모터 접촉기의 기본 사항과 응용

냉난방공조(HVAC), 압축기, 펌프, 자재 관리, 포장과 같은 응용 분야에는 고전압과 고전류에서 작동하는 대형 모터의 안전한 배치 및 제어가 필요합니다. 설계자 입장에서 이러한 대형 전기 모터를 제어하려면 모터와 제어 회로 간 적절한 격리가 이루어져야 한다는 문제가 발생합니다. 또한 고전압, 고전류는 심각한 전자기 과도를 일으켜 전자 제어를 손상시킬 수 있습니다.

전자기 계전기는 격리된 상태의 원격 제어를 제공하지만 본질적인 한계를 가지고 있습니다. 고전력 모터에 전력을 연결하거나 끊으면 계전기 접촉 단자 표면에 전기 아크가 발생되어 접점의 표면이 마모되고 수명이 단축됩니다.

이 문제에 대한 해결책으로 모터 제어용 특수 계전기인 전자기 접촉기가 있습니다. 전자기 접촉기는 계전기보다 더 견고한 구조와 더 크고 강력한 접점 외에도 특수 재료와 더 빠른 접점 개폐를 포함하는 아크 억제 기술을 사용합니다.

이 기사에서는 전자기 모터 접촉기의 기본 사항과 모터를 제어하는 다른 방식에 비해 더 나은 점을 알아봅니다. 그런 다음 Schneider Electric Easy TeSys 제품군의 실제 구성 예를 통해 이를 선택하고 적용하는 방법을 자세히 살펴봅니다.

접촉기 작동 방법

전자기 접촉기는 ‘E’ 코어에 내장된 전자기로 구성되며, 특히 전기적으로 분리된 코일은 코어의 중심 레그에 동심원으로 감깁니다. 코일은 AC 또는 DC일 수 있는 제어 전압원에 의해 여기됩니다. 코일에 동력이 공급되면 전자기력은 코어의 개방형 엔드에 있는 전기자를 끌어당깁니다(그림 1).

그림 1: 동력이 차단된 상태와 동력이 공급된 상태를 모두 보여주는 접촉기의 간소화된 기능 구성도. (이미지 출처: Art Pini)

전기적 접점은 전기자와 기계적으로 연결됩니다. 접점 배열은 상시 개방형(NO)이거나 상시 개방형과 상시 폐쇄형(NC)의 조합일 수 있으며 접촉기 모델에 따라 다릅니다. 접점은 여러 개로 분리되어 있을 수 있습니다. 예를 들어 3상 접촉기에는 각 위상마다 하나씩 3세트의 전력 접점이 있습니다. 전기자가 당겨지면 NC 접점이 열리고 NO 접점은 닫힙니다. 접촉기의 상태가 동력이 공급된 상태인지 또는 동력이 차단된 상태인지 모니터링하기 위해 사용되는 보조 저전력 접점 세트가 포함된 접촉기도 많이 있습니다.

접점 재료는 고강도, 우수한 전기 전도율, 아크와 산화 작용 효과에 대한 저항을 고려하여 선택합니다. 접점의 기하학적 구조는 전력 레벨을 의도한대로 처리하고 아크를 억제하기 위해 설계되었습니다.

접촉기의 모든 소자는 인클로저에 포함되어 있으며 전력, 부하, 코일 배선을 연결하는 방법이 간단하면서도 접점을 전기적으로 절연합니다. 또한 인클로저는 패널이나 DIN 레일 형태로 실장할 수 있는 실장 지지대를 제공합니다(그림 2).

그림 2: 일반적인 접촉기 인클로저 패널 실장(왼쪽) 및 DIN 레일 실장(오른쪽)의 예. (이미지 출처: Schneider Electric)

Schneider Electric Easy TeSys(DPE 계열) 접촉기는 폭이 45mm에 불과한 소형 인클로저에 하우징되어 있으며 패널 또는 DIN 레일에 실장할 수 있습니다. 인클로저의 침투 보호 등급은 손가락 보호를 나타내는 IP20이며 계열의 모든 접촉기에는 상시 개방형 보조 접점이 포함됩니다. 이 3상 접촉기 계열은 UL/CSA 승인을 받았으며 최대 31A, 480VAC에서 최대 20HP(HP/480VAC), 25HP/600VAC 및 다양한 제어 코일 여기 전압을 갖추고 있습니다(표 1).

표 1: Schneider Electric Easy TeSys DPE 접촉기 계열에서 선정된 예는 해당 라인에서 제공하는 작동 전류와 제어 코일 전압 선택 범위를 보여줍니다. (표 출처: Art Pini)

이 장치는 약 100만 번의 전기 작동 수명을 제공합니다. Easy TeSys 접촉기는 표준 IEC 60947에 지정된 사용 범주에 설명된 응용 분야에 적합합니다. 개별 접촉기의 전류 정격은 사용 범주에 따라 다릅니다. 예를 들어 AC-1 범주는 부하가 비유도성이거나 저항 기반 노와 같이 유도성이 미미한 응용 분야를 설명합니다. 이러한 응용 분야에는 주로 저항 부하가 있으며 과도 전압 문제와 과도 전류 문제가 적게 발생합니다.

AC-3 범주는 농형 유도 모터의 시동과 때로는 전력을 제거하여 모터를 멈추게 하는 응용 분야를 다룹니다. 모터는 유도 장치이며 시작 및 중지 시 접촉기에 더 큰 스트레인을 부과하는 유도 과도 현상을 일으킵니다.

AC-4 범주의 응용 분야는 더 큰 응력을 받는 접촉기에 해당합니다. 이 범주는 농형 유도 모터, 역전류 제동, 조깅 또는 인칭의 적용을 받는 슬립 링 유형 모터를 다룹니다. 조깅 또는 인칭은 '모터의 작은 움직임을 목적으로 정지 상태에서 모터를 시동하기 위해 전력을 반복적으로 빠르게 적용하는 것'입니다. 조깅은 일반적으로 최대 전압에서 짧은 전력 펄스로 모터를 시동하는 것을 말합니다. 이와 유사하게, 인칭은 전압이 감소된 짧은 펄스로 모터를 시동하는 것을 의미합니다. 접촉기에 전력을 여러 번 적용하면 가장 높은 수준의 스트레스가 발생합니다.

특정 Easy TeSys DPE 접촉기를 모터 또는 유사한 고전력 응용 제품에 맞추는 작업은 주로 처리 중인 전류를 기반으로 합니다. Schneider Electric Easy TeSys 범주에는 모터 전력, 사용 범주, 요구 작동 수명에 따른 선택 보조 도구가 포함되어 있습니다(그림 3).

그림 3: 모터 전력과 요구되는 접촉기 작동 수명에 따른 AC-3 사용 범주 모터에 대한 Easy TeSys DPE 제품 선정 안내. (이미지 출처: Schneider Electric)

그림 3은 제어 중인 장치의 사용 범주와 관련된 3가지 제품 선정 안내 중 하나입니다. AC-3 사용 범주에 대한 것으로 기본적으로 자주 중지되지 않는 모터입니다. 모터가 중지된 경우 해당 전류는 작동 전류와 같습니다. 예를 들어 요구 작동 수명이 200만 번, 11A의 작동 전류에서 400V로 작동하는 5.5kW 3상 모터에 적합한 Easy TeSys DPE 접촉기를 찾는다고 가정해 보겠습니다. 설계자는 400V 전압 라인에서 시작하여 5.5kW의 전력에서 위로 올라가 200만 번의 작동 라인과 교차하는 지점을 찾아야 합니다. 가장 가까운 DPF 모델 위치(파란색)는 DPF 18입니다.

모터의 정지와 재가동이 잦은 AC-4 사용 범주의 예는 더 심각한 수준의 전류를 처리합니다. 모터가 정지되어 있는 동안 전력이 차단되는 AC-4 응용 분야에서 11A의 작동 전류로 400V에서 작동하는 3상 5.5kW 모터를 가정해 보겠습니다. 요구 작동 수명은 30만 번입니다.

이 모터의 정지 전류는 작동 전류의 6배이므로 더 높은 전류 레벨에 맞는 정격 접촉기가 필요합니다(그림 4).

그림 4: AC-4 사용 범주에 대한 Schneider Electric Easy TeSys DPE 제품 선정 안내 이미지. 더 심각한 경우는 모터 정지 시 모터에서 전력이 제거될 수 있기 때문에 전류가 훨씬 더 커질 수 있습니다. (이미지 출처: Schneider Electric)

권장 접촉기를 찾으려면 작동 전류 11A의 6배에 해당하는 66A의 정지 전류에서부터 시작합니다. 현재 축에서 30만 번의 작동을 나타내는 선과 교차할 때까지 위쪽으로 투영합니다. 가장 가까운 제품은 DPF32입니다.

Easy TeSys DPE 계열 접촉기는 컨베이어, 포장 기계, 펌프, 압축기, 냉난방공조, 냉동 등 가장 일반적인 모터 구성과 응용 분야를 다룹니다.

Easy TeSys 제품군에는 일련의 보완을 거쳐 과부하, 위상 오류, 시동 시간 연장, 회전자 정지 상태로부터 보호하도록 설계된 열 과부하 계전기도 포함되어 있습니다. 이러한 계전기는 모터 전류를 모니터링하다가 전류가 전류 제한 설정을 초과하면 접점을 열어 모터를 정지시킵니다. 15가지 모델이 있으며 각 모델은 설정 가능한 다양한 전류 트립 레벨 범위를 가지고 있습니다. 과부하 보호 모델은 선정된 Easy TeSys 접촉기 DPE09 ~ DPE38과 호환됩니다. 접촉기의 나사 클램프 단자를 사용하여 3상 접촉기의 하단 단자에 직접 연결됩니다. 이 조합은 보통 너비가 45mm이며 DPE 접촉기 마운트를 사용하여 DIN 레일에 실장하거나 패널에 나사로 고정할 수 있습니다(그림 5).

그림 5: 과부하 보호 계전기는 DPE 접촉기 바로 아래에 실장되며 접촉기의 나사 클램프 연결을 사용하여 고정됩니다. (이미지 출처: Schneider Electric)

32A/690V 정격인 Easy TeSys DPER32 열 과부하 계전기는 23A ~ 32A의 조정 가능한 열 설정 트립 범위와 트리핑 클래스 10(사전 설정된 수준의 6배의 과부하가 발생하면 과부하 보호기가 10초 이내에 트립됨)을 제공하며 15kW(400V 기준) 정격의 3상 모터 보호를 목적으로 합니다. 이는 위상 장애와 부하 불균형 감지가 가능한 차동 장치입니다. 이 장치에는 열 조정 다이얼, 수동/자동 초기화 선택기, 트립 시뮬레이션을 위한 테스트 선택기, 초기화 및 정지 버튼, 플래그 표시기, 고장 신호를 위한 2개의 보조 접점(1NO + 1NC)이 있습니다. 사용자 설정은 잠금 가능한 투명 커버로 보호됩니다. 전체 열 과부하 보호 장치 제품군은 IEC, UL, CUL을 포함한 다양한 표준에 따라 인증되었습니다.

결론

높은 작동 전압과 전류를 가진 모터 응용 분야의 설계자는 관련 제어 회로를 격리하고 전자기 방사로부터 보호할 수 있는 안정적인 방법이 필요합니다. Easy TeSys 3극 DPE 접촉기는 DPER Easy TeSys 열 과부하 계전기와 함께 가장 일반적인 모터 사용 사례를 전환하고 보호할 수 있도록 설계되었습니다. 다양한 전류 레벨과 전압 레벨을 지원하는 다양한 모델을 통해 특정 응용 분야의 요구 사항에 맞게 쉽게 구성할 수 있습니다.