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자동화시스템-Actuator A-자동화시스템

Week03자동화시스템Week03

서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과김정한

www.senslab.co.kr

자동화시스템Week 03자동화시스템Week 03

자동화 시스템의 구성요소

Seoul National Univ. of Science and Technology, www.senslab.co.kr, 김정한

액츄에이터는 전기나 압력에 의한 에너지를 필요한 물리량으로 변환하는 장치

기계장치(기구부)의 실제 운동을 발생시킨다.

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Actuator의 분류

전기요소

증폭 요소: 릴레이 전자접촉기 SSR 모터드라이버 인버터 증폭 요소: 릴레이, 전자접촉기, SSR, 모터드라이버, 인버터

동력발생요소: 모터 (AC, DC, Servo, Linear Motor), 솔레노이드, 공압요소

공압요소

변환요소: 솔레노이드밸브, 비례압력제어밸브, 비례유량제어밸브

동력발생요소: 공압실린더, 회전실린더


유압요소

변환요소: 솔레노이드밸브, 비례압력제어밸브, 비례유량제어밸브

동력발생요소: 유압실린더, 회전실린더

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릴레이의 동작


전자석과 기계식 스위치를 사용하여 전류의 단속에 쓰이는 장치

C 단자: Common

NO 단자: Normally Open

NC 단자: Normally Closed

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릴레이의 A 접점

Normally Open 단자를 이용하는 경우 A 접점이라 한다

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릴레이의 B접점

Normally Closed 단자를 이용하는 경우 B 접점이라 한다


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릴레이의 C접점

State Changeable( NC, NO 둘 다 이용)



릴레이의 구조 및 동작


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릴레이 소켓 및 기호



4 회로 릴레이


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Power Relay



다양한 릴레이

PCB용 소형릴레이


Magnetic Relay

(전력제어용)

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릴레이의 사용

릴레이 사용법

• 코일에는 전압의 형식(직류,교류)과 전압의 크기가 일치되도록작동전압이 인가되어야 한다.

• 코일을 작동하는 전류가 모자라지 않도록 설계.• 접점에는 최대정격전압과 최대정격전류 이하에서 사용하여야

함


함• 최대 작동 주파수를 확인하여 사용.• 일정 시간 혹은 일정량 사용 이후에는 교체가 가능하도록 설계.

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코일의 성질

• 자기장 내에서 에너지를 저장할 수 있는 장치

• 직류회로에서는Short circuit과 같이 동작한다.

• 단위는Henry(Vs/A)

diLV )(

만약Current의 변화가 없다면,

인덕터에 걸리는 전압 = 0


dtLtVL )(

전류의 변화가 없어지면, 인덕터는 단순 전선으로 변한다.

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코일의 전압-전류관계

패러데이의 법칙으로 부터

d

diLV

dt

diL

dt

dinni

dt

dnV

niFdt

dnV

m

)()(2

TeslamWdensityfluxB

fluxmagnetic

)/(:

:

2


dt

diLV

A

lreluctance

mAtl

ni

l

FintensityfieldmagneticH

TeslamWA

densityfluxB

m

b

:

)/(:

)/(:

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B-H 곡선

HB

자속밀도

투자율(permeability)

자기력(단위길이당mmf)H

B


※대표적인 hysteresis (이력)곡선

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역기전력의 발생

코일의 지배방정식dt

diLV

A

VCC

스위치가OFF되는 순간의 전류의 급격한 변화로 인해 유도되는 전압을 구해보자

(L=100mH 일 때 1ms동안 1A의 변화가 발생)

dt

Vt

iLVc 100

101

0110100

03

3

A

Rb

L

B


코일의 양단에는 100V의 전압차이가 발생(B쪽이+)

‐> 코일의A 노드가 10V(VCC)로 고정되어 있다면, B 노드는110V로 높아져서TR에 큰 무리가 발생함

코일이 에너지 소스로 작용할 때와 Passive 소자로 작용할 때의 부호 주의 !

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Flyback diode

• TR의C‐E간에 과도한 전압이 걸리는의 간에 과 한 전압이 걸리는것을 방지

• ON상태였던 스위치가OFF 되는 순간의 역기전력에 의한 전류를 되돌려준다.

• 이러한 Flyback전류를 능동적으로잘 활용하면 에너지를 효율적으로 재활용 할 수도 있다(스위칭 파워서플

fbi


활용 할 수도 있다(스위칭 파워서플라이 원리).

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릴레이의 연결


Relay 코일에 정격 전압을 가해주면 NC 단자와 COM 단자가 연결됨

다채널 릴레이 사용시에는 하나의 코일의 동작으로 여러 개의 채널을 제어할 수있음

MICOM의 Port 사용시 Port 출력 전류가 매우 약하므로 반드시 TR 사용

Relay사용의 장점 중 하나는 전기적으로 강전과 약전을 분리할 수 있다는 점

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릴레이 결선

부하

Diode

직류코일인 경우

SparkKiller

교류부하인 경우

부하


교류코일인 경우

Diode

직류부하인 경우

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릴레이의 규격예시

< 릴레이 규격 예 >

코일은 반드시 해당 릴레이의 정격 전류기준을 충족하여야 한다(대략 100mA). 접점은 교류에 대한 정격전압/전류 사양과 직류에 대한 정격전압/전


접점은 교류에 대한 정격전압/전류 사양과 직류에 대한 정격전압/전류 사양이 다르며, 직류에 대한 정격전류는 교류에 대한 정격전류 보다 30%정도 적다. 일반적인 마이크로 컨트롤러의 포트 출력은 5-10mA 정도 밖에 안되

므로, 이를 릴레이의 제어에 사용하려면 TR을 사용하여 증폭해 주어야 한다.

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SSR(Solid State Relay)

반도체 재료를 사용하여 만든 릴레이(기계적인 접점이 없다).레이(기계적인 접점이 없다).

소음이 적고, 작동주파수가 기계식 릴레이 보다 비교적 빠르다.


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부하에 따른 SSR 사용

< 교류부하일 경우>


< 직류부하일 경우>

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SSR의 Zero Cross기능


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Solenoid



Solenoid의 활용

DC 또는 AC 전원전압과 같은

전압 사양을 갖어야 함.

DC or AC DC or AC

당기는 힘

작용


•대문 및 자동차의 잠금 장치

•각종 기계장치의 작동 모드 변환

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Solenoid 밸브의 연결

후진

Solenoid

공압 Cylinder

DC or AC

전진

후진

소음기

Valve Block



Solenoid Valve의 기호


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솔레노이드 밸브의 표시



체크밸브

Check Valve: 유체를 한쪽방향으로만 흐르게 해준다향으로만 흐르게 해준다.


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Solenoid Valve 예시

솔레노이드 밸브의 제어도 기본적으로 릴레이과 같은 방법을 사용함.


레이과 같은 방법을 사용함

솔레이노이드 밸브의 코일 정격전압과 정격전류를 반드시 확인한 후 설계한다.

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각종 공압 실린더


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실린더의 선정

10Kg의 물체를 원활하게 들어올리기 위한 실린더를 선정해보자리기 위 더를 해 자



실린더의 선정


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실린더의 선정



가이드가 포함된 실린더

가이드가 포함된 실린더 회전형 실린더 및 그립퍼회전형 실린더 및 그립퍼


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