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지혜로운사자35
고조파가 전력 설비에 문제를 일으킨다고 하는데 고조파가 무엇이며 인버터나 정류기 같은 장비에서 왜 많이 발생하는지 원리가 궁금해서 여쭤봅니다.
고조파가 전력 설비에 문제를 일으킨다고 하는데 고조파가 무엇이며 인버터나 정류기 같은 장비에서 왜 많이 발생하는지 원리가 궁금해서 여쭤봅니다.
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
고조파는 원래 60Hz인 전류나 전압 파형에 120Hz, 180Hz 처럼 기본 주파수의 정수배 성분이 섞여 파형이 찌그러지는 현상을 말합니다.
인버터와 정류기는 전류를 부드러운 사인파 형태로 사용하지 않고 반도체 스위치를 빠르게 켜고 끄거나 특정 구간에서만 전류를 끌어오기 때문에 고조파가 많이 발생하게 됩니다. 이 고조파가 커지면 변압기와 케이블의 발열이 증가하게되고, 콘덴서나 모터의 수명 저하 및 보호기기의 오동작으로 이어질 수 있습니다.
특히 여러 인버터나 전력전자 장비를 동시에 사용하는 공장에서는 같은 고조파들이 겹치면서 문제가 더 커질 수 있습니다. 그래서 리액터나 고조파 필터를 설치하고 부하를 적절히 분산해 전류 파형이 지나치게 찌그러지지 않도록 관리합니다.
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채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
고조파는 기본파의 정수배 성분으로 파형을 왜곡시키며 인버터,정류기가 비선형 부하로 고속 스위칭하거나 짧은 순간에만 전류를 끌어오기 때문에 많이 발생해 설비 발열,오동작을 유발한답니다.
안녕하세요.
고조파는 전력 주파수인 60Hz의 정수배에 해당하는 전류나 전압 성분으로, 전류 파형을 왜곡시켜요.
인버터나 정류기는 반도체 스위치를 빠르게 켜고 끄며 전력을 변환하기 때문에 전류가 매끄러운 사인파 형태로 흐르지 않아 고조파가 발생해요.
고조파가 심해지면 변압기와 전선의 발열이 증가하고 모터 효율이 떨어지거나 보호장치가 오작동 할 수 있어요.
이걸 줄이기 위해서 고조파 필터나 리액터를 설치하기도 하죠.
감사합니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
고조파란 상용 전원 주파수의 정수배인 높은 주파수를 가진 전압 및 전류 성분을 뜻하며 전력 설비의 과열과 오작동을 유발합니다. 인버터나 정류기 같은 전력변환장치에서 고조파가 다량 발생하는 이유는 이들 장비가 반도체 소자를 활용해 전력을 고속으로 스위칭하며 교류와 직류를 변환하는 비선형 부하이기 때문입니다 전압과 전류가 비례하는 일반적인 선형 부학과 달리 전력변환장치는 전압 변화에 따라 전류가 불연속적이거나 급격하게 흐르면서 전압·전류 파형을 심하게 왜곡시킵니다. 수학적 푸리에 급수 관점에서 이러한 찌그러진 파형은 기본파 외에 다양한 정수배의 고주파수 성분들이 결합되어 있는 상태를 의미합니다. 결과적으로 반도체의 고속 스위칭 동작과 비선형 특성이 맞물려 원래의 정현파를 훼손하고 전력 계통 전반에 고조파를 대량으로 발생시키게 됩니다
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
일그러진 파형은 모두 60Hz 기본파에 180Hz, 300Hz, 420Hz처럼 정수배 주파수의 사인파를 겹친 것으로 나눠 볼 수 있어요. 이 정수배 성분을 고조파라고 하고, 전류 파형이 찌그러질수록 고조파가 많아요.
전열기 같은 저항 부하는 전류도 전압처럼 사인파로 흘러요. 그런데 인버터나 컴퓨터 전원 입구에 있는 정류기는 다이오드로 교류를 직류로 바꾼 뒤 큰 커패시터에 전기를 채워 둬요. 다이오드는 바깥 전압이 커패시터 전압보다 높을 때만 열리니, 전압 꼭대기 근처의 아주 짧은 순간에만 전류가 몰려 들어가요. 반 주기 내내 고르게 흐르던 전류가 뾰족한 펄스 모양으로 바뀌면서 5고조파, 7고조파 같은 성분이 많이 생겨요.
이 고조파 전류는 변압기와 케이블을 더 뜨겁게 만들고, 삼상 설비에서는 제3고조파가 중성선에 모여 중성선이 과열되기도 해요. 콘덴서와 공진해 콘덴서가 터지거나 차단기가 이유 없이 떨어지기도 해서, 인버터 앞에 리액터나 고조파 필터를 달아 줄여요 :)