산업 자동화에서 흔히 발생하는 시나리오로 시작합니다. 포장 라인이 중간에 멈춥니다. 유지 보수 기술자는 24VDC 솔레노이드 밸브가 닫히지 않아 고장의 원인을 추적합니다. 제어 패널을 검사한 결과 해당 솔레노이드를 구동하는 시간 지연 릴레이의 접점이 붙어 있는 것을 발견합니다. 릴레이는 10A 정격이고 솔레노이드는 0.5A만 소모합니다. 왜 10A 릴레이가 0.5A 부하에서 고장났을까요?
이 상황은 다음과 같은 전형적인 예입니다. 유도성 부하 고장, 은 제조 시설에 연간 수천 달러의 가동 중단 시간과 교체 부품 비용을 발생시키는 만연한 문제입니다. 히터 및 백열 램프와 같은 저항성 부하는 스위칭하기 간단하지만 솔레노이드 밸브, 모터 브레이크, 접촉기 코일 및 전자기 클러치와 같은 유도성 부하는 압축된 스프링처럼 작동합니다. 이를 해제하면(회로를 열면) 저장된 에너지를 격렬하게 방출합니다.
숙련된 전기 엔지니어와 패널 제작자에게는 이러한 고장의 배후에 있는 물리학을 이해하는 것이 중요합니다. 이는 품질 관리의 문제가 아니라 물리학 및 사양의 문제입니다. 차이점은 다음을 이해하는 데 있습니다. IEC 60947 활용 범주, 특히 AC-1 및 AC-15 정격 간의 중요한 차이점입니다. 이 기사에서는 시간 릴레이 접점이 유도성 부하에서 고장나는 이유를 분석하고 이를 방지하기 위한 엔지니어링 프레임워크를 제공합니다.
숨겨진 적: 유도성 부하가 파괴적인 이유
접점이 용접되거나 침식되는 이유를 이해하려면 부하 자체의 특성을 살펴봐야 합니다. 전류와 전압이 동위상이고 에너지가 열로 소산되는 저항성 부하와 달리 유도성 부하는 자기장에 에너지를 저장합니다.
단락 회로가 시간 릴레이 는 유도성 부하(예: 솔레노이드 코일)에 전원을 공급하고 전류가 증가하여 자기장을 생성합니다. 실제 위험은 릴레이 접점이 열려 부하의 전원을 차단할 때 발생합니다. 렌츠의 법칙에 따르면 붕괴하는 자기장은 전류 변화에 반대하는 전압을 유도합니다(V = -L · di/dt). 접점 간격이 빠르게 열리기 때문에(di/dt 가 매우 높음) 인덕터는 전류가 계속 흐르도록 유지하기 위해 싸우고 유도성 킥백 나 역기전력.
고장의 물리학
- 전압 스파이크: 억제가 없으면 24V 코일은 300V ~ 1,000V의 스파이크를 생성할 수 있습니다. 230V AC 모터 브레이크는 3,000V를 초과하는 스파이크를 생성할 수 있습니다.
- 아크: 이 고전압은 열리는 접점 사이의 공기를 이온화하여 플라즈마 아크를 생성합니다. 이 아크는 5,000°C ~ 10,000°C의 온도에 도달할 수 있습니다. 이는 태양 표면보다 뜨겁습니다.
- 재료 이동: 강렬한 열은 은 합금 접점 재료의 미세한 부분을 녹입니다. 아크가 소멸되고 다시 발생함에 따라(특히 AC 회로에서) 용융 금속이 접점 사이로 이동하여 구덩이와 분화구를 남깁니다.
- 용접: 접점이 여전히 용융된 상태에서 릴레이가 다시 닫히거나 “만들기” 작업 중에 돌입 전류가 너무 높으면 접점이 함께 융합됩니다. 다음에 자동화 로직이 릴레이에 열리도록 신호를 보내면 물리적으로 열 수 없습니다.
구성 요소 정격 간의 차이점에 대한 자세한 내용은 다음 가이드를 참조하십시오. 회로 보호 선택 프레임워크.
IEC 60947-5-1 디코딩: AC-1 대 AC-15 활용 범주
시간 지연 릴레이를 지정할 때 가장 흔한 실수는 “저항성 부하” 정격(종종 하우징에 가장 크게 인쇄됨)만 보고 모든 애플리케이션에 적용된다고 가정하는 것입니다. 국제전기기술위원회(IEC) 표준 60947-5-1은 특정 활용 범주 을 정의합니다. 이는 릴레이가 다양한 전기적 스트레스 하에서 어떻게 작동하는지 예측합니다.
시간 릴레이와 관련된 가장 중요한 두 가지 범주는 다음과 같습니다. AC-1 그리고 AC-15.
| 기능 | AC-1(저항성 / 낮은 유도성) | AC-15(전자기 부하) |
|---|---|---|
| 기본 정의 | 비유도성 또는 약간 유도성 부하. | 72VA보다 큰 AC 전자기 부하 제어. |
| 역률(cos φ) | ≥ 0.95 | ≤ 0.3(테스트 조건) |
| 일반적인 애플리케이션 | 저항성 히터, 백열 조명, 신호 램프, 순수 저항 입력. | 솔레노이드 밸브, 접촉기 코일, 자기 브레이크, 전자기 클러치. |
| 투입 전류 | 1x 정격 전류(Ie) | 10x 정격 전류(Ie) |
| 차단 전류 | 1x 정격 전류(Ie) | 1x 정격 전류(Ie) |
| 차단 전압 스트레스 | 1x 정격 전압(Ue) | 1x 정격 전압(Ue) + 높은 유도성 킥백 |
| 접점 스트레스 수준 | 낮음. 아크는 최소화되고 쉽게 소멸됩니다. | 심각함. 과도한 돌입 전류는 용접 위험을 초래합니다. 유도성 차단은 심한 아크를 생성합니다. |
| 일반적인 전기적 수명 | 최대 부하에서 100,000회 이상 작동. | 종종 잘못 지정된 경우 25,000회 미만 작동. 억제가 없으면 크게 감소합니다. |
차이점이 중요한 이유
다음과 같은 정격의 릴레이 접점 10A AC-1 은 다음과 같은 정격만 받을 수 있습니다. 1.5A 또는 3A AC-15.
AC-15 정격으로 제작된 릴레이는 다음과 같은 특징을 갖는 경우가 많습니다.
- 다양한 접점 재료: 산화은-주석(AgSnO2)을 니켈은(AgNi) 대신 사용하여 용접에 저항합니다.
- 더 강력한 스프링 메커니즘: 접점을 더 빠르게 열고 아크를 더 빠르게 소멸시키기 위해.
- 더 넓은 접점 간격: 개방 접점 간의 유전 강도를 높이기 위해.
AC-1 정격 릴레이를 사용하여 AC-15 부하를 전환하면 사실상 경주용 자동차를 오프로드에서 운전하는 것과 같습니다. 몇 마일 동안은 작동할 수 있지만 서스펜션(또는 이 경우 접점 표면)이 결국 파손됩니다.
릴레이 접점이 고장나는 이유: 5가지 근본 원인
VIOX에서 반품된 상품 또는 현장 고장을 분석할 때, 우리는 일관되게 근본 원인을 5가지 요인 중 하나로 추적합니다.
원인 1: 잘못된 활용 범주 선택
이것은 가장 흔한 오류입니다. 엔지니어는 데이터시트에서 “10A 250VAC”를 보고 5A 솔레노이드 밸브를 연결합니다. 그러나 10A 정격은 순전히 저항 부하(AC-1)용입니다. 동일한 릴레이의 유도 정격은 2A에 불과할 수 있습니다. 5A 솔레노이드는 실제 유도 용량에 비해 접점에 250% 과부하를 가합니다.
원인 2: 돌입 전류 서지
유도 부하, 특히 AC 솔레노이드 및 접촉기는 자석이 열려 있을 때(에어 갭) 임피던스가 낮습니다. 그들은 엄청난 양을 끌어들입니다. 돌입 전류- 일반적으로 정상 상태 “유지” 전류의 5~10배 - 자석에 전원을 공급합니다.
- 고장: 릴레이 접점이 닫힐 때 미세하게 튕깁니다. 이 튕김이 10배 돌입 피크 동안 발생하면 강렬한 열이 스폿 용접을 생성합니다.
원인 3: 유도 킥백 전압 스파이크
“숨겨진 적” 섹션에서 설명한 것처럼 차단 작업은 아크 손상이 발생하는 곳입니다.
- 고장: 반복적인 아크는 한 접점에서 다른 접점으로 금속을 이동시킵니다(재료 이동). 결국 접점은 표면 거칠기로 인해 기계적으로 함께 잠기거나 전기적 연결을 더 이상 만들 수 없을 정도로 완전히 침식됩니다.
원인 4: 불충분한 아크 억제
많은 패널 빌더는 릴레이의 내부 에어 갭이 아크를 처리하기에 충분하다고 가정합니다. AC-15 부하의 경우 거의 그렇지 않습니다. 외부 스너버 또는 배리스터(MOV)가 없으면 아크가 필요 이상으로 몇 밀리초 더 오래 지속되어 마모를 크게 가속화합니다.
원인 5: 환경 및 기계적 요인
- 높은 듀티 사이클: 빠른 사이클링(예:, < 1초 간격)은 작동 사이에 접점이 냉각되는 것을 방지하여 열 폭주를 유발합니다.
- 오염: 패널 내부의 먼지 또는 화학 증기가 접점에 침전되어 저항과 열을 증가시킬 수 있습니다.
- 온도: 정격 주변 온도 이상에서 릴레이를 작동하면 전류 전달 용량이 저하됩니다. 다음 기사를 참조하십시오. 전기 디레이팅 계수 자세한 내용은.
올바른 시간 릴레이 접점 정격을 선택하는 방법
올바른 릴레이를 선택하려면 체계적인 접근 방식이 필요합니다. 추측하지 말고 계산하십시오.
접점 선택을 위한 의사 결정 매트릭스
| 로드 유형 | 로드 특성 | 권장 접점 재료 | 정격 감소 계수(AC-1 대비) |
|---|---|---|---|
| 저항 히터 | 순수 저항, PF=1.0 | AgNi (니켈은) | 1.0 (정격 감소 없음) |
| 접촉기 코일 | 높은 돌입, 중간 유도 | AgSnO2 (산화은-주석) | 0.3 – 0.4 |
| 솔레노이드 밸브 | 높은 돌입, 높은 유도 | AgSnO2 | 0.2 – 0.3 |
| 모터 브레이크 | 극심한 유도, 심각한 킥백 | AgSnO2 + 외부 접촉기 | 0.15 – 0.2 |
| 백열등 | 높은 돌입(냉간 필라멘트) | AgSnO2 (산화은-주석) | 0.1 (10배 돌입으로 인해) |
단계별 선택 프로세스
- 부하 식별: 히터(AC-1)입니까, 아니면 솔레노이드/모터(AC-15)입니까?
- 정상 상태 전류 결정(I유지): 부하의 데이터시트를 확인하십시오.
- 돌입 전류 계산(I돌입): 유도 AC 부하의 경우 10 ×를 가정합니다. I유지.
- 릴레이 데이터시트 확인: 특히 다음을 찾으십시오. AC-15 정격. AC-1만 나열된 경우 AC-15 정격은 15-20% AC-1 정격의.
- 전압 확인: 릴레이 전압 정격이 시스템 전압을 초과하는지 확인하십시오.
- 제품 선택: AC-15 정격 > 부하인 릴레이를 선택하십시오. I유지.
강력한 산업용 애플리케이션의 경우 AC-15 듀티 사이클에 대해 특별히 테스트되고 정격이 부여된 VIOX 산업용 시간 릴레이를 권장합니다.
VIOX 시간 지연 릴레이 살펴보기
보호 전략: 조기 접점 고장 방지
올바른 릴레이를 사용하더라도 유도성 부하는 손상을 줍니다. 보호 전략을 구현하면 접점 수명을 20,000 사이클에서 1,000,000 사이클 이상으로 연장할 수 있습니다.
전략 1: 적절한 정격의 접점 사용
부하가 유도성인 경우 항상 AC-15 정격의 접점을 명시적으로 지정하십시오. 데이터 시트에 AC-15가 지정되어 있지 않으면 솔레노이드 또는 모터에 심각한 디레이팅 없이 사용하지 마십시오.
전략 2: 아크 억제 구현
억제 장치는 자기장에서 방출되는 에너지를 흡수하여 릴레이 접점에서 아크가 발생하는 것을 방지합니다. 이것은 항상 설치해야 합니다. 부하와 병렬로, 릴레이 접점 양단이 아닌 (누설 전류 문제를 일으킬 수 있음).
아크 억제에 대한 기술 사양
| 시스템 전압 | 억제 장치 | 권장 사양 | 설치 노트 |
|---|---|---|---|
| 24 VDC | 프리휠링 다이오드 | 1N4007 또는 유사 | 양극에 캐소드. 드롭아웃 시간을 약간 늦춥니다. |
| 24 VAC | RC 스너버 또는 MOV | MOV: ~30-40V 클램핑 | 솔레노이드 단자에 직접 설치하십시오. |
| 120VAC | RC 스너버 + MOV | MOV: 150-275V 클램핑 | 커패시터: 0.1µF – 0.47µF, 저항: 47Ω – 100Ω (1/2W) |
| 230 VAC | RC 스너버 + MOV | MOV: 275-300V 클램핑 | 커패시터: 0.1µF – 0.47µF (X2 정격), 저항: 100Ω – 220Ω |
억제 기술에 대한 자세한 비교는 다음을 참조하십시오. 프리휠링 다이오드 대 서지 어레스터 가이드.
전략 3: 제로 크로싱 스위칭 고려
솔리드 스테이트 릴레이(SSR) 또는 제로 크로싱 회로가 있는 특수 전자 기계식 릴레이는 AC 사인파 전압이 0일 때 부하를 켜거나 끕니다. 이렇게 하면 아크에 사용할 수 있는 에너지가 최소화됩니다. 더 비싸지만 빈번한 사이클링 애플리케이션에 매우 효과적입니다.
전략 4: 크기 늘리고 디레이팅
억제를 추가할 수 없는 경우 릴레이 크기를 늘리는 것이 유효한 전략입니다. 부하가 2A를 소모하는 경우 10A AC-15 정격의 릴레이(또는 10A AC-1 릴레이를 심하게 디레이팅)를 사용하십시오. 접점 표면적이 클수록 열을 더 잘 발산하고 침식에 더 오래 견딥니다.
전략 5: 정기적인 유지보수
중요한 애플리케이션(예: 발전소 제어 또는 중공업)에서는 유지보수 일정에 접점 검사를 포함하십시오. 탄소 축적 또는 피팅을 찾으십시오. 다음을 참조하십시오. 산업용 접촉기 유지 보수 점검 목록 중부하 릴레이에도 적용되는 검사 프로토콜.
실제 애플리케이션 예
시나리오: 자동화 엔지니어는 시간 지연 릴레이를 사용하여 유압 솔레노이드 밸브를 제어해야 합니다.
- 부하: 230VAC 솔레노이드 밸브
- Power: 150 VA (볼트-암페어) 유지 전력
- 제어 전압: 230VAC
계산:
- 정상 상태 전류: I = P / V = 150 / 230 = 0.65 암페어.
- 돌입 전류 추정: 0.65 × 10 = 6.5 암페어.
- 부하 범주: 고유도성 (AC-15).
“표준” 실수:
엔지니어는 저렴한 릴레이를 선택합니다. “5A 250VAC”.
- 숨겨진 사양: 해당 5A는 AC-1 (저항성)일 가능성이 높습니다.
- 실제 기능: AC-15 정격은 ~0.5A ~ 1A일 가능성이 높습니다.
- 결과: 6.5A 돌입 전류는 용접 한계에 가깝습니다. 차단 아크는 접점을 빠르게 침식합니다. 몇 주 내에 고장이 예상됩니다.
VIOX 엔지니어링 솔루션:
엔지니어는 VIOX 산업용 타이머 릴레이를 선택합니다.
- 사양 확인: 데이터시트에 “AC-15 정격: 3A @ 230VAC”라고 명시되어 있습니다.
- 마진: 3A 용량 > 0.65A 부하. (유지 전류에 대한 4.6배 안전 계수).
- 보호: 엔지니어는 솔레노이드 코일 단자 양단에 275V MOV를 설치합니다.
- 결과: 수년간 안정적인 작동.
주요 내용
- 유도성 부하는 반발합니다: 솔레노이드와 모터는 표준 접점을 파괴하는 전압 스파이크와 아크를 생성합니다.
- 범주를 알아두십시오: AC-1 는 저항성 부하용입니다.; AC-15 는 전자기 부하용입니다. 절대 혼동하지 마십시오.
- 디레이팅은 필수입니다: 릴레이에 AC-1 정격만 명시되어 있는 경우, 40-60% 유도성 애플리케이션의 경우 디레이팅하십시오.
- 서프레션은 가동 중단 시간보다 저렴합니다: $0.50 MOV 또는 RC 스너버는 $50 릴레이와 $5,000의 생산 가동 중단 시간을 절약할 수 있습니다.
- 돌입 전류를 확인하십시오: AC 코일의 경우 항상 10배 돌입 전류를 계산하고 릴레이의 “메이크” 용량이 이를 처리할 수 있는지 확인하십시오.
- VIOX로 확인하십시오: 확실하지 않은 경우, VIOX 시간 릴레이 선택 가이드 를 참조하여 특정 제품을 애플리케이션에 맞게 선택하십시오.
자주 묻는 질문(FAQ)
Q: 소형 솔레노이드 밸브에 AC-1 정격 릴레이를 사용할 수 있습니까?
A: 릴레이를 크게 디레이팅하는 경우에만 가능합니다. 예를 들어, 10A AC-1 릴레이는 1A 솔레노이드 밸브를 처리할 수 있지만 유도성 스위칭 수명 곡선에 대한 제조업체의 데이터를 확인해야 합니다. 아크 억제를 추가하는 것이 좋습니다.
Q: 접점 용착과 접점 침식의 차이점은 무엇입니까?
A: 용착 은 일반적으로 높은 돌입 전류로 인해 접점이 녹아 융합되는 “메이크”(닫힘) 작동 중에 발생합니다. 침식 은 아크로 인해 “브레이크”(열림) 작동 중에 발생하며, 연결이 끊어질 때까지 접점 재료를 점차적으로 태워 없앱니다.
Q: AC-15 정격 릴레이를 사용하는 경우 스너버가 필요합니까?
A: AC-15 릴레이는 아크를 더 잘 견딜 수 있도록 제작되었지만 스너버를 추가하는 것이 여전히 가장 좋은 방법입니다. 아크에 저항하는 대신 아크의 근본 원인(전압 스파이크)을 제거하여 릴레이의 전기적 수명을 크게 연장합니다.
Q: 올바른 MOV 전압 정격을 계산하는 방법은 무엇입니까?
A: 예상되는 최고 라인 전압 바로 위에 최대 연속 작동 전압(MCOV)이 있는 MOV를 선택하십시오. 120VAC 라인의 경우 150V MCOV가 일반적입니다. 230VAC의 경우 275V 또는 300V를 사용하십시오. 공칭 전압에 너무 가깝게 크기를 조정하지 마십시오. 그렇지 않으면 정상적인 라인 변동으로 인해 과열될 수 있습니다.
Q: 전류가 정격 내에 있는데도 접점이 고장나는 이유는 무엇입니까?
A: 저항성(AC-1) 정격을 확인했지만 유도성 부하를 스위칭하고 있을 가능성이 높습니다. 또는 환경 온도가 너무 높아 열 디레이팅이 필요합니다. 데이터시트에서 활용 범주를 확인하십시오.
Q: 솔리드 스테이트 릴레이(SSR)로 이 문제를 해결할 수 있습니까?
A: 예. SSR은 움직이는 부품이 없으므로 기계적으로 용착되거나 침식될 수 없습니다. 그러나 과전압 스파이크로 인한 손상에 취약하므로 바리스터 보호는 전자 기계식 릴레이보다 SSR에서 훨씬 더 중요합니다.
Q: 이러한 릴레이용 배선 단자대에 대한 자세한 정보는 어디에서 찾을 수 있습니까?
A: 적절한 종단은 릴레이 선택만큼 중요합니다. 당사의 터미널 블록 선택 가이드 에서 패널 배선의 모범 사례를 확인하십시오.
