전자기계 릴레이

계전기는 스위칭 및 보호 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 계전기는 회로를 통과하는 전류가 현재 회로에서 다른 회로로 전환될 수 있도록 회로를 전환하는 데 사용됩니다. 이 스위칭 작업은 수동 또는 자동으로 수행할 수 있습니다. 릴레이 전환을 위한 수동 작동은 푸시 버튼 및 기타 기존 스위치를 통해 수행됩니다. 대부분의 경우 제어 회로 출력은 자동 작동을 위해 릴레이를 구동합니다.

범용 릴레이

 

보호 계전기는 전압 또는 전류와 같은 매개변수가 한계를 초과할 때마다 특정 회로를 격리하거나 경보를 생성하도록 모든 전력 시스템의 원활한 작동을 보장하는 데 사용됩니다. 따라서 계전기의 주요 기능은 스위칭 및 보호 애플리케이션에서 회로를 만들거나 차단하는 것입니다. 다양한 등급의 계전기는 여러 응용 분야에서 찾을 수 있습니다. 이 기사에서는 전기 기계 계전기와 다양한 유형의 계전기에 대한 간략한 아이디어를 제공합니다.

 

 

전자기계 계전기

계전기는 전기, 자기 및 기계 구성 요소를 갖는 전기 기계 장치입니다. 계전기는 해당 회로의 접점을 열거나 닫아 전기 회로를 제어합니다. 전기 기계 계전기는 공통(COM), 상시 폐쇄(NC) 및 평상시 개방(NO) 접점의 세 가지 단자로 구성됩니다.

릴레이가 작동 중일 때 열리거나 닫힐 수 있습니다. 이 계전기는 AC 및 DC 전원 모두에서 작동할 수 있습니다.

전자기계 계전기

 

AC 및 DC 릴레이의 구조는 다소 다르지만 둘 다 전자기 유도 원리로 작동합니다. AC 릴레이의 경우 모든 전류 제로 위치에 대해 릴레이 코일의 자기가 제거되므로 회로가 계속 파손될 가능성이 있습니다. 따라서 AC 릴레이는 위의 문제를 피하기 위해 계속 자성이 제공되도록 특수 메커니즘으로 구성됩니다.

이러한 메커니즘에는 전자 회로 배열 또는 음영 코일 메커니즘이 포함됩니다.

 

대부분의 전기 기계 계전기는 Attracted type 또는 induction type입니다.

Attracted type 전자기 릴레이는 전기자가 전자석쪽으로 끌리거나 플런저를 통해 전기자가 솔레노이드로 끌어 당기는 DC뿐만 아니라 AC에서도 작동합니다. 이 모든 릴레이는 전자기 인력의 원리에 따라 작동합니다. 전기자 또는 플런저에 가해지는 전자기력은 전류의 제곱 또는 에어 갭의 자속 제곱에 비례합니다. 이들은 다시 힌지 전기자 유형, 플런저 유형, 평형 빔 유형, 이동 코일 유형 및 리드 유형 릴레이와 같은 여러 유형으로 분류됩니다.

 

유도 형 계전기는 전자기 유도 원리로 작동합니다. 이러한 유형의 릴레이는 AC 소스에서만 사용됩니다. 이 계전기에서 작동력은 자기 소자에서 두 개의 교대 자속의 상호 작용을 통해 디스크 또는 컵이 될 수 있는 움직이는 접점에 의해 발생합니다. 유도형 계전기는 음영극, 유도 컵 유형 및 전력량계 계전기로 분류됩니다.

Indcution 유형 릴레이

 

릴레이 작동

아래 그림은 릴레이 작동을 보여줍니다. 이해의 편의를 위해 유치 형 전자기 형 릴레이를 제공했습니다. 릴레이의 모든 유형의 전기 기계 릴레이에서 주요 구성 요소는 코일, 전기자 및 접점입니다. 와이어 조각이 자기 코어에 감겨 전자석을 형성합니다. 이 코일에 공급이 주어지면 전원이 공급되어 전자기장이 생성됩니다. 전기자는 움직일 수 있는 부품이며 주요 기능은 접점을 열거나 닫는 것입니다. 정상적인 작동 조건에서이 뼈대가 원래 위치로 돌아갈 수 있도록 스프링이 부착되어 있습니다. 그리고 접점은 부하와 소스 회로를 연결하는 전도성 부품입니다.

 

통전된 상태

코일이 소스에 의해 공급되면 릴레이의 코일에 전원이 공급되어 이를 통해 흐르는 전류에 비례하는 자속을 생성합니다. 이 자기장은 전기자를 전자석쪽으로 끌어 당기므로 그림과 같이 움직이는 접점과 고정 접점이 서로 가까워집니다.

 

NO, NC 및 COM 단자(그림에 표시되지 않음)의 경우 NC 접점이 부동 상태를 유지하는 동안 릴레이에 전원이 공급되면 NO 및 COM 단자가 모두 접점이 됩니다.

 

전원이 차단된 상태

릴레이 코일에 전원이 공급되지 않으면 자속이 생성되지 않으므로 전기자가 고정 위치에 있습니다. 따라서 두 접점은 그대로 유지되며 이러한 접점 사이에는 작은 공극이 있습니다. 즉, NC 및 COM 접점은 코일의 전원이 차단될 때 서로 접촉합니다

 

릴레이 접점 유형

계전기는 다양한 스타일, 구성, 크기 및 기술로 제공됩니다. 응용 분야에 따라 릴레이의 적합성이 고려됩니다. 기본적으로 계전기에는 두 회로를 연결하는 데 필요한 세 개의 접점이 있지만 이러한 접점이 구성되는 방식이나 접점의 스위칭 동작에 따라 계전기는 다른 유형으로 분류됩니다. 이 접점 분류에 대해 알기 전에 릴레이 스위치의 Poles과 Throws를 알아야 합니다.

Poles과 Throws

모든 릴레이 또는 스위치에는 최소 두 개의 접점 또는 단자가 있어야 합니다. 신호 입력(또는 입력) 및 신호 출력(또는 출력) 단자입니다. 스위칭 또는 릴레이 용어에서 입력 단자는 극에 해당하고 출력 단자는 릴레이 또는 스위치의 던지기로 표시됩니다. 계전기의 극 수는 제어할 수 있는 개별 회로의 수를 나타내고 투척 횟수는 각 극의 입력에 연결할 서로 다른 출력의 수를 정의합니다.

Poles과 Throws에 따라 릴레이는 다음과 같이 분류됩니다.

• SPST : Single pole single throw
• SPDT : Single pole double throw
• DPST : Double pole single throw
• DPDT : Double pole double throw

아래 그림은 스위칭 접점을 기반으로 하는 다양한 유형의 릴레이를 보여줍니다. 단극 단투 릴레이는 하나의 회로를 제어할 수 있으며 하나의 출력에 연결할 수 있습니다. ON 또는 OFF 상태만 필요한 응용 프로그램에 사용됩니다. 단극 쌍투 릴레이는 하나의 입력 회로를 두 출력 중 하나에 연결합니다. 이 릴레이는 전환 릴레이라고도 합니다.

 

SPDT에는 두 개의 출력 위치가 있지만 애플리케이션의 구성 및 요구 사항에 따라 두 개 이상의 스로우로 구성될 수 있습니다.

DPST에는 두 개의 극과 단일 Throw가 있으며 한 번에 단일 회로의 두 단자를 연결하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 이 릴레이는 위상 및 중성 단자를 한 번에 부하에 연결하는 데 사용됩니다.

DPDT(double pole double throw) 릴레이에는 각 극에 대해 2개의 극과 2개의 Throw가 있습니다. 모터 방향 제어에서 위상 또는 극성 반전에 사용됩니다. 이러한 모든 릴레이에 대한 접점 간의 스위칭 동작은 아래 그림과 같이 코일에 전원이 공급될 때 수행됩니다.

 

 

상시 개방 접점 및 평상시 폐쇄 접점

Normally Open 릴레이는 코일 감자 상태에서 스위치 개방 상태를 나타냅니다. 전원이 공급된 코일에 의해 작동이 수행될 때마다 스위칭 작동을 수행하기 위해 간단한 SPST 릴레이가 사용되는 그림 a와 같이 회로가 닫힙니다.

NC(Normally Closed) 릴레이는 코일이 자기가 제거되거나 전원이 공급되지 않는 상태에서도 기본적으로 회로에 연결됩니다.

코일에 전원이 공급될 때마다 이러한 접점이 열리고 그림 b와 같이 활성 회로가 열립니다. 그림 c와 같이 릴레이 자체에서 NC 및 NO 접점을 구성하여 이 두 접점을 SPDT 구성으로 구성할 수 있습니다.

애플리케이션 요구 사항에 따라 이러한 NC 및 NO 단자를 연결하여 두 회로 사이를 만들거나 전환하기 위해 제작에서 차단 또는 차단으로 전환할 수 있습니다.

 

위의 릴레이 접점 개념을 고려하면 아래 그림과 같이 다양한 스위칭 작동을 위해 NO 및 NC 접점이 있는 릴레이를 얻을 수 있습니다.

 

릴레이의 종류

계전기는 기능, 구조, 응용 프로그램 등에 따라 다양한 유형으로 분류할 수 있습니다.

 

릴레이 구동

릴레이를 사용하면 고전력 회로를 저전력 회로로 전환할 수 있습니다. 따라서 릴레이를 작동시키려면 코일에 전류를 전달하여 코일에 전원을 공급해야 합니다. 따라서 계전기의 제어 회로 외에는 아무것도 없는 구동 회로가 필요합니다. 계전기 구동 회로는 주어진 회로에서 적절하게 스위칭 기능을 수행하기 위해 계전기를 동작시키거나 구동한다. 주로 릴레이를 구동하기 위한 구동 회로에는 AC 릴레이 드라이버 회로와 DC 릴레이 드라이버 회로의 두 가지 유형이 있습니다.

 

1. DC 릴레이 드라이버 회로

간단한 트랜지스터 장치에서 고급 집적 유형 장치에 이르기까지 다양한 유형의 제어 장치를 사용하여 DC 계전기를 작동하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.

 

a. NPN 또는 PNP 드라이버

간단한 릴레이 드라이버는 NPN 또는 PNP 트랜지스터를 사용하여 릴레이의 코일을 통과하는 전류를 제어하여 형성됩니다. 트랜지스터를 켜거나 끄기 위해 베이스 전류를 공급하려면 저전력 제어 회로가 필요합니다. 아래 그림은 NPN 트랜지스터의 DC 공급 단자와 컬렉터 단자 사이에 릴레이 코일이 연결된 NPN 트랜지스터 구동 릴레이를 보여줍니다. 저항 R1은 트랜지스터의 베이스로의 전류 흐름을 제한하고 다이오드 D1은 트랜지스터가 꺼질 때 릴레이 코일에서 발생하는 역기전력으로 인한 손상으로부터 트랜지스터를 보호합니다.

 

베이스 단자에 적절한 전류가 공급될 때마다 NPN 트랜지스터는 포화 모드로 구동되어 전원에서 접지로의 경로를 완료합니다. 릴레이 코일을 통한 전류 흐름은 릴레이 접점을 작동하는 자속을 생성합니다. 이 자기장은 릴레이 접점을 끌어당겨 릴레이가 작동됩니다. 베이스 전류가 공급되지 않으면 트랜지스터는 차단 모드에 있으므로 릴레이 코일의 전원이 차단된 상태가 됩니다.

 

NPN 드라이버와 유사하게 그림과 같이 PNP 드라이버를 사용하여 릴레이를 작동할 수 있습니다. 여기에서 릴레이 코일은 이미 터와 접지 단자 사이에 연결됩니다. 이 드라이버 회로에서는 NPN 릴레이 드라이버와 마찬가지로 역동작이 수행됩니다.

 

b. 555 타이머 IC 드라이버

위에서 논의한 구동기 회로는 비용이 매우 저렴하며 일반적으로 계전기를 구동하는 데 더 유연합니다. 그러나 경우에 따라 제어 회로가 CMOS 로직을 기반으로 하는 경우 이러한 회로에 필요한 기본 전류가 약간 낮습니다. 이 경우 555 타이머 IC를 사용하여 릴레이를 조작 할 수 있습니다. 이 IC는 2와 6이 단락되고 입력에 연결된 릴레이를 구동하는 데 매우 적합합니다. 단자 3은 그림과 같이 릴레이 코일에 연결된 출력 핀입니다.

 

2 및 6 단자에서 입력이 공급 전압의 2/3보다 높은 전압으로 이동하면 핀 3의 출력이 낮아지고 이 전압이 공급 전압의 1/3보다 작으면 핀 3의 출력이 높아집니다. 이러한 타이머의 스위칭 사이에서, 릴레이(small relays)가 양호하게 동작하여 전원 회로를 제어할 수 있다. 릴레이 코일을 가로지르는 다이오드는 코일에서 생성된 역기전력으로부터 타이머를 보호하는 데 사용됩니다.

 

c. 드라이버 IC

위에서 설명한 트랜지스터 및 타이머 기반 구동기 회로의 대안으로, 계전기 구동기 IC는 여러 장치를 구동할 수 있습니다. 이 드라이브는 8 채널, 16 채널 등과 같은 다양한 채널 구성을 가진 바이폴라 트랜지스터 구동 IC, Darlington 쌍 구동 IC, MOSFET 브리지 유형 IC 등과 같은 다양한 유형의 IC입니다. 이 IC는 스위칭 애플리케이션을 수행하기 위해 둘 이상의 릴레이 코일을 연결할 수 있습니다. 전자 장비 제어에 사용되는 널리 사용되는 릴레이 드라이버 IC에는 UL2803, ULN2003, TLC5940 등이 있습니다.

 

ULN2003년

2. AC 릴레이 드라이버 회로

아래 그림은 AC 회로의 릴레이 작동을 보여줍니다. 이 회로에서 릴레이는 릴레이를 사용하여 히터를 제어하는 데 사용됩니다. 메인 릴레이(릴레이 2)를 제어하기 위해 DC 제어 회로에 의해 제어되는 보조 릴레이(릴레이 1)가 사용됩니다. 보조 릴레이 코일이 트랜지스터 드라이버 회로에 의해 활성화되면 메인 릴레이의 경로는 릴레이 1 접점을 통해 완료됩니다. 따라서 릴레이 2 코일에 전원이 공급되어 히터를 돌리도록 작동됩니다. 마찬가지로 히터 릴레이를 끄려면 1개의 코일에 전원을 차단해야 합니다.

릴레이 테스트

대부분의 전기 기계 계전기는 안정적인 성능을 위해 기능을 정기적으로 점검해야 합니다. 릴레이의 움직이는 부분이 비정상적인 조건에 따라 변경되므로 정기적인 테스트가 있어야 합니다. 보호 계전기는 중간 및 고전압 전원 시스템에 사용됩니다. 장시간 사용하면 탄소 입자로 릴레이 연결이 열화됩니다.

따라서 릴레이의 안정적인 성능을 보장하기 위해서는 서비스를 시작하기 전에 테스트를 거쳐야 하며 시간 간격 후에도 확인해야 합니다. 이러한 유형의 테스트에는 다음이 포함됩니다.

 

수락 테스트

이는 판매용 장치의 수용 가능성을 확인하기 위해 제조 중 여러 단계에서 제조에 의해 수행됩니다.

 

시운전 테스트

이 테스트는 특정 보호 체계에 대한 릴레이의 기능을 결정합니다. 이러한 테스트는 릴레이의 구성 요소 조립의 정확성, 정격, 교정 및 전체 시스템과의 적합성을 확인하기 위해 수행됩니다.

 

주기적인 유지보수 테스트

이러한 테스트는 릴레이의 서비스 및 장비 고장의 성능 저하를 식별하기 위해 수행됩니다.

이는 고전력 및 중전력 스위칭 또는 보호 시스템 애플리케이션에 사용되는 계전기에서 수행되는 테스트입니다. 그러나 저전력 애플리케이션의 경우 특히 전자 제어 시스템에 사용되는 릴레이가 있으며 멀티 미터는 릴레이 테스트를 수행 할 수있을만큼 충분히 높습니다. 릴레이를 테스트하는 절차는 다음과 같습니다.

• 멀티미터 선택기를 연속성 모드로 유지합니다.
• 하나의 프로브는 극에, 다른 프로브는 NC에 접촉하도록 멀티미터 프로브를 배치하고 연속성을 확인합니다.
• 하나의 프로브는 극에, 다른 프로브는 NO 접점에 배치하고 극과 NO 접점 사이의 불연속성을 확인합니다.
• 이제 정격 전압을 릴레이 코일에 적용하여 릴레이에 전원을 공급한 다음 릴레이와 연결된 딸깍 소리를 관찰합니다.
• 극과 NO 접점 사이의 연속성을 다시 확인하십시오.
• 또한 극과 NC 접점 사이의 불연속성을 확인하십시오.
• 마지막으로 전원 공급 장치를 제거합니다. 멀티미터의 선택기를 저항 모드로 놓고 릴레이 코일의 저항을 측정합니다. 제조업체가 명시한 값으로 측정된 저항 값을 확인하십시오.

위의 모든 조건이 충족되면 릴레이가 제대로 작동하고 그렇지 않으면 결함이 있다고 말할 수 있습니다.

 

릴레이 응용 분야

계전기는 전기 시스템을 보호하고 과전류/전압으로 인해 시스템에 연결된 장비의 손상을 최소화하는 데 사용됩니다. 릴레이는 연결된 장비를 보호하기 위해 사용됩니다. 이들은 응용 프로그램, 오디오 증폭기 및 일부 유형의 모뎀에서 저전압 신호로 고전압 회로를 제어하는 데 사용됩니다. 이들은 자동차의 스타터 솔레노이드와 같은 응용 분야에서 저전류 신호로 고전류 회로를 제어하는 데 사용됩니다. 이들은 송배전 시스템에서 발생한 결함을 감지하고 격리할 수 있습니다.

 

계전기의 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 조명 제어 시스템
• 통신
• 산업 공정 컨트롤러
• 교통 통제
• 모터 드라이브 제어
• 전력 시스템의 보호 시스템
• 컴퓨터 인터페이스
• 자동차
• 가전 제품