고체로 경화한 후에, 몰드(80)는 분해되고 제거된다. 특히, 측벽(82)은 먼저 분해되고 제거된다. 그런 다음, 기어 조립체(42, 기어 배플(50)을 포함하는)들이 분해되고 제거된다. 끝으로, LV 몰드(58)가 제거되고, 동시에 하나의 지지 플레이트(44)가 제거된다.
저전압 권선(34)들은 또한 케이싱으로 각각 둘러싸일 수 있다. 이러한 케이싱들은 케이싱(14)들과 별개일 수 있지만, 상기된 바와 같은 케이싱(14)과 실질적으로 동일한 방식으로 실질적으로 동일한 폴리머 재료로 형성될 수 있다. 대안적으로, 저전압 권선(34)들은 케이싱들에 둘러싸이지 않을 수 있으나, 대신에 간단히 폴리머 재료가 끝에 충전될 수 있다(end-filled).
이전의 예시적인 실시예(들)의 설명이 본 발명의 철저한 것이 아니라 단지 예시적인 것이라는 것이 이해되어야 한다. 당업자는 첨부된 청구항들에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 사상 또는 그 범위로부터 벗어남이 없이 개시된 요지의 실시예(들)에 대한 특정의 추가, 삭제, 및/또는 변경을 만들 수 있을 것이다.

Claims (21)

  1. 3상 비선형 변압기로서,
    비선형 구성으로 배열된 3개 이상의 다리들을 갖는 강자성 코어;
    상기 다리들에 장착된 코일 조립체들을 포함하며, 상기 코일 조립체들 각각은:
    저전압 권선;
    복수의 연속 연결된 디스크 권선들을 포함하는 고전압 권선으로서, 상기 디스크 권선들 각각은 하나 이상의 도체 스트립 및 하나 이상의 절연 스트립의 교호하는 동심층들을 포함하고, 각각의 도체 스트립이 10:1보다 큰 폭 대 두께의 비를 갖는, 상기 고전원 권선; 및
    상기 고전압 권선을 캡슐로 싸고, 유전체 폴리머 재료로 구성되는 케이싱을 포함하는, 3상 비선형 변압기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 코어의 다리들은 삼각형 구성으로 배열되는 3상 비선형 변압기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 코어는 각각 폐쇄되거나 또는 대체로 폐쇄된 주변부를 갖는 3개의 프레임들을 포함하는 3상 비선형 변압기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 프레임들 각각은 어깨부들에 의해 한 쌍의 요크 섹션들에 각각 연결디는 한 쌍의 다리 섹션들을 갖는 라운드된 직사각형 형상을 갖는 3상 비선형 변압기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 프레임들은, 각 프레임의 상기 다리 섹션들이 각각 다른 2개의 프레임들의 다리 섹션들에 접합하고, 이에 의해 3개의 다리들을 형성하도록 삼각형 구성으로 배열되는 3상 비선형 변압기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 도체 스트립은 구리 또는 알루미늄으로 구성되는 3상 비선형 변압기.
  7. 제 1 항에 있어서, 각각의 고전압 권선의 상기 디스크 권선들은 단일 길이의 도체 스트립으로 형성되는 3상 비선형 변압기.
  8. 제 1 항에 있어서, 각각의 도체 스트립은 구리 또는 알루미늄으로 형성되고, 약 400:1 내지 약 10:1의 폭 대 두께의 비를 갖는 3상 비선형 변압기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체 폴리머 재료는 에폭시인 3상 비선형 변압기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 유전체 폴리머 재료는 싸이클로알리파틱 에폭시인 3상 비선형 변압기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 저전압 권선은 유전체 폴리머 재료로 구성되는 케이싱으로 캡슐로 싸이는 3상 비선형 변압기.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 저전압 권선은 직사각형 단면을 구비한 절연된 도체를 포함하는 3상 비선형 변압기.
  13. 3상 비선형 변압기를 제조하는 방법으로서,
    (a.) 폐쇄되거나 또는 대체로 폐쇄된 주변부를 각각 가지며 적어도 3개의 다리들을 형성하도록 배열되는 복수의 프레임들을 포함하는 비선형 강자성 코어를 제공하는 단계;
    (b.) 상기 코어의 각 다리를 위하여, 상기 다리 주위에 저전압 권선을 형성하는 단계;
    (c.) 각각의 저전압 권선 주위에 고전압 권선을 형성하는 단계로서, 관련 저전압 권선 주위에 각각의 고전압 권선을 형성하는 상기 단계는: 하나 이상의 절연 스트립을 제공하는 단계, 각각 10:1의 폭 대 두께의 비를 갖는 하나 이상의 도체 스트립을 제공하는 단계, 상기 저전압 권선의 축선 방향으로 배열된 복수의 디스크 권선들을 형성하도록 상기 저전압 권선 주위에 하나 이상의 절연 스트립과 하나 이상의 도체 스트립을 권취하는 단계를 포함하고, 상기 디스크 권선들 각각은 하나 이상의 도체 스트립 및 하나 이상의 절연 스트립의 교호하는 동심층들을 포함하는, 상기 고전압 권선 형성 단계; 및
    (d.) 유전체 폴리머 재료로 각 고전압 권선을 주조하는 단계를 포함하는, 3상 비선형 변압기 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 하나 이상의 절연 스트립을 권취하는 단계와 상기 하나 이상의 도체 스트립을 권취하는 단계는 동시에 수행되는 3상 비선형 변압기 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 하나 이상의 절연 스트립과 하나 이상의 도체 스트립들은 상기 하나 이상의 절연 스트립과 하나 이상의 도체 스트립들이 상기 저전압 코일 주위에 권취되기 전에 함께 고정되는 3상 비선형 변압기 제조 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 각각의 다리에 대하여, 상기 저전압 권선을 형성하는 단계는:
    절연 시트를 제공하는 단계;
    도체 시트를 제공하는 단계; 및
    상기 절연 시트와 상기 도체 시트의 교호하는 동심층들을 형성하도록 상기 다리 주위에 상기 절연 시트와 도체 시트를 권취하는 단계를 포함하는 3상 비선형 변압기 제조 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 각각의 도체 스트립은 구리 또는 알루미늄으로 구성되는 3상 비선형 변압기 제조 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 각각의 고전압 권선의 디스크 권선들은 단일 길이의 도체 스트립으로 형성되는 3상 비선형 변압기 제조 방법.
  19. 제 13 항에 있어서, 각각의 도체 스트립은 구리 또는 알루미늄으로 구성되고, 약 400:1 내지 약 10:1의 폭 대 두께의 비를 갖는 3상 비선형 변압기 제조 방법.
  20. 제 13 항에 있어서, 유전체 폴리머 재료로 각각의 저전압 권선을 주조하는 단계를 추가로 포함하는 3상 비선형 변압기 제조 방법.
  21. 제 13 항에 있어서, 각각의 다리에 대하여, 상기 저전압 권선을 형성하는 단계는:
    직사각형 단면을 가진 절연된 도체를 제공하는 단계; 및
    상기 도체의 하나 이상의 동심층들을 형성하도록 상기 다리 주위에 상기 도체를 권취하는 단계를 포함하는 3상 비선형 변압기 제조 방법.
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