Solid State Relay (SSR, 무접점 릴레이)

많은 산업현장에서 Electric Heater(전력 히터)를 사용합니다. 소재의 형질을 바꾸는 CPW설비나 유체의 온도를 조절하는 프로세스 설비까지 다양한 분야에서 전력히터를 사용합니다. 그리고 제가 이제까지 봤던 설비들은 크게 세가지 방법으로 히터를 제어 하는데요, 별도의 온도 controller를 사용하거나, PLC의 PID제어를 이용하여 Digital Output 출력 제어, Analog Output 출력 제어 이렇게 세가지로 분류 할 수 있습니다.

 

물론 각각의 장단점이 있지만, 독릭접인 온도 Controller 같은 경우에 제어를 위한 설정값(Set point)을 각각의 온도 Controller에서 설정해줘야 하고, Controller에서 현재값(Process Value)를 확인해야만 합니다.

만일 상위 제어기인 PLC나 HMI에서 그 Set point 값을 제어하고, Process Value를 확인 할 수 있는 별도의 Hard wire나 통신을 별도로 배선해야 한다고 한다면 굳이 독립적인 온도 Controller를 써야 하는 이유가 있을까요 ?

 

오늘은, 온도 제어를 할 때 주로 사용하는 SSR에 대해 알아 보려고 합니다.

 

SSR (Solid-state Relay) 이란?

SSR은 이름과 같이 릴레이 입니다. 일반적인 Relay와 마찬가지로 동작하는 메커니즘은 같습니다. 다만 SSR은 기존 릴레이와는 달리 반도체 소자로 구성되어 있어 코일을 여자시켜 동작하는 릴레이와는 그 내구성이 다른 뿐더러, 스위칭 속도도 빠릅니다. 또한 전력을 도통시킬 수 있는 양도 훨씬 크기때문에 히터와 같이 전력 소모가 큰 설비에 많이 사용합니다.

 

<PCB용 SSR, 판넬용 SSR>

 

 

SSR의 구조

 

SSR은 내부의 수발광 소자와 Transistor 로 이루어져 있습니다. 입력측이 도통되어 내부의 LED가 발광되면 Photon 센서에 의해 On/Off 하게되고 부하측이 도통되도록 하는 원리 입니다. 일반적으로 전자회로에서 많이 사용하는 Photo-coupler와 같은 원리라 보시면 이해하기가 훨씬 쉽습니다.

 

SSR의 장점

SSR은 서두에 언급했듯이 반도체 소자입니다. 이는 기계식 릴레이와 가장 크게 대비되는 점으로 반도체 소자로써 가지는 장점이 몇가지 있습니다.

• 빠른 스위칭 속도

기계식 릴레이의 경우 구조적 한계로 인해 ON/OFF 시 접점이 물리적으로 움직여야 합니다.

또한, 실제 접촉 부분이 물리적으로 부딪히며 도통되므로 순간적인 돌입전류가 높습니다.

 

• 내구성

기계식 릴레이의 경우 실제 접촉 부분이 물리적으로 부딪히는 구조라, 접촉면이 오랜시간 사용할 경우 마모되는 경우도 발생하지만 SSR의 경우 반도체타입이라 반영구적으로 사용 할 수 있습니다.

 

 

SSR의 단점

하지만 뚜렷한 단점도 있습니다. 부하의 도통이 일어나면서 실제 소자인 SSR에서도 열이 발생하게 됩니다. 단순히 열이 발생하는데서 끝나는게 아닌, 열이 많이 발생 할 수록 전환 할 수 있는 전류의 양이 줄어들며, 이말은 곧 부하측의 성능이 100% 낼 수 없다는 말을 의미합니다.

현장에서의 SSR은 Panel 내부에 주로 설치를 하게 되는데 열 관리가 제대로 되지 않는다면 SSR이 제대로 된 성능을 낼 수 없고, 이것은 전체 설비의 성능에 영향을 줄 수 있기 때문에 SSR 전용 방열판이나 Panel의 Cooling Fan으로 적절한 온도 관리도 해주어야 합니다.