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2014년 8월 27일 수요일

접지 단자와 전기 안전

접지극의 연결:
전기 제품의 외부 몸체가 철로 된 경우에 콘센트의 접지 단자는 접지극이 달린 둥근핀 플러그의 접지 단자를 통해서 접지극이 제품의 외부 몸체와 연결됩니다.

접지와 누전 차단기:
전기가 흐르는 두 선 중 한 선이 전기 제품의 절연 저항 불량으로 제품의 몸체에 직접 연결 또는 저항 접지(얼마간의 저항이 걸린 상태의 접지)가 되면 그 선으로부터 전류가 제품의 몸체를 통해서 접지극으로 흘러 누전으로 인식되고 이에 따라 누전차단기가 트립됩니다.

접지와 전기 안전:
전기 장치에서 누전이 있으나 접지극이 연결 되지 않았을 때는 사람이 접촉하는 순간 감전이 되고 그 때에 누전 차단기가 작동하게 됩니다. 따라서 접지는 사람이 감전 되기 전에 누전 상태를 미리 검출하여 안전한 사용이 가능하게 해 주는 안전 장치 입니다.

누전 차단기의 동작 원리:
내 블로그에서 누전 차단기의 동작 원리(아래의 링크)에 대한 게시물을 읽어 보시기 바랍니다.
https://www.blogger.com/blogger.g?blogID=6664039005435609794#editor/target=post;postID=5349378401222145330;onPublishedMenu=allposts;onClosedMenu=allposts;postNum=18;src=postname
http://wonstoneyoo.blog.me/20056161542

접지극이 없는 제품:
전기 제품의 몸체가 플라스틱과 같은 절연물로 된 제품(2중 절연 제품, 아래 내용 참조)은 "전기용품안전관리법"에 따라 접지극이 없는 플러그를 사용할 수 있습니다.
이러한 제품의 경우, 콘센트의 접지극은 제품과는 연결이 되지않습니다.

2중 절연 제품:
예를 들어 선풍기의 모터에 사용된 코일은 절연이 되어 있습니다. 또한 선품기의 몸체는 플라스틱으로 만들어져서 전기 절연체 입니다. 이렇게 2중으로 절연이 된 제품을 "2중 절연 제품"이라고 합니다.
선풍기, 헤어드라이어기, 탁상 스탠드, 전기 면도기,  PC 등 대부분의 소형 가전 제품에 해당합니다.

접지극이 달린 플러그를 사용하는 전기 제품:
제품의 몸체가 철로된 냉장고, 세탁기, PC, 보일러 등은 접지극이 달린 플러그를 사용하고 반드시 접지극이 설치된 콘센트에 연결하여 사용하여야 안전 합니다.

2014년 8월 12일 화요일

아답터를 사용하여 배터리를 충전하면 않되는 이유

아답터로 배터리를 충전하겠다는 황당한 분들이 많아 이런 게시물을 쓰게 되었다.

정의:
아답터는 교류 전원을 받아서 직류 전원을 만들어 주는 장치이고,
충전기는 교류 전원을 받거나 (내부에 직류를 만드는 장치가 있습니다) 아답터의 직류 전원을 받아서 정해진 배터리를 충전해 주는 장치입니다.

결론:
따라서 아답터로는 배터리를 충전하면 않됩니다. 아답터로 배터리를 충전할 경우 아답터는 충전 전류를 제어하는 기능이 없으며 충전이 완료되었을 때 충전을 중지 시키는 장치도 없습니다. 따라서 배터리가 과충전 되어 배터리의 수명이 현저히 줄거나 고장을 일으킬 수 있습니다.


경고: 아답터로 배터리 충전을 할 경우 배터리가 망가지거나 리튬-이온 배터리의 경우 폭팔하여 부상을 입거나 화재로 이어질 수도 있습니다.

예외:
일부 충전 방식의 소형 전기 제품(예: 충전 배터리를 이용한 소형 청소기)의 경우 내부에 별도의 충전 회로 없이 아답터를 제품에 직접 연결하여 충전하는 방식으로 되어 있는 것이 있습니다.
이러한 경우 이 아답터의 출력은 내부에 있는 배터리의 전압 및 정격 충전 전류에 맞도록 만들어진 것 이므로 반드시 지정된 아답터만 사용하여 충전하여야 합니다. 다른 전압 또는 전압이 같드라도 전류 용량이 다른 아답터를 사용할 경우 위의 경고 와 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

충전의 의미:
전류는 물과 같이 전압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 성질을 가지고 있습니다.
실험적으로 12V의 납산 배터리에 12V의 출력을 내는 전원을 연결한다면 같은 전압이기 때문에 충전 전류가 흐르지 않습니다. 그러나 약간 높은 전압인 14V의 전원을 연결한다면 충전 전류가 흐르게 됩니다. 그래서 정격전압이 12V인 자동차용 배터리를 충전하는 발전기(Alternator)의 출력 전압은 약 13~14V 입니다.

아답터와 충전기에 대한 사용 예:
스마트폰 배터리 충전용 크래들은 5V 출력을 내는 아답터의 전원을 받아 배터리를 충전 시키는 회로가 내부에 들어 있습니다. 이 충전용 크레들이 바로 충전기(전원 장치가 없는) 입니다.
흔히 충전기라고 부르는 장치는 충전 기능이 없는 "5V 전원 아답터" 입니다.
스마트폰 내부에도 충전 크래들과 같은 충전 회로가 들어 있습니다.

구형 2G 피쳐폰에 사용하던 표준 24핀 충전기는 교류 전원을 받아 리튬-이온 배터리를 충전하는 "충전기" 입니다.  이 충전기는 24핀 단자를 통해 바로 리튬-이온 배터리에 직접 연결됩니다. 그르므로 충전용 크레들에도, 휴대전화 내부에도 충전을 위한 회로가 없습니다.

2014년 8월 11일 월요일

구형 휴대폰 배터리를 디지털 도어록 배터리로 재활용하기

이 프로잭트는 실패작이다.
실패의 원인은 디지털 도어록의 저전압 감지회로 때문이다.
리튬-이온 배터리를 두개 직렬 연결할 경우 전압은 약 7.2V가 되는 데 디지털 도어록의 저전압 감지회로가 작동을 하기도 전에 리튬-이온 배터리의 과방전 보호 회로가 먼저 작동하여 출력이 정지되는 현상이 발생하여 두번이나 아랫집의 베란다를 타고 오르는 스파이더맨 작전 (그나마 2층이라 다행이다)을 펼쳐야 했다.

이 게시물을 읽으시는 독자 여러분 께서는 교훈으로 생각하고 너그러이 양해해 주시리라 믿는다.

대안으로 5V 또는 6V, 1.5A(또는 2A) 출력 용량의 SMPS 타입 전원 아답터를 이용하여 교류 전원을 이용하여 도어록에 직접 직류 전원을 투입하는 방법을 개발하였다.

이 내용은 아래의 링크로 내 블로그의 다른 게시물로 올려 두었으니 참고 하시기를 바란다.

http://wonstoneyoo.blogspot.kr/2014/09/digital-door-lock-battery-was-replaced.html

디지털 도어록에는 보통 1.5V AA 사이즈의 알카라인 배터리 4개가 사용되는 데 배터리로 동작하는 장치이므로 아마도 내부 IC는 TTL 계열에 비하여 작동 전압의 범위가 넓은 C-MOS 계열일 것으로 생각된다. 이런 가정하에 한 쎌의 전압이 3.6V가 되는 리튬-이온 배터리를 2개 사용한다면 7.2V가 되어 알카라인 배터리의 6.0V와 크게 차이가 나지 않는다는 점에 착안하여 구형 휴대폰 배터리 2개를 이용하여 디지털 도어록용 배터리 팩를 만들었다.

배터리가 방전 될 때 마다 알카라인 배터리를 사는 것도 부담이 되기도 하려니와 자원의 재활용 이라는 의미가 있을 것 같다.



먼저 필요한 휴대폰 배터리는 구형 피쳐폰에 사용되는 것이 크기가 AA 사이즈의 배터리와 비슷하기 때문에 적당하다. 나는 내가 가지고 있던 배터리 중에서 적당한 칫수의 크기가 조금 다른 두 배터리를 사용하였다.

AA 사이즈 알카라인 배터리의 칫수는 직경이 14mm, 길이가 49.5mm 인 데 내가 가진 배터리의 폭이 AA 사이즈의 3배 정도(약 40mm) 되어 방전된 AA사이즈의 배터리 하나를 단자로 활용할 겸 배터리 팩에 추가하여 만들었다.
길이는 AA 사이즈의 배터리 보다는 조금 짧았지만 도어록의 배터리 카바에 배터리의 접촉이 좋도록 밀어주는 스프링이 달려 있고 단자쪽으로 맞추어 주었기 때문에 아무런 문제가 없었다.
두 배터리를 겹친 두께는 약 10mm 정도 되었다.

먼저 위 사진과 같이 리튬-이온 배터리 두개를 양면 테이프로 붙이고 한 배터리에서 + 단자를 납땜하여 방전된 배터리의 + 단자에 연결하고 나머지 - 단자를 다른 배터리의 + 단자에, 그 배터리의 - 단자에서 아래쪽에 붙인 -극에 연결한다.

설치하려고 보니 배터리를 집어 넣었을 때 아래쪽으로 빠지지 않게 하기 위하여 배터리 사이에 만들어진 턱으로 인하여 제작된 배터리 팩이 끼어서 잘 들어가지 않아 사무용 카터로 제거하였다.

이로서​ 디지털 도어록의 전원 배터리 개조가 성공하였다. 앞으로 배터리가 방전되면 충전하는 동안 만 알카라인 배터리를 넣고 사용하면 될  것이다.

이 배터리 팩의 충전은 내가 가지고 있는 정전압_정전류_충전기를 이용, 8.4V, 최대 전류 400mV 정도로 설정하여 충전할 생각이다.​ 아마도 밤새 충전하면 문제 없을 것이다.

2014년 8월 4일 월요일

배터리의 방전율과 사용 가능 시간

모든 배터리에 공통으로 적용되는 원리 입니다만 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 자동차용 배터리를 기준으로 설명합니다.

자동차에는 12V 또는 24V의 납산 배터리가 사용됩니다.

배터리의 용량을 표시하는 데는 Ah라는 단위를 사용하는 데 일반일들이 이 개념을 잘 이해하지 못하기 때문에 이에 대한 설명을 하고자 합니다.
 
자동차의 배터리는 20시간율로 표시하도록 되어 있습니다.

20시간율 이라는 것은 Ah값을 20으로 나누었을 때 나오는 전류값(A)으로 방전을 했을 때 20시간을 견딘다는 의미가 됩니다.


예를 들어 12V 100Ah(이 값을 C라고 표시합니다)의 배터리에 대하여 설명을 합니다.

100Ah의 값을 표준 시간율인20h으로 나눌 경우 5A를 얻습니다.


, 100Ah의 배터리는 5A로 방전을 하였을 때 20시간 동안 방전이 가능하다는 의미가 됩니다.

따라서 배터리의 전압인 12V와 방전 전류 5A를 곱한값, 60W의 전력을 소모하는 전기 장치를 연결하였을 때 20시간을 방전 할 수 있으므로

60W x 20h = 120Wh의 전력량을 꺼내어 쓸 수 있다는 계산이 됩니다.


그러면 5A 가 아닌 10A로 방전을 했을 때 10시간을 사용할 수 있을까요?

아닙니다. 배터리에는 내부 저항이 있어 방전 전류에 따라 이 내부 저항이 소비하는 전력은 주울의 법칙에 따라 전류의 자승에 비례하므로 이 손실은 25(5^2):100(10^2) 즉, 4배로 크지기 때문에 방전 가능 시간은10시간 이하로 줄어 들게 됩니다.


위의 그림은 고율 방전용 배터리의 여러가지 방전율에서 방전 지속 시간을 표시한 것 입니다. 밑으로 그어진 선은 배터리가 회복 가능한 최대로 방전할 수 있는 전압을 표시한 것으로 방전 종지 전압 이라고 표현 합니다.

여기서 20시간율(C/20) 일 때 약 20시간 이상의 방전 지속 시간이 그 두배의 전류에 해당하는 C/10일 때 10시간이 조금 못 미치는 것을 알 수 있습니다. 또한 C/5 즉 표준 방전율의 4배로 방전 했을 때 4시간 정도 방전이 가능한 것을 나타내고 있습니다.


특히 이 그래프는 고율 방전에 적합한 Tubular Type의 배터리에 관한 것이기 때문에 보통의 Grid Type 의 배터리는 이 이하의 방전 지속 시간일 수 있다.

이러한 원리는 10리터의 연료로 80km/h의 속도로 달릴 때 200km를 주행할 수 있는 자동차가 있다고 가정하였을 때 같은 양의 연료로 두배의 속도인 160km/h의 속도로 달릴 때는 절대로 200km의 거리를 달릴 수 없다는 원리와 비슷하다.

특기 사항: C가 어떤 의미의 약자인지를 묻는 질문을 이메일로 받았다.
이 글의 서두에서 표시한 바와 같이 용량을 의미하는 것이므로 Capacity의 약자로 생각하면 된다.