플루크, 멀티미터와 스코프 합친 스코프미터로 고조파 크기도 확인

가전제품은 더 작고, 가볍고 고효율의 제품이 요구되는 추세이다. 소비 전력은 줄이고 효율을 높이려면 어떻게 해야할까?

가전제품에서 핵심이자 차별화 되는 점은 모터이다. 기존에 사용되던 정속형 모터는 전기가 공급되면 항상 같은 속도로 모터가 돌아가고 일정 수준의 전기가 계속해서 들어가야 한다. 그렇다보니 전압 변화에 취약하고 전력소비가 높다.

이런 문제를 해결하기 위한 모터 기술이 인버터를 내장하는 것이다. 직류를 교류로 변환해주는 인버터는 교류로 변환하면서 원하는 크기의 전압과 주파수를 가질 수 있다. 모터에 인버터를 내장하면 에너지의 필요량에 따라 모터의 회전수를 조절할 수 있어 속도와 효율의 제어가 가능하다.

인버터를 사용하면 별도의 변속장치 없이 변속이 가능하며, 시동 전류를 줄일 수 있고, 1대의 인버터로 여러 대의 모터를 제어할 수 있다는 장점이 있다. 이에 반해 고조파가 발생한다는 단점이 있다.

고조파는 근본적인 파형의 배수가 기본파형에 중첩될 때 발생하며 기본 파형의 왜곡이 일어나게 해 전압의 불균형을 초래한다. 모터 드라이브 시스템 전체에 악영향을 미칠 수 있으며, 모터의 손상까지 가져오게 된다. 고조파의 원인은 다양하지만 주로 급격하게 늘어나는 전자 부하의 영향이 크다.

모터 드라이브 시스템에서 드라이브가 고조파를 생성하지는 않는지, 다른 전기적 작동을 방해할 수 있는 전압강하(DIP), 전압상승(Swell), 과도현상을 생성하지 않는지 확인하려면 입력단의 값을 측정을 해야한다.

플루크의 전력측정기인 FLUKE 430 시리즈는 전압, 전류, 주파수, 전력, 고조파, 과도현상, 전압 하강/상승 등 전력의 모든 요소를 하나의 장비로 동시에 분석할 수 있다. 특별한 설정 없이도 공칭 전압만 입력하면 특이 현상을 체크할 수 있다.

각 상에서의 전압 레벨 차이인 전압 불균형은 입력단과 출력단의 전압 차이를 측정해 알 수 있다. 측정 파형이 사인파인지 펄스 폭 변조 파형인지 차이가 있다. 출력단의 경우 펄스 폭 변조 신호(PWM)가 출력된다. 이는 펼스 파형을 다양한 주파수로 조정하여 실제 사인파와 유사한 값을 가진 파형으로 만들어 내는데, 이때 주파수는 인버터 특성에 따라 다양하지만 대게 Hz~MHz(GHz)로 나타난다. 일반적인 전력분석기는 50Hz, 60Hz의 사용 주파수에 맞춰져 있어 측정이 불가능 해, 넓은 주파수 대역폭을 가진 스코프미터를 사용해 측정해야 한다.

스코프미터는 밀리미터와 오실로스코프의 기능이 합쳐진 것으로 플루크의 Fluke190 시리즈가 대표적이다. 2, 4 채널 휴대용으로 일반 멀티미터와 동일하게 4mm 바나나 입력단을 사용하여 전압, 저항, 다이오드 테스트할 수 있는 DMM 기능이 포함되어 있다. 최대분해능은 500카운트이며, 리튬이온 배터리가 장착되어 있어 최대 8시간까지 사용이 가능하다. 산업현장에 특화되어 CATIII 1000V, CATIV 600V의 안전 등급을 보유하고 있다.

플루크 백준호 과장은 “기본적으로 6% 이상의 THD가 문제가 된다. 전력측정기를 통해 THD뿐만 아니라 각차수별 고조파의 크기도 확인이 가능하다”며 “차수별 증상과 원인이 다르기 때문에 각 차수의 고조파 함유율을 파악하는 것이 중요하다”라고 말했다.