スイッチ接点の設計

スイッチは、2つの導体を制御された方法で相互に接触させる任意のメカニズムで構築できます。

これは、レバーを動かすか、2つの金属ストリップを直接押して接触させることで、2本の銅線を互いに接触させるのと同じくらい簡単です。

ただし、優れたスイッチ設計は頑丈で信頼性が高く、感電の可能性をオペレーターに提示しないようにする必要があります。したがって、産業用スイッチの設計がこれほど粗雑になることはめったにありません。

電気接続を確立および切断するために使用されるスイッチの導電性部品は、接点と呼ばれます。 。

接点は通常、銀または銀カドミウム合金でできており、その導電特性は表面の腐食や酸化によって大きく損なわれることはありません。

金の接点は最高の耐食性を示しますが、電流容量が制限されており、高い機械的力と組み合わせると「冷間溶接」される可能性があります。

金属の選択が何であれ、スイッチの接点は、最大の信頼性と最小の抵抗を実現するために、正方形で均一な接触を保証するメカニズムによってガイドされます。

スイッチの接点電流容量の制限要因

このような接点は、場合によっては数千アンペアまでの非常に大量の電流を処理するように構築できます。

スイッチの接点電流容量の制限要因は次のとおりです。

• 金属接点を流れる電流によって発生する熱（閉じている間）。
• 連絡先を開いたり閉じたりするとスパークが発生します。
• 開いているスイッチ接点の両端の電圧（電流がギャップを飛び越える可能性）

標準のスイッチ接点の主な欠点の1つは、接点が周囲の雰囲気にさらされることです。

素敵で清潔な制御室環境では、これは一般的に問題ではありません。ただし、ほとんどの産業環境はこれほど良性ではありません。

空気中に腐食性化学物質が存在すると、接点が劣化し、早期に故障する可能性があります。

さらに厄介なのは、定期的に接触して火花が発生し、可燃性または爆発性の化学物質が発火する可能性があることです。

密閉型接点スイッチ

このような環境問題が存在する場合、小さなスイッチには他のタイプの接点を検討できます。

これらの他のタイプの接点は、外気との接触から密閉されているため、標準の接点と同じ露出の問題は発生しません。

水銀スイッチ

密閉型接点スイッチの一般的なタイプは水銀スイッチです。水銀は金属元素であり、室温で液体です。

金属であるため、優れた導電性を備えています。液体であるため、プローブが底にくるようにチャンバーを傾けるだけで、密閉されたチャンバー内の金属プローブと接触させることができます（回路を閉じるため）。

多くの産業用スイッチは、水銀を含む小さなガラス管を使用しており、これを一方向に傾けて接点を閉じ、別の方向に傾けて開きます。

チューブの破損や水銀（有毒物質）のこぼれの問題、および振動の影響を受けやすいことを除けば、これらのデバイスは、環境曝露の問題が懸念される場合は常に、屋外スイッチ接点の優れた代替手段です。

ここでは、水銀スイッチ（チルトと呼ばれることが多い） スイッチ）は開いた位置で示され、水銀はガラス球のもう一方の端にある2つの金属接点と接触していません：

ここでは、同じスイッチが閉じた位置に示されています。重力は、液体水銀を2つの金属接点と接触させて保持し、一方から他方への電気的導通を提供します。

水銀スイッチの接点は、大きなサイズで構築するのは実用的ではないため、通常、定格が数アンペア以下、120ボルト以下の接点があります。

もちろん例外もありますが、これらは一般的な制限です。

磁気リードスイッチ

別の密閉型接点タイプのスイッチは、磁気リードスイッチです。水銀スイッチと同様に、リードスイッチの接点は密閉されたチューブの内側にあります。

接触媒体として液体金属を使用する水銀スイッチとは異なり、リードスイッチは、強力な磁場を印加することによって互いに接触させる、非常に薄い磁性の金属ストリップ（したがって「リード」という名前）のペアです。密封されたチューブの外側。

このタイプのスイッチの磁場源は通常永久磁石であり、作動機構によってチューブに近づいたり遠ざかったりします。リードのサイズが小さいため、このタイプの接点は通常、平均的な水銀スイッチよりも低い電流と電圧で定格が定められています。

ただし、リードスイッチは通常、チューブ内に飛び散る液体がないため、水銀接点よりも振動をうまく処理します。

「スナバ」回路

切り替えられる電力がDCではなくACである場合、特定のスイッチまたはリレーで汎用スイッチの接点電圧および電流定格が大きくなることがよくあります。この理由は、エアギャップを横切る交流アークの自己消火傾向です。

60 Hzの電力線電流は実際には停止し、1秒間に120回方向を反転するため、アークのイオン化された空気が電流の伝導を停止するのに十分な温度を失い、アークが次の電圧ピークで再開しないポイントになる可能性があります。 。

一方、DCは電子の連続的で途切れのない流れであり、エアギャップを横切るアークをはるかによく維持する傾向があります。

したがって、どのような種類のスイッチ接点でも、同じ値の交流電流よりも特定の値の直流電流を切り替えると、より多くの摩耗が発生します。

負荷にかなりの量のインダクタンスがある場合、DCのスイッチングの問題は誇張されます。これは、回路が開いたときにスイッチの接点間に非常に高い電圧が発生するためです（インダクタは、回路電流を次の場合と同じ大きさに維持するために最善を尽くします）スイッチが閉じていました。

ACとDCの両方で、次のように、接点と並列に「スナバ」回路（直列に配線されたコンデンサと抵抗）を追加することで、接点のアーク放電を最小限に抑えることができます。

接点の開口部によって引き起こされるスイッチ接点の両端の電圧の突然の上昇は、コンデンサの充電動作（電流を引き込むことによる電圧の上昇に対抗するコンデンサ）によって抑制されます。

抵抗は、コンデンサが再び閉じたときに接点を介して放電する電流の量を制限します。抵抗がない場合、コンデンサは、実際には、コンデンサなしの接点開放時のアーク放電よりも、接点閉鎖時のアーク放電を悪化させる可能性があります。

回路へのこの追加は、接点のアーク放電を軽減するのに役立ちますが、不利な点がないわけではありません。主な考慮事項は、故障した（短絡した）コンデンサ/抵抗の組み合わせが、電子が回路を流れる経路を提供する可能性です。接点が開いており、電流は望ましくありません。

この故障のリスク、および結果として生じる結果の重大度は、スナバ回路なしでの接触摩耗の増加（および不可避の接触故障）に対して考慮する必要があります。

DCスイッチ回路でのスナバの使用は目新しいことではありません。自動車メーカーはエンジン点火システムでこれを何年も行っており、コンデンサー 。