UPS(Uninterruptible Power System) 무정전 전원 장치

무정전 전원공급장치란 ?

상용전원의 고장, 순간정전 또는 낙뢰 등으로 인한 정전 시에도 사용 중인 전기설비에 이상 없이 전원을 공급하는 장치로 그 구조로는 정류부, 축전지, 인버터(역변환부)로 구성되어 있다

이상 시에 상용전원을 AC-DC-AC 로 변환하여 정 전압, Battery 에 저장되어 있던 DC 전력을 교류로 변환하여 부하에 깨끗한 전기를 공급하므로써 계속적으로 안정된 운전을 보장해 주는 장치이며 Constant Voltage Constant Frequency: CVCF)라고도 한다.

 

UPS 방식

 

상시 상용 급전 방식

평소 운전할 때 교류 입력을 변환 스위치를 통해 부하로 전력을 공급하고, 정류기는 축전지 충전만 한다. 정전이 발생하면 변환 스위치를 인버터 쪽으로 전환해 축전지의 직류 전력을 인버터에서 교류전력으로 변환해 전력을 공급한다.
평소 운전 시 교류 입력을 직접 출력하므로 전력손실이 극히 적다. 또한, 정류기도 축전지 충전 용량뿐이라 소형화가 가능하다. 그러나 출력 전압 품질은 교류 입력 품질에 의존하므로 교류 입력 전압, 주파수 변동이 그대로 부하 기기에 공급된다. 또한, 정전 검출 시간과 변환 스위치의 변환 시간이 부하의 순단瞬斷시간이므로 전원 변동에 민감한 부하 기기에 영향을 미칠 수 있다. 게다가 부하에 정류 부하가 접속된 경우에 교류 입력 쪽으로 고조파 전류가 유출될 우려가 있다.

라인 인터렉티브 방식

평소 운전할 때 교류 입력을 전력 인터페이스에서 변환 스위치를 통해 부하로 전력을 공급하고, 양방향 컨버터는 정류기로 운전해 축전지를 충전한다. 정전이 발생하면 양방향 컨버터는 인버터를 작동하고 축전지의 직류 전력을 교류 전력으로 변환해 변환 스위치를 통해 부하로 전력을 공급한다. 과부하나 양방향 컨버터가 고장나면 변환 스위치를 교류입력 쪽으로 바꾸고 부하에 계속 전력을 공급하도록 동작한다

평소 운전 시 교류 입력을 직접 출력하므로 전력손실이 극히 적다. 또한, 정전 변환 시간도 1/4 사이클 이내로 정의돼 대부분의 부하 기기에 영향을 미치지 않는 성능을 갖추고 있다. 다만, 정주파수定周波數 제어 기능이 없어 부하 기기의 허용 주파수 변동범위를 도입 전에 확인해야 한다.
라인 인터랙티브 방식은 소용량 UPS에 많이 쓰였으나, 최근 장치의 고효율화를 목적으로 중대용량 UPS에도 이용한다. 또한, 3.3㎸, 6.6㎸의 고압 배전 계통에 직접 설치하는 고압 순간 전압 강하 보상 장치에도 라인 인터랙티브 방식을 이용한다

 

상시 인버터 급전 방식

 

평소 운전할 때 교류 입력을 정류기에서 직류 전력으로 변환하고 인버터로 직류 전력을 공급하는 동시에 축전지에 충전한다. 그 직류 전력을 인버터에서 교류 전력으로 변환하고 변환 스위치를 통해 부하에 공급한다. 이처럼 두 개의 변환기를 통해 부하에 전력을 공급한다고 해서 더블 컨버전Double Conversion 방식이라고도 부른다.
과부하나 변환기가 고장이 났을 때 변환 스위치를 교류 입력 쪽에 무순단으로 변환하고 부하에 계속 전력을 공급하도록 동작한다. 서두에 밝혔듯이 정류기에 PWM 제어 방식 채용함으로써 고조파 전류와 무효 전력의 교류 입력 쪽 유출을 줄였다.
평상시 인버터에서 변환된 교류 전력을 부하에 공급하므로 교류 입력 변동이나 입력 노이즈, 서지에서도 부하에 영향을 주는 일 없이 안정된 정전압, 정주파수 전력을 공급한다. 또한, 정전이 발생해도 무순단이면서 출력 전압 변동을 ±10% 이내로 억제해 부하로 전력을 계속 공급한다. 그러나 늘 변환기 두 개를 통해 전력을 공급하기에 전력손실이 많아진다.