AC Reactor란? 인버터 입력·출력 사용 이유

AC Reactor란 인버터 입력 또는 출력에 직렬로 연결해 전류의 급격한 변화를 억제하는 인덕터입니다. 입력 고조파와 전원충격, 출력측 모터 보호에 사용하는 이유를 알아봅니다.

AC Reactor란 무엇이며 어떤 원리로 동작할까?

AC Reactor는 AC 회로에 직렬로 연결하여 Current의 급격한 변화를 억제하는 Inductor로, VFD 시스템에서는 설치위치에 따라 Input Reactor와 Output Reactor로 구분할 수 있습니다. Reactor의 기본적인 동작은 V=L×di/dt 관계로 설명할 수 있습니다. Current가 빠르게 증가하거나 감소하려 하면 Inductance가 그 변화에 반대되는 Voltage를 발생시켜 Current 변화율을 제한합니다. 또한 AC에서 Inductive Reactance는 XL=2πfL로 표현되므로 Frequency가 높아질수록 Reactor의 Impedance도 커집니다. 이러한 특성을 이용하면 VFD Input에서 Rectifier가 발생시키는 Current Peak와 Harmonic을 완화하거나 Output의 PWM 고주파 Current 성분을 줄이는 데 도움을 줄 수 있습니다. 하지만 Input과 Output Reactor는 같은 Inductor를 사용한다는 이유만으로 동일한 부품이라고 볼 수 없습니다. 전원측과 Motor측은 Voltage Waveform과 Frequency Spectrum, Insulation Stress가 다르므로 각각의 용도에 적합하게 설계된 Reactor를 사용해야 합니다.

입력측 AC Reactor는 왜 설치할까?

VFD Input에는 일반적으로 Diode Rectifier와 DC Link Capacitor가 있으며 Capacitor를 충전하는 과정에서 AC Input Current가 Sine Wave와 다른 Pulse 형태로 흐를 수 있습니다. Input AC Reactor 또는 Line Reactor를 VFD 앞단에 직렬로 설치하면 Source Impedance를 추가하여 Current Peak를 완화하고 Current Waveform을 개선하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이에 따라 Input Current Harmonic과 Current THD가 감소할 수 있으며 Rectifier Diode와 DC Link Capacitor에 가해지는 Electrical Stress도 완화할 수 있습니다. 또한 전원계통에서 발생하는 일부 Voltage Transient에 대해 Current 변화율을 제한하여 VFD 입력부가 받는 충격을 줄이는 효과도 기대할 수 있습니다. 특히 전원 Transformer 용량이 VFD에 비해 매우 크고 Source Impedance가 낮은 계통에서는 높은 Peak Current가 발생할 수 있어 Line Reactor를 검토하기도 합니다. 다만 Reactor 하나로 모든 Harmonic이나 Surge 문제를 해결할 수 있는 것은 아니며 요구되는 Power Quality 수준에 따라 별도의 SPD, Harmonic Filter 또는 다른 보호대책이 필요합니다.

출력측 AC Reactor는 모터에 어떤 영향을 줄까?

VFD Output은 일반 상용전원의 부드러운 Sine Wave가 아니라 IGBT 등의 Power Semiconductor가 빠르게 Switching하여 만드는 PWM Voltage입니다. 이러한 Pulse에는 높은 dv/dt와 고주파 성분이 포함되며 Motor Cable이 길어지면 Cable의 Distributed Capacitance와 Inductance 때문에 추가적인 고주파 Current와 Voltage Reflection 현상이 발생할 수 있습니다. Output Reactor 또는 Load Reactor를 VFD와 Motor 사이에 설치하면 Series Inductance가 Current의 급격한 변화를 억제하여 Motor Current Ripple과 일부 고주파 성분을 완화하는 데 도움을 줄 수 있습니다. Cable Charging Current를 제한하고 VFD Output Stage가 받는 부담을 줄이는 효과도 기대할 수 있습니다. 그러나 Output Reactor가 Motor Terminal의 PWM Voltage를 완전한 Sine Wave로 바꾸는 것은 아닙니다. 긴 Cable에서 발생하는 dv/dt와 Voltage Overshoot가 중요한 문제라면 전용 dv/dt Filter나 Sine Wave Filter가 더 적합할 수 있으므로 제조사의 허용 Cable Length와 Filter 적용기준을 확인해야 합니다.

AC Reactor와 DC Reactor는 무엇이 다를까?

Input AC Reactor와 DC Reactor는 모두 VFD의 Input Current Peak와 Harmonic을 완화하는 목적으로 사용될 수 있지만 설치위치가 다릅니다. AC Reactor는 Rectifier 앞의 AC Line에 설치되어 전원에서 VFD로 흐르는 Current에 직접 Series Impedance를 추가합니다. 반면 DC Reactor는 Rectifier 이후 DC Link에 연결되어 DC Current의 변화와 Ripple을 억제합니다. 두 방식 모두 Rectifier의 Conduction 특성을 변화시켜 Input Current Waveform을 개선할 수 있지만 실제 Harmonic Reduction 효과와 Voltage Drop은 VFD Topology, Reactor Impedance와 Source Impedance 등에 따라 달라집니다. Output AC Reactor는 목적이 더 다릅니다. VFD와 Motor 사이에서 PWM Output과 Cable의 영향을 완화하는 역할을 하므로 Input Harmonic 개선용 Reactor와 구분해야 합니다. 일부 VFD에는 DC Reactor가 내장되어 있거나 Option으로 제공되므로 외부 Line Reactor를 추가하기 전에 기존 Drive 구성과 제조사의 Application Guide를 확인하는 것이 중요합니다.

AC Reactor를 선정할 때 무엇을 확인해야 할까?

AC Reactor는 Motor kW만 보고 임의로 선정하기보다 VFD의 Rated Current와 System Voltage, Frequency, 설치위치 및 제조사가 권장하는 Impedance를 기준으로 검토해야 합니다. Input Line Reactor는 흔히 정격조건에서 일정한 Percent Impedance 또는 Voltage Drop을 갖도록 설계되지만 구체적인 값은 계통과 VFD 요구사항에 따라 달라집니다. Reactor Impedance가 지나치게 크면 불필요한 Voltage Drop과 Loss가 발생할 수 있고 Motor가 필요한 Voltage를 충분히 받지 못할 수도 있습니다. Output Reactor는 PWM Waveform을 처리해야 하므로 일반 전원용 Reactor와 다른 High-frequency Loss와 Insulation 조건을 고려해야 합니다. 또한 Reactor에서는 Copper Loss와 Core Loss로 Heat가 발생하므로 Enclosure의 Ventilation과 주변온도도 중요합니다. 특히 VFD Output에는 높은 dv/dt의 PWM Voltage가 존재하므로 일반 AC Reactor를 임의로 적용해서는 안 됩니다. 결국 AC Reactor는 설치위치에 따라 입력측에서는 Current Peak·Harmonic과 전원충격을 완화하고 출력측에서는 PWM과 Cable이 Motor·Drive에 미치는 영향을 줄이는 역할을 하는 VFD용 Inductive Component입니다.