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제품정보 > 파워 아날라이저 전력변환효율, 모터 평가가 가능한 파워 미터

EMC 노이즈 조기 대응 - IEC 고조파, 전압 변동 / 플리커, 고주파 노이즈 (PW8001)

요약


고조파 및 전압 변동/플리커 시험은 전기 제품에 요구되는 IEC 규격의 전력 품질에 대한 저주파 방출이라고 불리는 EMC 시험의 일부입니다. 최근에는 파워 컨디셔너뿐만 아니라 일반 가정용 인버터 제품의 고주파 노이즈도 전원 품질 문제로 인식되고 있습니다.

이 애플리케이션 노트에서는 IEC 규격을 준수하기 위한 고조파 및 전압 변동/플리커와 같은 저주파 방출 측정과 고주파 노이즈 측정이 가능한 파워 아날라이저 PW8001의 노이즈 대책에 대한 활용법에 대해 소개합니다.

 

 

 IEC 고조파, 전압 변동/플리커 시험이란?


고조파 시험에서는 기기의 소비 전류 파형의 왜곡 성분을 측정합니다
. 고조파 전류는 기기의 오작동이나 고장, 전력계통의 무효전력을 증가시키는 원인이 되므로 시험 규격에 따라 고조파 전류에 대한 한계치가 정해져 있습니다.

 

전압 변동/플리커 시험은 전원 전압의 변동과 조명의 깜빡임(플리커)에 대한 시험입니다. 전기 제품의 소비 전류 변화로 인해 전원 전압이 변동하면 조명이 깜빡이는 현상이 발생합니다. 플리커는 사람에게 불쾌감을 주는 건강상의 위험요소이기 때문에 전압 변동/플리커에 대한 한계치가 시험규격으로 정해져 있습니다.

                                                                                                                                                                                          
 

 

 고조파 및 전압 변동/플리커 시험의 IEC 규격


시험 대상별로 시험 조건과 한계치 판정 기준이 있으며
, 시험은 최신 시험 규격을 참조해야 합니다. 또한, 시험에 사용되는 측정 기기는 측정 규격에 부합하는 것이 필요합니다. 파워 아날라이저 PW8001 IEC 고조파 및 전압 변동/플리커 시험의 측정 규격을 준수하는 파워 아날라이저입니다.

 


◆고조파 시험 규격

 · IEC61000-3-2 : 상당 정격 전류가 16A 이하인 기기 시험

 · IEC61000-3-12 : 상당 정격 전류가 16A를 초과하고 75A 이하인 기기 시험

 

  시험 표준에서 요구하고 PW8001이 준수하는 측정 규격: IEC 61000-4-7: 2002+A1: 2008

 

 · 고조파 차수: 0~200차까지

 · 중간 고조파 차수: 0.5 ~ 200.5차까지

 

 

전압 변동/플리커 시험 규격

 · IEC61000-3-3 : 상당 정격 전류가 16A 이하인 기기

 · IEC61000-3-11 : 상당 정격 전류가 16A를 초과하고 75A 이하인 기기

 

  시험 규격에서 요구하고 PW8001이 준수하는 측정 규격: IEC 61000-4-15: 2010

 

 · 정확도: Pst ±5% (Pst = 0.2~5), dc, dmax: ±4% (dmax=4%에서)

 

 

한계치를 판단하는 평가 시스템 

그림 1은 고조파, 전압 변동/플리커 시험 시스템의 블록선도입니다. IEC 고조파 및 전압 변동/플리커 시험 규격에는 교류전원과 RIN(Reference Impedance Network)이 있는 시험 시스템을 사용합니다. 파워 아날라이저는 측정 대상의 전원 전압과 전류를 측정하고 측정 규격에 따라 측정 결과를 출력합니다. 전류 측정에는 전류 센서를 사용합니다. 전류 측정을 위해 전원 배선을 둘러놓을 필요가 없기 때문에 배선 및 계측 손실의 영향을 줄이고, 실제 가동할 환경에 가까운 배선 상태에서 측정할 수 있습니다.

 

 

  

                     그림 1: 고조파, 전압 변동/플리커 시험 시스템

 

 

 전원 노이즈에 대한 과제 

고조파 및 전압 변동/플리커 시험은 저주파 방출 시험입니다. 그러나 인버터를 사용하는 환경에 따라 아주 드물게 인버터 기기의 스위칭 노이즈가 예상보다 높은 수준으로 발생하여 주변 기기가 고장나는 시장 트러블이 확인되고 있습니다(*1). 전원 노이즈로 인한 트러블을 미연에 방지하고 고조파 및 전압 변동에 대한 대책을 세우기 위해서는 기기 개발 초기 단계에서 노이즈를 확인하는 것이 효과적입니다. 노이즈 문제를 조기에 해결하는 것은 치명적인 개발 지연을 피하기 위해서도 중요합니다.

 

 

 HIOKI의 계측 솔루션 

HIOKI 파워 아날라이저 PW8001의 업데이트 펌웨어 Ver2.0에서 IEC 고조파 및 전압 변동/플리커 측정과 더불어 파워 스펙트럼 분석(PSA) 기능이 탑재되었습니다.

한계치 판정을 수반하는 규격 시험의 경우에는 전용 시험 시스템을 사용해야 하지만, 개발 초기 평가에서도 고조파와 전압 변동을 확인함으로써 경향을 파악할 수 있어 조기 대응이 가능합니다. 예를 들어, 전원 회로의 설계 변경 후에 고조파 전류가 증가하는 것이 확인되면 EMC 테스트에서 한계치를 넘을 우려가 있어 노이즈 저감을 위한 대책이 필요하다는 것을 조기에 판단할 수 있습니다.

 

IEC 고조파 측정 모드 설정 화면(왼쪽)과 전압 변동/플리커 측정 모드 설정 화면(오른쪽) 

 

 

파워 스펙트럼 해석(PSA) 기능

전압, 전류 및 전력의 FFT 해석이 가능한 파워 스펙트럼 해석 기능은 고조파 해석 기능보다 높은 주파수의 노이즈(최대 6MHz)를 해석할 수 있어 IEC 고조파나 전압 변동/플리커에서는 볼 수 없는 노이즈를 시각적으로 확인할 수 있습니다. PW8001 최대 1MHz까지의 전력 측정 정확도를 보장하고 있어 인버터나 스위칭 전원에 의해 발생한다고 알려진 고주파 전도 노이즈 평가에 매우 효과적입니다.


                                  
 

 

HIOKI의 3세대 전력 해석 엔진이 실현하는 6가지 "AUTO" 측정 

PW8001은 정확한 전력 측정과 고조파 및 전력 스펙트럼 해석 등 모든 연산을 동시에 병렬로 처리합니다. 또한, 입력 파형의 크기와 주파수에 따라 측정 레인지와 필터의 특성이 내부적으로 최적의 상태로 자동 업데이트됩니다. 이를 통해 한 번의 측정으로 모든 분석 결과를 정확하게 측정할 수 있어 다각적인 검증이 가능합니다.

 




                                  PW8001 전력 해석 엔진의 동시 연산 처리 아키텍처

 

 

제품 조합 예시 

파워 아날라이저 PW8001은 측정 용도에 따라 선택할 수 있는 2종류의 입력 유닛과 정격 2A~2000A의 폭넓은 전류 센서 라인업에 대응하고 있습니다. 필요한 측정 정확도와 측정 주파수 대역에 따라 2종류의 입력 유닛을 혼합하여 8채널까지 탑재할 수 있습니다.

 

 


 

전류 센서와의 조합 정확도 

HIOKI는 업계에서 유일하게 고성능 전류 센서와 파워 아날라이저 모두 자체 개발하고 있으며 그 조합은 최고의 정확도를 자랑합니다. 표 1에서 보는 바와 같이 HIOKI 전류 센서는 50Hz/60Hz에 국한되지 않고 고주파까지 정확도를 규정하고 있어 고조파 분석 및 노이즈 분석에 매우 효과적입니다.

 


 

표 1: PW8001과 전류 센서의 조합 정확도 예시

 전류 센서 조합 측정 정확도

 주파수: ±% of reading ± % of range

 PW8001+U7001+CT6873 전류 센서

 DC: ±0.05% ±0.057% ±0.057

 45 Hz ≤ f ≤ 66 Hz: ±0.05% ±0.052% ±0.052

 5 kHz < f 10 kHz: ±U7001 정확도 (0.15% + 0.05%) ± 전류 센서 정확도 (0.2% + 0.02%)**

 PW8001+U7005+CT6873 전류 센서

 DC: ±0.05% ±0.032% ± 0.032%

 45 Hz ≤ f ≤ 66 Hz: ±0.04% ±0.027% ±0.04% ±0.027

 5 kHz < f ≤ 10 kHz U7005 정확도 (0.05% + 0.05%) ± 전류 센서 정확도 (0.2% + 0.02%)**

** Full scale 오차는 전류 센서 정격도 고려. 기타 주파수는 사용설명서에 기재 

 

 

각 측정 모드의 개요 사양 

표 2 PW8001 IEC 고조파 모드 측정 사양의 개요를 나타냅니다. 측정 결과를 홀수와 짝수로 구분하여 표시할 수 있어 보기 쉽고 직관적으로 결과 확인이 가능합니다. 표 3과 표 4는 각각 플리커 측정 사양과 FFT 및 파워 스펙트럼 해석 기능의 개요 사양을 나타냅니다.

 

표 2: IEC 고조파 모드 측정 사양

 항목

 사양

 측정 방식

 IEC61000-4-7:2002+A1:2008에 준거, 갭 오버랩 없음

 측정 주파수 설정

 50 Hz/60 Hz

 동기 주파수 범위

 50 Hz 설정 시: 45 Hz ~ 55 Hz

 60 Hz 설정 시: 56 Hz ~ 66 Hz

 데이터 갱신 레이트

 약 200ms 고정 (50Hz시에는 10, 60Hz시에는 12)

 해석 차수

 고조파: 0 ~ 200

 중간 고조파 : 0.5 ~ 200.5

 윈도우 파수

 50Hz 설정시 : 10, 60Hz 설정시 : 12

 FFT 포인트 수  8192 포인트

 측정 정확도 

 각 주파수 설정의 동기 주파수 범위에서 각 유닛의 전압, 전류, 전력, 위상 측정 정확도에 ±0.04% of range를 가산

 10 kHz 이상에 대해서는 ±0.04% of range를 추가로 가산

 

표 3: 플리커 측정 사양 

 항목

 사양

 측정 채널

 최대 8채널

 측정 방식

 IEC 61000-4-15 Ed2.0:2010 플리커 미터 클래스 F2에 준거

 측정 항목 단기간

· 단기간 플리커 값 (Pst)

· 단기간 플리커 최대값 (PstMax)

· 장기간 플리커 값 (Plt)

· 순간 플리커 최대값 (PinstMax)

· 순간 플리커 최소값 (PinstMin)

· 상대적 정상 전압 변화 (dc)

· 최대 상대 전압 변화 (dmax)

· 상대 전압 변화가 임계값을 초과하는 시간 (Tmax)

 측정 주파수

 50 Hz / 60 Hz (IEC 측정 모드에서만 측정)

 측정 레인지

 Pst, Plt: 0.0001 P.U. ~ 6400 P.U. (대수로 1400 분할)

 플리커 필터

 230 V lamp, 120 V lamp

 측정 정확도      

· dc, dmax: ±4%(dmax=4%일 때)

· Pst: ±5%(Pst = 0.2 ~ 5)

 

표 4: PW8001의 전력 스펙트럼 해석(PSA) 기능 개요 사양

 항목

 사양

 측정 채널

· 전압 전류 파형: 채널 또는 결선 단위로 선택. 최대 3채널

· 모터 파형: 아날로그 DC

 연산 종류

· RMS 스펙트럼 (다중 채널 선택 시 각 채널의 평균값)

· 파워 스펙트럼 (유효전력(P), , 전압 전류 파형 선택 시에만 해당. 다중 채널 선택 시에는 각 채널의 합산값(Psum))

 FFT 포인트 수

 1000, 5000, 10,000, 50,000, 100,000, 500,000, 1,000,000, 5,000,000

 안티앨리어싱

 디지털 필터 자동

 윈도우 함수

 렉탱귤러해닝플랫톱

 최대 해석 주파수

· 전압 전류 파형: 6MHz (U7005 선택 시), 1MHz 파형 (U7005 선택 시)

· 모터 파형 입력: 400kHz

· 파형 기록의 압축비에 연동

 

 

정리

 PW8001 IEC 규격에 따라 고조파 및 전압 변동/플리커를 측정할 수 있습니다. 또한, “전원 노이즈 문제를 파악하지 못하고 대책이 늦어지는 설계 상황에서 벗어나고 싶다거나, 스위칭 노이즈 문제에 앞서 나가고 싶다고 생각하는 개발자에게 파워 스펙트럼 해석(PSA) 기능이 고주파 노이즈 평가 수단을 제공합니다.

 

제품에 대한 자세한 내용은 제품 페이지에서 확인하실 수 있습니다.

제품 데모 요청 및 애플리케이션 관련 상담은 HIOKI 담당자에게 문의해 주시기 바랍니다.

 PW8001의 최신 펌웨어에 대한 자세한 내용은 여기에서 확인할 수 있습니다.