내 애플리케이션의 AC 전원 입력은 무엇인가요?
개발 및 테스트 애플리케이션에 사용되는 프로그래밍 가능한 AC 전원은 로컬에서 사용 가능한 유틸리티 전원을 테스트 중인 장치를 테스트하거나 제어하는 데 필요한 특정 정밀 AC 또는 DC 출력 형식으로 변환합니다. 회전식 컨버터나 전압 전용 변압기가 아닌 능동 전자 회로가 사용되므로 이를 "솔리드 스테이트 전력 변환"이라고 합니다. 이는 테스트 애플리케이션에 많은 이점을 제공합니다:
- 전압과 주파수 동시 변환
- 전원 출력이 유동적일 수 있으므로 그리드와 테스트 중인 장치 사이의 갈바닉 절연이 가능합니다.
- 필요에 따라 단일, 분할 또는 3상 그리드를 단일, 분할 또는 3상으로 위상 변환 가능
테스트 목적에 관계없이 솔리드 스테이트 전력 컨버터는 유틸리티 전력을 입력으로 받아 원하는 출력 전력 전압, 주파수 및 위상 구성으로 변환합니다.
단상 AC 입력
단상 AC 입력 구성은 모든 실험실이나 공장 현장에 단상 전원 콘센트가 있기 때문에 가장 편리합니다. 230Vac 또는 240Vac 그리드 전압이 표준인 국가에서는 최대 3000W의 요구 사항을 지원할 수 있는 합리적인 입력 전력을 제공합니다.
미국이나 일본처럼 AC 라인 전압이 120Vac 또는 110Vac에 불과한 국가의 경우 표준 AC 콘센트에서 훨씬 적은 전력을 사용할 수 있습니다. 일반적인 120Vac 콘센트는 10A만 지원하므로 가장 좋은 경우 1200VA를 사용할 수 있습니다. 이는 입력 전력을 더 줄일 수 있는 낮은 라인 전압 조건을 무시한 것입니다. 미국에는 120V, 20A 콘센트 버전이 있지만 일반적이지 않고 다른 핀 방향을 사용하므로 표준 모듈형 라인 코드 플러그는 이 콘센트에서 작동하지 않습니다.
그림 1: 단상 그리드 연결
미국에서 1000W 이상의 전력 출력 요구 사항을 충족하려면 분할 위상 240Vac 또는 3상 208V가 필요합니다.
3상 AC 입력
3상 전력은 일반적으로 고전력 및 산업용 애플리케이션에 사용됩니다. 공장 현장과 전력 테스트 실험실에는 일반적으로 3상 콘센트가 있습니다. 사무실 건물의 경우 전력 소비가 큰 조명에 3상 전력이 사용되므로 건물에서 3상 전력을 사용할 수 있지만 3상 콘센트는 사용할 수 없을 수도 있습니다.
세 가지 일반적인 3단계 구성이 있습니다:
- 208Vac 3상 Wye Japan
- 208Vac 3상 Wye US
- 400Vac 3상 Wye 유럽, 아시아
- 480Vac 3상 델타 미국
일부 국가(캐나다)에서는 더 높은 전압이 존재할 수 있으며 델타/와이 변압기를 사용하여 델타에서 와이로 또는 그 반대로 변경할 수 있습니다.
그림 2: 3상 델타 그리드 연결
델타 또는 와이 입력?
모든 고전력 AC 또는 DC 전원의 3상 입력 구성이 동일한 것은 아닙니다. 고려 중인 전원에서 지원하는 3상 전압 구성의 유형에 주의하세요. 입력 구성이 델타인 경우 전원은 델타 또는 와이 그리드 구성과 함께 사용할 수 있습니다. 그리드에 연결할 때 중성선 연결은 필요하지 않습니다.
반면에 전원에 중성 연결이 필요한 경우(Wye 입력만 지원됨), 델타 그리드와 함께 사용할 수 없습니다. 이러한 유형의 입력 설계는 상당한 양의 중성 전류가 흐를 수 있으므로 심각한 불균형 3상 부하를 구동할 때 종종 영향을 받습니다. 부하 불균형 적합성 테스트를 수행하면서 이러한 전원을 피하십시오.
그림 3: 3상 WYE와 델타 구성 비교
물론 AC 입력 전압 범위에도 주의를 기울이는 것도 중요합니다.
역률 보정 단상 입력 전원의 경우 AC 입력 전압 범위가 넓은 경우가 많지만, 3상 제품은 일반적으로 이와 관련된 넓은 입력 전류 범위 요구 사항을 구현하기 어렵거나 비용이 많이 들기 때문에 그렇지 않습니다.
그러나 일부 제품에서는 여러 전압 입력 변압기 탭을 지원하는 AC 입력 변압기를 사용하여 전 세계 여러 지역에 맞게 재스트래핑할 수 있습니다. 단점은 이러한 전원이 일반적으로 상당히 크고 무겁다는 것입니다.
AC 입력 전류
입력 전류 요구 사항은 단상 또는 3상 입력 구성 모두에 대해 여러 요인에 의해 결정됩니다:
- 입력 전압 범위
- 출력 전력 등급
- 역률
- 효율성
- 과부하 작동
이러한 모든 요소에 따라 프로그래밍 가능한 소스의 최대 정격 출력 전력을 지원하기 위해 필요한 AC 입력 VA가 결정됩니다. 예를 들어 저항성 부하에 2kVA 소스가 연결되어 있는 경우 최대 출력 전력은 2000VA와 마찬가지로 2000W가 됩니다. 입력 사양이 다음과 같다고 가정해 보겠습니다.
- AC 전압 입력 범위: 230Vac ± 10%
- 전류: 15A
- 역률: 8
- 효율성: 82%
AC 입력 전압은 230V 공칭이므로 최악의 경우 230V * 0.9 = 207Vac까지 작동할 수 있도록 해야 합니다. 전 세계의 모든 전력망이 안정적인 것은 아니며 낮은 라인 정전 상태는 매우 흔할 수 있습니다.
필요한 2000W 출력을 얻기 위해 전력망에서 필요한 입력 전력은 다음 공식에 의해 결정됩니다:
핀 = (Pout / PF ) / Eff
이 예의 경우 이는 다음과 같습니다:
핀 = (2000) / 0.8 ) / 0.82 = 3048 VA
최악의 경우 낮은 라인 입력 전압이 207Vac인 경우 3048 / (230* 0.9) = 14.724A가 필요합니다.
3상 전원 입력의 경우 필요한 입력 전력과 전류의 관계는 비슷한 방식으로 계산되지만 실제 전류는 3상 또는 √3으로 나누어야 합니다. 따라서 3상 208V 그리드 연결에 필요한 10kVA 입력 전력 요구 사항은 다음과 같습니다.
((10000 / (208*0.9)) / √3 = 위상당 30.84A RMS.
이는 역률과 효율이 AC 입력 전류와 관련 시설 차단기 및 입력 전선 크기에 미치는 영향을 보여줍니다. 이 단상 입력 예시에서 15A 입력 전류는 일반적으로 유럽 및 기타 국가의 표준 230Vac 콘센트에서 사용할 수 있습니다. 2000W 이상의 출력 전력이 필요하면 더 효율적이거나 더 나은 입력 역률 AC 소스를 선택하거나 3상 입력 전원을 사용하는 것을 고려해야 합니다. 필요한 AC 입력 전류, 역률 및 효율에 가장 큰 영향을 미치는 두 가지 사양을 살펴 보겠습니다.
돌입 전류
최대 정격 출력 전력을 지원하기 위해 필요한 RMS 입력 전류에 대해 살펴보았지만, 전원 또는 전원 공급 장치를 처음 켤 때 초기 돌입 전류에도 주의해야 합니다. 대부분의 입력 회로는 브리지 정류기와 벌크 스토리지 커패시터로 구성되므로 입력 커패시터가 완전히 방전된 경우 초기 전류 피크가 높을 수 있습니다. 이는 역률 보정 입력 설계에서도 마찬가지일 수 있습니다.
과도한 돌입 전류로 인한 회로 차단기 트립을 방지하려면 전원에 소프트 스타트 회로가 장착되어 있는지 확인하세요. 이러한 회로는 전류 제한 저항 또는 서미스터를 사용하여 DC 버스의 벌크 스토리지 커패시터가 충전되는 동안 피크 돌입 전류를 제한합니다. 일단 충전되면 이 저항은 바이패스되거나 서미스터를 사용하는 경우 낮은 임피던스 상태로 유지됩니다.
정격 전력이 4500VA 이상인 태평양 모델에는 모두 소프트 스타트 회로가 내장되어 있습니다. 저전력 모델에서는 이 기능이 항상 필수인 것은 아니지만 옵션으로 제공될 수 있습니다.
역률
역률 보정 기능이 있는 AC 전원을 선택하면 더 높은 역률을 얻을 수 있습니다. 일반적으로 두 가지 방법이 사용됩니다:
- 패시브 PFC
- 활성 PFC
패시브 PFC는 라인 입력 인덕터를 사용하여 입력 인덕턴스 결과 역률이 0.85까지 높아지는 것을 보상합니다. 역률 보정을 각 3상 라인에서 개별적으로 수행해야 하는 3상 AC 입력 설계에서는 PFC 회로 비용이 빠르게 증가할 수 있습니다.
그러나 액티브 PFC 회로는 입력 파형이 원하는 사인파형과 일치하도록 전류를 동적으로 끌어오는 스위칭 회로를 사용합니다. 이러한 회로는 정밀하고 저소음을 위해 설계된 고성능 전원에 자주 사용됩니다. 액티브 PFC는 또한 높은 효율을 제공하고 광범위한 AC 라인 전압 및 부하에서 작동하는 데 사용됩니다.