003. 전기로 제어하는 스위치, 릴레이 알아보기

서론

 

오늘은 릴레이에 대해 알아보고 시험해보는 시간을 가지도록 하겠습니다.

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코일?

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먼저, 코일(솔레노이드)에 대한 지식이 필요합니다.

위 사진이 솔레노이드라고 불리는 것입니다.

원통 모양의 코일로서 전류를 흘려주면 전자석이 됩니다.

전자석이 되기 전 솔레노이드는 아무 일도 하지 않지만, 전류가 흘러 전자석이 되는 순간!

주변의 철제 물체를 자신 쪽으로 끌어당기는 역할을 하게 됩니다.

 

https://jihoonkimtech.tistory.com/26?category=1183986

002. 전기로 물의 흐름을 제어한다? 직통형 솔레노이드 밸브 알아보기

 

 

위에 있는 솔레노이드(코일)를 이용해 만든 장치 중 하나가 바로 릴레이입니다.

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먼저, 제가 릴레이를 전기로 제어하는 스위치로 비유했습니다.

TACT SWITCH

 

전자 회로 심벌

스위치는 전자 회로상에서 위와 같이 표기합니다.

스위치는 접점의 개수에 따라서 다양하게 표기하지만, 위의 기호는 SPST입니다.

SPST는 Single Pole, Single Throw의 줄임말로 1개의 Pole과 1개의 Throw로 구성된 스위치입니다.

보통 nPnT라고 부르는데 nP는 n 개의 Pole, nT는 1개의 Pole 당 몇 개의 Throw가 연결되어 있는지를 말합니다.

(보통 개수는 1, 2 또는 one, two가 아닌 Single, Double로 합니다.)

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다시, 본론으로 돌아와서..

Pole이 올라가있을 때는 두 개의 단자가 연결이 안 되어 있는 상태로 Open 상태라고 합니다.

반대로, Pole이 내려가 있을 때는 두 개의 단자가 Pole에 의해 연결되어 Close 상태라고 합니다.

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그래서, 스위치를 누르지 않는 상태(평상시의 상태)일 때 연결이 되어 있지 않는 상태일 때는 Nomally Open.

반대로 평상시에도 계속 연결이 되어 있는 상태​​라면 Nomally Close라고 칭합니다.

(더 짧게 앞 글자만 따서 N/O, N/C라고 표기하기도 합니다.)

보통 사용 용도에 따라 구분해서 사용합니다.

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아래의 회로로 더 자세히 살펴봅시다.

먼저 회로의 상태가 N/O 스위치라고 설정하겠습니다.

그럼 위의 회로는 스위치를 누르지 않은 상황이 되겠군요.

보시면 두 단자가 서로 연결되어 있지 않아서 전체적으로 보았을 때 회로가 열려있죠?

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반대로 스위치를 눌러보면, Pole이 힘에 의해 내려가 마침내 단자에 닿게 되어 회로가 닫히게 됩니다.

그래서 전류가 흐를 수 있게 되고, LED가 켜지며 회로는 작동되게 됩니다.

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일반적인 스위치는 물리적인 압력이 가해져야 상태가 변환됩니다. 유용하기도 하지만 제한적인 부분이 많죠.

그래서 나온 것이 전기적으로 상태를 변화시킬 수 있는 릴레이(Relay)입니다.

(사실 릴레이도 물리적인 압력이지만, 전기를 이용해서 원격으로 조절할 수 있습니다.)

 

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릴레이의 동작

전기적으로 상태를 변화시킬 수 있는 릴레이(Relay)...

어떻게 하는 것일까요?

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이것이 SPDT 릴레이의 내부를 간소화 시킨 그림입니다.

코일과 3개의 단자를 확인할 수 있죠?

COMMON은 Pole과 붙어있는 공통 단자로 N/O나 N/C에 연결될 단자입니다.

N/O는 Nomally Open 단자로 평상시에 COMMON과 연결되어 있는 단자이며

N/C는 Nomally Close 단자로 코일에 전류가 흐를 시 COMMON과 연결될 단자입니다.

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평상시(코일에 전류가 안 흐르고 있을 때)는 Pole이 스프링에 의해 떠있게 되어 N/C 단자에 닿게 됩니다.

그러면 COMMON(Pole)과 연결된 5V가 N/C 단자와 연결된 LED에 공급되어 전류가 흐르고 그 영향으로 N/C LED는 점등하게 되는 것이죠.

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반대로 코일에 전류를 흘려주면 전자석이 되어 주변의 철제 물체를 잡아당기는데, 이때 Pole을 당기게 되어 NO 단자와 닿게 됩니다. 고로 COMMON(Pole)에 연결된 5V가 Pole을 통해 N/O 단자로 흐르면서 N/O 단자에 연결된 N/O LED가 점등하게 되는 것이죠.

(Pole이 전자석에 의해 당겨져서 N/O 단자와 접촉시에 실제로 릴레이에서 마찰음이 발생합니다!)

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정리하자면,

COIL OFF -> COMMON -> POLE -> N/C (COMMON -> N/C)

COIL ON -> COMMON -> POLE -> N/O (COMMON -> N/O)

가 되는 것이죠.

 

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실험 개시!

 

그럼 실제 릴레이를 통해 진짜로 그렇게 동작하는 건지 실험해보겠습니다.

보시는 것이 바로 실험에 사용할 릴레이입니다.

위쪽의 노란색 릴레이가 일반 릴레이이고 아래의 파란색 릴레이가 모듈형 릴레이입니다.

(일반 릴레이를 사용하기 쉽게 PCB 기판에 붙여 제작한 것이 모듈형 릴레이입니다.)

일단 오늘은 일반 릴레이를 사용하여 실험해보겠습니다.

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먼저 릴레이의 뒷면과 데이터 시트의 정보를 참고하여 핀 정보를 수집합니다.

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그리고 테스트 환경을 구성하도록 하겠습니다.

간단하게 회로를 조작할 수 있도록 브레드 보드와 아두이노를 이용하겠습니다.

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먼저, 코드를 작성해봅니다.

/*
 * 2020-03-09
 * RELAY TEST
 * by. jihoonkimtech (aka hanul)
 */

//릴레이 ON/OFF 논리
bool relayState = 0;

//릴레이 핀 번호
int relay = 13;

void setup() {
  //시리얼 통신 시작
  Serial.begin(9600);

  //릴레이는 출력 장치
  pinMode(relay, OUTPUT);
}

void loop() {
  //시리얼을 통해 입력 받은 값이 있다면
  if(Serial.available()){
    
    //입력 받은 값을 정수(int) 형태로 저장
    relayState = Serial.parseInt();

    //입력된 값을 이용해 릴레이 조작
    digitalWrite(relay, relayState);
  
    //릴레이가 ON(1)이면 "RELAY IS ON", OFF(0)면 "RELAY IS OFF"
    Serial.println((relayState)?"RELAY IS ON":"RELAY IS OFF");
  }
}

 

시리얼 통신을 통해 릴레이를 제어할 수 있도록 하였습니다.

0을 입력하면 릴레이가 꺼지고 1을 입력하면 릴레이가 켜집니다.

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자 이제, N/C 단자에 LED를 꽂아 동작을 테스트해보겠습니다.

(SIG LED는 D13과 연결되어 릴레이가 켜지면(코일에 전류가 흐르면) 같이 켜지는 LED입니다.

릴레이의 동작 상태를 직접 보기 위해 사용했습니다.)

 

 

 

보시는 바와 같이 N/C 단자는 평상 (0 입력) COM 단자를 통해 5V가 공급되어 LED가 켜지고

반대로 코일에 전류가 흐를 시(1 입력) COM 단자가 N/O 단자로 이동하여 LED가 꺼지게 됩니다.

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이제는 반대로 N/O 단자에 LED를 연결해보겠습니다.

 

 

정상적으로 N/C 테스트 결과와 정반대로 동작하는 것을 확인할 수 있습니다.

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오늘은 릴레이를 알아보았는데요.

활용할 수 있는 부분이 많아 많은 프로젝트에서 사용하는 대중적인 부품입니다.

다음은 릴레이와 동작이 같으면서도 다른 구조를 가지고 있는 SSR(Solid State Relay)에 대해 알아보겠습니다.

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감사합니다.