3상 전력 시스템
전기공학에서, 3상 전력 시스템은 한 주기의 1/3만큼씩 시간적으로 오프셋 되어 있는 교류 전압을 전달하는 적어도 3개의 도체를 가지고 있습니다 (각 위상은 동일한 주파수와 전압 진폭으로 설정되어 있지만 위상이 120°씩 이동함으로써 전기 사이클 동안 일정한 전력 전달이 가능합니다). 아래 그림. 1은 3상 시스템 순시 전압의 일반적인 파형을 한 사이클의 시간 영역으로 나타낸 것입니다.
그림.1 3상 시스템에서의 시간 영역 파형
회로 연결에서, 이들은 위상이라고 불리며 일반적으로 A,B 및 C 또는 L1, L2 및 L3라고 표시됩니다. 3상 시스템은 델타(∆) 또는 와이(Y) (일부 지역에서는 스타(star)라고도 함) 결선으로 되어 있을 것입니다. 그림.2는 각각 대표적인 델타(∆) 및 와이(Y) 회로 결선을 나타냅니다.
그림.2 델타(왼쪽 이미지)와 와이(오른쪽 이미지) 3상 시스템의 회로 결선
3상 전력 라인 필터
주파수 변환기, 모터 드라이브 및 공작 기계와 같은 응용 제품의 경우, 3상 필터는 전자파 감수성 전도 영역 내에서 원치 않는 전자파 장해(electromagnetic interference, EMI) 잡음을 줄일 수 있습니다. 동작 주파수 범위는 대략 47-400Hz입니다. 장비의 전원 입력 지점에 배치되면, 이 필터들은 라인 잡음이 장비로 유입되는 것을 예방합니다. 그러나 EMI 필터도 장비에서 발생하는 잡음이 전력선에서 나오거나 들어가는 것을 예방할 수 있습니다.
CISPR 32 (EN 55032)와 FCC의 방사 허용치와 같은 규정은 전원 라인에 허용되는 최대 허용 잡음 수준(dB 단위)을 명시합니다. 3상 EMI 필터 설계에 일반적으로 요구되는 것은 입력 전류, 라인 전압, 크기 제한 및 요구 삽입 손실입니다. 이 외에도 3상 필터의 구성은 설계에서 중요한 역할을 합니다.
CISPR 32 (EN 55032) 방사 허용치:
CISPR 32에 따르면, A급 기기(상업 환경)를 10m 거리에서 측정하거나 B급 기기(주거 환경)를 3m 거리에서 측정 시, 허용치는 30-230MHz에서는 40dBuV/m 그리고 230-1000MHz에서는 47dBuV/m입니다. 40dBuV/m는, 예를 들어 100MHz에서, 미터당 100 마이크로볼트 수준의 전계 강도에 해당합니다.
FCC 방사 허용치:
CFR 47 파트 15에 따르면, A급 기기를 제외한 3m 거리에서 측정 시, 허용치는 30-88MHz에서는 100uV/m, 88-216MHz에서는 150uV/m, 216-960MHz에서는 200uV/m 그리고 960MHz 이상에서는 500uV/m입니다. 아래는 이를 dBuV/m로 변환 및 3m 거리에서 해당 전계를 생성하는 데 필요한 대략적인 전력원을 계산한 표입니다.
와이(Y 또는 스타) 필터 유형:
와이 필터는 일반적으로 스위치 모드 전력 변환 장치 및 중성선 연결이 필요한 기타 응용 제품에 사용됩니다. 와이 유형은 하나의 중성 포인트에 전체 세 개의 핫 와이어가 연결되는 스타 또는 “Y” 구성을 이용합니다. 하나의 중성선(N)이 전체 4선인 3상 와이 시스템을 만듭니다(3상 4선식). Delta Electronics사의 TY 계열 전력선 와이 필터처럼, 라인-중립(단상) 및 라인-라인(2/3상) 연결 둘 모두가 가능합니다.
그림.3 20TYS9, Delta Electronics사 TY 계열
그림.4 20TYS9의 응용 회로 (출처: Delta Electronics)
델타 필터 유형 (Δ):
델타 3상 필터는 3상 델타 전원에 연결된 장치에서 전자파 장해를 줄이기 위해 설계되었습니다. 델타 유형은 세개의 상이 폐회로를 형성하며 삼각형처럼 연결되어 있는데, 권선의 한 끝이 다른 권선의 시작 끝에 연결되어 있습니다. 델타 구성은 전송에 세 개의 와이어만 필요합니다(3상 3선식). Schaffner EMC사 FN3026 계열 전력선 델타 필터처럼, 일관되게 전력을 전달하는 세 개의 단상 회로로 인하여 전력 부하는 어느 순간이든 동일합니다.
그림.5 FN3026HP-20-71, Schaffner EMC사 FN3026 계열
그림. 6 FN3026HP-20-71의 응용 회로 (출처: Schaffner EMC)
다음은 두 시스템 필터의 설명에 사용된 두 예제입니다.
| 차이 / 부품 번호 | Delta의 TY 계열 | Schaffner EMC의 FN3026 계열 |
|---|---|---|
| 필터 유형 | 3상 (와이) | 3상 (델타) |
| 정격 전류 | 10-20A | 10-50A |
| 구성 | 단일 스테이지1 | 단일 스테이지1 |
| 전압 – 정격 AC | 440V | 300 VAC (상 대 중성/접지) & 520V (상 대 상) |
| 승인 기관 | cURus, ENEC, SEMKO | CSA, ENEC, UR |
| 실장 유형 | 새시 실장 | DIN 레일 |
| 단자 스타일 | 퀵 커넥트 | 단자대 |
| 표. 1 TY 계열과 FN3026 계열 필터의 비교 |
스테이지1는 필터 내부의 (직렬로) 반복되는 회로의 개수를 나타냅니다. 단일 스테이지 필터에는 하나의 회로가 있습니다. 회로가 반복되면 듀얼 스테이지 필터 등이 됩니다. 스테이지 개수의 증가는 필터 성능을 향상시키지만 필터 패키지(크기)를 최적화해야 합니다. 차단 주파수를 낮추는 데도 도움이 됩니다.
와이 및 델타 구성의 이점:
와이
- 중성선 연결이 필요한 시스템에 적합한 설계
- 라인 대 라인(고전압) 또는 라인 대 중성(저전압)을 사용하는 부하용으로 실행 가능한 설계
- 동일한 전압 지원을 위한 개별 절연의 구현이 쉬움
델타
- 전력 전송의 경우, (중성선을 생략 또는 접지할 수 있는 경우) 세 개의 선만 사용하기 때문에 와이 구성보다 낮은 비용
- 시동 토크(starting torque)가 높음
- 와이 구성보다 높은 전류 정격이 가능
- 와이 구성과 동일한 크기에서 보다 뛰어난 성능
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