Relay(릴레이)의 원리와 용도(시퀀스 회로) – 전장설계 기초 교육 Part8

1. Relay(릴레이)의 원리와 용도

출처:samwon act 홈페이지

릴레이는 전자 접촉기와 같은 원리지만, 차단하는 대상이 다릅니다.
[전자 접촉기 설명 글]

릴레이는 아크가 크지 않은 모터 부하나, 정격정류가 10A 이하 되는 부하를 개폐하고 싶을때, 사용합니다.

• 유도성 부하 or 차단시 아크가 큰 부하는 전자 접촉기를 사용.

릴레이와 전자 접촉기의 차이점

• 릴레이는 보통 허용 용량이 3A~10A, 전자 접촉기는 9~2650A 범위.
• 릴레이: 단순히 전자석에 전류를 공급하여 접점을 붙이는 방식.
• 전자 접촉기: 전자석에 전류를 공급하여 접점을 붙이는 방식은 동일하지만, ‘아크소호 장치’가 달려있어 큰 전류를 개폐할 때, 발생하는 아크를 제거.

1.1. Relay(릴레이)의 원리

출처:samwon act 홈페이지

릴레이 원리를 설명하기 전, 설명 드릴것이 있는데요. a,b,c접점은 중요한 부분이므로, 간단히 용어 설명 드리겠습니다.

• a접점(Nomal open): 평소에는 접점이 연결되어 있지 않으며(c접점과), 코일(전자석)에 전기를 공급하면, 접점이 연결되는 방식.
• b접점(Nomal close, a접점의 반대): 평소에는 접점이 연결되어 있으며(c접점과), 코일(전자석)에 전기를 공급하면, 접점이 해제되는 방식.
• c접점(Change over contact): a접점과, b접점의 공통 접점이며, a접점과, b접점부를 공유 하며 트랜스퍼(Transfer contact) 접점 이라고 함.
• 즉, 평소에는 b접점과 연결되어 있으며, 코일이 동작되면 a접과 연결.

출처:헤시넷

릴레는 구조적으로 간단히 설명 드리면 코일,(전자석), 가동철편, 스프링, a,b접점과 c접점으로 구성되어 있습니다.

평소에 b접점은 가동철편에 연결된 스프링의 힘으로 인해, 전원이 투입하지 않아도 기계적으로 연결되어 있스며, 가동철편은 c접점으로 연결되어 있습니다.

코일(전자석)에 전원이 투입되면, 코일이 자성을 띄우고 가동철심을 당기게 됩니다. 그러면 가동철심이 a접점에 붙게되어 결론적으로, c접점과 a접접이 연결되는 원리 입니다.

• 코일에 전원 투입 전, 가동철심(c접점)은 b접점에 연결 됨.
• 코일에 전원 투입 후, 가동철심(c접점)은 a접점에 연결 됨.

1.2. Relay(릴레이)의 용도

요즘은 PLC, PC 기반으로 장비를 제작 하면서 몇가지를 제외한 모든 회로는 Controller 에서 동작 합니다. 하지만 Controller 에서 동작을 하므로써, 릴레이를 사용 해야 하는 경우도 있습니다.

일반적으로 전장설계 교육 자료를 보면 릴레이는 시퀀스(Sequence) 회로에서 많이 보게 됩니다. 자기유지 회로를 기반으로 한 시퀀스 회로를 말이죠.

물론 이것은 기본으로 한 것이지만, 릴레이의 용도가 추가로, 몇가지 있습니다.

1.2.1. 시퀀스 회로(자기유지 회로)

시퀀스 회로는 구동부를 미리 정해진 순서나 논리에 따라 각 단계를 순차적으로 진행하는 방식입니다.

시퀀스 회로의 구성은 제가 간단하게 실제로 쓰일 만한 회로를 그려서 설명 드리겠습니다.

출처:Nalayang

위 회로를 간단히 설명드리면, ‘스위치 2개를 이용하여, 한개의 스위치를 누르면 실린더의 솔레노이드가 동작하여 상승하고, 다른 한개의 스위치를 누르면, 다른쪽 솔레노이드가 동작하여, 하강한다.’ 라는 전제로 회로를 구성하였습니다.

• ‘PB01’ 누르면 ‘SOL V/V101’ 동작하고 ‘PB02’ 누르면 ‘SOL V/V102’ 동작.

구성은 판넬 내부에는 전원과 릴레이가 구성되어 있고 (SMPS 및 그외 회로는 제외하고 시퀀스 회로만 표현) 스위치 박스에는 상,하 스위치가 있습니다.

이제 동작설명 및 각 기기의 역활을 말씀드릴께요.

상승 동작.

• 1. ‘PB01’ 스위치를 누르면, CR01 코일(전자석)에 전원 구성이 되어, CR01 2개의 a접점 Close.
  • ‘PB01’ a1,a2번 접점 역활은 CR01 코일 전원 인가 역활.
  • ‘PB01’ b1,b2번 접점 역활은 ‘SOL V/V01,2’ 의 동시 기동 및 CR02의 코일 전원을 차단하기 위한 접점.
• 2. ‘CR01’ 1,8번에 전원투입 하여 코일이 동작.
  • ‘CR01’ 3,4번 접점 역활은 CR01 코일을 자기 유지하는 역활.
  • ‘CR01’ 5,6번 접점 역활은 SOL V/V01 전원 공급 역활.

하강 동작.

• 1. ‘PB02’ 스위치를 누르면, CR02 코일(전자석)에 전원 구성이 되어, CR02 2개의 a접점 Close
  • ‘PB02’ a1,a2번 접점 역활은 CR02 코일 전원 인가 역활.
  • ‘PB02’ b1,b2번 접점 역활은 ‘SOL V/V01,2’ 의 동시 기동 및 CR01의 코일전원을 차단하기 위한 접점.
• 2. ‘CR02’ 1,8번에 전원투입 하여 코일이 동작.
  • ‘CR02’ 3,4번 접점 역활은 CR02 코일을 자기 유지하는 역활.
  • ‘CR02’ 5,6번 접점 역활은 SOL V/V01 전원 공급 역활.

위 회로는 2개의 자기유지 회로를 이용하여 구성하였는데, 각 구동별로 영향을 주지 않기 위해, 스위치의 b접점을 이용하여, 한개의 구동부가 동작 시, 다른 하나의 구동부가 동작하지 않기위해 스위치의 b접점을 이용하여 Interlock을 추가적으로구성 하였습니다.

1.2.2. 부하단보다 출력접점의 허용용량이 높을 때,

부하단 보다 출력접점의 허용용량이 높을 때, 라는 말은 내가 구동하고자 하는 부하보다 출력 접점의 허용용량이 높을 때, 라는 말인데요. 예를 들어 설명드릴께요~

출처:mitsubishi 홈페이지

위 기기를 장비쪽에 종사하고 계신분은 아실꺼라고 판단하는데요. 위 제품은 Mitsubishi社 ‘AJ65SBTB1-32DT1’ 라는 제품입니다. Remote card 라고 불리는 이 카드는, CC-Link 통신으로 통신을 하며, 24VDC로 구동되며, 입력 16point, 출력 16point으로 구성되어 있는 카드 입니다. 해당 카드의 메뉴얼을 보면

출처:mitsubishi 메뉴얼

여러가지 정보가 있는데요 다른 부분도 중요하지만, 빨간색 네모로 되어있는 부분을 보면, ‘Max. load current'(최대 부하 전류), ‘Max. inrush current'(최대 돌입 전류) 이 있습니다.

• 최대 부하 전류: 부하단의 정격 전류가 최대로 흐를 수 있는 전류의 양.
• 최대 돌입 전류: 전원투입 후, 초기에 흐르는 전류의 값.
  • 위 그림에는 1.0A 를 0.01초 동안 견딜 수 있다고 설명.

자 그럼 이 출력 접점이 가지고 있는, 허용 전류는 알았으니, 사용 할 수 있는 부하단의 전력(W)를 구해볼께요~

’24V x 0.5A(최대 부하 전류) = 12W’ 으로 계산 되므로 이 허용 전류 및 전력보다 높은 부하를 사용 할 경우, 릴레이를 사용해야 한다는 거에요.

아래 그림을 보실까요? (‘SOL V/V01 이 2A라고 예를 들께요.)

출처: Nalayang

이렇게 말이에요~ 위 회로를 간단히 설명 드리면

• Remote card 에서 나온 출력 ‘Y1000’ 을 릴레이 Coil에 전원 투입.
• Coil 접점을 이용하여 ‘SOL V/V01’ 전원 투입.

추가로 아시아권은 NPN type 을 사용하며, NPN 이란, 간단히 말씀드리면, P상을 Common 을 잡고, N상으로 출력 및 입력으로 제어 합니다.

1.2.3. 다른장비 및 기기와 Interface(주고받는 신호)할 때,

설명을 하기 전, 여러분께 질문 드릴것이 있는데요.

출력 24VDC인 SMPS가 ‘SMPS01’, ‘SMPS02’ 이렇게 2개 있다고 가정을 할 때,
SMPS의 DC 출력 부분에서 ‘SMPS01’ P, N상 / ‘SMPS02’ P, N상 중에서
‘SMPS01’ P상 과 ‘SMPS02’ N상의 전압을 측정하면, 어떻게 될까요?

정답은, ‘전압이 나오지 않는다.’ 입니다.

이유는 아주 간단한데요, 서로 입력전원이 같을지도 몰라도, 출력부분은 연결되어 있는 부분이 없어서 그렇습니다.

• SMPS 는 AC/DC 변환 과정에서 고주파용 변압기 사용. [SMPS 설명 글]
• 입력 전원과 출력전원이 절연(Isolation) 되어 있음.

우리가 다른 장비와 신호를 주고받을 때, 각각의 장비에 SMPS 가 달려있고, Remote card를 직접적으로 연결해서 신호를 주고 받지 않는 이유가 여기에 있는 겁니다. 또한, 서로의 장비 및 기기에 영향을 주지 않는 이유도 있습니다.

그럼, Interface 회로를 볼까요?

출처: Nalayang

이렇게 서로 SMPS 가 달라 연결이 되어 있지 않아도, 위와 같은 회로 구성으로 Interface를 할 수 있습니다.

• 전 장비 출력은, 후 장비 입력이 되고, 후장비 출력은 전 장비 입력으로 구성.