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역률 보상 회로(PFC)는 AC 전력 시스템의 역률을 개선하는 데 사용되는 기술 장치입니다. 역률은 AC 전력 시스템에서 부하 전류와 전압 간의 위상차와 무효 전력 비율을 측정하는 매개변수입니다. 이상적으로는 역률이 1이어야 하며 이는 모든 전기 에너지가 효과적으로 유용한 일로 변환됨을 나타냅니다.
그러나 실제 전력 시스템에서는 많은 전기 장치(특히 유도성 또는 용량성 부하를 포함하는 장치)의 전류 파형이 전압 파형보다 뒤떨어지는 경우가 많아 역률이 1보다 낮아져 다음과 같은 문제가 발생합니다.
효율성 감소: 역률이 낮다는 것은 동일한 유효 전력 출력에 더 많은 전류가 필요하므로 전송선의 전기 에너지 손실이 증가한다는 의미입니다.
전력망 부담 증가: 전류 증가는 송전 케이블, 변압기 등 전력 설비의 부하 증가로 이어지며, 추가 전류를 전달하려면 전력망 장비를 업그레이드해야 할 수도 있습니다.
고조파 오염: 비선형 부하(예: 스위칭 전원 공급 장치, 주파수 변환기 등)에 의해 생성된 비정현파 전류에는 전력망을 오염시키고 다른 장비의 정상 작동에 영향을 미치는 많은 수의 고조파가 포함되어 있습니다. 그리드 안정성이 저하됩니다.
역률 보상 회로의 주요 목적은 부하 전류의 파형을 조정하여 전압 파형과 최대한 동기화함으로써 역률을 향상시켜 역률을 1에 가깝게 만들고 무효 전력을 감소시켜 그리드를 줄이는 것입니다. 손실을 줄이고, 그리드에 대한 부담을 줄이고, 고조파를 억제하여 전체 전력 시스템의 활용 효율성과 안정성을 향상시킵니다.
역률 보상 회로의 분류
역률 보상 회로는 일반적으로 인덕터, 커패시터, 다이오드 및 스위칭 장치로 구성됩니다. 다양한 작동 원리에 따라 수동 역률 보정 회로와 능동 역률 보정 회로의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
1. 수동 역률 보상 회로
수동 역률 보상 회로는 주로 인덕터, 커패시터와 같은 수동 부품으로 구성됩니다. 작동 원리는 인덕터의 리액턴스 특성을 사용하여 회로의 무효 전력을 보상함으로써 전류 파형이 전압 파형과 최대한 동기화되도록 하는 것입니다.
AC 전원이 입력되면 인덕터가 전류를 방해하여 전류의 상승 및 하강을 느리게 합니다. 인덕터의 값을 적절하게 선택하면 전류 파형이 전압 파형과 어느 정도 동기화되어 역률이 향상됩니다.
수동 역률 보상 회로의 장점은 간단한 구조, 저렴한 비용 및 높은 신뢰성입니다. 복잡한 제어 회로가 필요하지 않으므로 일부 저전력 애플리케이션 시나리오에서 여전히 널리 사용됩니다.
그러나 수동 역률 보상 회로에도 몇 가지 단점이 있습니다. 첫째, 역률 보정 효과는 상대적으로 제한적이며 일반적으로 약 0.7~0.8에 불과합니다. 둘째, 인덕터의 크기가 크기 때문에 전원 공급 장치의 크기와 무게가 증가합니다. 또한, 패시브 역률 보상 회로는 입력 전압의 변화에 민감하므로, 입력 전압의 변동이 심할 경우 역률이 감소할 수 있습니다.
능동 역률 보상 회로는 주로 인덕터, 커패시터, 스위칭 소자 및 제어 회로로 구성됩니다. 작동 원리는 스위칭 장치의 켜기 및 끄기를 제어하여 회로의 전류 파형과 전압 파형을 엄격하게 동기화하는 것입니다.
능동형 역률 보상 회로는 일반적으로 고주파 스위칭 기술을 사용하여 입력 AC 전력을 DC 전력으로 변환한 다음 제어 회로를 통해 DC 전력을 조정하여 출력 전류 파형이 입력 AC 전압 파형과 동기화되도록 합니다.
능동 역률 보정 회로의 장점은 역률 보정 효과가 좋다는 것입니다. 이는 0.95 - 0.99 또는 그 이상에 도달할 수 있습니다. 넓은 입력 전압 범위에 적응할 수 있으며 전류 고조파를 억제하는 강력한 능력을 갖추고 있습니다.
그러나 능동형 역률 보상 회로(PFC)에도 몇 가지 단점이 있습니다. 첫째, 회로구조가 복잡하고 가격이 비싸다. 둘째, 스위칭 장치 및 제어 회로의 사용으로 인해 특정 소음 및 전자기 간섭이 발생합니다. 또한 능동 역률 보정 회로(PFC)의 신뢰성은 상대적으로 낮으며 우수한 열 설계가 필요합니다.
정리하면, 역률 보상 회로(PFC)는 교류전력계통의 역률을 향상시키고, 전기에너지 이용 효율을 높이며, 전력망에 대한 부담을 줄이고, 고조파를 억제하기 위해 널리 사용되는 기술장치이다. 다양한 전기 장비 및 전력 시스템에 사용됩니다. 적절한 역률 보정 기술을 채택함으로써 친환경적이고 효율적이며 안정적인 전원 공급을 달성할 수 있습니다.
