스위칭용 전기 계전기 및 무접점 계전기를 이해하는 방법

전기 계전기는 전기 기계 계전기와 무접점 계전기라는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

전자기계 릴레이

전기 기계 계전기는 본질적으로 전자기적이며 계전기 주변의 낮은 입력 전력 DC 또는 AC 신호에 의해 생성되는 자속을 계전기의 전기 접점을 작동하는 데 사용되는 기계적 힘으로 변환하는 장치입니다. 가장 일반적으로 사용되는 전기 기계 계전기에는 회로가 있습니다. 흡수성 철심 주위에 감겨 있음; 이는 기본 회로로 알려져 있습니다.

철심은 요크(yoke)라고 불리는 고정 부분과 움직일 수 있는 스프링 장착 부분인 전기자를 갖고 있어 움직일 수 있는 전기자와 고정된 전기 코일 사이의 공극을 막아 자기장 회로를 완성합니다. 전기자는 연결된 접점을 닫고 피벗 또는 힌지 위치로 인해 생성된 자기장 사이를 자유롭게 이동할 수 있습니다. 스프링은 전기자와 요크 사이에 연결되어 릴레이 코일의 전원이 차단되거나 꺼진 상태일 때 연결을 원래 위치로 복원하기 위한 복귀 스트로크를 생성합니다.

전자기계 계전기 구축

위의 그림은 두 세트의 전기 전도성 접점이 있는 간단한 릴레이를 보여줍니다. 릴레이는 '정상 개방' 또는 '정상 폐쇄'일 수 있습니다. 접점 쌍은 일반적으로 열림 또는 연결 접점으로 특성화되고, 한 쌍은 일반적으로 닫힘 또는 차단 접점으로 특성화됩니다. 상시 개방 접점에서는 입력 전원이 없을 때 접점이 열리고 계자 전류가 있을 때만 닫힙니다. 반면 상시 폐쇄 접점에서는 입력 전원이 없을 때 접점이 닫히고 전류가 있을 때만 열립니다. 필드 전류. 이 용어는 기본적으로 꺼진 상태에 있는 전원이 차단된 회로에 사용됩니다.

릴레이의 접점은 전기 전도성 금속 조각으로, 서로 접촉하면 회로를 완성하고 스위치처럼 회로를 통해 전류 흐름을 전도합니다. 열린 상태에서는 메가옴 단위의 매우 높은 저항을 가지며 개방 회로로 작동하는 반면, 닫힌 상태에서는 닫힌 스위치로 작동하며 이상적으로는 저항이 0이어야 하지만 항상 일정량의 접촉 저항이 있습니다. 이를 'ON 저항'이라고 합니다.

새로운 접점과 릴레이는 팁이 깔끔하고 새롭기 때문에 ON 저항이 매우 낮지만 시간이 지남에 따라 이 저항은 증가합니다. 높은 용량성 및 유도성 부하로부터 적절하게 보호되지 않는 경우 접점 끝의 손상이라고 하는 접점에서 관찰되는 아치 효과가 있습니다. 전류는 연결될 때 접점을 통해 흐르기 때문에 제어되지 않으면 아킹 효과가 계속 증가하여 저항이 커지고 결과적으로 닫힌 상태에서도 접점이 찢어지고 비전도성이 발생하게 됩니다.

전도체의 아칭 효과와 높은 'ON 저항'을 줄이고 수명을 연장하기 위해 최신 전도체 팁은 다양한 은합금으로 만들어지거나 코팅됩니다. 그 중에는 Ag(순은), AgCu(은 구리), AgCdO(은 카드뮴 산화물), AgW(은 텅스텐), AgNi(은 니켈), 백금, 금, 은 합금 및 AgPd(은 팔라듐)이 포함됩니다.

릴레이 접점 팁과 병렬로 스너버 회로로 알려진 저항기 커패시터 네트워크를 추가하여 수행되는 필터링 기술을 사용하면 릴레이 접점의 긴 수명을 얻을 수 있습니다. 이 RC 회로는 고전압을 단락시켜 결국 아칭 효과를 억제합니다.

접점 유형에 따른 전기 기계 릴레이 분류

NO와 NC는 접점이 어떻게 연결되는지를 설명하므로 접점의 동작에 따라 분류될 수도 있습니다. 이는 극이라고도 하는 하나 이상의 스위치 접점을 결합하여 만들 수 있으며, 릴레이 코일에 전원을 공급하여 다음과 같이 4가지 서로 다른 접점 유형을 생성하여 추가로 연결할 수 있습니다.

솔리드 스테이트 릴레이

솔리드 스테이트 릴레이는 움직이는 부품이 없지만 솔리드 스테이트 반도체의 광학적, 전기적 특성을 사용하여 절연을 생성하고 스위칭 기능을 수행합니다. 전기 기계식 계전기와 달리 움직이는 부품이 없으므로 부품의 마모가 없습니다. 또한 출력과 입력 접점 사이의 완벽한 절연을 제공하며 개방 상태에서는 저항이 매우 높고 전도 상태에서는 저항이 매우 낮습니다. 스위칭 작업도 수행한다는 점에서 기능면에서 전자 기계식 릴레이와 유사합니다. 이 제품은 입력 제어 전력 요구 사항이 낮기 때문에 추가 증폭기, 드라이버 또는 버퍼 회로를 사용하지 않고도 대부분의 IC 로직 제품군과 호환됩니다. 그러나 과열을 방지하려면 방열판에 적절하게 장착해야 합니다.

솔리드 스테이트 릴레이

AC 정현파형의 영교차점에서 AC형 Solid State Relay가 'ON'되어 높은 전류 유입을 방지합니다. 높은 용량성 및 유도성 부하를 전환하는 동안 RC 스너버 회로는 잡음 및 전압 과도 스파이크를 제거하는 데 사용됩니다. 출력 스위칭 장치는 고체 반도체 릴레이이므로 출력 시 전압 강하가 매우 높기 때문에 회로 과열 및 손상을 방지하기 위해 히트 스킨이 요구됩니다.

입력/출력 인터페이스 모듈

입력/출력 인터페이스 모듈은 마이크로컨트롤러, 컴퓨터 및 PIC를 실제 스위치 및 부하에 연결하기 위한 솔리드 스테이트 반도체 릴레이의 특수 설계입니다. I/O 모듈에는 네 가지 기본 유형, 즉 TTL에 대한 CMOS 로직 레벨 출력 또는 AC/DC 입력 전압, AC 또는 DC 출력 전압에 대한 CMOS 로직 입력 및 TTL이 있습니다. 이 모듈에는 하나의 소형 장치 내에 절연과 완전한 인터페이스를 제공하기 위한 모든 필수 회로가 포함되어 있습니다. 별도의 솔리드 스테이트 모듈로 액세스할 수 있거나 4, 8 또는 16채널 장치에 통합되어 있습니다.

전기 기계 계전기와 고체 반도체 계전기 간의 비교표

전기 기계식 계전기는 스위칭을 위해 기계적 접점을 사용하고 움직이는 부분이 있는 반면, 솔리드 스테이트 반도체 계전기는 스위칭을 위해 반도체 장치를 사용하고 움직이는 부분이 없습니다.

결론

전기 계전기는 외부 전기 신호를 통해 전기 회로를 켜고 끄는 스위치입니다. 하나의 물리량을 다른 물리량으로 변경할 수 있기 때문에 변환기로도 분류되는 저전력 신호를 통해 높은 전류를 제어할 수 있습니다. 전기 기계 계전기는 자기장, 코일, 스프링 및 기계적 접점을 사용하여 스위칭을 수행합니다. 움직이는 부품으로 인해 구성 요소가 손상됩니다.

접점 수명 주기가 제한되어 있고 공간을 많이 차지하며 스위칭 속도도 느린 반면 고체 반도체 계전기는 고체 반도체의 전기적 및 광학적 특성을 이용하는 대신 움직이는 부품을 사용하지 않습니다. 부품이 마모되거나 찢어지지는 않지만 가격이 비쌉니다.