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AC 전원 선택을 위한 3상 전압의 이해

AC 전원 선택을 위한 3상 전압 이해

단상 및 3상 AC 전압의 차이점

우리 대부분은 지역 전력회사에서 제공하는 단상 전압에 익숙합니다. 미국의 경우 일반적으로 120V입니다. 단상 전압의 경우 전압은 두 개의 전원 도체(안전 접지 포함) 사이의 라인 대 중성 전압으로 표현됩니다. 중성 도체는 일반적으로 접지 전위에 있는 반면, 라인 도체는 RMS 값이 120Vac인 사인파 AC 전압입니다. 즉, AC 전압의 피크는 미국 60Hz 그리드 주파수에서 16.667msec마다 +169.7Vac에서 -169.7Vac로 번갈아 나타납니다. 다른 많은 국가의 경우 이 공칭 값은 대신 50Hz(20msec)에서 230Vrms입니다.

단상 전력 제한

단상 전압은 모든 전력을 라인과 중성 도체를 사용하여 전달해야 하므로 많은 전력만 전달할 수 있습니다. 이는 가정에서는 문제가 되지 않지만 산업용의 경우 기계, 모터, 조명 및 기타 고전력 부하를 작동하려면 더 많은 전류가 필요할 수 있습니다. 이러한 상황에서는 전압과 전류를 모두 높여서 더 높은 전력을 공급하는 것이 바람직할 때가 많습니다. 한 가지 옵션은 일부 미국 가정에서 전기 건조기를 작동하기 위해 2상을 사용하는 것입니다. 이를 분할 위상 연결이라고 하는데, 두 개의 120Vrms 위상을 180° 위상 간격으로 연결하여 120VLN 또는 240V 라인 투 라인 전압의 두 배를 제공합니다. 이렇게 하면 사용 가능한 전력이 두 배가 됩니다. 유럽이나 아시아에서는 일반적인 단상 그리드 전압이 이미 220VLN~240LN이기 때문에 분할 위상은 일반적으로 사용되지 않습니다.

3상 AC 전압은 일반적으로 고전력 부하에 사용됩니다.

여기서 한 걸음 더 나아가 고전력 부하는 일반적으로 3상을 사용하여 전력을 공급합니다. 이렇게 하면 전류를 한 세트의 전선이 아닌 세 개의 전선에 분산시켜 배선 길이를 줄이고 비용을 절감할 수 있습니다. 세 개의 전압 소스는 부하 전류의 균형을 맞추기 위해 서로에 대해 120° 위상 전환됩니다. 이는 그림 2에 설명되어 있습니다.
그림 2: 회전이 다른 3상 전압 파형

필요한 회선 간 전압을 결정하는 방법

각 파형 간의 120° 위상 전환은 A -> B -> C 또는 A -> C -> B의 두 가지 위상 회전 중 하나로 수행할 수 있습니다. 위상 회전은 위상 회전이 변경되면 반대 방향으로 회전하는 3상 AC 모터를 제외한 대부분의 부하에 영향을 미치지 않습니다. 위상 회전 변경은 세 개의 위상 연결 중 두 개를 교체하여 수행할 수 있습니다. AFX 시리즈와 같은 프로그래밍 가능한 AC 전원을 사용하는 경우, 위상 B와 C의 위상 각도를 각각 120°와 240° 또는 240°와 120°로 프로그래밍하여 위상 회전을 변경할 수 있습니다. 또한 AFX를 사용하면 위상 불균형을 프로그래밍하여 테스트 중인 유닛에 대한 위상 변화의 영향을 연구할 수 있습니다.

델타항공과 와이의 관계

'일반적인' 3상 델타 및 와이 전압 관계는 간단한 공식으로 쉽게 파악할 수 있지만, 이는 라인과 중성 전압이 동일하고 완벽한 위상 균형 및 사인파 전압이 있는 경우에만 적용됩니다. 이 이상적인 경우, 라인 대 중성 전압과 라인 대 라인 RMS 전압의 관계는 다음 공식으로 표현할 수 있습니다:

3-phs-전압-공식.png

회선과 중성선 및 회선과 회선 전압 간의 관계는 그림 3의 위상 다이어그램에 나와 있습니다.
그림 3: 3상 페이저 다이어그램

아래 그림 4는 미국에서 사용되는 3상 유틸리티 그리드 전압 구성의 두 가지 일반적인 예를 보여줍니다. 유럽과 아시아에서는 일반적으로 220/380V 또는 230/400V 구성을 사용합니다. 위상당 120VLN은 208VLL 벡터 합과 동일합니다:

VLL = 120VLN * 1.732 = 207.84VLL

480V 델타 그리드 구성에는 중성 연결이 없으며 3선 + 접지 델타 연결이라고 합니다. AC 전원으로 이러한 유형의 그리드를 시뮬레이션하기 위해 3상 부하는 중성 출력 단자에 연결하지 않고 세 출력 위상 사이에만 델타로 연결됩니다.

그림 4: 미국에서 사용되는 일반적인 3상 전압 구성

이 비율 √3은 프로그래밍 가능한 3상 AC 전원을 사용할 때 중요한데, 모든 T&M 스타일 AC 전원은 라인에서 중성 전압으로만 프로그래밍할 수 있기 때문입니다.  

따라서 명시된 조건 중 하나라도 사실이 아닌 경우 이 공식에 의존하여 회선 간 전압을 결정할 수 없습니다:

  1. 세 단계 모두에서 동일한 VLN 전압 제공
  2. 위상 B와 C의 균형 잡힌 위상 각도
  3. 낮은 왜곡, 순수한 사인 웨이브
3상 중 하나 이상의 작은 위상 변화는 VLL 전압에 큰 영향을 미쳐 부하 전류 불균형을 초래할 수 있습니다. 위상 중 하나 이상의 비선형 부하로 인한 전압 왜곡도 라인 간 전압을 떨어뜨릴 수 있습니다.

왜 중요한가요?

프로그래밍 가능한 3상 AC 전원은 위상 각도를 조정할 수 있으며 임의의 파형 기능을 지원하는 경우가 많습니다. 즉, 라인과 중성선 및 라인과 라인 전압 간의 관계가 반드시 '고정'되어 있는 것은 아닙니다. 일반적으로 모든 3상 프로그래밍 가능 AC 전원은 부하 유형(델타 또는 와이)에 관계없이 라인에서 중성선까지 RMS로 프로그래밍됩니다. 따라서 이러한 조건이 충족되지 않으면 라인 대 라인 전압을 계산하는 것이 유효하지 않으므로 실제로 라인 대 라인 전압을 측정해야 할 수 있습니다.

도움이 필요하신가요? 문의하기

3상 부하를 테스트할 때는 테스트 대상 장치에 적용되는 라인 간 전압을 가정할 때 전압 및 위상 파라미터에 세심한 주의를 기울이세요. 도움이 필요하면 채팅, 이메일 또는 전화로 테스트 전문가에게 문의하세요.

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단상 및 3상 AC 전압의 차이점

우리 대부분은 지역 전력회사에서 제공하는 단상 전압에 익숙합니다. 미국의 경우 일반적으로 120V입니다. 단상 전압의 경우 전압은 두 개의 전원 도체(안전 접지 포함) 사이의 라인 대 중성 전압으로 표현됩니다. 중성 도체는 일반적으로 접지 전위에 있는 반면, 라인 도체는 RMS 값이 120Vac인 사인파 AC 전압입니다. 즉, AC 전압의 피크는 미국 60Hz 그리드 주파수에서 16.667msec마다 +169.7Vac에서 -169.7Vac로 번갈아 나타납니다. 다른 많은 국가의 경우 이 공칭 값은 대신 50Hz(20msec)에서 230Vrms입니다.

단상 전력 제한

단상 전압은 모든 전력을 라인과 중성 도체를 사용하여 전달해야 하므로 많은 전력만 전달할 수 있습니다. 이는 가정에서는 문제가 되지 않지만 산업용의 경우 기계, 모터, 조명 및 기타 고전력 부하를 작동하려면 더 많은 전류가 필요할 수 있습니다. 이러한 상황에서는 전압과 전류를 모두 높여서 더 높은 전력을 공급하는 것이 바람직할 때가 많습니다. 한 가지 옵션은 일부 미국 가정에서 전기 건조기를 작동하기 위해 2상을 사용하는 것입니다. 이를 분할 위상 연결이라고 하는데, 두 개의 120Vrms 위상을 180° 위상 간격으로 연결하여 120VLN 또는 240V 라인 투 라인 전압의 두 배를 제공합니다. 이렇게 하면 사용 가능한 전력이 두 배가 됩니다. 유럽이나 아시아에서는 일반적인 단상 그리드 전압이 이미 220VLN~240LN이기 때문에 분할 위상은 일반적으로 사용되지 않습니다.

3상 AC 전압은 일반적으로 고전력 부하에 사용됩니다.

여기서 한 걸음 더 나아가 고전력 부하는 일반적으로 3상을 사용하여 전력을 공급합니다. 이렇게 하면 전류를 한 세트의 전선이 아닌 세 개의 전선에 분산시켜 배선 길이를 줄이고 비용을 절감할 수 있습니다. 세 개의 전압 소스는 부하 전류의 균형을 맞추기 위해 서로에 대해 120° 위상 전환됩니다. 이는 그림 2에 설명되어 있습니다.
그림 2: 회전이 다른 3상 전압 파형

필요한 회선 간 전압을 결정하는 방법

각 파형 간의 120° 위상 전환은 A -> B -> C 또는 A -> C -> B의 두 가지 위상 회전 중 하나로 수행할 수 있습니다. 위상 회전은 위상 회전이 변경되면 반대 방향으로 회전하는 3상 AC 모터를 제외한 대부분의 부하에 영향을 미치지 않습니다. 위상 회전 변경은 세 개의 위상 연결 중 두 개를 교체하여 수행할 수 있습니다. AFX 시리즈와 같은 프로그래밍 가능한 AC 전원을 사용하는 경우, 위상 B와 C의 위상 각도를 각각 120°와 240° 또는 240°와 120°로 프로그래밍하여 위상 회전을 변경할 수 있습니다. 또한 AFX를 사용하면 위상 불균형을 프로그래밍하여 테스트 중인 유닛에 대한 위상 변화의 영향을 연구할 수 있습니다.

델타항공과 와이의 관계

'일반적인' 3상 델타 및 와이 전압 관계는 간단한 공식으로 쉽게 파악할 수 있지만, 이는 라인과 중성 전압이 동일하고 완벽한 위상 균형 및 사인파 전압이 있는 경우에만 적용됩니다. 이 이상적인 경우, 라인 대 중성 전압과 라인 대 라인 RMS 전압의 관계는 다음 공식으로 표현할 수 있습니다:

3-phs-전압-공식.png

회선과 중성선 및 회선과 회선 전압 간의 관계는 그림 3의 위상 다이어그램에 나와 있습니다.
그림 3: 3상 페이저 다이어그램

아래 그림 4는 미국에서 사용되는 3상 유틸리티 그리드 전압 구성의 두 가지 일반적인 예를 보여줍니다. 유럽과 아시아에서는 일반적으로 220/380V 또는 230/400V 구성을 사용합니다. 위상당 120VLN은 208VLL 벡터 합과 동일합니다:

VLL = 120VLN * 1.732 = 207.84VLL

480V 델타 그리드 구성에는 중성 연결이 없으며 3선 + 접지 델타 연결이라고 합니다. AC 전원으로 이러한 유형의 그리드를 시뮬레이션하기 위해 3상 부하는 중성 출력 단자에 연결하지 않고 세 출력 위상 사이에만 델타로 연결됩니다.

그림 4: 미국에서 사용되는 일반적인 3상 전압 구성

이 비율 √3은 프로그래밍 가능한 3상 AC 전원을 사용할 때 중요한데, 모든 T&M 스타일 AC 전원은 라인에서 중성 전압으로만 프로그래밍할 수 있기 때문입니다.  

따라서 명시된 조건 중 하나라도 사실이 아닌 경우 이 공식에 의존하여 회선 간 전압을 결정할 수 없습니다:

  1. 세 단계 모두에서 동일한 VLN 전압 제공
  2. 위상 B와 C의 균형 잡힌 위상 각도
  3. 낮은 왜곡, 순수한 사인 웨이브
3상 중 하나 이상의 작은 위상 변화는 VLL 전압에 큰 영향을 미쳐 부하 전류 불균형을 초래할 수 있습니다. 위상 중 하나 이상의 비선형 부하로 인한 전압 왜곡도 라인 간 전압을 떨어뜨릴 수 있습니다.

왜 중요한가요?

프로그래밍 가능한 3상 AC 전원은 위상 각도를 조정할 수 있으며 임의의 파형 기능을 지원하는 경우가 많습니다. 즉, 라인과 중성선 및 라인과 라인 전압 간의 관계가 반드시 '고정'되어 있는 것은 아닙니다. 일반적으로 모든 3상 프로그래밍 가능 AC 전원은 부하 유형(델타 또는 와이)에 관계없이 라인에서 중성선까지 RMS로 프로그래밍됩니다. 따라서 이러한 조건이 충족되지 않으면 라인 대 라인 전압을 계산하는 것이 유효하지 않으므로 실제로 라인 대 라인 전압을 측정해야 할 수 있습니다.

도움이 필요하신가요? 문의하기

3상 부하를 테스트할 때는 테스트 대상 장치에 적용되는 라인 간 전압을 가정할 때 전압 및 위상 파라미터에 세심한 주의를 기울이세요. 도움이 필요하면 채팅, 이메일 또는 전화로 테스트 전문가에게 문의하세요.

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