선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
가설 설정
- 본 식에서 스프링 상수 (spring constant)는 스프링에 작용하는 힘과 스프링의 변형량에 대해서 구할 수 있는 값이고 본 실험에 사용된 스프링의 스프링 상수 값은 일정하다고 가정한다. 실험을 진행함에 따라 접점에서 발생하는 아크에 의해 접점의 총 질량이 감소하게 되면, 스프링 상수가 일정한 상태이므로 진동수(주파수)가 커진다.
제안 방법
- 또한, 압력센서를 구동하기 위해서 아두이노 (Arduino)보드와 기준저항 (reference resistance, 1 ㏀∼100 ㏀)을 사용하여 간단하게 회로를 구성하였다.
- 릴레이 접점의 열화에 따른 바운싱 측정 간격은 1만회 (1cycle= 3s)를 기준으로 측정을 진행하였고, 접점의 on/off 20만회 동작까지 실험을 진행하였다. 측정은 한 실험 당 5번 측정으로 바운싱의 횟수와 지속 시간을 평균값을 사용하여 분석하였다.
- 접점에서 작용하는 바운싱 현상을 측정하기 위해 접점에 DC 6 V와 저항을 연결하여 회로를 구성하였다. 릴레이의 ON 시에 변화되는 전압 값을 오실로스코프 (500 MHz, 5 GS/s)를 사용하여 측정하고 GPIB를 통해 컴퓨터로 파형 그림과 데이터를 저장하였다.
- 릴레이의 접점 내마모 특성에 따른 바운싱 현상을 관찰하기 위해 접점에서의 아크 발생은 충분히 일어나고 융착이 일어나지 않는 범위에서 열화를 진행하였다. 인가전압은 단상 AC 347 V/30 A이고, 역률은 1.
- 바운싱의 지속 시간이 짧을 경우에는 접점에 미치는 영향이 미미하다고 알려졌기 때문에 이를 구별해서 분석하였다 [5]. 바운싱의 구별 기준은 별도로 존재하지 않으므로 본 연구에서는 바운싱의 발생 시간이 0.2 ms 지속 시간을 기준으로 바운싱의 길이를 분류하였다. 엑셀로 저장된 파일을 사용하여 바운싱의 횟수, 지속 시간을 분석하였고 그 결과는 그림 7∼9와 같다.
- 바운싱은 비교적 긴 시간 동안 지속하는 바운싱과 반대로 아주 짧은 시간에 걸쳐 나타나는 바운싱이 있다. 바운싱의 지속 시간이 짧을 경우에는 접점에 미치는 영향이 미미하다고 알려졌기 때문에 이를 구별해서 분석하였다 [5]. 바운싱의 구별 기준은 별도로 존재하지 않으므로 본 연구에서는 바운싱의 발생 시간이 0.
- 이런 이유로 신뢰성을 높이기 위해서는 접점에서 발생하는 바운싱 현상을 최소화할 필요성이 존재한다. 본 연구에서는 접점의 작용하는 힘을 측정하기 위해 힘 센서를 적용하여 측정하고, 접점에 일정한 부하가 작용 시 변화하는 바운싱을 일정한 분류기준에 맞춰 현상을 분석하였다.
- 5s (Total 1cycle, 3s) 간격으로 동작횟수를 카운팅하며 실험을 진행하였다. 실험에 인가되는 전압의 변화를 최소화하기 위해 AVR (automatic voltage regulator)을 사용하여 일정한 전압을 유지하였고, 별도의 릴레이 카운팅 장치와 제어장치를 제작하여 실험을 진행하였다. 또한, 로드 뱅크는 무유도 저항을 사용하여 제작하였으며 제작한 예시는 그림 5와 같다.
- 이번 연구에서는 접점에서 작용하는 힘을 측정 시 두께 문제를 최소화할 수 있는 압력센서인 Tekscan사의 FlexiForce A201 센서를 활용하여 접점에 작용하는 힘을 측정하였다. 센서의 두께는 0.
- 릴레이의 접점 내마모 특성에 따른 바운싱 현상을 관찰하기 위해 접점에서의 아크 발생은 충분히 일어나고 융착이 일어나지 않는 범위에서 열화를 진행하였다. 인가전압은 단상 AC 347 V/30 A이고, 역률은 1.0 부하에서 On/Off = 1.5s/1.5s (Total 1cycle, 3s) 간격으로 동작횟수를 카운팅하며 실험을 진행하였다. 실험에 인가되는 전압의 변화를 최소화하기 위해 AVR (automatic voltage regulator)을 사용하여 일정한 전압을 유지하였고, 별도의 릴레이 카운팅 장치와 제어장치를 제작하여 실험을 진행하였다.
- 접점에서 작용하는 바운싱 현상을 측정하기 위해 접점에 DC 6 V와 저항을 연결하여 회로를 구성하였다. 릴레이의 ON 시에 변화되는 전압 값을 오실로스코프 (500 MHz, 5 GS/s)를 사용하여 측정하고 GPIB를 통해 컴퓨터로 파형 그림과 데이터를 저장하였다.
데이터처리
- 실험에 사용된 접점은 연구실에서 일정한 비율로 제작한 것이 아니므로 별도의 성분 분석 과정을 통해 접점 성분을 분석하여야 한다. 접점의 구성성분 분석은 EDS (energy dispersive X-ray spectro-scopy) 원소분석기를 통해 분석할 수 있으며, 실험 진행에는 FE-SEM/EDS (S-4200/HITACHI)를 사용하여 접점 분석하였고, 그 결과는 그림 4와 같다.
- 릴레이 접점의 열화에 따른 바운싱 측정 간격은 1만회 (1cycle= 3s)를 기준으로 측정을 진행하였고, 접점의 on/off 20만회 동작까지 실험을 진행하였다. 측정은 한 실험 당 5번 측정으로 바운싱의 횟수와 지속 시간을 평균값을 사용하여 분석하였다.
성능/효과
- 5 ms 이상의 바운싱을 추가로 분류한 그래프이다. 0.5 ms 이상의 바운싱 역시 부하 실험이 진행됨에 따라서 감소하는 추세를 보이다 일정 수준의 열화 (약 14만회 이후)에서 바운싱이 증가하는 현상을 확인할 수 있다. 그림 8에서 바운싱 평균 지속 시간도 약 10만회에서 최소가 되고 그 이후에는 점차 증가하는 것을 알 수 있다.
- 1. 릴레이의 접점에 지속해서 높은 부하가 작용할 경우 초기의 바운싱 상태를 변화시킬 정도로 변화하는 것을 알 수 있다. 하지만 반응이 진행될수록 접점의 무게, 접촉면의 안정화 등으로 바운싱 현상이 안정화될 수 있지만 이런 결과는 신뢰성 확보 측면에서 대안이라 할 수 없다.
- 2. 릴레이의 바운싱 현상의 접점 무게 변화와 접촉면의 변화 때문에 바운싱의 횟수와 지속 시간이 초기 불안정에서 안정, 다시 불안정 상태로 진행된다. 열화가 진행됨에 따라 접점의 바운싱 현상이 최소화되는 것으로 보아 초기에는 접점의 열화에 따른 무게 변화에 영향을 많이 받는 것을 알 수 있다.
- 3. 바운싱 현상은 기계적인 영향을 배제할 수 없으므로 현상 자체를 없애는 것은 불가능하다. 그러므로 바운싱 현상을 최소화할 수 있는 방안을 지속해서 연구하여야 한다.
- 릴레이의 일정한 부하가 작용하고 3초 동안 진행되는 반복 실험을 약 20만회 진행하였을 경우 접점에서 발생하는 바운싱 횟수와 지속 시간이 꾸준히 감소하여 최소화된 이후에 재증가하는 것을 알 수 있었다. 약 10만회 실험이 진행되었을 경우에 바운싱이 최소화되고 그 이후 20만회까지 갈수록 초기와 비슷한 수준의 바운싱 현상이 나타난다.
- 부하 실험을 통한 접점의 바운싱 현상은 열화가 진행됨에 따라 약 10만회까지는 초기에 비해 바운싱의 횟수와 지속 시간이 꾸준히 감소하는 것을 알 수 있다. 우리가 사용한 접점의 경우에 수직축으로 힘이 작용하기 때문에 바운싱 현상은 상·하 운동하는 진동(vibration)이라고 말할 수 있다.
- 분석 결과 소재는 Ag-Ni계 접점으로 접촉저항이 비교적 낮아 개폐 시에 안정적인 특징을 가지고 있다. 사용한 접점의 재질은 AgNi17으로 Ag100의 경우에는 경도 (hardness)가 낮으므로 접점의 장기적 신뢰성과 접점의 사용용도에 따라 은 합금을 통해 경도 특성을 변화시켜야 한다.
- 또한, 압력센서를 구동하기 위해서 아두이노 (Arduino)보드와 기준저항 (reference resistance, 1 ㏀∼100 ㏀)을 사용하여 간단하게 회로를 구성하였다. 아두이노를 활용하였을 경우 입력되는 값을 Matlab과 연계하여 실시간으로 분석할 수 있으며, 컴퓨터를 통해 결과값을 저장하고 연속적으로 분석할 수 있다는 장점을 가진다. 사용한 센서를 더욱 신뢰성 있게 사용하기 위해서는 동적/정적 만능시험기 (universal testing machine)를 적용하여 보정 (calibration) 과정을 거쳐야 한다.
- 하지만 바운싱 현상이 최소화된 이후에 다시 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 결과는 부하 실험에 따라 접점의 형상이 최적화된 이후에 연속되는 부하의 영향에 의하여 나타나는 접촉면의 변화로, 이로 인하여 바운싱의 변화가 관찰되는 것을 알 수 있으며, 바운싱 현상은 접점의 무게, 접촉 표면 형상의 변화 등과 같은 다양한 인자에 따라서 그 특성이 변화한다는 것을 알 수 있다.
후속연구
- 바운싱 현상은 기계적인 영향을 배제할 수 없으므로 현상 자체를 없애는 것은 불가능하다. 그러므로 바운싱 현상을 최소화할 수 있는 방안을 지속해서 연구하여야 한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.