電気リレーは、電気機械リレーとソリッドステート リレーの 2 つのカテゴリに分類できます。
電気機械リレー
電気機械リレーは、本質的に電磁的なデバイスであり、リレーの周囲の低入力電力 DC または AC 信号によって生成される磁束を、リレーの電気接点を動作させるために使用される機械力に変換します。最も一般的に使用される電気機械リレーには回路があります。吸収性の鉄芯に巻き付けられています。これは一次回路として知られています。
鉄心には、ヨークと呼ばれる固定部分と、可動アーマチュアと固定電気コイルの間の空隙を閉じる可動バネ式部分であるアーマチュアの両方があり、磁界回路が完成します。アーマチュアは、それに取り付けられた接点を閉じ、そのピボットまたはヒンジ位置により、生成された磁場の間を自由に移動できます。アーマチュアとヨークの間には 1 つまたは複数のスプリングが接続されており、リレー コイルが非通電またはオフ状態のときに接続を元の位置に戻す戻りストロークを生成します。
電気機械リレーの構造
上図は、2 組の導電性接点を備えた単純なリレーを示しています。リレーには「ノーマルオープン」または「ノーマルクローズ」があります。接点のペアはノーマル オープンまたはメイク接点として特徴付けられ、1 つの接点はノーマル クローズまたはブレーク接点として特徴付けられます。ノーマルオープン接点では、入力電力がないときに接点が開き、界磁電流があるときのみ閉じます。一方、ノーマルクローズ接点では、入力電力がないときに接点が閉じ、界磁電流があるときのみ開きます。界磁電流。これらの用語は、デフォルトでは、オフ状態にある非通電回路に対して使用されます。
リレーの接点は導電性の金属片で、互いに接触すると回路が完成し、スイッチと同じように回路に電流が流れます。開状態ではメガオームの非常に高い抵抗があり、開回路として機能しますが、閉状態では閉スイッチとして機能します。理想的には抵抗がゼロである必要がありますが、常に一定量の接触抵抗が存在します。これを「オン抵抗」といいます。
新しい接点とリレーは、先端がきれいで新しいためオン抵抗が非常に低くなりますが、時間の経過とともにこの抵抗は増加します。高い容量性負荷や誘導性負荷から適切に保護されていない場合、接点にはアーチ効果が観察され、これは接点の先端の損傷と呼ばれます。接点が接続されると電流が流れ、制御されない場合はアーチ効果が増加し続けて抵抗が大きくなり、最終的には接点が閉じた状態であっても断裂して非導通状態になります。
導線のアーチ効果と高い「オン抵抗」を軽減し、導線の寿命を延ばすために、最新の導線チップはさまざまな銀合金で作られるか、さまざまな銀合金でコーティングされています。それらの中には、Ag (純銀)、AgCu (銀銅)、AgCdO (銀酸化カドミウム)、AgW (銀タングステン)、AgNi (銀ニッケル)、白金、金、銀の合金、AgPd (銀パラジウム) などがあります。
リレー接点の長寿命は、リレー接点チップと並列にスナバ回路として知られる抵抗コンデンサ ネットワークを追加するフィルタリング技術を使用することで実現できます。この RC 回路は高電圧を短絡し、最終的にアーチ効果を抑制します。
接点の種類による電気機械リレーの分類
NO と NC は接点の接続方法を表すため、動作に基づいて分類することもできます。これらは、ポールとも呼ばれる 1 つまたは複数のスイッチ接点を結合することによって作成でき、リレー コイルに通電することでさらに接続でき、次の 4 つの異なる接点タイプが生じます。
| タイプ | 説明 | 応用 |
| 単極単投 (SPST) | 単極、単出力です。それは閉じられるか完全に切断されるかのどちらかであり、その中間はありません。 | オンとオフの切り替えに最適です。 |
| 単極双投 (SPDT) | 1 つの入力と 2 つの異なる出力があります。単一の入力を通じて 2 つの異なる回路を制御できます。 | 制御回路やPLCシステムの出力スイッチなどに使用されます。 |
| 二極単投 (DPST) | 2 つの入力と 2 つの出力があります。その各端子は、オフ位置 (開) またはオン位置 (閉) のいずれかになります。 | これらは、電気加熱負荷を制御するためのサーモスタットとして使用されます。 |
| 双極双投 (DPDT) | 2 つの入力と 4 つの出力があります。それぞれの入力は 2 つの出力に対応しており、一度に 2 つの異なる回路を制御できます。 | 電源選択や照明制御などに使用されます。 |
ソリッドステートリレー
ソリッドステート リレーには可動部品がありませんが、ソリッドステート半導体の光学的および電気的特性を利用して絶縁を実現し、スイッチング機能を実行します。電気機械式リレーとは異なり、可動部品がないため、部品の磨耗がありません。また、出力接点と入力接点の間を完全に絶縁し、開状態では非常に高い抵抗を持ち、導通状態では非常に低い抵抗を持ちます。これらはスイッチング動作も実行するため、機能的には電気機械リレーと似ています。これらは、入力制御電力要件が低いため、追加のアンプ、ドライバ、バッファ回路を使用することなく、ほとんどの IC ロジック ファミリと互換性があります。ただし、過熱を避けるためにヒートシンクに適切に取り付ける必要があります。
ソリッドステートリレー
AC正弦波のゼロクロス点でACタイプソリッドステートリレーがONになり、大電流の流入を防ぎます。高容量性負荷と誘導性負荷を切り替える際、RC スナバ回路を使用してノイズと電圧過渡スパイクを除去します。出力スイッチングデバイスはソリッドステート半導体リレーであるため、出力での電圧降下が非常に高く、回路の過熱や損傷を避けるためにヒートスキンが必要となります。
入出力インターフェースモジュール
入出力インターフェイス モジュールは、マイクロコントローラ、コンピュータ、PIC を実際のスイッチや負荷に接続するための特別に設計されたソリッドステート半導体リレーです。 I/O モジュールには 4 つの基本タイプがあります。CMOS ロジック レベル出力または TTL への AC/DC 入力電圧、AC または DC 出力電圧および TTL への CMOS ロジック入力です。これらのモジュールには、1 つの小型デバイス内に絶縁と完全なインターフェイスを提供するために必須の回路がすべて含まれています。これらは個別のソリッドステート モジュールとしてアクセス可能であるか、4、8、または 16 チャネルのデバイスに統合されています。
電気機械リレーとソリッドステート半導体リレーの比較表
電気機械リレーはスイッチングに機械接点を使用し、可動部品を備えていますが、ソリッドステート半導体リレーはスイッチングに半導体デバイスを使用し、可動部品を備えていません。
| 電気機械リレー | ソリッドステート半導体リレー |
| 磁場、コイル、スプリング、機械的接点を使用してスイッチングを実行します。 | 可動部品は使用せず、代わりに固体半導体の光学的および電気的特性を利用します。 |
| 可動部品により、コンポーネントが損傷します。 | コンポーネントの磨耗がありません。 |
| 接触ライフサイクルが限られており、大きな部屋を占有します。また、スイッチング速度も遅いです。 | より広いスペースと遅い速度という制限はありません。 |
| 小さな入力電圧で大きな出力電圧を制御できます。 | 小さな入力電圧で大きな出力電圧を制御できます。 |
| コスト効率が高いです。 | それらは高価です。 |
| 小さな電圧負荷と、オーディオ信号やビデオ信号などの高周波信号を切り替えることができます。 | ビデオ信号やオーディオ信号などの高周波および小電圧負荷信号を切り替えることはできません。 |
| 自動車や家庭用電化製品などに最も一般的に使用されています。 | 照明の調光、モーター速度制御など、AC 負荷のスイッチングに最も一般的な用途があります。 |
結論
電気リレーは、外部電気信号を通じて電気回路をオンまたはオフにするスイッチです。それらは、ある物理量を別の物理量に変化させる能力があるため、低電力信号を介して大電流を制御することができ、トランスデューサとしても分類されます。電気機械リレーは、磁界、コイル、スプリング、機械接点を使用してスイッチングを実行します。可動部品により、コンポーネントが損傷します。
接点のライフサイクルが限られており、多くのスペースを必要とし、また、ソリッドステート半導体リレーは可動部品を使用せず、代わりにソリッドステート半導体の電気的および光学的特性を利用する一方で、スイッチング速度も遅いです。コンポーネントの磨耗はありませんが、高価です。