[PLC] SSR 선정시 고려사항 - 반파정류기 (1)

정류기를 사용하여 전자브레이크의 전압을 공급하는 형태에는 두 가지가 있습니다. 교류차단과 직류차단입니다.


아래 그림은 교류차단입니다. 정류기에 입력 교류전압을 ON-OFF 해서 브레이크 전압을 스위칭하고 있습니다.




아래 그림은 직류차단입니다. 정류기 출력부분 직류전압을 ON-OFF 해서 브레이크 전압을 스위칭하고 있습니다.


여기서 다룰 주제는 직류차단의 경우입니다. 브레이크 개폐를 빈번히 해야하는 경우라면 직류차단 스위칭 회로 부분을 SSR로 구성하는 것을 고려해 볼 수도 있습니다. 문제는 정류기가 90VDC 반파정류기인 경우입니다. 반파정류기는 아래와 같이 동작합니다.




내부 다이오드에 의해서 교류전압의 일부분만 사용해서 직류화된 전압입니다. 즉, 200V 교류전압이 90V 직류로 변환되는 것입니다. 반파정류기의 출력이 직류 90V이긴 하지만 SSR 출력단 연결 단자에는 피크전압인 284V가 인가된다는 것입니다. 만약 100VDC SSR을 사용하면 과전압으로 인해 SSR이 소손될 것입니다.


따라서 90VDC 반파정류기를 SSR로 스위칭하기 위해서는 피크전압값 284VDC를 감당 가능하며 반파정류 신호를 지원하는지 확인해야 합니다. SSR 대신 아래와 그림과 같은 Power MOSFET을 사용하기도 합니다. (권장품 : OMRON G3HD-202SN-VD DC12-24V)



직류차단은 교류차단에 비해 전자브레이크 반응이 더 빠르다는 장점이 있습니다. 비용적인 이유 또는, 브레이크 반응 속도가 크게 문제가 되지 않는다면 교류차단 결선을 사용하고 접점부분을 일반 마그네틱 컨텍터(MC)나 일반 SSR로 구성하면 됩니다. (Power MOSFET이 비싸더군요...)


직류차단에 SSR 사용시, 출력부 접점 OFF시 서지전압이 발생하므로 서지보호회로(바리스터)를 추가로 장착해야 합니다.


끝.

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

[PLC] PLC 아날로그 입출력 기본

이미지
 PLC 아날로그 입출력 개념 및 결선  아날로그 신호가 PLC로 들어오면 우선 A/D 컨버터(Analog-Digital Converter)를 거치게 됩니다. A/D 컨버터는 아날로그 형태의 신호를 PLC에서 처리 가능하도록 디지털 형태로 변환시켜 줍니다.  PLC에서 다루는 아날로그 신호는 아래와 같은 형태가 있습니다. - 전압(Voltage) - 전류(Current) - 저항(Resistance) 신호의 형태에 따라 신호가 취급되는 값의 범위가 있습니다. 가장 흔히 사용되는 형태는 전류 형태이며 4-20mA 값을 주로 사용합니다. A/D 컨버터가 아날로그 값을 디지털로 변환할 때 사용되는 bit수를 분해능이라 합니다. 일반적으로는 16bit 길이가 사용됩니다. 다시말해 4-20mA 사이의 16mA를 16bit로 쪼개어 표현한다는 의미입니다. 따라서 분해능에 사용된 bit수가 많을수록 더 세밀한 단위를 취급할 수 있습니다. 아래 그림은 4-20mA 출력을 가지는 온도 트랜스미터(temperature transmitter)의 예입니다. 온도 트랜스미터와 온도센서가 연결되어 있습니다. 온도 정보는 트랜스미터에서 섭씨 0~100도로 계량화(calibrated) 됩니다. 즉, 섭씨 0도는 4mA, 섭씨 100도는 20mA가 되는 것입니다. 위 그림에서 온도 정보는 PLC로 바로 들어오지 않고 트랜스미터를 거쳤습니다. 온도 정보를 PLC가 바로 해석하기 보다는 트랜스미터에서 해석하여 전압이나 전류 형태로 변환하여 PLC의 전압/전류 아날로그 카드로 연결됩니다. 만약 트랜스미터가 없다면, 온도센서의 정보를 해석하기 위해 PLC에는 온도입력 모듈이 별도로 필요하게 됩니다. 전압/전류 아날로그 입력카드를 사용하면, 온도센서가 아니더라도 다양한 형태의 아날로그 데이터를 트랜스미터 전압/전류 형태로 취급할 수 있으므로, 좀 더 유현한 구조가 됩니다. 아날로그 입력 모듈의 결선법은 입력 신호가 전압인지, 전류인지에 따라 다릅니다. 전압/전류은 저항과 연관되어 있습니다. 저항은
Read more »

커패시터에 저장된 에너지 계산

이미지
 Calculate the Energy Stored in a Capacitor 특정 전압으로 커패시터를 충전한 경우, 커패시터에 저장된 에너지의 양을 계산해 봅시다. 커패시터에 저장된 에너지[J]를 구하는 공식은 아래와 같습니다. 470μF 35V 전해 커패시터가 있다고 가정합시다. 이 커패시터에 저장된 에너지[J]를 구하는 계산은 아래와 같습니다. 에너지의 양은 전압의 제곱에 비례하기 때문에 전압이 크면 저장된 에너지의 양은 급격히 커집니다. 아래는 동일용량에 전압이 200V인 경우입니다. 500F 2.7V 규격의 슈퍼커패시터의 경우는 어떨까요? 이 에너지가 어느정도인지 감이 안 잡히네요. 비교를 위해, Watt-Hour 단위의 에너지 2000mAH를 가진 1.5V AA 건전지의 에너지를 J단위로 표기해 보겠습니다. 위 공식을 응용하여 계산하면 아래와 같습니다. 끝.
Read more »

전력(kW) 계산하기 (직류, 교류 단상, 교류 삼상)

전력(kW) 계산하기 (직류, 교류 단상, 교류 삼상) 전류(A)와 전압(V)를 알고 있는 경우, 전압원이 종류에 따라 전력(kW)을 어떻게 계산하는지 보겠습니다. DC amps to kilowatts calculation (직류) 직류는 단순히 전류와 전압을 곱하고 1000으로 나누면 kW 단위의 전력을 구할 수 있습니다. P (kW) = I (A) × V (V) / 1000 AC single phase amps to kilowatts calculation (교류 단상) 교류 단상의 경우 역률(Power Factor)를 곱한 뒤, 전류와 RMS 전압을 곱하고, 1000으로 나누면 kW 단위의 전력을 구할 수 있습니다. P (kW) = PF × I (A) × V (V) / 1000 AC three phase amps to kilowatts calculation (교류 삼상) Calculation with line to line voltage (상간 전압 이용시) 교류 삼상의 상간 전압을 이용하여 전력을 구하는 경우, √3과 역률(Power Factor)을 곱하고, 위상 전류(phase current)와 두 활선 사이의 RMS 전압을 곱합니다. 그리고 1000으로 나누어 kW 단위의 전력을 구합니다. P (kW) = √3 × PF × I (A) × V L-L(V) / 1000 Calculation with line to neutral voltage (활선-중립선 이용시) 교류 삼상의 활선-중립선 전압을 이용하여 전력을 구하는 경우, 3과 역률(Power Factor)을 곱하고, 위상 전류(phase current)와  두 활선 사이의 RMS 전압을 곱합니다. 그리고 1000으로 나누어 kW 단위의 전력을 구합니다. P (kW) = 3 × PF × I (A) × V L-N(V) / 1000 끝.
Read more »

[아두이노] 74HC595 시프트 레지스터 연동

이미지
74HC595 Shift register : Serial to Parallel 간혹 아두이노의 핀이 모자라는 경우가 있습니다. 이런 경우 시프트 레지스터가 해결책이 될 수 있습니다. 시프트 레지스터는 시리얼 데이터를 입력받아 여러 핀을 통해 병렬 출력해 주는 기능을 수행합니다. 흔히 사용되는 74HC595 시프트 레지스터와 아두이노를 연동해 보겠습니다. 74HC595는 8비트 데이터 입력, 시리얼입력으로 병렬출력, 그리고 3개의 상태를 가집니다. 다시말하자면 3개의 입력으로 8개의 출력을 제어할 수 있습니다.  74HC595와 반대 역할의 시프트 레지스터도 있습니다. 74HC165은 병렬데이터를 입력으로 받아 시리얼 데이터로 출력합니다. 이는 여러개의 입력 데이터를 적은 수의 핀으로 수집할 때 용이합니다. 74HC595는 두개의 내장 8비트 레지스터를 포함합니다. 첫번째는 시프트 레지스터(Shift Register)입니다. 74HC595에 클럭 펄스가 발생되면 두가지 일이 발생합니다. - 시프트 레지스터의 비트 0~6은 비트 1~7로 이동됩니다. - 클럭 펄스의 상승 에지 시점의 데이터 핀 상태가 비트 0에 저장됩니다. 74HC595의 두번째 레지스터는 저장/레치 레지스터(Storage/Latch Register)입니다. Latch 핀에 신호를 주면 시프트 레지스터의 내용이 저장/레치 레지스터로 복사됩니다. 저장/레치 레지스터는 74HC595칩의 Q A -Q H 핀에 연결되어 있습니다.  아래는 74HC595의 Pinout입니다. 신호선 명칭 위에 바(bar)가 있는 것은 네거티브 로직(negative logic)으로 해당 핀의 신호를 끄면 해당 기능이 동작한다는 의미입니다. - GND : 아두이노의 그라운드(ground) 핀과 연결합니다. - VCC : 아두이노의 5V 핀에 연결합니다. - SER (Serial Input) : 시프트 레지스터로 데이터를 입력하는 핀 - SRCLK (Shift Register Clock) : 클럭 핀(Clock Pin)의 상
Read more »

[아두이노] LED에 220옴 저항을 사용하는 이유

이미지
아두이노 입문 강좌를 보면 LED를 켜고 끄는 프로그램에서 220옴 저항을 연결하라고 나온다. 그런데 저항을 왜 220옴 짜리를 사용하는지 설명은 나오지 않는다. 저항은 전자회로 부품을 과전류로부터 보호하기 위해서 사용한다. 저항을 전자회로 부품과 직렬로 연결하여 전자회로 부품에 적정한 전류가 흐르도록 하는 것이다. 아두이노 예제 중에는 LED를 켜고 끄는 간단한 예제가 있다. 그 예제에서는 220옴 저항을 사용하길 권하고 있다. 일반적인 적색 LED의 경우 1.8V의 전압강하가 있고 적정전류는 25mA이다. 그리고 아두이노는 5V 출력 전압을 지원하고 있다. 옴의 법칙을 이용하여 필요한 저항값을 계산해 보자. V = (출력단자 전압) – (LED 전압강하) = 5V – 1.8V = 3.2 V I = 25 mA 위 두 값을 이용하여 필요한 저항 R을 구해보자. R = V/I R = 3.2/0.025 = 128 Ohms. 위 계산상 128옴이 필요한데 실제로는 220옴이 사용되고 있다. 실용성의 측면와 이론상의 차이 보통 쉽게 구할수 있는 보편적인 저항은 아래와 같다. { 100, 220, 470, 1000, 2200, 4700, 10000 } 위 계산의 결과로 필요한 저항은 128옴이다. 100옴은 128옴보다 저항값이 적으니 안되고, 그 다음이 220옴이다. 220옴을 넣어서 전류를 계산해보자. I = V/R I = 3.2/220 ~= 14mA 계산결과 회로상 14mA가 흐른다. LED는 10-25mA 내에서 동작하니깐 괜찮은 값이다. 또한 LED는 전류 크기에 따라 발산되는 빛의 양이 다른 장치가 아니다. 25mA 대신 14mA가 흘러도 밝기에는 영향이 없다는 뜻이다. 따라서 128옴 저항 대신 220옴 저항을 이용한 것은 순전히 편리성 때문이다.
Read more »

3상 모터 전력에서 전류 계산하기 (How to Convert Three-Phase Power to Amps)

3상 모터의 전력값에서 전류값을 계산하기 위해서는 모터의 정격전압(voltage)과 역률(power factor)을 알고 있어야 합니다. 역률은 실제 전압과 그 전압으로 인해 흐르는 전류 사이의 지연정도를 의미합니다. 이런 정보는 모터의 명판에 대부분 기재되어 있습니다. 3상 모터의 정격전압값과 전류값이 주어진 경우 전력을 계산하는 공식은 아래와 같습니다. W (watts) = V (volts) x I (amps) x 1.732 x power factor 위 식에서 전류값을 구하는 공식을 유도하면 아래와 같습니다. I = W / (V x 1.732 x power factor) 전력에는 3가지 타입이 있습니다. 유효전력 (Active Power)는 와트 (Watt) 단위이며 전기소자에 의해 실제로 소비된 전력을 의미합니다. 무효전력 (Reactive Power)는 VAR (Volt-ampers reactive) 단위이며, 유도형 모터 (inductive motor)나 변압기 (transformer), 솔레노이드가 무료전력을 저장 또는 방출합니다. 피상전력 (Apparent Power)는 인가되는 AC 전압과 총 전류의 곱이며, 유효전력과 무효전력의 합이기도 합니다. 유효전력과 피상전력의 관계는 다음과 같습니다. 1kVA = 1kW / power factor 또는, 1kW = 1kVA x power factor 즉, 전기소자가 실질적으로 소비하는 유효전력은 전기소자에 인가되는 피상전력과 전기소자의 역률의 곱으로 해석할 수 있습니다.
Read more »

공압 속도 제어: 미터인 vs 미터아웃

이미지
Understanding Flow Controls: Meter-In vs Meter-Out 에어실린더에 작용하는 힘은 압력조절기(pressure regulator)에 의해 결정됩니다. 그리고 피스톤이 움직이는 속도는 속도제어(flow control) 밸브를 통해 이루어집니다. 실린더의 각 포트마다 속도제어 밸브가 설치되어 인출과 인입 속도를 제어하게 됩니다. 아래는 속도제어 밸브의 구조입니다. 위 그림에 대한 기호는 아래와 같이 표기됩니다. 미터아웃(Meter-Out) 방식의 실린더 속도제어 아래 그림은 미터아웃 방식에 대한 도식입니다. 미터인(Meter-In) 방식의 실린더 속도제어 아래 그림은 미터인 방식에 대한 도식입니다. 끝.
Read more »

NPN, PNP 트랜지스터 차이점

이미지
Difference Between an NPN and a PNP Transistor 위 그림에서 기호는 아래 의미입니다. B: BASE C: COLLECTOR E: EMITTER NPN, PNP 둘다 BJT(bipolar junction transistor: 접합형  트랜지스터)입니다. 전류를 이용하여 제어가 되며, 전류를 증폭하는 기능이 있습니다. base에 전류가 흐르면, emitter와 collector 사이에는 더 많은 전류가 흐르게 됩니다. 즉, base는 emitter-collector 간 전류를 흐르게 하는 스위치 역할과 더불어 전류 증폭기 역할을 하게 됩니다. 이는 NPN, PNP 구분에 상관없이 동일한 특성입니다. NPN, PNP 트랜지스터의 차이는, 트랜지스터 핀에 전원이 인가되는 방법의 차이에 기인합니다. NPN 트랜지스터는 collector와 base에 양전압을 연결합니다.  NPN 트랜지스터의 base에 양전압이 인가되면 emitter 방향으로 전류가 공급(sourcing, 소스)가 되면서 collector-emitter간 연결이 만들어지고, 전류도 흐르게 됩니다. 다시 정리하자면, base에 임계전압인 0.7V이상의 전압이 인가되면 전류는 base에서 emitter로 흐르게 되고, 덩달아 collector-emitter간에 흐르는 전류도 점차 증가하게 되는 형태입니다. PNP 트랜지스터는 emitter에 양전압을 연결하고, base에 음전압(또는, emitter에 인가된 전압보다 낮은 전압)을 연결합니다. PNP 트랜지스터는 base에 음전압이 인가되면 base에서 ground 방향으로 전류가 빠지면서(sink, 싱크) emitter-collector간 연결이 만들어지고 전류가 흐르게 됩니다. NPN, PNP 트랜지스터는 emitter-collector간 전류의 방향이 다르기 때문에, 위 그림에서 확인할 수 있듯이 부하(load)가 연결되는 위치 또한 다르게 됩니다. 끝.
Read more »

제너 다이오드에 저항을 연결하는 이유

이미지
Why do we connect a resistor before a Zener diode? 아래 회로를 통해 저항의 크기를 변화시키면 어떠한 패턴이 발생하는지 살펴보겠습니다. 아래 그림에서 3개의 병렬회로에는 각각 12V가 인가됩니다. 그리고 동일한 제너 다이오드가 연결되어 있고 각각의 제너 다이오드 앞단에 60R, 6R, 0.6R 저항이 연결되어 있습니다. 그림에서 알수 있듯이 저항의 값을 줄이면 제너 다이오드에 걸리는 전류값이 증가합니다. 제너 다이오드에 흐르는 전류가 증가하면 덩달아 제너 다이오드에서 소비전력이 높아질 것이고, 과열로 인하여 다이오드가 손상될 것입니다. 따라서 제너 다이오드 앞단에 연결된 저항은 다이오드에 과전류가 흐르는 것을 막기 위해 사용합니다. 아래 데이터시트를 통해 좀더 구체적인 예를 들어 보겠습니다. 첫번째 항목인 P D 는 손실전력을 의미합니다. 위 시트상 P D =500mW입니다. 제너 전압 V Z 가 결정되어 있다면 아래 조건을 만족하도록 저항을 선택해야 합니다. 예를 들어 제너 전압이 V Z =5.1V 인 경우, 아래와 같이 최대 전류를 구할 수 있습니다. 이제 98mA를 초과하지 않도록 적절한 저항을 선택하여 제너 다이오드 앞단에 연결해 주면 됩니다. 끝.
Read more »

[아두이노] 아날로그 입력으로 전압값 읽기

이미지
analogRead() 입력을 전압값으로 변환하기 아두이노의 아날로그 A0 핀에 입력으로 들어오는 전압값을 아두이노 IDE 시리얼 모니터로 출력해 보겠습니다. 필요한 항목은 아두이노 우노 보드와 10KΩ 가변저항입니다. 사용하는 가변저항에 맞게 배선을 합니다. 가변저항에 인가된 아두이노의 5V전압은 가변저항의 출력핀을 통해 0~5V의 전압이 출력됩니다. 가변저항을 거쳐 A0핀을 통해 인가된 5V전압은 아두이노 내부 ADC(analog-digital-converter) 회로에 의해 0~1023 사이의 정수값으로 변환됩니다. 이 값은 analogRead() 함수를 통해 접근할 수 있으며, 적절한 수식을 통해 다시 전압값으로 변환해서 시리얼 모니터로 출력하려 합니다. 사용된 전체 코드는 아래와 같습니다. void setup() {      // 시리얼 통신 설정      Serial.begin(9600); } void loop() {      // A0를 핀을 통한 아날로그 값 받기 (0~1023 사이 정수)      int sensorValue = analogRead(A0);      // 0~1023 사이 정수 값을 (0~5V의 전압 값으로 다시 변환      float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0);        // 아두이노 IDE 시리얼 모니터로 출력      Serial.println(voltage); } 코드해석 우선 아래 코드로 시리얼 통신을 위한 설정을 합니다. 통신 속도는 9600bps입니다. Serial.begin(9600); 그 다음, 메인 루프에서 아날로그 입력핀 A0를 통해 가변저항의 값을 변수로 저장합니다. int sensorValue = analogRead(A0); 전압값을 저장할 변수, 가변저항의 값을 다시 변환할 약간의 수식이 필요합니다. float voltage= sensorValue * (5.0 / 1023.0); 이렇게 구해진 전압값을 아두이노 IDE 시리얼 모니터(단축키 Ctrl+Shif
Read more »