마이크로프로세서 칩 기술과 파워 전자 소자를 AC 전압 안정기(또는 자동 전압 조정기(AVR)) 설계에 적용함으로써 메인 전압의 상당한 지속적인 편차가 발생하더라도 고품질의 안정적인 전력 공급을 생산할 수 있게 되었습니다.
기존 릴레이 타입 전압 안정기에서 발전한 현대적 혁신 안정기는 고성능 디지털 제어 회로와 솔리드 스테이트 제어 회로를 사용하여 포텐셔미터 조정이 필요 없고, 사용자가 키패드를 통해 전압 요구사항을 설정할 수 있으며 출력 시작 및 정지 기능도 제공합니다.
이로 인해 안정기의 트립 타이밍 또는 응답성이 매우 빨라져 일반적으로 몇 밀리초 미만이며, 이는 가변 설정으로 조정 가능합니다. 오늘날 안정기는 전압 변동에 민감한 많은 전자 기기의 최적화된 전력 솔루션이 되었으며, CNC 기계, 에어컨, TV, 의료 장비, 컴퓨터, 통신 장비 등 많은 장치와 함께 작동합니다.
입력 또는 유입 전압의 변화에 관계없이 출력 단자에서 부하에 일정한 전압을 공급하도록 설계된 전기 기기입니다. 과전압, 저전압 및 기타 전압 서지로부터 장비나 기계를 보호합니다.
자동 전압 조정기(AVR)라고도 합니다. 전압 안정기는 유해한 고/저 전압 변동으로부터 보호하기 위해 고가 및 귀중한 전기 장비에 선호됩니다. 이러한 장비로는 에어컨, 옵셋 인쇄기, 실험실 장비, 산업 기계, 의료 기기 등이 있습니다.
전압 안정기는 변동하는 입력 전압을 부하(또는 전압 변동에 민감한 장비)에 공급하기 전에 조절합니다. 안정기에서의 출력 전압은 단상 전원의 경우 220V 또는 230V, 3상 전원의 경우 380V 또는 400V 범위에서 유지되며, 주어진 입력 전압 변동 범위 내에서 유지됩니다. 이 조절은 내부 회로의 벅(buck) 및 부스트(boost) 연산으로 수행됩니다.
오늘날 시장에는 다양한 자동 전압 조정기가 있습니다. 응용 분야와 용량(kVA) 필요에 따라 단상 또는 3상 장치가 될 수 있습니다. 3상 안정기는 균등 부하 모델과 불균등 부하 모델 두 가지 버전으로 제공됩니다.
특정 장소(예: 전체 주택)의 모든 기기를 위한 대형 안정기 장치 또는 가전제품 전용 장치로 제공됩니다. 또한 아날로그 또는 디지털 타입의 안정기 장치일 수 있습니다.
일반적인 전압 안정기 유형에는 수동 조작 또는 스위치 타입 안정기, 자동 릴레이 타입 안정기, 솔리드 스테이트 또는 정적 안정기, 서보 제어 안정기가 있습니다. 안정화 기능 외에도 대부분의 안정기는 입력/출력 저전압 차단, 입력/출력 고전압 차단, 과부하 차단, 출력 시작 및 정지 기능, 수동/자동 시작, 전압 차단 표시, 영전압 스위칭 등의 추가 기능을 제공합니다.
일반적으로 모든 전기 장비나 장치는 넓은 범위의 입력 전압을 위해 설계됩니다. 민감도에 따라 장비의 작동 범위는 특정 값으로 제한됩니다. 예를 들어, 일부 장비는 정격 전압의 ±10%를 견딜 수 있지만 다른 장비는 ±5% 이하만 견딜 수 있습니다.
전압 변동(정격 전압의 크기 상승 또는 하강)은 특히 종단 선로에서 많은 지역에서 매우 흔합니다. 전압 변동의 가장 일반적인 원인은 번개, 전기 고장, 결함 배선, 장치의 주기적 온/오프입니다. 이러한 변동은 전기 장비나 기기에 사고를 일으킵니다.
장시간 과전압은 다음과 같은 결과를 초래합니다.
장시간 저전압은 다음과 같은 결과를 초래합니다.
따라서 전압 안정성과 정확도가 장비의 올바른 작동을 결정합니다. 전압 안정기는 유입 전원에서 발생하는 전압 변동이 부하나 전기 기기에 영향을 주지 않도록 보장합니다.
벅 및 부스트 연산을 수행하는 전압 안정기의 기본 원리
전압 안정기에서 과전압 및 저전압 조건으로부터의 전압 보정은 두 가지 필수 연산, 즉 부스트(boost)와 벅(buck) 연산을 통해 수행됩니다. 이러한 연산은 스위치로 수동으로 수행하거나 전자 회로를 통해 자동으로 수행할 수 있습니다. 저전압 조건에서는 부스트 연산이 전압을 정격 수준으로 높이고, 과전압 조건에서는 벅 연산이 전압 수준을 낮춥니다.
안정화 개념은 메인 전원에 전압을 더하거나 빼는 것을 포함합니다. 이 작업을 수행하기 위해 안정기는 스위칭 릴레이와 다른 구성으로 연결된 변압기를 사용합니다. 일부 안정기는 권선에 탭이 있는 변압기를 사용하여 다양한 전압 보정을 제공하는 반면, 서보 안정기는 넓은 보정 범위를 위해 자동 변압기를 사용합니다.
이 개념을 이해하기 위해 230/12V 정격의 간단한 강압 변압기와 이 연산과의 연결을 아래에 나타냈습니다.
위 그림은 부스팅 구성을 보여주며, 2차 권선의 극성이 1차 전압에 직접 더해지도록 향되어 있습니다. 따라서 저전압 조건에서는 변압기(탭 체인징이든 자동 변압기든)가 릴레이나 솔리드 스테이트 스위치에 의해 전환되어 추가 볼트가 입력 전압에 추가됩니다.
위 그림에서 변압자는 버킹 구성으로 연결되어 있으며, 2차 코일의 극성이 1차 전압에서 전압을 빼도록 향되어 있습니다. 스위칭 회로는 과전압 조건 시 부하 연결을 이 구성으로 전환합니다.
위 그림은 과전압 및 저전압 조건에서 부하에 일정한 AC 전원을 공급하기 위해 두 개의 릴레이를 사용하는 2단계 전압 안정기를 보여줍니다. 릴레이를 전환함으로써 두 가지 특정 전압 변동(하나는 저전압, 예: 195V, 다른 하나는 과전압, 예: 245V)에 대한 벅 및 부스트 연산을 수행할 수 있습니다.
탭 체인징 변압기 타입 안정기의 경우, 필요한 부스트 또는 벅 전압량에 따라 다른 탭이 전환됩니다. 하지만 자동 변압기 타입 안정기의 경우, 하나의 권선만 포함하므로 서보 모터와 슬라이딩 접점을 사용하여 자동 변압기에서 부스트 또는 벅 전압을 얻습니다.
전압 안정기는 가정, 산업, 상업 시스템의 많은 전기 기기에서 필수적인 부분이 되었습니다. 이전에는 수동 조작 또는 스위치 타입 전압 안정기를 사용하여 유입 전압을 부스트 또는 벅하여 원하는 범위 내의 출력 전압을 얻었습니다. 이러한 안정기는 스위칭 소자로 전자기계 릴레이를 사용하여 제작되었습니다.
나중에는 추가 전자 회로가 안정화 과정을 자동화하여 탭 체인저 자동 전압 조정기를 탄생시켰습니다. 또 다른 인기 있는 전압 안정기 유형은 전압 보정을 스위치 없이 연속적으로 수행하는 서보 안정기입니다. 세 가지 주요 전압 안정기 유형에 대해 논의해 보겠습니다.
이 유형의 전압 안정기에서는 변압기의 여러 탭 중 하나를 부하에 연결하도록 릴레이를 전환하여(위에서 논의한 방식대로) 부스팅 또는 버킹 연산을 위해 전압 조절을 수행합니다. 아래 그림은 릴레이 타입 안정기의 내부 회로를 보여줍니다.
변압기(탭이 2차 측에 제공된 토로이달 또는 철심 변압기) 외에도 전자 회로와 릴레이 세트가 있습니다. 전자 회로는 정류 회로, 연산 증폭기, 마이크로컨트롤러 유닛 및 기타 미세 구성 요소로 구성됩니다.
전자 회로는 내장 기준 전압원이 제공하는 기준 값과 출력 전압을 비교합니다. 전압이 기준 값을 넘어 상승하거나 하강할 때마다 제어 회로는 원하는 탭을 출력에 연결하기 위해 해당 릴레이를 전환합니다.
이러한 안정기는 일반적으로 입력 전압 변동 ±15% ~ ±6%에 대해 전압을 변경하며 출력 전압 정확도는 ±5% ~ ±10%입니다. 저가이고 가벼워 주거용, 상업용, 산업용 저용량 기기에 가장 널리 사용됩니다. 그러나 전압 보정 속도 저하, 내구성 부족, 신뢰성 저하, 조절 중 전원 경로 중단, 고전압 서지 견딜 수 없음 등의 여러 한계가 있습니다.
단순히 서보 안정기(서보메커니즘 즉 음성 피드백 기반 작동)라고 하며, 이름에서 알 수 있듯이 전압 보정을 위해 서보 모터를 사용합니다. 주로 높은 출력 전압 정확도(일반적으로 ±1%)를 위해 사용되며, 입력 전압 변화는 최대 ±50%까지 가능합니다. 아래 그림은 서보 모터, 자동 변압기, 벅 부스트 변압기, 모터 드라이버 및 제어 회로를 필수 구성 요소로 포함하는 서보 안정기의 내부 회로를 보여줍니다.
이 안정기에서 벅 부스트 변압기 1차 측의 한 끝은 자동 변압기의 고정 탭에 연결되고, 다른 끝은 서보 모터로 제어되는 이동 암에 연결됩니다. 벅 부스트 변압기 2차 측은 유입 전원과 직렬로 연결되며 이는 안정기 출력입니다.
전자 제어 회로는 내장 기준 전압원과 입력을 비교하여 전압 강하와 상승을 감지합니다. 회로가 오류를 발견하면 모터를 작동시켜 자동 변압기의 암을 이동시킵니다. 이는 벅 부스트 변압기 1차 측에 전원을 공급하여 2차 측 전압이 원하는 출력 전압이 되도록 합니다. 대부분의 서보 안정기는 지능형 제어를 위해 임베디드 마이크로컨트롤러나 프로세서를 제어 회로에 사용합니다.
이 안정기는 단상, 3상 균등 타입 또는 3상 불균등 장치일 수 있습니다. 단상 타입에서는 서보 모터가 가변 변압기와 결합되어 전압 보정을 달성합니다. 3상 균등 타입의 경우 서보 모터가 3개의 자동 변압기와 결합되어 변압기 출력을 조정함으로써 변동 시 안정화된 출력을 제공합니다. 불균등 타입 서보 안정기에서는 3개의 독립적인 서보 모터가 3개의 자동 변압기와 결합되며 3개의 별도 제어 회로를 가집니다.
릴레이 타입 안정기에 비해 서보 안정기를 사용할 때의 다양한 장점이 있습니다. 그 중 일부는 더 높은 보정 속도, 안정화 출력의 높은 정밀도, 돌입 전류 견딜 수 있음, 높은 신뢰성 등입니다. 하지만 모터의 존재로 인해 주기적인 유지보수가 필요합니다.
이름에서 알 수 있듯이 정적 전압 안정기는 서보 안정기의 서보 모터 메커니즘 같은 움직이는 부품이 없습니다. 기존 안정기의 바리악(variac) 대신 파워 전자 컨버터 회로를 사용하여 전압 조절을 달성합니다. 이러한 안정기로 서보 안정기보다 더 높은 정확도와 우수한 전압 조절이 가능하며, 일반적으로 조절 정확도는 ±1%입니다.
본질적으로 벅 부스트 변압기, IGBT 파워 컨버터(또는 AC-AC 컨버터), 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서 또는 DSP 기반 컨트롤러로 구성됩니다. 마이크로프로세서 제어 IGBT 컨버터는 펄스 폭 변조 기법으로 적절한 전압량을 생성하여 벅 부스트 변압기 1차 측에 공급합니다. IGBT 컨버터는 유입 라인 전압과 동위상이거나 180도 위상 차로 전압을 생성하여 변동 시 전압 더하기와 빼기를 수행합니다.
마이크로프로세서가 전압 강하를 감지하면 IGBT 컨버터에 PWM 펄스를 보내 정격 값에서 벗어난 양과 같은 전압을 생성합니다. 이 출력은 유입 전원과 동위상이며 벅 부스트 변압기 1차 측에 공급됩니다. 2차 측이 유입 라인과 연결되어 있으므로 유도 전압이 유입 전원에 더해지고 이 보정된 전압이 부하에 공급됩니다.
마찬가지로 전압 상승으로 인해 마이크로프로세서 회로가 PWM 펄스를 보내 컨버터가 벗어난 양의 전압을 출력하게 하며, 이는 유입 전압과 180도 위상 차입니다. 이 전압이 벅 부스트 변압기 2차 측에서 입력 전압에서 빼져 벅 연산이 수행됩니다.
이러한 안정기는 탭 체인징 및 서보 제어 안정기에 비해 콤팩트한 크기, 매우 빠른 보정 속도, 우수한 전압 조절, 움직이는 부품이 없어 유지보수 불필요, 높은 효율과 높은 신뢰성 등 다양한 장점으로 인해 매우 인기가 있습니다.
여기서 주요하지만 혼란스러운 질문이 제기됩니다: 안정기와 조정기의 정확한 차이점은 무엇인가? 글쎄요.. 둘 다 전압을 안정화한다는 같은 동작을 수행하지만 전압 안정기와 전압 조정기의 주요 차이점은 다음과 같습니다:
전압 안정기: 유입 전압의 변화 없이 출력에 일정한 전압을 공급하도록 설계된 장치 또는 회로입니다.
전압 조정기: 부하 전류의 변화 없이 출력에 일정한 전압을 공급하도록 설계된 장치 또는 회로입니다.
기기에 전압 안정기를 구매하기 전에 몇 가지 요소를 고려하는 것이 가장 중요합니다. 이 요소들에는 기기에 필요한 와트수, 설치 지역에서 경험하는 전압 변동 수준, 기기 유형, 안정기 유형, 안정기 작동 범위(어떤 전압까지 안정기가 전압을 보정할 것인가), 과전압/저전압 차단, 제어 회로 유형, 마운팅 유형 등이 포함됩니다. 여기서는 귀하의 응용 분야에 안정기를 구매하기 전에 고려해야 할 기본 단계를 제공합니다.
아래는 귀하의 전기 기기용 적절한 크기의 전압 안정기 선택 방법에 대한 실시간 해결 예제입니다.
기기(에어컨 또는 냉장고)가 1kVA로 정격되었다고 가정합니다. 따라서 20%의 안전 마진은 200와트입니다. 이를 실제 정격에 더하면 1200VA 와트수가 나옵니다. 따라서 1.2kVA 또는 1200VA 안정기가 해당 기기에 적합합니다. 가정용으로는 200VA ~ 10kVA 안정기가 선호됩니다. 상업 및 산업용으로는 단상 및 3상 대용량 안정기가 사용됩니다.
제공된 정보가 독자에게 유익하고 유용하기를 바랍니다. 독자들이 이 주제에 대한 견해를 표현하고 이 간단한 질문에 답해 주시기 바랍니다: 최신 전압 안정기의 RS232/RS485 통신 기능의 목적은 무엇인가요? 아래 댓글란에 적어주세요.
산업기술
전자 회로 관점서 전압 증폭기(Voltage amplifier)는 입력 전압보다 높은 출력 전압 생성하는 모든 증폭기. 전력 증폭기(Power amplifier, 원신호보다 큰 전력 출력)와 구별. 더 높은 전압을 긴 배선/넓은 영역에 전송 필요할 때 쓰임. 트랜스포머처럼 전압 승압 가능. 호스 노즐 비유: 호스 내 물 흐름(전류)이 노즐서 세게 뿜어져 나가는(전압 증폭) 효과. 전력 공급 아닌 전압 증폭 전압 증폭기는 전력 공급 안 함. 주어진 회로 전력량 늘려 원하는 결과 얻는 장치. 모터 구동 등 전력 부하용 부적합. 오히려
정밀 가공은 우수한 표면 조도와 엄격한 공차를 가진 고품질의 정밀 부품을 생산하는 제조 공정입니다. 이 공정은 터닝, 밀링, 연마, 드릴링, 기어 절삭, 호닝 등 다양한 가공 작업을 포괄하며, 공작물을 최종 형상과 설계로 성형하는 데 사용됩니다. 열처리는 정밀 가공 부품과 제품에 자주 적용되며, 침탄, 퀜칭, 템퍼링, 질화, 탄질화, 냉동 등 여러 추가 공정이 포함됩니다. 정밀 가공을 통해 제조업체는 다양한 복잡한 부품과 완제품 어셈블리를 생산할 수 있습니다. 정밀 가공 부품과 제품을 사용하는 주요 최종 시장으로 산업 장비, 항공
