필터가 불량이어서가 아닙니다. 사인파 필터는 제 값을 하고 있습니다. 다만 겨냥하는 전압이 다릅니다. 축전압을 만드는 전압은 사인파 필터가 다루는 대상이 아닙니다.
전압이 두 가지로 나뉩니다
모터에 걸리는 전압은 보는 기준에 따라 두 가지로 나뉩니다. 모터를 배, 대지를 부두라고 생각하시면 쉽습니다.
| 무엇인가 | 비유 | |
|---|---|---|
| 차동 모드 | 상(相)과 상 사이 전압 | 배 안에서 사람들이 밀고 당김 |
| 공통 모드 | 상과 대지 사이 전압 | 배 전체가 파도에 흔들림 |
배 안 사람들끼리는 아무 변화가 없어도, 부두에서 보면 배 전체가 오르내립니다. 그것이 공통 모드입니다. 모터를 돌리는 힘은 차동 모드가 내고, 축전압을 만드는 것은 공통 모드입니다.
상용 전원에는 없고 인버터에는 있습니다
한전에서 오는 60Hz 정현파는 세 상을 더하면 항상 0 입니다. 배가 흔들리지 않습니다. 그래서 상용 전원으로 직접 돌리는 모터는 이 문제가 없습니다.
인버터는 다릅니다. PWM 은 각 상을 「위」 아니면 「아래」 두 값에만 붙입니다. 두 값짜리 셋을 더해서는 0이 나올 수가 없습니다. 그래서 세 상 전체가 계단처럼 함께 오르내립니다.
여기서 중요한 결론이 나옵니다. 공통 모드 전압은 인버터 구조에서 필연적으로 따라 나오는 것이라, 반송 주파수 같은 설정을 바꾼다고 없어지지 않습니다.
사인파 필터는 배 안을 잔잔하게 만듭니다
사인파 필터는 상과 상 사이 전압을 거의 정현파로 되돌립니다. 값비싼 만큼 제 역할을 확실히 합니다.
- 모터 권선 절연에 걸리는 부담이 줄어듭니다
- 케이블이 길 때 생기는 반사파 과전압이 잡힙니다
- 소음과 발열이 줄어듭니다
그런데 배 전체가 흔들리는 것은 그대로입니다. 표준형 사인파 필터는 차동 모드만 다루기 때문에, 상과 대지 사이 전압은 여전히 PWM 파형으로 남습니다. 진폭이 조금 줄어들 뿐입니다.
아주 좋은 방음창을 달았는데 소리가 벽을 타고 들어오는 것과 같습니다. 창이 잘못된 것이 아니라 경로가 달랐던 것입니다.
공통 모드에 듣게 하려면
방법은 두 가지입니다. 어느 쪽이든 대가가 따릅니다.
- 필터 커패시터의 성형점을 접지나 직류 링크에 연결한다 — 문헌은 이것을 필수 조건이라고 못 박습니다. 연결하지 않으면 공통 모드 억제 효과가 아예 없습니다. 다만 이런 구성은 더 복잡하고 인버터 내부에 손을 대야 하는 경우가 많습니다.
- 공통 모드 초크를 더한다 — 사인파 필터 뒤에 초크를 두어 고주파 전류 고리를 인버터 근처에서 닫습니다. 「사인파 필터 + 공통 모드 초크」가 가장 합리적인 조합으로 꼽히지만, 손실이 가장 큰 구성이기도 합니다.
둘 다 잡도록 만든 제품은 보통 「all-pole」·「DM+CM」 같은 이름을 답니다. 제품을 고르실 때 「사인파 필터」라는 이름만 보지 마시고, 공통 모드를 다루는지 확인하셔야 합니다.
그래도 방전은 남습니다
여기가 마지막 함정입니다. 공통 모드까지 잡는 필터를 달아도 축전압 방전은 그대로 남습니다.
필터는 공통 모드 전류를 줄이는 데는 효과가 있습니다. 그래서 순환 전류나 축 접지 전류는 실제로 줄어듭니다. 그런데 전압의 크기는 거의 줄이지 못합니다. 축전압 방전을 일으키는 것은 전압이 얼마나 빨리 오르내리는가가 아니라 얼마나 큰가입니다.
| 순환·축 접지 전류 | 축전압 방전 | |
|---|---|---|
| 표준 사인파 필터 | 거의 없음 | 없음 |
| 성형점 접지 · 공통 모드 초크 | 효과 있음 | 없음 |
| 절연 베어링 | 고리를 끊음 | — |
| 축전류 저감 장치 | — | 효과 있음 |
그래서 필터만으로는 베어링 전식을 막을 수 없고, 어떻게 조합하느냐가 문제가 됩니다. 필터를 이미 달아 두셨다면 그것을 뜯어낼 이유는 없습니다. 모자란 쪽을 채우면 됩니다.
확인은 간단합니다. 축전압을 재 보면 지금 어느 수준인지 바로 나옵니다. 필터를 달기 전과 후를 비교하면 무엇이 줄고 무엇이 안 줄었는지도 보입니다.
※ 필터 종류별 특성과 성형점 접지 조건은 공개된 기술 문헌과 제조사 자료를 종합한 것입니다. 구체적인 저감률은 제품·설비마다 크게 다르므로 수치는 싣지 않았습니다.