UPS

안녕하세요...

 

 

테크니컬 팁 란에는... 글을 처음 작성해 봅니다...

처음 작성이라, 어색한 것이 있으면 차후 수정하겠습니다 ^^;;

 

 

 

 

 

대부분의 사람들이 UPS 에 관해서 잘 모르시는 듯 하여,

제가 공부한 만큼만 적도록 하겠습니다.

 

 

제가 대학교를 다니는데...

제가 있는 연구실에는 15 KVA (중대형급) UPS 가 설치되어 있습니다. (웅~ 하는 인버터 소음 죽여줍니다 ㅋ)

설치 된지 15 년이나 되가서 그런가...가끔 전원 사용량이 몰리면 ByPass 모드로 바뀌면서

전압강하 (195 ~ 200 V) 가 일어납니다 ... -_-;;

 

참고로, 저희 연구실 UPS 은 On-Line (온라인) UPS 입니다 ^^;;

 

 

그래서 이 전압 문제 때문에 1년간 UPS 에 관한 정보만 찾고 다녔습니다...

파코즈에는 UPS 에 관한 내용이 거의 전무하다시피 해서 글을 작성 합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UPS 에 관한 글을 적기 전에... 혹시 AVR 이라는 장치를 아십니까?

 

UPS 는 Uninterruptible Power Supply 의 약자로, 무 정전 전원 장치 라는 뜻 입니다.

AVR 은 Automatic Voltage Regulater 의 약자로, 자동 전압 조정 장치 라는 뜻 입니다.

 

 

 

 

 

여기서 갑자기 왜 AVR 에 관한 내용이 나오느냐...

그 이유는...일부 제품을 제외하고 UPS 에는 기본적으로 AVR 기능이 내장 되어 있기 때문입니다.

 

 

 

단, 내장된 AVR 기능은 실제 AVR 기기와의 작동 방식에 큰 차이가 있습니다.

이에 대한 내용은 나중에 적도록 하겠습니다.

 

 

UPS 의 가장 기본적인 작동 방식은..

평소에 전기가 공급될 때,  전기를 그대로 부하에 공급하고, 축전지에 전기를 충전해 두는 것입니다.

만약, 정전이 되면 바로 축전지로부터 전원 공급을 하게 되며, 부하는 축전지의 전원이 끊기기 전까지 전기 공급이 지속적으로 이루어 집니다.

 

 

UPS 의 종류는 크게 3 가지가 있습니다.

종류에 따라 구입 비용에서 차이가 나며, 또한 여러가지 미묘한 성능 차이가 있습니다.

 

 

 

 

 

 

온-라인 (On-Line) UPS

 

 

On-Line UPS 는 아래 2 가지의 다른 UPS 보다 가격이 특별히 더 비쌉니다.

위에 적었던 듯이, UPS 의 기본 작동방식은 모두 같습니다.

 

 

다만, 평소 입력 전원은 항상 배터리에 연결 되어 있고, 배터리에서 인버터로 연결되어 부하로 전력이 공급됩니다.

즉,  입력전원 => 컨버터(AC/DC) => 배터리 => 인버터(DC/AC) => 부하.... 이런식으로 연결 되어 있다는 것입니다.

 

// 고진용 님께서 인버터(AC/DC)를 컨버터( CONVERTER ) 로 수정해 주셨습니다. 감사합니다.

 

 

이러한 방식을 사용함으로써 얻는 장점은 바로, 전원 절체시간이 전혀 없다는 것입니다.

입력 전원이 공급됨과 동시에 AC/DC 인버터가 전원을 변환하여 배터리로 저장하고, DC/AC 인버터는 배터리로부터 전원을 변환하여 부하에 공급하기에 상당한 고 신뢰성을 보장 합니다.

 

 

또한, 완벽한 AVR 기능을 지원합니다.

항상 인버터가 작동하기 때문에, 전압 변동은 보통 220 V 土 2 % 수준 입니다.

 

 

그리고, 예전 UPS 의 인버터는 어땠는지 모르지만,

요즘 On-Line UPS 의 전력 출력 파형은 대부분 정현파 입니다.

     (그러나 인버터 방식에 따라 다름. 요즘 출시 제품은 정현파를 채용하는 듯 합니다.)

 

 

출력 파형에 대해서는 아래에서 따로 설명 들어가겠습니다.

 

 

이처럼, On-Line UPS 는 높은 신뢰성을 보장하기 때문에, 정밀기기, 네트워크 관련 분야, 웹 호스팅, 서버 등 안정된 전압과 높은 전기 품질을 요하는 곳에서 많이 쓰입니다.

 

 

단점으로는, 구조가 복잡하고 효율이 낮으며, 가격이 비싼게 흠입니다. 

 

 

저 개인적으로는....진정한 의미의 UPS 라고 하고 싶습니다 ^^;;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

오프라인 (Offline) UPS

 

 

 

 

 

오프라인 UPS 는 UPS 중에서 가장 가격이 싼 종류 입니다.

 

온라인 UPS 와는 다르게 평소에는 입력 전압 그대로 부하로 흘려주고,

입력 회로 근처에 따로 ByPass 모듈을 가지고 있습니다.

 

 

그래서 정전이 되면 대전력 고속 스위칭 소자 (IGBT) 가 이를 알아채고 입력 회로를 ByPass 회로로 전환하여 배터리 전원으로 전력이 공급될 수 있게끔 해줍니다.

 

       // IGBT >> 이영호 님이 알려주셨습니다. 감사합니다 ^^ //

 

 

UPS 내부 메인 소자는 3 KVA 이하 용량에서는 TR, FET 라는 소자가 주로 쓰이고,
3 KVA 이상급에서는 IGBT 라는 소자가 쓰입니다.

 

       // 고진용 님께서 내부 소자에 관해 추가해 주셨습니다. 감사합니다 ~ //

 

 

따라서, 전원 절체 시간이 존재 하며, 요즘 오프라인 UPS 는 보통 2~4 ms 정도 걸립니다.

 

 

단점으로는... 오프라인 UPS 는 AVR 기능이 전혀 없습니다.

보통 UPS 가 정전이라고 간주 하는 시점은 220 V 기준으로 -15% 이하 일 때 입니다.

 

 

220 V 기준으로 -15% 는 187 V 입니다.

따라서, 만약 입력 전압이 195 V 라면, 부하에 그대로 195 V 를 흘려주게 됩니다.

 

즉, AVR 기능이 없기 때문에, 전압 변동이 생기더라도 부하에 그냥 흘려주는 것 입니다.

 

 

입력 전압이 187 V 보다 낮으면 UPS 는 정전으로 간주하고 배터리 전원을 공급하게 됩니다.

 

+15 % 는 253 V 죠...사실 일반적인 경우에야...이 정도 까지 공급되지야 않겠지만...

예를 들어 어떠한 원인으로 인해 240 V 가 공급되더라도...이 역시 그대로 흘려줍니다.

 

 

 

출력 파형은......... 유사 정현파, 구형파 등이 있습니다.

(같은 종류에서도 출력 파형에 따라 가격이 또 달라짐.)

 

 

사용 분야는... 주로....가정용 또는 SOHO 용 이라고 합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

라인 인터랙티브 (Line-interactive) UPS

 

 

 

 

 

라인 인터랙티브 UPS 는.... 온라인 UPS 와 오프라인 UPS 의 장점을 모두 취한 형태 입니다.

 

가격은 오프라인 방식과 비슷하거나 약간 비싼 수준 입니다. (온라인과 비교한다면, 비교가 안될 정도로 값쌈.)

 

 

 

기본적으로 오프라인 UPS 의 구조를 가지고 있으나, 여기에 AVR 기능이 추가 되어 있습니다.

업계에서는 Boost and Trim AVR 이라고 부릅니다....

 

 

입력 회로와 같은 라인에 AVR 이 위치하고 있어서,

전압에 변동이 생기면 자동으로 전압이 조정되어 부하에 공급이 됩니다.

 

 

나머지 다른 구조는 오프라인 UPS 와 같습니다.

그렇기 때문에, 라인 인터랙티브 방식도 또한 전원 절체 시간이 존재 합니다. (2~4 ms 수준.)

 

 

출력 파형은..........정현파, 유사정현파, 구형파 등이 있습니다.

(같은 종류에서도 출력 파형에 따라 가격이 또 달라짐.)

 

 

사용 분야는.........출력 파형에 따라......... 가정용, SOHO, 비지니스, 서버, 기업용 정도 랍니다...

 

 

 

 

 

 

 

 

이렇게 세 가지가 있습니다.

 

 

 

 

여기 까지 읽으셨다면, 일단 기본적인 UPS 의 작동 방식 정도는 아셨겠지요?

 

그런데 아마 궁금증이 생기셨을 겁니다.

 

 

1. UPS 에 내장된 AVR 기능과, 일반 AVR 장치와의 차이가 무엇인가?

2. 출력 파형은 도대체 무엇인가?

 

 

여기에 답을 드리겠습니다.

 

 

 

 

 

1. UPS 에 내장된 AVR 기능과, 일반 AVR 장치와의 차이가 무엇인가?

 

 

 

hideBBCode.open('▼ 클릭하면 자세한 내용이 펼쳐집니다. [폴딩치트기능] ');

 

 

 

일반 AVR 장치는 자동으로 전압을 조정하는데 있어서 오차율은 약 土 2% 수준 입니다.

만약 출력 전압이 220 V 라고 한다면.... (AVR 도 입력 전압의 한계는 土 15% 수준 입니다)

 

입력 전압이 210 V 라면....출력은 220 V 입니다...(오차율은 약 土 2%)

입력 전압이 205 V 라면....출력은 220 V 입니다...(오차율은 약 土 2%)

입력 전압이 195 V 라면....출력은 220 V 입니다...(오차율은 약 土 2%)

입력 전압이 185 V 라면....AVR 은 정전으로 간주하고 전원이 차단되겠죠.

 

 

 

하지만 UPS 에 내장된 AVR 기능은 조금 다릅니다.

정확히 업계에서는 이렇게 부르더군요...

Boost and Trim AVR 기능 이라고...

 

저는 업계에서 일부러 부풀려서 마케팅의 일환으로 저렇게 부르는줄 알았습니다 ^^;;

알고보니 다 그런 이유가 있더군요...

 

자동으로 전압을 조정하는데 있어서 오차율이 존재한다기 보다 일정한 오르내림이 있더군요...

Boost = 올림  /  Trim =  내림

 

이건 설정에 따라 다른건지, 아니면 제조사마다 다른건지는 모르겠습니다만,

그냥 여기서는 예제로 20 V 로 칭하도록 하겠습니다.

 

Boost = 올림 기능

 

 

 

hideBBCode.open('▼ 클릭하면 자세한 내용이 펼쳐집니다. [폴딩치트기능] ');

 

 

 

 

입력 전압이 210 V 라면....출력은 230 V 입니다...

입력 전압이 205 V 라면....출력은 225 V 입니다...

입력 전압이 195 V 라면....출력은 215 V 입니다...

 

출력 전압이 그렇다고 항상 저렇게 딱 맞아 떨어지진 않습니다 ^^;;

그냥 대략적으로 설명해 드리는 것입니다....

 

 

 

 

 

Trim =  내림 기능

 

 

hideBBCode.open('▼ 클릭하면 자세한 내용이 펼쳐집니다. [폴딩치트기능] ');

 

 

 

 

입력 전압이 230 V 라면....출력은 210 V 입니다...

입력 전압이 240 V 라면....출력은 220 V 입니다...

입력 전압이 245 V 라면....출력은 225 V 입니다...

 

출력 전압이 그렇다고 항상 저렇게 딱 맞아 떨어지진 않습니다 ^^;;

그냥 대략적으로 설명해 드리는 것입니다....

 

 

 

 

 

 

즉, 무슨 차이 인지 아시겠습니까?

 

 

이제 이해 되셨을 것이리라 생각 합니다 ^ㅡ^

 

출력 전압은 항상 저렇지는 않으므로 (예제로 작성한 것입니다) 그걸 꼭 주의 부탁드립니다 ^^;;

이런식으로 작동이 된다 라는 정도로만 이해하시면 될 듯 합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 출력 파형은 도대체 무엇인가?

 

 

출력 파형....이거 정말 중요합니다 ^^;;

 

 

한국전력에서 공급되는 전력의 파형은 정현파 입니다.

정현파는 그 어떤 전기기기를 사용해도 전혀 문제 없이 사용 하실 수 있습니다.

 

 

▼ 아래 사진은 각 파형별 사진 입니다.

 

 

UPS 를 구입하시는 분들이 잘못 알고 있는 부분은 전압과 출력용량만 생각하고 파형을 중요하게 생각 안 하고 UPS를 구입하시는데 잘못된 구매가 될 수 있습니다.

 

 

 

정현파 출력 (사인파 라고도 함.)

 

정현파는 공공전력의 파형과 같고 모든 특성이 같기에 어떤 기기에서도 전혀 문제가 없습니다.

또한 파형의 왜곡이 별로 생기지 않기에 서지출력 용량도 유사정현파에 비교해서 훨씬 높게 나옵니다.

 

그것은 바로 모터 같은 순간 기동전력이 많이 소비되는 제품에서 유사정현파 보다 여유있게 사용할 수 있다는 것입니다.

파형이 깨끗해서 노이즈가 없기에 어떤 제품도 무난하게 사용이 가능하여 사용할 제품에 신경을 쓸 필요가 전혀 없습니다.

 

 

 

 

 

유사 정현파 출력 (계단형 사인파 라고도 함.)

 

정현파와 비슷하게 만들었지만 파형의 왜곡이 존재해서...

정격출력 부분에 도달하면 급격히 파형이 찌그러지는 현상이 발생합니다.

 

이때 서지가 발생되고 노이즈가 전원라인에 따라가면서 오디오 같은 제품에 잡음을 발생시키게 됩니다.

변형된 파형이기에 민감한 전자제품에 사용하는 것은 좋은 생각이 아니며 이 파형으로 사용할 수 있는  제품은 전열기구, 모터류, 전등과 같이 파형에 민감하지 않은 곳에 사용하는 것이 바람직합니다.

 

유사 정현 파의 각진부분이 서지를 발생시키고 오디오와 같은 기기가 잡음을 발생하게 되는 것입니다.

 

또한, 변형된 파형의 전원을 장기적으로 사용하면 전자제품에 있는 콘덴서에 좋지 않은 영향을 주어 결국에는 고장의 원인이 될 수 있습니다.
 
특히 계측기와 같은 장비, 의료기기, 통신 네트워크 장비에는 사용을 피하는 것이 좋습니다.

 

 

 

 

 

구형파 출력은.....유사정현파 출력 설명만으로도 충분한 설명이 되겠죠 ^^;;

대만 Pxx 사의 제품 중 보급형 라인이 구형파 이므로 잘 보고 구입하시길...

 

 

 

저 같은 경우, 요즘 많은 인기를 끄는 Axx 사의 BACK UPS RS-1000 모델을 눈독 들이면서 살다가...

유사정현파 인것을 알고는 충격에 휩싸였습니다....파코즌 성격엔 안 맞는 제품...ㅠ.ㅠ

 

 

 

 

 

 

 

 

[내용추가 -1]

 

댓글 중에 자동차 배터리 이야기 하니 생각나서 적습니다...

 

 

제가 대학교 전산실에서 본 적이 있는 건데, 15 KVA 급 On-Line (온라인) UPS 에

대학교 서버를 연결시켜놨더군요...

 

근데 전산팀장 (저희 학과 선배님..) 님이 정전되어도 2 시간이나 간다고 하시는게 아닌가요 !!

 

왜 그런가 했더니 보여주시더군요...

 

UPS 옆에 엄청난 굵기의 케이블들이 왠 캐비넷에 연결되어 있었는데, 그것을 열어보니

자동차 배터리가 한 15 여개 정도 들어있었습니다.

 

...

 

즉, 본래 UPS 의 출력 용량 과는 상관 없이 백업시간을 더 오래 유지하기 위하여, 배터리를 추가적으로 더 구성한다는 것입니다.

 

     //  이 부분에 대해서는 본문 댓글의 오병규님 댓글을 참고하시기 바랍니다 ~ //

 

소형 UPS 는 전원 입력을 일반 전원 케이블로 받지만, 중형 UPS 는 전원 입력을 ( 이걸 무슨 방식으로 불러야 하는지 모르지만 ) 굵은 전깃줄을 나사로 조여서 고정하는 식으로 받습니다...

 

그곳에 설치된 UPS 도 그렇더군요...

 

 

 

 

 

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휴....어떻게 어떻게 해서 다 적었네요 ^^;;

거의 1 시간 조금 넘게 걸렸네요....

 

 

저는 충북 지방의 어느 잡 대학교에서 컴퓨터 공학을 전공하고 있습니다.

취미도 컴퓨터도 해서....늘상 컴퓨터 앞에 앉아있는데 가끔 UPS 가 말썽이더군요...(특히 겨울에..)

 

 

그래서 이번 겨울 오기 전에 반드시 UPS 를 장만할 생각 입니다...

아는게 힘입니다 ^ㅡ^ UPS 에 관한 정보도 이젠 다 모였고...지를 일만 남았습니다 ㅋ

 

프로그래밍 공부를 이렇게 하면 좋을텐데 그게 안되네요...-_-;;;

 

 

PS > 혹시나, 빠뜨린 내용이나 어색한 표현은 지속적으로 수정하겠습니다...!!

- 출처 - 파코즈