인버터의 ON·OFF 시간 비율 변화 통해 정전압 제어

■ UPS설비

(2) 정지형 UPS의 동작원리
정지형 UPS는 상용전원의 순단(순전정전), 정전, 전압변동, 주파수 변동, 전압파형 일그러짐 등에 의한 컴퓨터 응용기기에 정전압·정주파의 교류전력을 안정되게 공급하기 위한 전원장치다.

장치는 정류기, 축전지, CVCF 인버터로 구성돼 정상시에는 상용전원의 교류입력을 정류기에 의해 직류로 변환, 축전지를 충전하면서 CVCF 인버터에 의해 직류를 교류로 만들어 부하에 공급한다. 따라서 상용전원의 전압변동, 주파수변동, 전압파형의 일그러짐 등은 모두 회로 내에서 흡수되고 출력 측에는 안정된 교류전류가 공급된다. 또 순간단전이나 정전이 발생한 경우에는 정류기는 정지되나 축전지에서 CVCF 인버터에 전력이 공급돼 출력의 무정전화가 달성된다.
축전지에 의한 운전유지 시간은 주로 경제성 면에서 5분 내지 10분간으로 하고 있으나 이 사이에 상용전원이 복전되면 다시 정류기가 동작상태로 들어가 정상상태가 된다. 정전시간이 축전기의 운전유지 시간 이상인 경우에는 전원정지 예고 신호를 부하에 송출해 메모리의 대피 등을 한 후에 자동적으로 정지된다.

S1~S4 4개의 스위치로 브리지 회로를 구성해 직류전원에서 부하에 교류전력을 공급하는 동작원리는 다음과 같다. S1과 S4의 스위치를 켜고, S2와 S3를 끄면 흔한 색의 방향으로 전류가 흐르고, S2와 S3를 켜고 S1과 S4를 끄면 진한 색의 방향으로 전류가 흐른다. 이 동작을 1초간 60회 반복하면 60Hz의 구형파 교류가 부하에 공급된다.

여기에서 사용하는 스위치는 실제의 장치에서는 반도체 스위칭 디바이스를 사용하고 있다. 종래에는 사이리스터를 사용해 최근에는 자기소호능력을 갖는 디바이스(BJT, GTO, POWER MOSFET, IGBT 등)가 사용되고 있다. 또 구형파 출력을 정현파 출력으로 하기 위해 교류필터를 설치하고 있으나 필터의 소형화나 출력성능의 향상을 위해 여러 개의 구형파 전압을 다중화시켜 계단파로 한다든지 복수의 구형파 전압의 각 펄스폭을 변조(PWM) 제어한다.

정전압 제어는 인버터의 스위칭 동작의 ON·OFF 시간 비율을 변화시켜서 한다. 정주파 제어는 수정발전기 등 정밀도가 높은 발전기에 의해 행해진다.

(3) 주회로 변환기술
① AC/DC 변환
AC/DC 변환회로는 교류를 직류로 변환해 CVCF 인버터에 직류전력을 공급한다든지 축전기를 충전하는 기능을 구비하고 있다. 무정전화 방식의 차이에 따라 직류출력전압의 정전압제어기능을 구비한 장치와 단지 교류를 직류로 변환하기만 하는 장치가 있다. 회로 방식으로는 다이오드 정류기, 사이리스터 정류기, 초퍼제어형, 고역률 컨버터, SMR(Switch-Mode- Rectifier)컨버터 등이 있다.

② DC/AC 변환
DC/AC 변환회로는 직류를 교류로 변환하고 교류필터로 파형을 정형화해 파형의 일그러짐이 적은 정현파 전압을 출력하는 부분이다. 극소용량의 장치에서는 전압파형으로 구형파를 출력하는 것도 있다. 회로방식으로는 과거에는 브리지형 인버터 회로를 사용해 그 출력을 상용 주파수의 변압기로 절연변환하고 다시 교류 필터로 정현파화해 원하는 전압파형을 출력하는 방식이 일반적이었으나 최근에는 소형, 경량화 등을 목적으로 새로운 회로방식이 채용되고 있다.

건축물관리실무 Ⅴ.전기관리실무
건축물관리연구원장 임정달

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