電気機械式リレーとソリッドステートリレー: 主な違い

電気機械リレーとソリッドステート リレーのどちらを選択するかは、単に新しいテクノロジーを選択するだけの問題ではありません。どちらのデバイスも、低電力制御信号で高電力負荷を切り替えることができますが、これを実現する方法は大きく異なります。{1}

電気機械リレー (EMR と略されることもよくあります) は、コイル、磁力、および物理的接触を使用します。ソリッド ステート リレー (SSR) は、半導体コンポーネントを使用してスイッチング動作を実行し、可動接点を持ちません。

これらの構造の違いは、スイッチング速度、耐用年数、発熱、漏れ電流、電気的絶縁、ノイズ、コスト、負荷の互換性に影響します。

それで、どのリレーが優れているのでしょうか？

短い答えは次のとおりです。

低いオン状態抵抗、最小限の漏れ電流、柔軟な AC/DC スイッチング、目に見える接点絶縁、またはより低い初期コストが必要な場合は、電気機械リレーを選択してください。{0}

機械的接点の摩耗を伴わずに、高速かつ静かで頻繁なスイッチングが必要な場合は、ソリッド ステート リレーを選択してください。

このガイドでは、アプリケーションに適切なデバイスを選択できるように、電気機械リレーとソリッド ステート リレーの違いについて説明します。

電気機械リレーとは何ですか?

電気機械リレーは、電磁力を使用して 1 つ以上の物理接点を動かす電気的に動作するスイッチです。

通常、その主な内部コンポーネントには次のものが含まれます。

電磁コイル

アーマチュア

スプリング機構

固定接点と可動接点

端子

保護ハウジング

コイルに定格電圧が印加されると、コイルは磁界を発生します。この磁界によりアーマチュアが動き、接点が開閉します。

コイルの電力が遮断されると、通常はバネにより接点が元の位置に戻ります。

接点構成に応じて、電気機械リレーは次の機能を提供できます。

常開接点

常閉接点

切替接点

SPSTスイッチング

SPDTスイッチング

DPDTスイッチング

複数の-極スイッチング

電気機械リレーは、産業用制御パネル、家庭用電化製品、自動車システム、機械、ポンプ、モーター、照明システム、配電機器などで広く使用されています。

ソリッドステートリレーとは何ですか?

ソリッドステートリレーは、電気機械リレーと同様の機能を実行する電子スイッチングデバイスですが、可動機械接点を使用しません。

代わりに、次のような半導体スイッチング コンポーネントが使用されます。

トライアック

サイリスタまたはSCR

MOSFET

トランジスタ

フォトカプラ

入力側に制御電圧が印加されると、内部電子回路が半導体出力をアクティブにします。出力により、接続された負荷に電流が流れるようになります。

多くの SSR は光結合を使用して、入力制御回路と出力負荷回路の間に電気的絶縁を提供します。

SSR には機械的な接点がないため、接点の跳ね返りや機械的磨耗を生じることなく、迅速かつ静かにスイッチを切り替えることができます。ただし、半導体出力のため、電圧降下、漏れ電流、発熱などの特性があり、選択時に考慮する必要があります。

電気機械リレーとソリッドステートリレー: 簡単な比較

1. 動作原理

電気機械リレーとソリッドステートリレーの最大の違いは、負荷回路の切り替え方法です。

電気機械リレーの動作

EMR は導電性接点を物理的に動かします。接点が閉じると、金属接触面に電流が流れます。接点が開くと、エアギャップによって負荷回路が分離されます。

この物理的な分離により、電気機械リレーは明確なオフ状態になり、通常は漏れ電流が非常に低くなります。{0}}

ただし、あらゆる接触動作により機械的ストレスが発生します。リレーが通電された負荷を切り替えるとき、アーク放電により接触面が徐々に損傷する可能性があります。

ソリッドステートリレーの動作

SSR は、出力回路を制御するために半導体部品を使用します。切り替え中は物理的に何も動きません。

これにより、機械的磨耗や接点のバウンスが解消されますが、半導体は金属接点とまったく同じように動作するわけではありません。スイッチを入れても電圧降下が発生します。スイッチがオフになっているときでも、少量の電流が出力に流れる可能性があります。

2. スイッチング速度

ソリッドステートリレーは通常、電気機械式リレーよりも速く切り替わります。

電気機械リレーには次のような時間が必要です。

コイルに通電します。

磁場を構築します。

アーマチュアを動かします。

連絡先を閉じたり開いたりします。

接触バウンスが落ち着くまで待ちます。

ソリッドステートリレーはスイッチングプロセスを電子的に完了するため、機械的なアーマチュアが動くのを待ちません。

このため、SSR は以下を含むアプリケーションに適しています。

迅速な温度制御

高周波スイッチング-

包装機

半導体装置

自動化された生産ライン

繰り返しヒーター制御

ただし、スイッチングを高速化しても、自動的に SSR が向上するわけではありません。多くのポンプ、ファン、照明、産業用制御回路は高速動作を必要としません。-

3. 耐用年数

ソリッドステートリレーは通常、非常に頻繁なスイッチングを必要とするアプリケーションに利点があります。

SSR には可動接点がないため、次のような問題は発生しません。

機械的接触の摩耗

接触ピッチング

コンタクトバウンス

春の疲労

機械的なアーマチュアの故障

電気機械リレーには、機械的寿命定格と電気的寿命定格の両方があります。動力負荷を切り替えると破壊的なアーク放電や接点の摩耗が発生する可能性があるため、電気的寿命は機械的寿命よりもはるかに短くなる可能性があります。

ただし、SSRは破壊できないわけではありません。過度の熱、過電流、短絡、電圧過渡現象により、半導体出力が損傷する可能性があります。

したがって、どちらのリレーの実際の耐用年数は以下によって決まります。

負荷の種類

スイッチング周波数

突入電流

周囲温度

サージ保護

設置品質

リレーのディレーティング

熱管理

4. スイッチングノイズ

電気機械式リレーは通常、アーマチュアが動くとカチッという音を立てます。

多くの産業環境では、この音は問題になりません。リレーが動作したという有用なフィードバックも提供できます。

ただし、次の場合にはリレーのクリックが望ましくない場合があります。

医療機器

オフィス機器

オーディオシステム

実験装置

居住管理

騒音に敏感な自動化システム-

ソリッドステート リレーには可動アーマチュアや接点が含まれていないため、静かに動作します。

静かな動作が重要な要件である場合、通常は SSR がより良い選択肢となります。

5.コンタクトバウンス

電気機械リレー内の接点が閉じると、安定した位置に落ち着く前に一時的に跳ね返る場合があります。

これにより、1 つの完全にクリーンな遷移ではなく、複数の急速な電気的遷移が発生する可能性があります。接触バウンスは、敏感な電子回路、カウンタ、または高速デジタル入力に影響を与える可能性があります。-

ソリッドステートリレーには機械的接点がないため、機械的接点のバウンスは発生しません。

ほとんどのモーター、ヒーター、一般的な産業用負荷では、接点バウンスは大きな問題ではありません。信号の切り替えに敏感な場合は、追加のフィルタリングまたはデバウンス ロジックが必要になる場合があります。

6. オン状態の電圧降下と発熱

これは、電気機械リレーとソリッドステートリレーの最も重要な違いの 1 つです。

電気機械リレーの熱

健全な EMR 接点が閉じているとき、その抵抗は通常非常に低くなります。その結果、接点間の電力損失は多くの場合制限されます。

コイルは依然として電力を消費し、ある程度の熱を発生しますが、通常、閉じた負荷接点が発生する熱は、同じ電流を流す半導体出力よりも少なくなります。

ソリッドステートリレーの発熱

ソリッド ステート リレーの出力半導体にはオン状態の電圧降下があります。-

SSR によって消費されるおおよその電力は次のように計算できます。

[
P=V_{\\text{drop}} \\times I_{\\text{load}}
]

たとえば、SSR のオン状態電圧降下が 1.5 V で、20 A を伝送する場合は、次のようになります。-

[
P=1.5 \\time 20=30\\text{ W}
]

30ワットというのはかなりの熱量です。 SSR には次のものが必要になる場合があります。

適切なサイズのヒートシンク

サーマルコンパウンドまたはサーマルパッド

換気されたエンクロージャ

適切な間隔

電流ディレーティング

温度監視

SSR の選択でよくある間違いは、熱放散を計算せずに、印刷された定格電流のみに基づいてリレーを選択することです。

7. オフ時の漏れ電流

電気機械リレーが開いているとき、その分離された接点は通常、非常に低いオフ状態の漏れ電流を提供します。{0}}

ソリッドステートリレーは、スイッチがオフになっている場合でも、出力に少量の電流が流れる可能性があります。これは、半導体出力および内部スナバ回路の通常の特性です。

漏れ電流は小さいかもしれませんが、次の問題を引き起こす可能性があります。

ほのかに光るLEDランプ

敏感な電子入力

高インピーダンス負荷-

小型ソレノイド

測定機器

メンテナンスの安全に関する前提条件

したがって、SSR は自動的に完全な物理的な切断として扱われるべきではありません。

極めて低い漏れ電流または目に見える接点分離が必要なアプリケーションの場合は、電気機械リレーまたは追加の機械的絶縁デバイスがより適している可能性があります。

8. AC 負荷と DC 負荷の互換性

電気機械式リレー接点は、多くの場合、メーカー指定の定格内で AC または DC を切り替えることができます。

ソリッドステートリレーは、その出力技術に応じて選択する必要があります。

一般的な SSR 構成には次のものがあります。

DC入力からAC出力へ

AC入力からAC出力へ

DC入力からDC出力へ

AC入力からDC出力へ

AC- 出力 SSR は通常、トライアックまたは SCR を使用します。これらのデバイスは、AC 電流がゼロを越えてオフになることに依存しているため、一般に DC 負荷のスイッチングには適していません。

DC- 出力 SSR には MOSFET またはトランジスタが使用される場合があります。一部の DC モデルは極性に敏感です。-

常に次のことを確認してください。

入力制御電圧

出力負荷電圧

ACまたはDC出力タイプ

最大連続電流

最小負荷電流

オフ状態のリーク-

-オン状態の電圧降下

特定の電圧に定格された SSR が AC と DC の両方を切り替えられるとは決して考えないでください。

9. 突入電流と過負荷耐性

多くの電気負荷は、通常の動作電流よりもはるかに高い起動電流を消費します。

例としては次のものが挙げられます。

モーター

トランスフォーマー

白熱灯

容量性電源

ソレノイド

コンプレッサー

リレーが適切な負荷定格を備えている場合、電気機械リレー接点は、多くの場合、半導体出力よりも優れた短電流サージに耐えることができます。

ソリッドステートリレーは、過剰な電流によってすぐに損傷する可能性があります。保護には次のことが必要になる場合があります。

速断型半導体ヒューズ-

サーキットブレーカー

MOV

TVSダイオード

RCスナバ

フライバックダイオード

適切な電流ディレーティング

リレーは、定常電流だけでなく、負荷の始動特性や突入特性も考慮して選択する必要があります。{0}{1}

10. 誘導負荷の切り替え

誘導負荷は、電流が遮断されると過渡電圧を生成する可能性があります。

例としては次のものが挙げられます。

リレーコイル

ソレノイド

モーター

バルブ

コンタクタ

トランスフォーマー

DC コイルの場合、電流がオフになったときに発生する逆電圧を抑制するために、フライバック ダイオードが負荷の両端に配置されることがよくあります。

AC 負荷の場合は、回路に応じて RC スナバまたは MOV が適切な場合があります。

電気機械リレーとソリッドステートリレーはどちらも、誘導負荷を切り替えるときに慎重な保護を必要とします。正しい保護方法は、負荷電圧、電流、スイッチング速度、および許容可能なリリース時間によって異なります。

11. ゼロクロススイッチング-

一部の AC ソリッド ステート リレーはゼロクロス スイッチングを使用します。-

ゼロクロス SSR は、AC 波形がゼロに近づくまで待機してからオンになります。{0}}これにより、次のことが軽減される可能性があります。

電気ノイズ

電磁妨害

急激な電流変化

特定の抵抗負荷におけるスイッチングストレス

ゼロクロス SSR は一般的に次の用途に使用されます。{0}

電気ヒーター

温度制御

オーブン

工業用加熱装置

ただし、ゼロクロス スイッチングはすべてのアプリケーションにとって理想的ではありません。-位相制御、調光、および特定の誘導負荷では、SSR または別の制御方法をランダムにオンにする必要がある場合があります。-

12. 電気的絶縁

どちらのタイプのリレーでも、低電力制御回路と高電力負荷回路の間を絶縁できます。{0}{1}

電気機械リレーは、その物理的構造を通じてコイルを接点から絶縁します。

多くのソリッド ステート リレーは、入力と出力を絶縁するためにフォトカプラを使用します。

絶縁性能を比較する場合は、次の製造元の値を確認してください。

絶縁耐力

絶縁抵抗

沿面距離

隙間距離

サージ耐電圧

安全性の承認

「リレー」という言葉だけでは、特定のモデルがシステムの絶縁要件を満たしていることを保証するものではありません。

13. 故障モード

安全性が重視される機器では、リレーがどのように故障するかを理解することが不可欠です。-

一般的な電気機械リレーの故障

コンタクトが磨耗する

接点が酸化してしまう

接点が溶接で閉じた状態

コイル焼損

春が弱まる

アーマチュアが固着してしまう

接触抵抗が増加する

よくあるソリッドステートリレーの故障

半導体がショートしてしまう-

半導体が故障して回路が開いてしまう-

出力過熱

絶縁回路が劣化する

サージにより出力が損傷します

漏れ電流が増加する

システムは、どちらかのリレーが常に安全に故障すると想定すべきではありません。障害が危険を引き起こす可能性がある場合は、追加の保護、診断、または冗長スイッチングを使用してください。

14. コスト

電気機械式リレーは通常、特に低周波数スイッチング アプリケーションの場合、コンポーネント レベルで安価です。{0}}

ただし、最低購入価格が常に最低の生涯コストを生み出すわけではありません。

SSR は、アプリケーションに何百万ものスイッチング サイクルが含まれる場合に、長期的なメンテナンス コストを削減する可能性があります。{0}切り替えが 1 時間または 1 日に数回しか発生しない場合、EMR はより経済的である可能性があります。

総コストの比較では、次のことを考慮する必要があります。

リレー購入価格

ヒートシンクのコスト

保護コンポーネント

筐体の換気

予想される交換頻度

マシンのダウンタイム

メンテナンスの手間

エネルギー損失

設置スペース

電気機械リレーを選択する必要があるのはどのような場合ですか?

多くの場合、次のような場合には電気機械リレーが適しています。

負荷が切り替わることはほとんどありません。

オフ状態のリークが少ないことが重要です。-

低いオン状態電圧降下が必要です。-

同じ接点で AC または DC を切り替える必要があります。

複数の極または切り替え接点が必要です。

初期コンポーネントコストは重要です。

負荷には大きな突入電流が流れます。

物理的な接触ギャップが好ましい。

スイッチング速度は重要ではありません。

音声操作は許容されます。

典型的なアプリケーションには次のようなものがあります。

産業用制御パネル

自動車電気システム

家電製品

ポンプとファン

照明制御

安全インターロック

一般機械

配電制御

ソリッド ステート リレーを選択する必要があるのはどのような場合ですか?

次のような場合には、ソリッド ステート リレーがより良い選択となることがよくあります。

負荷は頻繁に切り替える必要があります。

サイレント操作が必要です。

素早い切り替えが重要です。

機械的な接触バウンスは許容できません。

長いサイクル寿命が必要です。

この機器は振動しやすい環境で動作します。{0}

正確なヒーター制御が必要です。

メンテナンスアクセスは制限されています。

典型的なアプリケーションには次のようなものがあります。

工業用ヒーター

オーブン

包装設備

半導体機械

温度制御システム

実験装置

自動生産システム

ハイサイクルプロセス制御-

EMRとSSRのどちらを選択するか

最終的な選択を行う前に、次の情報を収集してください。

1. サイド情報の管理-

使用可能な制御電圧

ACまたはDC制御信号

制御電流容量

PLC出力タイプ

2.-サイド情報をロードします

負荷電圧

ACまたはDC負荷

通常動作電流

始動電流または突入電流

抵抗負荷、誘導負荷、または容量負荷

必要なスイッチング周波数

3. 環境情報

周囲温度

筐体温度

換気

振動

ほこり

湿度

設置高度

4. 機能要件

必要寿命

許容可能なスイッチングノイズ

最大漏れ電流

必要なスイッチング速度

極数

ノーマルオープンまたはノーマルクローズ接点

安全性と絶縁要件

5. インストール要件

プリント基板の実装

ソケットの取り付け

DINレール取付

パネル取付

ヒートシンクの入手可能性

設置可能スペース

電気機械リレーを SSR と直接置き換えることはできますか?

いつもではありません。

制御電圧と負荷電流に互換性があるように見えても、SSR は電気機械リレーとは異なる動作をします。

EMR を SSR に交換する前に、以下を確認してください。

負荷がACかDCか

オフ状態の漏れ電流-

最小負荷電流

-オン状態の電圧降下

放熱

突入電流

出力極性

必要なノーマルクローズ機能

短絡保護-

安全絶縁要件

これらの要素を確認せずに直接交換すると、過熱、不完全な負荷シャットダウン、または早期故障が発生する可能性があります。

最終評決

電気機械リレーとソリッドステートリレーの比較では、普遍的な勝者は存在しません。

電気機械リレーは、物理的接触、非常に低い漏れ電流、低いオン状態抵抗、柔軟な接点構成を備えており、一般的なスイッチング アプリケーションにとって優れた価値を備えています。-

ソリッド ステート リレーは、静音動作、高速スイッチング、機械的接点のバウンスがなく、高サイクル アプリケーションで優れた性能を発揮します。{0}}

正しい選択は、実際の負荷と動作条件によって異なります。

以下が必要な場合は、電気機械リレーを選択してください。

低漏れ電流

低い伝導損失

複数の連絡先の手配

短期サージ耐性の向上-

初期費用の削減

次の場合にソリッド ステート リレーを選択してください。

頻繁な切り替え

サイレント動作

より速い応答

機械的接点の摩耗がない

安定した繰り返し制御

最も重要なことは、電圧と電流だけでリレーを選択しないことです。スイッチング周波数、突入電流、負荷の種類、熱設計、漏れ電流、および必要な故障動作も同様に重要です。

よくある質問

ソリッドステートリレーは電気機械リレーよりも優れていますか?

すべてのアプリケーションにあるわけではありません。通常、SSR は高速、静か、頻繁な切り替えに適しています。低漏れ、低導通損失、複数の接点配置、または低コストがより重要な場合には、電気機械式リレーの方が優れていることがよくあります。

どちらのリレーが長持ちしますか?

正しく選択されたソリッド ステート リレーには可動接点がないため、サイクル寿命が長くなります。ただし、過熱や電気サージにより、SSR が早期に故障する可能性があります。

ソリッドステートリレーにはヒートシンクが必要ですか?

多くの SSR は、中電流または高電流を切り替えるときにヒートシンクを必要とします。決定は、オン状態の電圧降下、負荷電流、周囲温度、およびメーカーの熱ディレーティング情報に基づいて行う必要があります。-

電気機械リレーはより多くの電力を消費しますか?

電気機械リレーは、ラッチングリレーでない限り、通電中に連続コイル電力を必要とします。 SSR は通常、より少ない入力電力を必要としますが、その出力半導体は負荷電流を流している間により多くの熱を放散する可能性があります。

ソリッドステートリレーはACとDCの両方を切り替えることができますか?

通常は同じ出力ではありません。 AC-出力 SSR と DC- 出力 SSR は、異なる半導体技術を使用しています。出力タイプは負荷に一致する必要があります。

SSR がオフのときでも電圧が表示されるのはなぜですか?

オフ状態での小さな漏れ電流が SSR と接続された測定機器を通過する可能性があります。{0}したがって、SSR が負荷にアクティブに電力を供給していない場合でも、高インピーダンスのマルチメータは電圧を表示することがあります。

SSR は車載リレーの代わりに使用できますか?

一部のアプリケーションでは可能ですが、通常は直接置き換えることはできません。自動車システムには、DC 負荷、高突入電流、過渡電圧、温度変化、振動が伴います。 SSR は、自動車環境向けに特別に設計され、保護されている必要があります。

モーター制御にはどのリレーが適していますか?

それはモーター電流、始動電流、スイッチング周波数によって異なります。電気機械式パワーリレーまたはコンタクタは、高い突入電流に対応できるため、モータによく使用されます。適切に定格されたソリッド ステート リレーは、適切な熱およびサージ保護を備えた頻繁なスイッチング アプリケーションで使用できます。-

ヒーター制御にはどのリレーが適していますか?

ソリッドステートリレーは、頻繁で静かなスイッチングを提供し、温度コントローラーとうまく連携できるため、電気ヒーターの制御に一般的に好まれます。適切なヒートシンクと過電流保護が不可欠です。

ソリッドステートリレーの主な欠点は何ですか?

その主な欠点には、オフ状態の漏れ電流、オン状態の電圧降下、発熱、電気サージに対する感度、およびヒートシンクが必要になる可能性があることが含まれます。-

適切なリレーの選択についてサポートが必要ですか?

QIANJI は、産業用および電気用途向けに電気機械リレー、パワー リレー、PCB リレー、自動車用リレー、タイム リレー、ソリッド ステート リレー、リレー ソケットを供給しています。

次の情報をお送りください。

制御電圧

負荷電圧

ACまたはDC負荷

動作電流

始動電流

スイッチング周波数

アプリケーション環境

当社のチームは、適切なリレー オプションを比較し、アプリケーションに適した製品を特定するお手伝いをします。