솔리드 스테이트 릴레이 (SSR-Solid State Relay)와 전기 기계 릴레이 (EMR-Electromechanical Relay)는 모두 전자 회로에 사용되는 서로 다른 유형의 전기 릴레이입니다. 둘 다 저전압 신호를 사용하여 고전압 회로를 스위칭하는 데 사용됩니다. 이 둘의 주요 차이점은 SSR에는 움직이는 부품이 없고 EMR에는 있다는 것입니다.
릴레이란
계전기는 저전력 신호를 사용하여 고전력 신호를 켜거나 끄는 전기적으로 작동되는 스위치입니다. 공급된 전압에 따라 접점을 열거나 닫습니다. 수동 전환이 필요 없는 자동 스위치라고 할 수 있으며, 대신 전기 신호를 사용하여 전환합니다.
전자기계 릴레이
전기 기계 계전기는 가장 일반적인 유형의 전기 계전기이며 저렴한 가격과 높은 전력 등급으로 인해 가장 일반적입니다. 이름에서 알 수 있듯이 이러한 계전기에는 고전력 회로에서 전류의 흐름을 제어하는 물리적으로 움직이는 접점이 있습니다. 접촉은 전자기 코일을 사용하여 끌어당기거나 반발하는 이동식 암을 사용하여 제어됩니다. 작은 전압 신호는 필요한 자기장을 생성하기 위해 코일에 전원을 공급하는 데 사용됩니다.
EMR은 다음과 같은 부분으로 구성됩니다. 전자기 코일, 전기자 및 접점. 접점은 코일에 전원을 공급하고 전원을 차단하여 가해지는 자기력으로 인해 위치를 전환하는 전기자에 배치됩니다. 전자기 코일은 전기자 아래에 배치되어 전기자를 아래로 당겨 접점을 닫습니다.
EMR에는 상시 폐쇄 NC(Normally Closed) 및 상시 개방 NO(Normally Open) 접점의 두 가지 유형의 접점이 있습니다. 상시 닫힌 접점은 전자기 코일에 전원이 공급되고 코일에 전원이 공급될 때까지 닫힌 상태로 유지되는 접점입니다. 다른 접점 세트는 코일에 전원이 공급되면 열리고 닫히는 상시 개방 접점입니다. EMR 릴레이에는 AC와 DC를 모두 지원할 수 있는 여러 접점 세트가 있습니다. 접촉 손실은 반도체 손실에 비해 매우 적습니다.
EMR은 코일의 전자기 특성을 사용하여 저전력 회로와 고전력 회로 간의 절연을 제공합니다. 움직이는 접점이 있기 때문에 접점이 닫히거나 열릴 때마다 아크가 생성됩니다. 아크는 기계적 딸깍 소리와 별도로 시스템에서 소음을 생성합니다. 그러나 딸깍 소리는 릴레이가 트리거될 때 가청 확인도 제공합니다.
솔리드 스테이트 릴레이
SSR 또는 솔리드 스테이트 릴레이는 전자기 코일 대신 반도체 재료를 사용하는 릴레이 유형입니다. 두 회로를 광학적으로 결합하는 더 복잡한 고급 버전의 릴레이입니다. 매우 낮은 전력의 전기 신호를 사용하여 출력 회로의 스위칭을 트리거하는 광선을 생성합니다.
SSR에는 다음과 같은 부분이 있습니다. 광 커플러, 출력 구동기 회로 및 반도체 스위칭 장치(예: 사이리스터, TRIAC 또는 MOSFET). 광 커플러는 저전력 회로와 고전력 회로 사이에 물리적 절연을 제공하고 이들 사이에 광 결합을 제공합니다.
움직이는 부품이 없기 때문에 반도체 스위칭은 큰 전류를 스위칭할 때에도 노이즈가 발생하지 않으며 작동하려면 매우 작은 신호가 필요합니다. 또한 스위칭 시간은 EMR보다 100배 빠릅니다. 전압 서지가 없습니다. 물리적 접촉이 없기 때문에 부식이나 극한의 기상 조건에 영향을 받지 않습니다. 기계적 충격이나 진동은 성능에 영향을 미치지 않습니다. 전반적으로 EMR 릴레이의 거의 100배에 달하는 더 긴 수명을 가진 더 작고 견고합니다.
SSR 릴레이의 단자 및 연결
릴레이의 고급 버전인 SSR에도 단점이 있습니다. 높은 비용 외에도 많은 양의 열을 발생시킵니다. 따라서 열 발산을 위한 대형 방열판이 장착되어 있습니다. 반도체 PN 접합으로 인해 접점 사이에 전압 강하가 발생하고 출력 전압은 접합 임계값 한계를 초과해야 합니다. 따라서 작은 신호에는 적합하지 않습니다. 또한 개방 상태에서 누설 전류가 있습니다.
SSR의 또 다른 단점은 릴레이당 단일 접점 세트만 있다는 것입니다. SSR에는 다중극, 다중투척 접점이 없습니다.
또한 AC 또는 DC를 허용할 수 있으며 둘 다와 호환되지 않으며 과도 전압에 민감합니다.
솔리드 스테이트 릴레이와 전기 기계 릴레이의 차이점
다음 표는 EMR(전기 기계 계전기)과 SSR(Solid State Relay)의 비교를 보여줍니다.
| 전자기계 릴레이 | 솔리드 스테이트 릴레이 |
| 전기 기계 계전기는 물리적 접점을 사용하여 회로를 전환하는 계전기 유형입니다. | 솔리드 스테이트 릴레이는 반도체 PN 접합을 사용하여 회로를 전환하는 릴레이 유형입니다. |
| 전자기 코일을 사용하여 자기력을 생성하여 전기자를 아래로 당기고 접점을 전환합니다. | 광 신호를 생성하는 광 커플러가 있습니다. 감광성 SCR 또는 TRIAC을 트리거하고 전류의 흐름을 허용합니다. |
| 물리적 접촉 또는 움직이는 부품이 있습니다. | 반도체 스위치가 있으므로 움직이는 부품이 없습니다. |
| 부하 회로를 전환하는 데 상대적으로 큰 전력을 소비합니다. | 매우 낮은 전력이 필요하며 에너지 효율적인 솔루션을 제공합니다. |
| 일반적으로 다극 및 다중 스로우 접점이 있습니다 | 단일 연락처 집합만 있습니다. |
| 접점은 AC와 DC도 모두 전환할 수 있습니다. | AC 또는 DC를 전환할 수 있습니다. |
| 초기 비용이 매우 낮고 스위칭 속도가 낮습니다. | 디지털 논리 회로와도 호환되는 매우 빠른 스위칭 속도로 초기 비용이 높습니다. |
| 진동과 기계적 충격은 성능에 영향을 미칩니다. | 움직이는 부품이 없기 때문에 진동이나 기계적 충격이 영향을 미치지 않습니다. |
| 아크는 물리적 접점을 전환하는 동안 생성됩니다. | 기계적 접점이 없기 때문에 아크가 생성되지 않습니다. |
| 시스템에서 스위칭 노이즈와 전자기 간섭을 생성합니다. | 전력 시스템에서 EMI를 생성하기 위한 아크가 없습니다. |
| 접점은 시간이 지남에 따라 침식되고 마모됩니다. 따라서 수명이 짧습니다. | 착용할 접점이 없으므로 수명이 더 깁니다. |
| 아크는 휘발성 및 가연성 물질이 있는 환경에서 위험을 초래합니다. | 휘발성 가연성 환경에서 작동하기에 안전합니다. |
| 큰 전류의 빈번한 스위칭에 대한 성능이 좋지 않습니다. | 큰 전류의 빠른 스위칭을 위해 더 나은 성능을 제공합니다. |
| 개방 상태에서 누설 전류가 없습니다. | 개방 상태에서 PN 접합을 통해 누설 전류가 있습니다. |
| 접촉 전압 강하는 무시할 수 있습니다. | PN 접합에서 큰 ON 상태 전압 강하가 있습니다. |
| 방열판이 필요하지 않습니다. | 전압 강하는 많은 양의 열을 발생시키므로 큰 방열판이 필요합니다. |
EMR과 SSR의 주요 차이점
입력
EMR의 입력 신호는 접점 세트가 있는 전기자를 당기기 위해 자기장을 생성하는 코일에 전원을 공급하는 데 사용됩니다. 전기자를 제자리에 고정하려면 일정량의 전압과 전류가 필요하며 상대적으로 큽니다. EMR의 입력은 코일 전압과 코일 전류, 유지 전류 및 드롭아웃 전류로 정의됩니다.
SSR에 대한 입력 신호는 코일이 없기 때문에 광 커플러를 사용하여 반도체 스위치를 제어하는 데 사용됩니다. 따라서 입력은 제어 전압과 제어 전류에 의해서만 정의됩니다. 제어 전압 및 제어 전류는 EMR에 비해 상대적으로 매우 작습니다.
EMR과 SSR의 주요 차이점은 움직이는 접점입니다. SSR에는 움직이는 부품이 없으며 대신 광 신호를 사용하여 반도체 접합부의 저항을 변경합니다. EMR은 전자기 코일에 의해 제어되는 전기자 메커니즘인 스프링을 사용합니다.
움직이는 부품이 없기 때문에 SSR은 기계적 충격과 진동 및 방향에 영향을 받지 않기 때문에 EMR보다 우수합니다.
응답 시간
입력 신호와 접점 전환(예: 켜기 및 끄기) 사이에 걸리는 시간을 응답 시간이라고 합니다.
전자기력에 의해 당겨지는 물리적 접촉을 갖는 EMR은 SSR의 전자 제어 스위칭에 비해 더 많은 시간이 걸립니다. 따라서 SSR은 EMR보다 거의 100배 빠른 비교적 빠른 스위칭 시간을 제공합니다. 더 나은 성능을 위해 산업에서 더 빠른 응답 시간이 필요한 경우가 많습니다.
전압 및 정격 전류
전압 및 전류 정격은 계전기의 설계 및 제조업체에 따라 다릅니다. 그러나 SSR은 가연성 환경에서 위험을 초래할 수 있는 스파크에 대한 걱정 없이 큰 전류를 처리할 수 있습니다.
전압 강하
전압 강하는 닫힌 상태에서 릴레이의 접점에 나타나는 전압을 나타냅니다. 이상적으로, 접점은 닫힌 위치에서 저항이 0입니다. 그러나 실제로는 EMR의 마모되거나 부식된 접점과 SSR의 반도체 PN 접합으로 인해 작은 저항이 있습니다.
상대적으로 반도체 PN 접합은 더 큰 접촉 저항을 제공합니다. 따라서 SSR은 약 1.4볼트의 더 높은 전압 강하를 갖습니다. 스위칭 전압에 비해 미미합니다. 그러나 큰 방열판이 필요한 열이 발생합니다.
발열
접점의 전압 강하는 열의 형태로 전력 손실을 유발합니다. 따라서 SSR은 동일한 등급의 EMR에 비해 상대적으로 더 많은 열을 생성합니다. 또한 많은 수의 반도체가 작은 장치에 밀집되어 있기 때문입니다. 따라서 열을 발산하기 위해 큰 방열판이 필요합니다.
전압 절연
EMR은 접점 사이의 에어 갭을 무한 저항을 갖는 절연체로 사용합니다. 반면에 SSR에는 스위치가 꺼진 상태에서 매우 높은 저항을 제공하지만 여전히 측정 가능한(유한) PN 접합이 있습니다. 따라서 EMR은 더 높은 전압 절연을 제공합니다.
누설 전류
누설 전류는 오프 상태에서 접점을 통해 흐르는 전류를 나타냅니다. EMR은 오프 상태에서 무한 저항을 제공하기 때문에 누설 전류가 존재하지 않습니다. 그러나 SSR에는 누설 전류를 유발하는 특정 오프 상태 저항이 있습니다. 이 누설 전류는 단자의 전압과 설계에 따라 달라집니다.
동작 모드
SSR에는 다양한 작동 모드가 있는 반면 EMR은 하나의 모드에서만 작동할 수 있습니다. EMR은 입력 제어 신호에만 의존하고 부하 회로와 무관한 매우 간단한 작동을 가지고 있습니다. 따라서 비동기적으로 작동합니다.
반면에 SSR 내부 회로는 동기식, 비동기식, 전압 제로 모드, 펄스 모드 및 위상각 모드와 같은 다양한 작동 모드를 달성하도록 설계할 수 있습니다.
전자기 간섭 EMI
EMR의 코일은 전력 시스템에서 전자기 간섭을 생성합니다. 이러한 전자기 복사는 전기 회로의 전자 부품을 손상시킬 수 있습니다. 그 효과를 줄이기 위해 외부 보호 회로가 필요합니다.
SSR은 EMI가 매우 낮으며 제로 크로싱 기능을 사용하여 더 줄일 수 있습니다. 또한 외부 EMI의 영향을 제거합니다.
기계적 충격 및 진동
SSR은 물리적 접촉이 없기 때문에 기계적 충격과 진동에 영향을 받지 않습니다. EMR은 방향뿐만 아니라 진동에도 취약합니다.
수명 및 안정성
계전기의 수명은 기계적 접점의 수명에 따라 다릅니다. 접점은 빈번한 전환으로 인해 아크를 생성하여 표면을 점차적으로 부식시키고 수명을 단축시킵니다. SSR에는 물리적 접촉이 없기 때문에 수명이 연장됩니다.
전력 소비
EMR이 작동하려면 SSR에 비해 큰 입력 전력 신호가 필요합니다. 전력 소비는 또한 전기자의 크기에 따라 다릅니다. SSR은 전력 소비가 매우 적습니다.
능률
SSR은 전력 소비가 적고 전체 비용이 저렴하기 때문에 EMR보다 효율적입니다.
SSR의 초기 비용은 EMR의 초기 비용보다 높습니다. 전반적으로 SSR은 높은 유지 보수 비용과 높은 전력 소비 및 EMR의 낮은 수명으로 인해 장기적으로 EMR보다 비용이 저렴합니다.
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