リレー構造

電気と磁気

導体を流れる電流は、導体を取り囲む磁力線を生成します。その導体がコイル状に巻かれている場合、生成される磁場はコイルの長さに沿って方向付けられます。電流が大きいほど、磁場の強さが大きくなり、他のすべての要因は等しくなります。

インダクタと磁場

インダクタは、この磁場に蓄積されたエネルギーのために電流の変化に反応します。共通の鉄心の周りに2つのインダクターコイルから変圧器を構築する場合、このフィールドを使用して、一方のコイルからもう一方のコイルにエネルギーを転送します。

ただし、インダクタやトランスで見たアプリケーションよりも、電磁界のより単純で直接的な使用法があります。

電流を運ぶワイヤーのコイルによって生成された磁場は、永久磁石を使用して磁性体を引き付けることができるのと同じように、任意の磁性体に機械的な力を加えるために使用できます。コイルを流れる電流をオンまたはオフに切り替えることにより、オンまたはオフになります。

ソレノイド

このようなコイルの近くに磁性体を置いて、コイルに電流を流したときにその物体を動かすと、いわゆるソレノイドになります。可動磁気オブジェクトはアーマチュアと呼ばれ、ほとんどのアーマチュアは、コイルに通電する直流（DC）または交流（AC）のいずれかで移動できます。

磁場の極性は、鉄のアーマチュアを引き付ける目的には関係ありません。ソレノイドは、ドアラッチを電気的に開いたり、バルブを開閉したり、ロボットの手足を動かしたり、電気スイッチ機構を作動させたりするために使用できます。ただし、ソレノイドを使用して一連のスイッチ接点を作動させる場合は、リレーという独自の名前に値する非常に便利なデバイスがあります。

リレー

リレーは、小さな電気信号で大量の電流や電圧を制御する必要がある場合に非常に役立ちます。

磁場を生成するリレーコイルは、わずか数ワットの電力しか消費しない可能性がありますが、その磁場によって開閉される接点は、その量の数百倍の電力を負荷に伝導できる可能性があります。事実上、リレーはバイナリ（オンまたはオフ）アンプとして機能します。

トランジスタの場合と同様に、ある電気信号を別の電気信号で制御するリレーの機能は、論理関数の構築に応用できます。このトピックについては、別のレッスンで詳しく説明します。今のところ、リレーの「増幅」能力が探求されます。

上記の回路図では、リレーのコイルは低電圧（12 VDC）ソースによって通電され、単極単投（SPST）接点は高電圧（480 VAC）回路を遮断します。

リレーコイルに通電するために必要な電流は、接点の定格電流の数百分の1になる可能性が非常に高くなります。一般的なリレーコイル電流は1アンペアをはるかに下回っていますが、産業用リレーの一般的な接点定格は少なくとも10アンペアです。

リレーアセンブリ

1つのリレーコイル/アーマチュアアセンブリを使用して、複数の接点セットを作動させることができます。これらの接点は、通常開、通常閉、またはこの2つの任意の組み合わせにすることができます。

スイッチの場合と同様に、リレーの接点の「通常の」状態は、コイルがオフになっているときの状態です。これは、リレーが棚に置かれ、回路に接続されていない場合と同じです。

リレー接点は、他のタイプのスイッチと同様に、金属合金の屋外パッド、水銀管、または磁気リードでさえあります。リレーの接点の選択は、他のタイプのスイッチの接点の選択を決定するのと同じ要因に依存します。

大電流アプリケーションには屋外接点が最適ですが、腐食や火花が発生する傾向があるため、一部の産業環境では問題が発生する可能性があります。水銀とリードの接点は火花がなく、腐食しませんが、電流容量が制限される傾向があります。

物理リレーデバイスの例

ここに示されているのは、市営水処理プラントの電気制御システムの一部としてパネルに取り付けられた3つの小さなリレー（それぞれ高さ約2インチ）です。

ここに示されているリレーユニットは、対応するソケットに差し込まれ、電気接続がリレー底部の8本の金属ピンを介して固定されているため、「オクタルベース」と呼ばれます。写真にあるリレーにワイヤが接続されているネジ留め式端子の接続は、実際には各リレーが差し込まれているソケットアセンブリの一部です。

このタイプの構造により、障害が発生した場合にリレーを簡単に取り外して交換できます。

リレーのその他の利点

比較的小さな電気信号が比較的大きな電気信号を切り替えることを可能にする機能とは別に、リレーはコイルと接点回路の間の電気的絶縁も提供します。これは、コイル回路と接触回路が互いに電気的に絶縁されていることを意味します。

一方の回路はDCで、もう一方の回路はAC（前に示した回路例など）であるか、接続間または接続からアースまで、完全に異なる電圧レベルである可能性があります。

プルイン電流とドロップアウト電流

リレーは基本的にバイナリデバイスであり、完全にオンまたは完全にオフになっていますが、半導体論理ゲートの場合と同様に、リレーの状態が不確定になる動作条件があります。リレーがアーマチュアを確実に「引き込み」、接点を作動させるには、コイルに一定の最小量の電流が流れる必要があります。

この最小量はプルイン電流と呼ばれ、論理ゲートが「ハイ」状態を保証するために必要な最小入力電圧に類似しています（通常、TTLの場合は2ボルト、CMOSの場合は3.5ボルト）。

ただし、アーマチュアをコイルの中心に近づけると、アーマチュアをそこに保持するために必要な磁界磁束が少なくなります（コイル電流が少なくなります）。したがって、電機子がバネ仕掛けの位置に「ドロップアウト」して接点が通常の状態に戻る前に、コイル電流はプルイン電流よりも大幅に低い値を下回る必要があります。

この電流レベルはドロップアウト電流と呼ばれ、論理ゲート入力が「低」状態を保証できる最大入力電圧に類似しています（通常、TTLの場合は0.8ボルト、CMOSの場合は1.5ボルト）。

ヒステリシス、つまりプルイン電流とドロップアウト電流の差により、シュミットトリガー論理ゲートと同様の動作が得られます。プルインおよびドロップアウト電流（および電圧）はリレーごとに大きく異なり、メーカーによって指定されています。

レビュー：

• ソレノイド 電磁石コイルの通電から機械的な動きを生み出す装置です。ソレノイドの可動部分はアーマチュアと呼ばれます 。
• リレー は、コイルが通電されたときにスイッチ接点を作動させるように設定されたソレノイドです。
• プルイン 電流は、ソレノイドまたはリレーを「通常の」（非通電）位置から作動させるために必要なコイル電流の最小量です。
• ドロップアウト 電流は、通電されたリレーが「通常の」状態に戻る最大コイル電流です。

関連するワークシート：

• 基本的な電磁リレーワークシート