로이엔텍 / MXO 오실로스코프를 이용한 전기차 전력변환 검증 - Part 2. Harmonics 소개 및 분석

 

안녕하세요! 이번 블로그에서는 전력 고조파(Power Harmonics)의 기본 개념에 대해 알아보고, 이후 Rohde & Schwarz MXO 시리즈 오실로스코프를 활용한 고조파 분석 방법까지 단계적으로 살펴보도록 하겠습니다.

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로이엔텍 / MXO 오실로스코프를 이용한 전기차 전력변환 검증 - Part 1. Power Quality 분석

 

 

이전 블로그 “MXO 오실로스코프를 이용한 전기차 전력변환 검증 - Part 1: Power Quality 분석” 에서 살펴본 것처럼, 전기 자동차의 주요 부품인 AC-DC 컨버터를 비롯하여 다양한 어플리케이션에 사용되는 전력 변환기(Power Converter) 는 높은 성능, 효율성, 그리고 안정성이 요구됩니다. MXO 오실로스코프는 이러한 전력 변환기의 최적화에 도움을 주는 핵심 테스트 툴이라고 할 수 있습니다.

그림 1) MXO 오실로스코프를 이용한 Power quality 분석

 

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교류 전압과 교류 전류는 이상적으로는 정현파 (Pure sinusoid) 형태를 가지지만, 컨버터나 인버터와 같은 전력 전자 장비가 연결되면 입력 전류는 정현파를 유지하지 못하고 왜형된 파형으로 (Non sinusoidal waveform) 나타날 수도 있습니다. 이러한 왜형파는 50 Hz 또는 60 Hz의 기본 주파수를 (Fundamental frequency) 갖는 정현파에 기본 주파수의 정수배에 해당하는 주파수 성분이 중첩된 형태로 구성됩니다. 이때 기본파의 정수배 주파수 성분을 고조파(Harmonics) 라고 하며, 60 Hz 시스템에서는 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz 등의 고조파가 발생한다고 보시면 됩니다.

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그림 2) 이상적인 정현파 ( Pure sinusoid) 및 왜형된 정현파 (Non sinusoid) 비교

 

 

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그림 3) 기본파, 고조파 및 THD 개념도

 

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일반적으로 전력 시스템에서 고조파의 ‘원인(cause)’은 부하(load) 로 간주되며, 특히 컨버터, 인버터, 정류기, 스위칭 전원(SMPS)과 같은 전력 전자 장비는 비선형적인 (non-linear) 특성으로 의하여 고조파를 발생시킵니다. 예를 들어, 전기차의 OBC(On-Board Charger)는 계통으로부터 정현파 전압을 공급받지만, 내부 전력 변환 과정에서 비선형 부하로 동작하여 고조파를 발생시킬 수 있습니다. 또한 고조파는 이러한 전력변환장치 뿐만 아니라 다양한 일반적인(conventional) 전기·전자 장비에서도 발생할 수 있습니다.

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지금부터는 MXO 오실로스코프 사용하여 전력 고조파 분석을 수행하는 방법을 살펴보겠습니다. 고조파 측정을 위한 기본 설정(Setup) 및 측정 결과까지 단계적으로 안내드리겠습니다.

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기본 설정

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디퍼런셜 전압 프로브와 전류 프로브를 MXO 오실로스코프에 연결한 뒤, ‘Power Analysis’ 탭에서 Harmonics 측정 기능을 선택합니다. 설정 (Setup) 메뉴에서는 전압 측정용 Voltage 채널과 전류 측정용 Current 채널을 각각 지정하며, 적용할 측정 표준(Standard) 을 선택합니다. 또한 Fund. Freq 항목에서 측정 대상 신호에 맞는 기본 주파수를 설정하여 분석 기준을 정의합니다.

그림 4) MXO 기본 설정

 

 

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전력 파형

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전력 파형(Power Waveform)은 측정 표준(Standard) 이 EN 61000-3-2 Class C 또는 EN 61000-3-2 Class D로 설정된 경우에만 표시됩니다. 해당 표준은 특정 부하 유형에 대한 전력 품질 요구 사항을 정의하며, 선택한 표준에 따라 전력 파형 분석 기능이 활성화됩니다.

그림 4) 전력 파형 설정

 

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고조파 결과

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고조파 결과 화면에서는 전압 파형, 전류 파형, 그리고 전력 파형이 함께 그래픽 형태로 표시됩니다. 측정 결과는 막대 그래프(Bar Chart) 와 수치 데이터를 포함한 테이블(Table) 로 제공되며, 표시되는 고조파의 개수는 선택한 측정 표준의 정의에 따라 달라집니다. 또한 막대 그래프에서 특정 고조파 성분을 선택하면, 해당 고조파에 대응하는 결과 테이블의 행이 함께 강조 표시되어 그래픽과 수치 데이터를 직관적으로 비교할 수 있습니다.

그림 5) 고조파 분석 결과

 

 

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MXO 오실로스코프의 고조파 분석 기능은 전기차용 전력 변환기뿐만 아니라 일반적인 전기·전자 장비에서 발생하는 전압·전류 왜곡과 THD를 정밀하게 측정·평가할 수 있습니다. 이를 통해 관련 규격 충족 여부를 확인할 수 있으며, 손실과 EMI 발생 원인을 조기에 파악하여 전기차 전력 변환기의 최적화와 신뢰성 향상에 기여합니다. 이상과 같이 전력 고조차 분석에 대한 소개 및 다양한 설정 방법을 소개해 드렸습니다. 다음 컨텐츠에서는 스위칭 손실 (Switching loss) 분석에 대해서 말씀드리도록 하겠습니다.

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MXO 오실로스코프를 이용한 고조파 측정 과정을 동영상으로 쉽게 보시려면 아래 링크를 사용하실 수 있습니다.

 

 

 

 

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작성자 : 로데슈바르즈코리아 기술지원팀

출처 - https://blog.naver.com/rohdeschwarzkorea/224234774588

 

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MXO 오실로스코프를 이용한 전기차 전력변환 검증 - Part 1. Power Quality 분석

 

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