KR20160085411A - 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자 접촉기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 접촉기의 개폐시 코일에서 발생하는 서지 전압을 방지하기 위하여 클램핑 회로를 구비하는 전자 접촉기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기는 고정 접점 및 가동 접점을 포함하는 접점부, 코일에 인가되는 전원이 조정됨에 따라 코어가 이동하여 상기 접점부를 개폐하는 구동부 및 상기 코일에 인가되는 전원을 조정하여 상기 접점부의 개폐를 제어하는 제어 회로부를 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 전자 접촉기가 온 상태에서 오프 상태로 스위칭될 때 상기 코일에서 발생하는 서지 전압을 클램핑하는 클램핑 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 전자 접촉기가 오프 상태로 스위칭될 때 클램핑 회로가 코일의 서지 전압을 클램핑함으로써, 전자 접촉기 또는 주변 기기의 오동작 또는 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기{ELECTROMAGNETIC CONTACTOR WITH CLAMPING CIRCUIT}
본 발명은 전자 접촉기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 접촉기의 개폐시 코일에서 발생하는 서지 전압을 방지하기 위하여 클램핑 회로를 구비하는 전자 접촉기에 관한 것이다.
최근 자동 제어 분야에서는 접점부의 개폐가 전자기적으로 이루어지는 전자 접촉기가 이용되고 있다. 예를 들어, 전자 접촉기는 주전원과 부하 사이에 연결될 수 있으며 코일에 의하여 접점부의 개폐를 제어함으로써 주전원과 부하의 연결을 원격으로 제어하는데 이용될 수 있다.
일반적으로, 전자 접촉기는 주전원 또는 부하에 각각 연결되는 고정 접점과, 고정 접점으로부터 이격되어 배치되는 가동 접점을 구비할 수 있다. 가동 접점과 고정 접점을 접촉시키거나 이격시키는 구동부는 자기력을 발생시키는 코일 및 코일 내부에 이동 가능하게 배치되는 자성 코어, 자성 코어를 초기 위치로 복귀시키는 리턴 스프링 및 코일에 전압을 인가하거나 전압을 제거함으로써 접점부의 개폐를 제어하는 제어 회로로 구성될 수 있다.
도 1은 종래의 전자 접촉기의 제어 회로를 등가 회로로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 전자 접촉기(102)와 전자 접촉기의 코일(104)를 등가 회로로 나타낼 수 있다. 도 1에서, 전자 접촉기(102)가 접촉되어 온(ON) 상태가 되면, 일정 시간 동안 전원(E)이 공급되어 유도성 부하(L)에 전압(VL)이 유기되고, 전류(I)에 따른 에너지가 저장된다. 이어서, 전자 접촉기(102)의 접촉이 떨어져 오프(OFF) 상태가 되면 역방향의 전압이 유도되며, 유도 전압의 dt가 0으로 수렴하기 때문에 코일(104)의 전압이 급격하게 변한다. 이와 같이 허용 전압 이상으로 급격하게 변하는 과도 전압을 서지 전압(SURGE VOLTAGE)라 한다.
도 2는 도 1의 전자 접촉기(102)가 오프 상태일 때 코일(104) 양 단의 전압을 측정한 그래프이다. 도 2를 참조하면, 전자 접촉기(102)가 오프된 시점에서 서지 전압(202)이 발생함을 알 수 있다. 서지 전압은 전원 전압의 수 배에서 수십 배에 이르는 높은 전압 값을 갖기 때문에, 전자 접촉기 또는 주변 기기의 오동작 또는 손상을 야기시키는 문제점이 존재한다.
본 발명은 전자 접촉기가 온 상태에서 오프 상태로 스위칭될 때 코일에서 발생하는 서지 전압을 방지하기 위하여 클램핑 회로를 구비하는 전자 접촉기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기는 고정 접점 및 가동 접점을 포함하는 접점부, 코일에 인가되는 전원이 조정됨에 따라 코어가 이동하여 상기 접점부를 개폐하는 구동부 및 상기 코일에 인가되는 전원을 조정하여 상기 접점부의 개폐를 제어하는 제어 회로부를 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 전자 접촉기가 온 상태에서 오프 상태로 스위칭될 때 상기 코일에서 발생하는 서지 전압을 클램핑하는 클램핑 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 전자 접촉기가 오프 상태로 스위칭될 때 클램핑 회로가 코일의 서지 전압을 클램핑함으로써, 전자 접촉기 또는 주변 기기의 오동작 또는 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 전자 접촉기의 제어 회로를 등가 회로로 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 전자 접촉기가 오프 상태일 때 코일 양 단의 전압을 측정한 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기의 오프 상태에서의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기의 온 상태에서의 단면도.
도 5는 본 발명의 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기의 제어 회로의 일 실시예.
도 6은 본 발명의 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기의 제어 회로의 다른 실시예.
도 7은 도 5 내지 도 6의 제어 회로를 구비한 전자 접촉기가 오프 상태일 때 코일 양 단의 전압을 측정한 그래프.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기의 오프 상태에서의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기의 온 상태에서의 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기는 접점부(10), 접점부를 개폐하는 구동부, 구동부의 코일(311)에 인가되는 전압 또는 전류를 조정하여 접점부의 개폐를 제어하는 제어 회로부를 포함한다.
구동부는 상부 프레임(301)과 하부 프레임(302)을 포함하는 하우징(300), 하부 프레임(302)에 안착하는 코일 조립체(310), 코일 조립체(310)와 상부 프레임(301) 사이에 배치되는 가동 철심부(340) 및 코일 조립체(310)에 지지되어 탄성력에 의해 가동 철심부(340)를 초기 위치로 복귀시키는 리턴 스프링(320)을 포함할 수 있다.
코일 조립체(310)는 전원이 인가됨에 따라 자기력을 발생시키는 코일(311), 코일(311)을 둘레에 구비되어 자로를 형성하는 요크(312)를 포함할 수 있다. 코일 조립체(310)는 하부 프레임(302) 내에 안착할 수 있다. 여기서, 전원은 코일(311)에 자기력을 발생시키기 위하여 인가되는 전압 또는 전류를 포함할 수 있다.
가동 철심부(340)는 코일의 자기력과 상호 작용하는 코어(341), 코어(341)와 연결되는 가동 철심 플레이트(342) 및 가동 철심 플레이트(342) 상부에 가동 철심 지지대(343)를 포함할 수 있다.
가동 철심부(340)의 코어(341)는 일 영역이 코일 조립체(310) 내부에 배치되고, 코일(311)의 자기력과 상호 작용하여 왕복 운동할 수 있다.
접점부(10)는 고정 접점(30)과 가동 접점(20)을 포함할 수 있다. 고정 접점(30)은 상부 프레임(301)에 형성될 수 있으며, 가동 접점(20)은 가동 철심부(340)에 형성될 수 있다. 가동 접점(20)은 고정 접점(30)으로부터 이격되어 배치될 수 있으며, 가동 철심부(340)의 왕복 운동에 따라 고정 접점(30)과 접촉하거나 이격될 수 있다.
고정 접점(30)의 일 측은 주전원(미도시)에 연결될 수 있으며, 다른 일 측은 부하(미도시)에 연결될 수 있다. 고정 접점(30)에 가동 접점(20)이 접촉하면 주전원과 부하가 서로 연결될 수 있다.
제어 회로부(미도시)는 코일(311)에 인가되는 전압 또는 전류를 조정하여 접점부(10)의 개폐를 제어하는 기능을 수행한다. 제어 회로부에 의하여 코일(311)에 전압 또는 전류가 인가되면 자기력이 발생함에 따라 코어(341)가 코일(311) 내부로 인입된다. 그로 인하여, 가동 철심부(340)의 코어(341)의 일 영역이 코일 조립체(310) 내부로 이동하고 가동 접점(20)이 고정 접점(30)과 접촉되어 전자 접촉기가 온 상태가 될 수 있다.
제어 회로부에 의하여 코일(311)에 인가된 전원이 제거되면 자기력이 소멸되거나 발생하지 않는다. 가동 철심부(340)와 코일 조립체(310) 사이의 리턴 스프링(320)은 가동 철심부(340)가 코일 조립체(310) 내부로 인입될 때 탄성력을 저장하였다가 전원이 제거되면 탄성력을 가동 철심부(340)에 제공하여 가동 철심부(340)를 초기 위치로 복귀시킬 수 있다. 그로 인하여, 코어(341)의 일 영역이 초기 위치로 복귀될 수 있으며, 가동 철심부(340)가 초기 위치로 복귀함에 따라 가동 접점(20)이 고정 접점(30)에서 떨여져 전자 접촉기가 오프 상태가 될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 전자 접촉기가 오프 상태가 될 때 코일(311)에서 서지 전압이 발생할 수 있으며, 서지 전압은 전자 접촉기 또는 주변 기기의 오동작 또는 손상을 야기시킬 수 있다.
본 발명의 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기는 코일의 서지 전압을 클램핑하는 클램핑 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이하, 도 5 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기를 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기의 제어 회로부의 일 실시예이다. 본 발명의 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기의 제어 회로부는 도 5와 같이 등가 회로로 도시될 수 있다. 도 5의 제어 회로부는 교류 전원 입력단(502), 클램핑 회로부(50), 전자 접촉기 코일(40)을 포함할 수 있다. 또한, 제어 회로부는 교류 전원 입력단(502)의 교류 전압을 전파 정류하여 직류 전압으로 변환하는 정류 회로부(60)를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전자 접촉기는 코일(311)에 전압 또는 전류가 인가됨에 따라 가동 접점(20)이 고정 접점(30)과 접촉되어 전자 접촉기가 온 상태가 되거나. 코일(311)에 인가된 전원이 제거되어 가동 철심부(340)가 초기 위치로 복귀함에 따라 가동 접점(20)이 고정 접점(30)에서 떨여져 전자 접촉기가 오프 상태가 될 수 있다.
도 5를 참조하면, 먼저 교류 전원 입력단(502)을 통해 교류 전압이 입력된다. 정류 회로부(60)는 교류 전원 입력단(502)을 통해 입력된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 기능을 수행한다. 정류 회로부(60)는 다이오드들(D1, D2, D3, D4)를 브릿지로 연결한 브릿지 다이오드(60)로 구성될 수 있다.
보다 상세하게는, 브릿지 다이오드(60)는 제1 노드 및 제4 노드 사이에 연결되는 제1 다이오드(D1), 제2 노드 및 제4 노드 사이에 연결되는 제2 다이오드(D4), 제3 노드 및 제1 노드 사이에 연결되는 제3 다이오드(D2) 및 제3 노드 및 제2 노드 사이에 연결되는 제4 다이오드(D3)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 노드 및 제2 노드는 교류 전원 입력단(502)에 각각 연결되고, 제3 노드 및 제4 노드는 전자 접촉기 코일(40)에 각각 연결될 수 있다.
브릿지 다이오드(60)에 입력된 교류 전압은 전파 정류되어 직류 전압으로 출력된다. 출력된 직류 전압은 전자 접촉기 코일(40) 양 단에 인가되며, 전자 접촉기 코일(40) 양 단에 전압이 인가되면 가동 접점(20)이 고정 접점(30)과 접촉되어 전자 접촉기가 온 상태로 된다.
교류 전원 입력단(502)의 전압이 제거되면, 전술한 바와 같이 리턴 스프링(320)의 탄성력에 의해 가동 철심부(340)가 초기 위치로 복귀한다. 그로 인하여, 가동 접점(20)이 고정 접점(30)에서 떨여져 전자 접촉기가 오프 상태로 된다.
전자 접촉기가 오프 상태로 되면, 전자 접촉기 코일(40)에는 페러데이 전자 유도 법칙에 따라 전압 VL이 유기된다. 전자 접촉기 코일(40) 양 단에 유기되는 유도 전압은
Figure pat00001
으로 정의된다. 여기서, 전자 접촉기의 스위칭이 순간적으로 이루어지기 때문에 dt는 0에 가깝고, 그에 따라 역방향의 서지 전압(VL)이 전자 접촉기 코일(40) 양 단에 유도된다.
클램핑 회로부(50)는 전자 접촉기 코일(40) 양 단에 유도되는 서지 전압을 클램핑하는 기능을 수행한다. 클램핑 회로부(50)는 다이오드(D), 저항(R), 커패시터(C)로 구성될 수 있으며, 저항(R)과 커패시터(C)를 병렬 연결한 RC 병렬 회로와 다이오드(D)가 직렬 연결될 수 있다. 여기서, 다이오드(D)는 서지 전압(VL)이 발생한 경우에만 턴온되며, 문턱 전압(VT)만큼 전압을 강하시킨다. 또한, 저항 값, 커패시터의 용량을 적절히 선택하여 클램핑 회로부(50)를 구성할 수 있다. 여기서, 클램핑 회로부(50)는 전자 접촉기 코일(40)과 병렬 연결될 수 있다.
전자 접촉기 코일(40) 양 단에 서지 전압(VL)이 유도되면, 다이오드(D)와 커패시터(C)에 전류가 흐르므로 서지 전압(VL)이 클램핑될 수 있다. 여기서, 전자 접촉기 코일(40)이 온 상태가 되면, 커패시터(C)의 전하는 저항(R)을 통해 방전될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 클램핑 회로부(50)의 다이오드(D)는 프리 휠링 다이오드(Free-Wheeling Diode)로 구성될 수 있다. 프리 휠링 다이오드는 다이오드에 흐르는 전류가 애노드에서 캐소드로 흐르다가 반전되는 역회복 특성을 갖는다. 이러한 특성으로부터 프리 휠링 다이오드를 이용하여 전자 접촉기 코일(40)에 유기되는 서지 전압, 즉 역기전력의 발생으로부터 제어 회로와 전자 접촉기를 보호할 수 있다. 프리 휠링 다이오드에는 역회복 시간이 빠른 fast recovery 다이오드가 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서 제어 회로부는 전자 접촉기(40)가 온 상태일 때 전력 소비를 최소화하는 안정화 회로를 더 포함할 수 있다. 도 6은 본 발명의 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기의 제어 회로의 다른 실시예이다. 도 6을 참조하면, 도 5의 제어 회로에서 교류 전원 입력단(502)에 안정화 회로(70)를 더 포함할 수 있다.
안정화 회로(70)는 접점 스위치(SW), 저항(R1), 커패시터(C1)로 구성될 수 있으며, 도 6의 회로에서 저항(R1)과 커패시터(C1)가 직렬 연결된 RC 직렬 회로는 교류 전원 입력단(502)에 인가되는 전압을 강하시키는 기능을 수행한다. 그로 인하여, 전자 접촉기가 온 상태로 유지될 때, 전자 접촉기 코일(40)에서 소비되는 전력이 줄어들 수 있다.
이를 위하여, 접점 스위치(SW)는 교류 전원 입력단(502)과 전자 접촉기 코일(40) 사이에 연결되어 전자 접촉기의 접점부의 개폐와 상보적으로 스위칭되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 접점부에서 고정 접점(30)과 가동 접점(20)이 접촉하여 온 상태가 되면 접점 스위치(SW)는 개방되며, 가동 접점(20)이 고정 접점(30)에서 떨어져 오프 상태가 되면 접점 스위치(SW)는 폐쇄될 수 있다.
이와 같이, 전자 접촉기의 고정 접점(30)과 가동 접점(20)이 서로 떨어져 있는 초기 상태에서 접점 스위치(SW)는 폐쇄되며, 초기 교류 전압이 전자 접촉기 코일(40)에 인가된다. 이어서, 전자 접촉기 코일(40)에 초기 교류 전압이 인가되면 가동 철심부(340)가 코일 조립체(310) 내부로 인입하고 고정 접점(30)과 가동 접점(20)이 접촉한다. 전자 접촉기가 온 상태가 되면 접점 스위치(SW)는 개방되며, 교류 전원 입력단(502)에 인가되는 교류 전압은 RC 직렬 회로로 인가된다. 그로 인하여, RC 직렬 회로에 인가된 교류 전압의 전압 강하가 이루어지며, 전자 접촉기 코일(40)에는 강하된 전압이 공급되어 소비 전력이 줄어들 수 있다.
도 7은 도 5 내지 도 6의 제어 회로를 구비한 전자 접촉기가 오프 상태일 때 코일 양 단의 전압을 측정한 그래프이다. 도 7은 전자 접촉기가 오프 상태로 스위칭될 때 전자 접촉기 코일(40) 양 단의 전압(702)을 측정한 것이다. 도 7을 도 2와 비교하면, 도 2와 같은 서지 전압이 발생하지 않음을 알 수 있다. 그 결과, 전자 접촉기 코일(40)의 서지 전압을 방지할 수 있으며, 서지 전압의 발생에 따라 야기되는 주변 기기의 오동작 또는 손상을 방지할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (5)

  1. 클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기에 있어서,
    고정 접점 및 가동 접점을 포함하는 접점부;
    코일에 인가되는 전원이 조정됨에 따라 코어가 이동하여 상기 접점부를 개폐하는 구동부; 및
    상기 코일에 인가되는 전원을 조정하여 상기 접점부의 개폐를 제어하는 제어 회로부를 포함하고,
    상기 제어 회로부는 상기 전자 접촉기가 온 상태에서 오프 상태로 스위칭될 때 상기 코일에서 발생하는 서지 전압을 클램핑하는 클램핑 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클램핑 회로부는
    다이오드 및 상기 다이오드와 직렬 연결되는 RC 병렬 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는
    클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 클램핑 회로부는
    상기 코일과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는
    클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기.

  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로부는
    제1 노드 및 제4 노드 사이에 연결되는 제1 다이오드, 제2 노드 및 상기 제4 노드 사이에 연결되는 제2 다이오드, 제3 노드 및 상기 제1 노드 사이에 연결되는 제3 다이오드 및 상기 제3 노드 및 상기 제2 노드 사이에 연결되는 제4 다이오드를 구비하고, 상기 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 상기 코일에 공급하는 브릿지 다이오드를 포함하고,
    상기 제1 노드 및 상기 제2 노드는 상기 전원에 각각 연결되고, 상기 제3 노드 및 상기 제4 노드는 상기 코일에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는
    클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기.

  5. 제1항에 있어서,상기 제어 회로부는
    상기 전원과 상기 코일 사이에 연결되어 상기 접점부의 개폐와 상보적으로 스위칭되는 접점 스위치; 및
    상기 접점 스위치와 병렬 연결되는 RC 직렬 회로를 포함하는 안정화 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    클램핑 회로를 구비한 전자 접촉기.
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