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*リレーの特徴 [#a72ce24e]
*目次 [#da8ffa73]

・スイッチを入れるという操作を回路にさせることができる。 
#contents

・回路の出す電流、電圧は小さなものでも、大きな電圧の機器をON,OFFして動かせるということです。自動制御の最初の最初である。~
 ただし、小さな電流でスイッチを入れるわけですが、これにも電流がある程度必要です。リレーにはある程度の電流を流す必要がある。もし、デジタル回路の数mAしか流せない力でリレーを駆動するには苦しいのでこのようなときはトランジスタをもう一段入れてリレー駆動したりする。
*リレーの特徴 [#a72ce24e]

-スイッチを入れるという操作を回路にさせることができる。 
-回路の出す電流、電圧は小さなものでも、大きな電圧の機器をON,OFFして動かせるということです。自動制御の最初の最初である。
--ただし、小さな電流でスイッチを入れるわけですが、これにも電流がある程度必要です。リレーにはある程度の電流を流す必要がある。もし、デジタル回路の数mAしか流せない力でリレーを駆動するには苦しいのでこのようなときは[[トランジスタ]]をもう一段入れてリレー駆動する。


*リレーの種類 [#qcb989ee]

**汎用リレー(機械式リレー) [#qe44721f]

・特に汎用リレーという名称のリレーがあるわけではなく、励磁コイルに直流電流を流して接点をON/OFF制御するリレーの総称である。
-特に汎用リレーという名称のリレーがあるわけではなく、励磁コイルに直流電流を流して接点をON/OFF制御するリレーの総称である。
-小型のものはその用途などからシグナルリレーなどと、または大型のものはパワーリレーなどと呼ばれることも多い。 
-電磁石と機械接点で構成される。
-構造上、電磁石側と付加側が完全に絶縁されているため、デジタル回路から様々な負荷を容易に駆動できる。 
-コイル部分は、負荷をON/OFFする速度は半導体スイッチに比べて非常に遅く、しかも機械接点が導通するためには最小限の電圧と電流が必要である。 
-機械接点特有のチャタリングという現象を避けることができない。 

・小型のものはその用途などからシグナルリレーなどと、または大型のものはパワーリレーなどと呼ばれることも多い。 

・電磁石と機械接点で構成される。

・構造上、電磁石側と付加側が完全に絶縁されているため、デジタル回路から様々な負荷を容易に駆動できる。 

・コイル部分は、負荷をON/OFFする速度は半導体スイッチに比べて非常に遅く、しかも機械接点が導通するためには最小限の電圧と電流が必要である。 

・機械接点特有のチャタリングという現象を避けることができない。 

 
**封入接点リレー [#taf27f80]

・リードリレーが代表格です。これは、接点部に不活性ガスを満たした容器に密閉したリードスイッチを使っている。
-リードリレーが代表格です。これは、接点部に不活性ガスを満たした容器に密閉したリードスイッチを使っている。
-接点の支持材が磁性体なので、これをコイルの中に挿入してコイル電流を流すと、磁化により接点が吸引して接触する。電流が切れれば、支持材のばね作用で離れるようになっている。
-高速動作が可能。
-接点寿命が長い。
-水銀を封じ込めたウエットタイプもある。これは水銀で接点が濡れた状態になるため、信頼度がいっそう高くなり、電気的接点寿命は汎用リレーの200倍(即ち2億回以上の切り替えに耐えうる)となる。 
-ウエットタイプのリードリレーは、封じ込めた水銀の位置を正規に保つため、装着方法に制限がある。 

・接点の支持材が磁性体なので、これをコイルの中に挿入してコイル電流を流すと、磁化により接点が吸引して接触する。電流が切れれば、支持材のばね作用で離れるようになっている。

・高速動作が可能。

・接点寿命が長い。

・水銀を封じ込めたウエットタイプもある。これは水銀で接点が濡れた状態になるため、信頼度がいっそう高くなり、電気的接点寿命は汎用リレーの200倍(即ち2億回以上の切り替えに耐えうる)となる。 

・ウエットタイプのリードリレーは、封じ込めた水銀の位置を正規に保つため、装着方法に制限がある。 

**ミニアチュアリレー [#tf388c17]

・大抵は透明プラスチックのカバーに入っている。
-大抵は透明プラスチックのカバーに入っている。
-ピンはソケットに差し込んで、バネで固定する。またはハンダ付けする。 
-接点には色々な組み合わせがある。

・ピンはソケットに差し込んで、バネで固定する。またはハンダ付けする。 

・接点には色々な組み合わせがある。


**ラッチングリレー [#z6ab483e]

・普通のリレーはドライブされている間、コイルに電流を流し続けなければならない。ところが、このラッチングリレーは、一部に永久磁石を持ち、リレーをONにするとき、またはOFFNいするときだけ、ほんの一瞬(20〜100ms)コイルに電流を流してやれば、後はそのまま自己保持する。 
-普通のリレーはドライブされている間、コイルに電流を流し続けなければならない。ところが、このラッチングリレーは、一部に永久磁石を持ち、リレーをONにするとき、またはOFFNいするときだけ、ほんの一瞬(20〜100ms)コイルに電流を流してやれば、後はそのまま自己保持する。 
-1巻型と2巻型がある。
-省エネ、記憶回路(電源を切っても状態を保持している)などの目的に使われる。 
-双投型ラッチングリレーは機械的に[[フリップフロップ]]によるリレー回路と同等の結果を実現することができる。

・1巻型と2巻型がある。

・省エネ、記憶回路(電源を切っても状態を保持している)などの目的に使われる。 

・双投型ラッチングリレーは機械的に[[フリップフロップ]]によるリレー回路と同等の結果を実現することができる。

 
**フォトMOS型リレー(光MOS型FETリレー) [#y9bd596d]

・無接点リレーの一種。
-無接点リレーの一種。
-信頼性が高く、寿命を大幅に伸ばすことができる。 
-外観はフォトカプラと同じ。
--しかし、普通のフォトカプラでは、負荷側の半導体スイッチとしてトランジスタを用いるのに対して、フォトMOSリレーではMOSFETが使われている。そこで、高耐電圧のMOSFETを使うことによって、アナログ信号の電子リレーとした。 
-光結合のため、入出力間が電気的に完全に分離できる。 
-負荷側のスイッチとして電力用のMOSFETを用いているので、チャタリングや機械的ノイズが発生しない。 
-ON状態で直線性がよいので、アナログ信号の制御が可能。 
-入力側LEDに2〜10mAの直流を流すと、この光がホトセルに当たり、電圧を発生する。これがMOS型FETのゲートに接続されているので、FETは導電状態になる。 
-この動作はSSRと同じですが、出力回路がFETであるため、交流・直流の両用に使える。 
-メーカーではリレーと称している。
-400V以上の耐圧を持ち、出力電流も数100mA程度流せるので、便利な素子といえる。 

・信頼性が高く、寿命を大幅に伸ばすことができる。 

・外観はフォトカプラと同じ。

 しかし、普通のフォトカプラでは、負荷側の半導体スイッチとしてトランジスタを用いるのに対して、フォトMOSリレーではMOSFETが使われている。そこで、高耐電圧のMOSFETを使うことによって、アナログ信号の電子リレーとした。 

・光結合のため、入出力間が電気的に完全に分離できる。 

・負荷側のスイッチとして電力用のMOSFETを用いているので、チャタリングや機械的ノイズが発生しない。 

・ON状態で直線性がよいので、アナログ信号の制御が可能。 

・入力側LEDに2〜10mAの直流を流すと、この光がホトセルに当たり、電圧を発生する。これがMOS型FETのゲートに接続されているので、FETは導電状態になる。 

・この動作はSSRと同じですが、出力回路がFETであるため、交流・直流の両用に使える。 

・メーカーではリレーと称している。

・400V以上の耐圧を持ち、出力電流も数100mA程度流せるので、便利な素子といえる。 


**SSR(Solid-State Relay:ソリッドステートリレー) [#v1b087b9]

・フォトカプラなどの絶縁回路とパワーデバイス(電力用半導体部品)をひとつのパッケージに組み込んだもの。 
-[[フォトカプラ]]などの絶縁回路とパワーデバイス(電力用半導体部品)をひとつのパッケージに組み込んだもの。 
-光トリガタイプの[[トライアック]]と[[LED]]を組み合わせた機械的な接点を持たないリレー。 
-入力側のLEDに2〜3mA以上の直流を流してやると、トライアックがONになる。 
-負荷側は交流しか使えない。
-内蔵するパワーデバイスには様々ある。負荷の種類によって選定される。 
-フォトMOSリレーも[[SSR]]の一種といえるが、SSRは小信号や省電力の制御用に限られる。 

・光トリガタイプのトライアックとLEDを組み合わせた機械的な接点を持たないリレー。 

・入力側のLEDに2〜3mA以上の直流を流してやると、トライアックがONになる。 

・負荷側は交流しか使えない。

・内蔵するパワーデバイスには様々ある。負荷の種類によって選定される。 

・フォトMOSリレーもSSRの一種といえるが、SSRは小信号や省電力の制御用に限られる。 


*リレーの欠点と利点 [#o7712711]

 
**利点 [#m0a006d5]

-構造がわかりやすい(機械式接点のもの)。
-配線がつながるだけの仕組みなので大電流を流せる。 つまり安全に大電流を制御できる。
-直流も交流も流せる 
-GNDを分離して切り離せる。

**欠点 [#udcd526b]

-スイッチなので動作時に「カチッ」と音がする。
-機械スイッチなので、動いたときにスイッチが振動する(チャタリング)
-錆びる。
-大きい。
-機械式接点なので高電流のON/OFFで火花が飛ぶ。
-ON/OFFしかできない。


*リレーの特性 [#mc0f93b6]

**定格電圧 [#cfc84e34]

・励磁コイルに電流を流すとき、通常用いる電圧のことである。 
-励磁コイルに電流を流すとき、通常用いる電圧のことである。 
-汎用リレー、リードリレーなどのメカニカルリレーには定格電圧がある。
-コイル電圧を次第に上げていってリレーが動作する最小の電圧が感動電圧、そして、いったん動作した後にコイル電圧を次第に下げていってリレーがOFFNいなる電圧が開放電圧である。ONになった後は、かなり電圧が下がっても保持する(''ヒステリシス''があるという)。 

・汎用リレー、リードリレーなどのメカニカルリレーには定格電圧がある。

・コイル電圧を次第に上げていってリレーが動作する最小の電圧が感動電圧、そして、いったん動作した後にコイル電圧を次第に下げていってリレーがOFFNいなる電圧が開放電圧である。ONになった後は、かなり電圧が下がっても保持する(''ヒステリシス''があるという)。 

 
*大電圧が流れることによるトラブル [#vbad8733]

 普通のリレー回路は次のようになっている。

#img(http://s-akademeia.sakura.ne.jp/main/image9/rl1.jpg)
#img(,clear)

 スイッチをONにするとリレーのコイルが磁化され、アーマチュアを引き寄せて接点を動かす。これはリレーの基本的な動作である。問題はスイッチをOFFにしたときである。例えばリレーのコイルの定格を仮にDC12Vとすると、電源も当然DC12Vを使うことになる。このとき不用意にスイッチをOFFにすると、数100Vもの電圧がコイル両端に発生してしまう。こうした高電圧が発生するより十分早くスイッチがOFFになれば問題ないが、そうでない場合はスイッチの接点が焼きついたり、電源に逆電圧がかかって電源を痛めるなどのトラブルが起きることがある。
 スイッチをONにするとリレーの[[コイル]]が磁化され、アーマチュアを引き寄せて接点を動かす。これはリレーの基本的な動作である。問題はスイッチをOFFにしたときである。例えばリレーのコイルの定格を仮にDC12Vとすると、電源も当然DC12Vを使うことになる。このとき不用意にスイッチをOFFにすると、数100Vもの電圧がコイル両端に発生してしまう。こうした高電圧が発生するより十分早くスイッチがOFFになれば問題ないが、そうでない場合はスイッチの接点が焼きついたり、電源に逆電圧がかかって電源を痛めるなどのトラブルが起きることがある。

 電池や出力インピーダンスの低い電源を使用する場合にはこうしたトラブルは問題にならないが、次の図のようにトランジスタ駆動の場合は問題となる。トランジスタに数100Vの電圧がかかってしまうと、一瞬にして壊れてしまう。

#img(http://s-akademeia.sakura.ne.jp/main/image9/rl2.jpg)
#img(,clear)

 またシリコンダイオードで整流したDCであれば、ダイオードが破壊されることもある。
 またシリコンダイオードで整流したDCであれば、[[ダイオード]]が破壊されることもある。

 リレーにはこうした問題が付きまとうので、保護回路は重要である。


**リレー回路の保護 [#rd4a64c6]

 リレーコイルと並列にダイオードまたバリスタ((ある電圧を越えると抵抗が極度に小さくなる素子))を設置するという方法がある。

#img(http://s-akademeia.sakura.ne.jp/main/image9/rl3.jpg)
ダイオード使用時
#img(,clear)

#img(http://s-akademeia.sakura.ne.jp/main/image9/rl4.jpg)
バリスタ使用時
#img(,clear)

 しかしコイルの起電力は加えてあった電圧の逆の極性の電圧が発生するので、ダイオードを使った場合には向きに気を付けなければならない。この点バリスタには極性がないので向きを考えなくてよい。

 ダオードには相当高い電圧がかかることになるが、順方向であるため放電は極めて短い時間で行われ、耐圧はあまり問題にならない。しかし放電時間が短ければそれだけ大きな電流が流れるので、電流容量はなるべく大きいダイオードを使う必要がある。

 
*リレーの実験 [#i456268f]

**電子ブロックのリレー [#l7a90c65]

・+と−の極性の表示がある。
-+と−の極性の表示がある。
-単に電磁石にして磁力を発生させるだけなら、極性など関係ないはずだが、節電のためだと考えられる。接点を動かすことを補助する磁石(ばねの力よりは弱い)があるので、その[[磁石]]の磁力と同じ方向に電磁力が働いて切り替える力が強くなる。これが極性がある理由である。 
--つまり、極性表示と逆に接続すると、動作が甘くなってしまう可能性がある。 

・単に電磁石にして磁力を発生させるだけなら、極性など関係ないはずだが、節電のためだと考えられる。接点を動かすことを補助する磁石(ばねの力よりは弱い)があるので、その磁石の磁力と同じ方向に電磁力が働いて切り替える力が強くなる。これが極性がある理由である。 

・つまり、極性表示と逆に接続すると、動作が甘くなってしまう可能性がある。 



*参考文献 [#m27d7bd3]

-『たのしくできるやさしいアナログ回路の実験』 
-『図解・わかる電子回路』 
-『はじめて学ぶ手ほどきデジタル回路』