공급전력 소비전력 - gong-geubjeonlyeog sobijeonlyeog

소비전력은 전압과 전류량의 곱으로 쉽게 계산이 가능하지만 UPS를 구축하시려는 상황이라면 그리 간단하지가 않습니다.

컴퓨팅 장비들의 사용 전기의 표시는 전력(W) 또는 전압-전류(VA) 단위로 표시됩니다. 전력(W)으로 표시된 장비는 실제 사용 전력량입니다. ""피상 전력""이라고 하는 전압-전류(VA)는 장비에 적용되는 전압과 장비에서 실제 사용하는 전류를 곱한 값입니다.


전력(Watt) 등급과 전압-전류(VA) 등급은 각각 그 용도와 목적이 서로 다릅니다. 전력(Watt)는 설비에서 발생되거나 장비를 사용하는 것에서 발생되는 실제 사용전력을 전력회사로부터 구입하는 데 사용되고, 전압-전류(VA) 등급은 배선 및 회로 차단기의의 용량을 정하는데 사용됩니다.


백열 전구와 같은 일부 유형의 부하에 대한 VA와 전력(Watt) 등급은 동일합니다. 이와 반대로 컴퓨터 장비의 경우에는 전력(Watt) 등급과 전압-전류(VA) 등급이 크게 차이날 수 있습니다. 전압-전류(VA) 등급은 항상 전력(Wattt) 등급과 같거나 그보다 높습니다. 전압-전류(VA) 등급에 대한 전력(Watt) 등급의 비율을 나타내는 ""역률""은 숫자값(예: 0.7) 또는 백분율(예: 70%)로 표시됩니다.


컴퓨터에 대한 전력(Watt) 등급은 전압-전류(VA) 등급과 다를 수 있음


컴퓨터를 포함한 모든 IT 장비는 전자식 스위칭 전원공급장치를 사용합니다. 컴퓨터의 스위칭 전원공급장치에는 기본적으로 1) 역률 보정 공급장치 또는 2) 축전기 입력 공급장치의 두 가지 유형이 있습니다. 그러나 장비를 검사해도 전원 공급의 유형을 구분할 수 없고 장비 사양에는 일반적으로 이 정보가 없습니다. 1990년대 중반에 소개된 역률 보정 공급장치(PFC 공급장치라고도 함)는 전력(Watt) 등급관 전압-전류(VA) 등급이 동일(0.99-1.0의 역률)하다는 특징이 있습니다. 반면 축전기 입력 공급장치는 전력(Watt) 등급이 전압-전류(VA) 등급의 0.55에서 0.75배(0.55-0.75의 역률)입니다.


대략 1996년 이후에 제조된 라우터, 스위치, 드라이브 배열 및 서버 같은 모든 대형 전산 장비는 전원 역률 보정 공급장치를 사용하며, 따라서 이러한 종류의 장비에 대한 역률은 1입니다.


PC, 소형 허브, PC용 주변 기기는 일반적으로 축전기 입력 공급장치를 사용하며, 이러한 종류의 장비에 대한 역률은 1보다 작고 보통 0.65 범위 내의 값이 사용됩니다. 1996년 이전에 제조된 대형 컴퓨터 장비는 주로 이러한 유형의 전원공급장치를 사용했으며 역률이 1보다 작은 것으로 나타났습니다.

UPS 전력 등급


UPS는 최대 전력(Watt) 등급과 최대 전압-전류(VA) 등급을 가집니다. UPS의 전력(Watt) 및 전압-전류(VA) 등급 이상의 부하를 연결하여 사용해서는 안됩니다.


소형 UPS 시스템의 경우 전력(Watt) 등급이 전압-전류(VA) 등급의 약 60%라는 것이 사실상 산업 표준이며, 이는 보통 일반 PC 부하의 역률입니다. 일부의 UPS 제조업체는 UPS의 VA 등급만 표시합니다. 컴퓨터 부하 조정용으로 설계된 소형 UPS에는 VA 등급만 있으며, 이 경우 전력(Watt) 등급은 표시된 VA 등급의 60% 정도로 보는 것이 적절합니다.


대형 UPS 시스템의 경우, 일반적으로 전력(Watt)을 기준으로 선정하여 구성하고 있으며, 이는 일반적인 부하의 전력(Watt)과 전압-전류(VA)의 등급이 비슷하며, 최근의 UPS도 전력(Watt)와 전압-전류(VA)가 동일하기 때문입니다. 대형 시스템 및 데이터 센터의 역률 문제에 대한 자세한 논의는 APC 백서 #26 ""고조파 및 중립 과부하의 위험성""을 참조하십시오.


부하에 따른 UPS 용량 선정 시 문제가 발생할 수 있는 예


예 1: 일반적인 1000VA UPS가 있는 경우 - 사용자는 UPS를 사용하여 900W 히터에 전원을 공급하려고 합니다. 히터의 전력(Watt) 등급과 전압-전류(VA) 등급은 모두 900W이며 역률은 1입니다. 부하의 전압-전류(VA) 등급은 UPS의 전압-전류(VA)의 용량내에 해당하는 900VA지만 UPS는 이 부하에 전력을 공급할 수 가 없습니다. UPS의 전력(Watt)양은 1000VA의 60%인 600W가 될 가능성이 높고, 부하의 전력 사용량은 900W이므로 UPS의 최대 전력량을 초과하기 때문입니다.


예 2: 1000VA UPS가 있는 경우 - 사용자는 UPS를 사용하여 900VA 파일 서버에 전원을 공급하려 합니다. 파일 서버에는 전원 역률 보정 공급장치가 장착되어 있으며 따라서 900W의 전력 사용량과 900VA의 전압-전류(VA) 등급을 가집니다. 부하의 VA 용량이 UPS의 VA 용량의 범위 내의 값인 900VA이지만 UPS는 이 부하에 전력을 공급할 수 없습니다. UPS의 최대 사용 가능 전력량은 1000VA의 60% 또는 약 600W가 될 가능성이 높고, 부하의 용량은 900W이므로 UPS의 전력량을 초과하기 때문입니다.


부하에 따른 UPS 용량 선정 시 오류를 방지하는 방법


APC UPS 선택기를 사용하면(www.apc.com 참조) 지정된 장비를 기준으로 부하의 전력 값을 계산할 수 있므로 부하에 따른 UPS 용량 선정 시 오류를 방지할 수 있어 UPS 최대 전력 또는 전압-전류(VA) 의 용량을 초과하지도 않을 수 있습니다.


장비 네임플레이트에 적혀 있는 정격 용량은 종종 VA로 표시되어 있기 때문에 정격전력량은 알기가 어렵습니다. 만약 부하에 적혀있는 VA 용량을 기준으로 부하를 선정하여 시스템을 구성하면 실제 UPS의 최대 전력량을 초과할 수도 있습니다.

부하의 VA 용량을 UPS VA 용량의 60% 이하로 조정하면 UPS의 최대 사용 가능 전력 용량을 초과하지 않습니다. 결과적으로 부하의 정격 전력량을 확실하게 모를 경우 가장 안전한 방법은 부하 네임플레이트에 적혀 있는 VA 용량을 UPS 용량의 60% 이하로 유지하는 것입니다.


이러한 고전적인 부하에 따른 UPS 선정을 하게 되면 예상보다 방전타임 길어지게 됩니다. 시스템의 최적화 및 정확한 방전타임 필요하면 www.apc.com에서 APC UPS 선택기를 사용하십시오.


결론


컴퓨터 부하의 전력 소모에 대한 정확한 정보 없이 UPS를 구성하다 보면 UPS가 과부하가 될 수 있습니다. 그러므로 컴퓨터 장비의 네임플레이트 사용 전력용량 비교하여 UPS를 약간 높게 설정하여 구성한다면 시스템이 적절하게 작동하도록 보장할 수 있습니다. 오버사이징은 추가적인 UPS 백업 시간을 제공한다는 또 다른 장점이 있습니다.

호랑사과

  전력계산식은 p=v*i입니다.

  전류가 흘러 소자가 p를 소비합니다. 이런 소비하는 소자를 Power absorption, Power receiving, Power dissipation이라고 합니다. (p>0) 예를 들면 저항은 대표적인 전력을 소비하는 소자로써 전력을 내주거나 공급할 수 없습니다.

  전력을 공급하는 소자는 p를 소비하지 않고 공급을 합니다. 이런 전력을 공급하는 소자를 Power supply, Power delivery라고 합니다. (p<0)

  (A) -12w, abosorption (B) 12w, supply (C) 12w, supply (D) -12w, absorption 입니다.

  Power dissipation은 -부호를 붙인 Power supply 값과 같기 때문에 만일 어떤 값을 묻느냐에 따라 -부호가 붙일지 안 붙일지 결정해야합니다.

  만약 문제의 질문이 Power supply값을 구하라고 할 때 회로가 dissipation이면 값은 -부호를 붙여야 합니다. 그 역도 똑같습니다. 무슨 값을 묻는지를 주의하시길 바랍니다.

  예를 들면 (A)에서 Power supply 값은 30mW이고. dissipation값은 -30mW입니다.

  supply의 총 합은 4w+20w이고 dissipation의 총 합은 10w+9w+5w입니다.

  power conservation law(전력보존의 법칙)에 따라 supply양과 dissipation양이 같아야합니다. 회로를 분석했다는 말은 계산을 했다는 말과 같습니다. 계산을 했을 때 두 양이 같지 않으면 어디가 잘못 계산을 했다는 의미이므로 잘못 계산한 곳을 찾아봐야합니다.

  예를 들면 supply값이 9w+12w이고 dissipation값이 6w+6w+9w+12w이라고 계산을 했는데 두 값이 같지가 않습니다. 자세히 보니 가운데 소자의 +,-부호가 바꿔야(즉 dissipation을 supply로 바꿔야) supply와 dissipation이 같아집니다. 이는 설계가 잘못되었다고 할 수 있습니다.

  전류계는 회로 중간을 끊고 직렬연결을 하여 측정을 해야 하고 전압계는 병렬연결을 하여 측정합니다. 만일 전류계, 전압계를 반대로 연결을 하면 전류계는 short 역할을 하게 됩니다. 이때 전류계는 과도한 전류에 버티지 못해 고장 나게 됩니다. 전압계는 매우 높은 하나의 저항 역할을 하게 되므로 잘못된 V값이 측정이 됩니다.

공급전력 소비전력 - gong-geubjeonlyeog sobijeonlyeog

  전압은 높은 곳에서 낮은 곳의 차이이고 이 방향으로 전류가 흐른다고 하였습니다. 그러나 회로의 전원부(vdc)를 보면 -에서 +방향으로 전류가 흐르고 전압이 양수라는 것을 볼 수 있습니다. 이는 소자는 passive(소비, absorb)이고 전원부는 active(흡수, supply)이기 때문에 그 적용이 다르기 때문입니다.

  Linear system의 대표적인 예는 저항입니다. 이것은 반드시 원점을 통과해야합니다. 원점을 통과하지 않는 것들은 Linear system이 아닙니다. 옴의 법칙(v=i*r, i=v/r)에 따라 기울기 m은 저항 r과 같습니다.

  저항은 과도한 전류가 흐르면 열을 받아 타버립니다. 어느 방향으로 전류가 흐르고 전류의 양이 얼마인지가 중요합니다. 저항 양 쪽에서 전류가 흐르면 전류의 양이 큰 쪽으로 방향이 결정됩니다.

 다음 4개의 소자들은 Dependent Source입니다. 이것은 회로상의 전압이나 전류에 따라 전압 또는 전류가 변하는 소자입니다. 지금까지 나왔던 소자들은 값이 다른 요소때문에 변하지 않는 Independent Source였습니다. 다음은 Dependent Source의 대표적인 4가지를 소개하겠습니다.

Current-Controlled Voltage Source (전류제어 전압원, CCVS)

Current-Controlled Voltage Source (전류제어 전압원, CCVS)

r의 단위는 volts/ampere입니다.

Voltage-Controlled Voltage Source (전압제어 전압원, VCVS)

b의 단위는 volts/volt입니다.

Voltage-Controlled Current Source (전압제어 전류원, VCCS)

 g의 단위는 amperes/volt입니다.

Current-Controlled Current Source (전류제어 전류원, CCCS)

d의 단위는 amperes/ampere입니다.

  2옴 저항에 걸리는 전압은 2V이기 때문에 VCVS의 전압은 4V입니다. 전류계의 수치가 1.50A인데 KCL(키르히호프 전류 법칙)을 따르면 중간에 흐르는 0.5A와 2옴 저항으로부터 흐르는 1A를 합친 값입니다.

  분석하여 한꺼번에 나타낸 사진입니다. 각 소자의 전력을 구해서 합치면 전하량 보존의 법칙 때문에 0이 나옵니다. 회로가 잘못 설계되어있거나 계산 실수를 하면 KCL이나 전하량 보존의 법칙이 적용이 안 됩니다. 그렇기에 KCL이나 전하량 보존의 법칙을 이용하여 회로가 잘 설계가 되어있는지 분석(계산)을 잘 했는지 검사 할 수 있습니다. 회로 분석시 Dependent Source도 소자이므로 이 소자에 대해 전압도 걸리고 전류도 흐르고 저항도 있습니다.

  다음은 스위치에 대해서 알아보겠습니다.

  Initially open은 오랫동안 open이였다가 t=0일 때 막 닫은 것이고 Initially closed는 오랫동안 연결하고 있다가 t=0일 때 열었다는 의미입니다.

  Break before make는 t=0일 때 a 회로에 연결했던 스위치가 b 회로로 막 스위치가 닫은 것이고 Make before break는 t=0일 때 움직여 a 회로가 끊어지기 전에 b 회로의 접점이 닫히는 것을 말합니다.

출처 : 교수님 강의 자료

TagBreak before make, Initially closed, Initially open, Make before break, Power absorption, Power delivery, Power dissipation, Power receiving, Power Supply, 회로이론, 회로이론 2주차