전원공급기에 대한 AC 입력 전원 요구 사항

전력 변환

개발 및 테스트 애플리케이션에 사용되는 프로그래밍 가능한 AC 전원은 로컬에서 사용 가능한 유틸리티 전원을 테스트중인 장치를 테스트하거나 제어하는데 필요한 특정 정밀 AC 또는 DC 출력 형식으로 변환합니다. 이것은 회전식 변환기 나 전압 전용 변압기가 아닌 능동 전자 회로가 사용되기 때문에 "완전한 상태 전력 변환"이라고합니다. 이것은 테스트 응용 프로그램에 대해 많은 이점이 있습니다.

전압과 주파수를 동시에 변환
전원 출력이 플로팅 될 수 있으므로 그리드와 테스트중인 장치 간의 갈바닉 절연
필요에 따라 단일, 분할 또는 3 상 그리드를 단일, 분할 또는 3 상으로 위상 변환 가능

테스트 목표에 관계없이 솔리드 스테이트 전력 변환기는 유틸리티 전력을 입력으로 사용하고 원하는 출력 전력 전압, 주파수 및 위상 구성으로 변환합니다.

단상 AC 입력

단상 AC 입력 구성은 모든 실험실 또는 공장 현장에 단상 전원 콘센트가 있으므로 가장 편리합니다. 230Vac 또는 240Vac 그리드 전압이 표준인 국가에서는 최대 3000W의 요구 사항을 지원하기 위해 합리적인 가용 입력 전력을 제공합니다.

AC 라인 전압이 120Vac 또는 110Vac에 불과한 미국 또는 일본과 같은 국가의 경우 표준 AC 콘센트에 훨씬 적은 전력을 사용할 수 있습니다. 일반적인 120Vac 콘센트는 10A 만 지원하므로 최상의 경우 1200VA를 사용할 수 있습니다. 이는 입력 전력을 더욱 감소시킬 수있는 낮은 라인 전압 조건을 무시합니다. 미국에서 사용 가능한 120V, 20A 콘센트 버전이 있지만 그다지 일반적이지 않고 다른 핀 방향을 사용하므로 표준 모듈식 라인 코드 플러그가 이러한 버전에서 작동하지 않습니다.

그림 1 : 단상 그리드 연결

 

미국에서 1000W 이상의 전력 출력 요구 사항의 경우 분할 위상 240Vac 또는 3 상 208V가 필요합니다.

삼상 AC 입력

3 상 전력은 일반적으로 고전력 및 산업용 애플리케이션에 사용됩니다. 공장 현장 및 전력 테스트 실험실에는 일반적으로 3 상 콘센트가 있습니다. 사무실 건물의 경우 전력 소비가 많은 조명에 3 상 전원을 사용하므로 건물에서 3 상 전원을 사용할 수 있지만 3 상 콘센트는 사용할 수 없습니다.

전 세계에서 사용할 수있는 세 가지 일반적인 3 상 구성이 있습니다.

208Vac 삼상 와이 재팬
208Vac 삼상 와이 미국
400Vac 삼상 Wye 유럽, 아시아
480Vac 삼상 델타 미국

일부 국가 (캐나다)에는 더 높은 전압이 존재할 수 있으며 Delta / Wye 변압기를 사용하여 Delta에서 Wye로 또는 그 반대로 변경할 수 있습니다.

 

그림 2 : 3 상 델타 그리드 연결

델타 또는 와이 입력?

모든 고전력 AC 또는 DC 전원 소스가 동일한 3 상 입력 구성을 갖는 것은 아닙니다. 고려중인 전원에서 지원하는 3 상 전압 구성 유형에 주의하십시오. 입력 구성이 Delta 인 경우 전원은 Delta 또는 Wye 그리드 구성과 함께 사용할 수 있습니다. 그리드에 연결할 때 중립 연결이 필요하지 않습니다.

반면에 전원에 중립 연결이 필요한 경우 (Wye 입력만 지원됨) Delta 그리드와 함께 사용할 수 없습니다. 이러한 유형의 입력 설계는 상당한 양의 중성 전류가 흐를 수 있으므로 전체적으로 불균형한 3 상 부하를 구동 할 때 종종 영향을받습니다. 부하 불균형 적합성 테스트를 수행 할 때는 이러한 전원을 피하십시오.

 

물론 AC 입력 전압 범위에 주의를 기울이는 것도 마찬가지로 중요합니다. 장비를 사용할 위치에서 사용할 수 있는 것과 일치해야합니다.

역률 보정 단상 입력 전원 소스는 종종 넓은 AC 입력 전압 범위를 갖지만 일반적으로 3 상 제품은 구현하기 어렵거나 비용이 많이 드는 넓은 입력 전류 범위 요구 사항을 충족하지 못합니다.

그러나 일부 제품은 여러 전압 입력 변압기 탭을 지원할 수 있는 AC 입력 변압기를 사용하여 전 세계 여러 지역에 맞게 다시 묶을 수 있습니다. 이것의 단점은 그러한 전원이 결과적으로 일반적으로 상당히 크고 무겁다는 것입니다.

 

그림 3 : 3 상 WYE 대 DELTA 구성

 

AC 입력 전류

입력 전류 요구 사항은 단상 또는 3 상 입력 구성에 대한 여러 요소에 의해 결정됩니다.

입력 전압 범위
출력 전력 등급
역률
효율
과부하 작동

이러한 모든 요소는 프로그래밍 가능한 소스의 최대 정격 출력 전력을 지원하기 위해 AC 입력 VA가 무엇이어야하는지 결정합니다. 예를 들어 저항성 부하에 연결된 2kVA 소스가있는 경우 최대 출력 전력은 2000VA뿐만 아니라 2000W입니다. 입력 사양은 다음과 같다고 가정하겠습니다.

AC 전압 입력 범위 : 230Vac ± 10 %
전류 : 15A
역률 : 8
효율성 : 82 %

AC 입력 전압은 공칭 230V이므로 최악의 경우 230V * 0.9 = 207Vac까지 작동을 허용해야합니다. 전 세계의 모든 전력망이 안정적이지는 않으며 낮은 라인 브라운 아웃 조건이 매우 일반적일 수 있습니다.

필요한 2000W 출력을 얻기 위해 그리드에서 필요한 입력 전력은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

Pin = (Pout / PF) / Eff

이 예에서는 다음과 같습니다.

Pin = (2000) / 0.8) / 0.82 = 3048 VA

최악의 경우 207Vac의 낮은 입력 전압에서 3048 / (230 * 0.9) = 14.724A가 필요합니다.

3 상 전원 입력의 경우 필요한 입력 전원과 전류 사이의 관계는 비슷한 방식으로 계산되지만 실제 전류는 3 상 또는 √3으로 나누어 져야합니다. 따라서 3 상 208V 그리드 연결에서 10kVA 입력 전력 요구 사항은

((10000 / (208 * 0.9)) / √3 = 30.84A RMS / 상.

이는 AC 입력 전류와 관련 설비 차단기 및 입력 와이어 크기에 대한 역률과 효율성의 영향을 보여줍니다. 이 단상 입력 예에서 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 3 상 입력 전력 사용을 고려해야합니다. 필요한 AC 입력 전류, 역률 및 효율성에 가장 큰 영향을 미치는 두 가지 사양을 살펴 보겠습니다.

돌입 전류

전체 정격 출력 전력을 지원하기 위해 필요한 RMS 입력 전류를 다루었지만 전원 또는 전원 공급 장치를 처음 켤 때 초기 돌입 전류에도 주의를 기울여야합니다. 대부분의 입력 회로는 브리지 정류기와 벌크 저장 커패시터로 구성되므로 입력 커패시터가 완전히 방전되면 초기 전류 피크가 높을 수 있습니다. 역률 보정 입력 설계에서도 마찬가지입니다.

과도한 돌입 전류로 인한 성가신 회로 차단기 트립을 방지하려면 전원에 소프트 스타트 회로가 장착되어 있는지 확인하십시오. 이러한 회로는 전류 제한 저항 또는 서미스터를 사용하여 피크 돌입 전류를 제한하는 반면 DC 버스의 벌크 스토리지 커패시터는 충전됩니다. 충전되면 이 저항은 바이패스되거나 서미스터를 사용하는 경우 낮은 임피던스 상태로 유지됩니다.

전력 정격이 4500VA 이상인 퍼시픽파워 모델에는 모두 소프트 스타트 회로가 내장되어 있습니다. 저전력 모델에서는 항상 필요한 것은 아니지만 옵션으로 제공 할 수 있습니다.

역률

역률 보정 기능이있는 AC 전원을 선택하면 더 높은 역률을 얻을 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 두 가지 방법이 있습니다.

패시브 PFC
액티브 PFC

패시브 PFC는 라인 입력 인덕터를 사용하여 입력 인덕턴스 결과 0.85만큼 높은 역률을 보상합니다. PFC가 없는 역률이 0.6만큼 낮을 수있는 3 상 AC 입력 설계에서 지그재그 변압기를 사용하면 유사한 결과를 얻을 수 있습니다.

더 높은 값을 얻으려면 활성 역률이 필요합니다. 단상 AC 입력 구성의 경우 활성 역률 보정은 최대 부하 조건에서 최대 0.98 또는 0.99 역률에 도달 할 수 있습니다. 3 상 AC 입력 PFC 구성의 경우 0.95 또는 0.96의 PF가 가능합니다.

역률 보정을위한 입력 역률 사양은 일반적으로 최대 부하에서 적용됩니다. 최대 부하 미만에서는 역률이 낮아 지지만 어쨌든 출력 전력이 낮기 때문에 문제가되지 않습니다.

더 높은 전력 요구 사항의 경우 Pacific AFX 시리즈와 같은 능동 역률 보정 프로그래밍 가능 AC 소스를 선택하면 시설 배선 및 설치 비용을 절약 할 수 있습니다.

효율

효율성은 역률만큼 개선하기 쉽지 않습니다. AC 전원은 주파수 변환을 허용하기 위해 최소 2 개의 전력 변환 단계가 필요하기 때문에 높은 전체 효율을 얻는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 두 전력 단계 모두 95 % 효율이더라도 전체 효율은 여전히 ​​90 %에 불과합니다. 활성 PFC를 사용하는 경우 세 번째 단계 (95 %라고 가정)가 추가되고 전체 효율성은 85 %가됩니다.

왜 중요한가요?

사용하려는 전력 테스트 장비의 AC 입력 요구 사항을 이해하면 목표에 맞는 최상의 구성 장비를 선택할 수 있습니다. 3 상 그리드 전력을 도입하는 것은 비용이 많이 드는 제안이 될 수 있습니다. 동시에, 단상 그리드 전력은 일반적으로 전류의 양이 제한되므로 제한된 전력을 제공 할 수 있습니다. 이는 단상 그리드 전압이 120Vac 또는 100Vac에 불과한 미국, 멕시코 또는 일본의 경우 특히 그렇습니다. 전원의 효율이 높고 입력 역률이 높을수록 원하는 출력 전력 수요에 도달하는 데 필요한 입력 전력이 줄어 듭니다. 이는 기존의 3 상 전력 강하를 업그레이드 할 필요가 없기 때문에 3 상 입력 전원에도 적용됩니다.

결론

프로그래밍 가능한 전원 (AC 및 DC)을 선택할 때 최상의 솔루션을 선택하는 데 도움이되도록 AC 입력 구성 및 사양을 신중하게 고려하십시오.