スマートホームゼロワイヤースイッチにはどのリレーが使用されますか?エキスパートガイド

最新のスマート スイッチは魔法のように機能します。あなたは、壁ボックス内に 2 本のワイヤーしかない古い家で、基本的な機械式スイッチを交換します。突然、音声制御、スケジュール設定、リモート アクセスができるようになります。新たな配線は必要ありません。中性線は必要ありません。それでも、スイッチは独自の Wi- とプロセッサに電力を供給します。

これは重要なエンジニアリングのパズルを生み出します。どのように機能するのでしょうか?どのようなコンポーネントがこれを可能にするのでしょうか?

答えは磁気ラッチリレーです。この特定のリレー タイプは、ほとんどのゼロワイヤ スマート スイッチを可能にする重要なコンポーネントです。-これらは、ノーニュートラル スマート スイッチとも呼ばれます。{3}

通常のリレーとは異なり、オンまたはオフを維持するために継続的な電力を必要としないため機能します。この 1 つの機能により、専用の中性線なしでスマート スイッチに電力を供給するという主な問題が解決されます。

この完全なガイドでは、このテクノロジーのあらゆる側面をカバーしています。次のことを学びます:

磁気ラッチング リレーとは何か、またゼロワイヤ スイッチ設計にそれが必要な理由を説明します。{0}

家庭用リレー、自動車用リレー、産業機器用リレーの詳細な比較。

プロのようにリレーの仕様を読み、どのようなプロジェクトにも適切なリレーを選択できるようにする方法。

ラッチングリレーが不可欠な理由

ノーニュートラル スマート スイッチがどれほど優れているかを理解するには、そのコア コンポーネントを理解する必要があります。{0}非ラッチ式リレーではなくラッチ式リレーを選択するのは、優先事項ではありません。-電気法に基づく基本的な要件です。

ラッチングリレーとは何ですか?

磁気ラッチリレーは、メモリ付きの電気機械スイッチです。短時間の電気のバーストを使用して、開から閉、またはその逆に変化します。

状態が変化すると、内部の永久磁石がその位置に保持します。その位置を維持するために追加の力は必要ありません。ノック式ボールペンを思い浮かべてください。 1 回クリックして先端を伸ばすと (オン)、伸びたままになります。もう一度クリックすると格納 (オフ) され、格納されたままになります。

これは、標準の非ラッチ式リレーとは完全に異なります。{0}}非ラッチ式リレーは、電磁場を生成するために内部コイルに継続的に電流を流す必要があります。-このフィールドはスイッチ接点を閉じたままにします。コイルから電力を取り除くと、バネが接点を引っ張って開きます。

「中立ではない」問題

ゼロワイヤ スマート スイッチの主な課題は、独自の電子機器に電力を供給することです。{0}標準セットアップには、ライブ ワイヤーが入力され、光へのスイッチ付きライブ ワイヤーが出力されます。中性線は電気の戻り経路を提供します。これにより、スイッチの内部電子機器 (Wi- チップなど) が完全な回路を形成し、電力を供給できるようになります。

中性線がないと、スイッチの電気経路は 1 つだけになります。活線を通って、スイッチの電子機器を通って、照明器具まで出ます。照明器具はスイッチの電源回路の一部になります。

これは、脳の機能を維持するために、スイッチが「リーク」するか、電球に微量の電流を常に流す必要があることを意味します。この電流は、電球が点灯したり、かすかに光ったりしないように非常に小さい必要があります。

ラッチングリレーソリューション

この用途では非ラッチ式リレーが完全に不適切である理由は次のとおりです。{0}ライトを点灯し続けるには、非ラッチング リレーのコイルに継続的に電力が供給される必要があります。-このコイル電流と Wi-Fi チップの電流により、高感度の LED 電球や CFL 電球がちらついたり、ハム音を立てたり、オフになっているはずのときに薄暗く光ったりすることがよくあります。

磁気ラッチリレーはこれをエレガントに解決します。ライトを点灯するには、スイッチ回路がリレーの「セット」コイルに短い高エネルギー パルスを送信します。-リレー接点は永久磁石によりカチッと閉まり、そこに留まります。パルスが終了します。リレーの消費電力はゼロになりました。

リレーがオンにラッチされると、スイッチの電子機器は、点灯した電球を通じて必要な微量の電力を消費することができます。{0}}リレーは電力を消費しないため、総漏れ電流は問題を回避するのに十分な低い値に保たれます。ライトを消したい場合、回路は別のパルスを「リセット」コイルに送信し、接点が開きます。

車載用リレーと産業用リレーの比較

スマート スイッチは、非常に特殊な低電力ラッチ リレーを使用します。{0}しかし、リレーの世界は広大です。自動車リレーと工場現場リレーの違いを理解すると、エンジニアリングのトレードオフに関する重要なコンテキストが得られます。-アプリケーション環境がリレー設計のあらゆる側面をどのように形作るかを示します。

設計基準、耐荷重、耐環境性、寿命、一般的な用途という 5 つの主要な領域にわたって比較します。車載用リレーと産業用リレーを比較すると、リレーのアプリケーションの違いが設計の選択にどのような影響を与えるかがわかります。

相違点のより深い分析

これらの重要な違いをそれぞれ詳しく見てみましょう。

設計基準

車載リレーは過酷な環境で使用されます。 SAE J- シリーズなど、自動車技術者協会 (SAE) によって設定された規格に従う必要があります。これらの規格では、一定の振動耐性、ポットホールによる機械的衝撃、寒い冬の始動から暑い夏のエンジンベイまでの極端な温度変動に対する厳しいテストが必要です。機械的な存続が主な懸念事項です。

産業用リレーは異なるルールに従います。 Underwriters Laboratories (UL)、International Electrotechnical Commission (IEC)、National Electrical Manufactures Association (NEMA) などの機関がそれらを管理しています。産業用制御機器の UL 508 は重要な規格です。ここで焦点を当てているのは、電気の安全性、数百万サイクルにわたる長期信頼性、工場の制御パネルなどの制御された（ただし電気的にノイズの多い）環境における予測可能なパフォーマンスです。-

耐荷重

車載用リレーは、DC 電源の処理に優れています。パワー ウィンドウやラジエーター ファンなど、12 V または 24 V DC モーターの高い突入電流を切り替えます。 DC 30A 定格のリレーは、モーターの起動中に 1 秒の何分の 1 かで 80A のピークを処理する可能性があります。

産業用リレーはさらに多用途です。これらは広い電圧範囲に対応しており、通常は制御ロジック用に 24V DC ですが、モーター、ヒーター、重機の制御用に 120V、240V、さらには 480V AC も使用できます。これらは連続使用向けに設計されており、過熱することなく 24 時間年中無休で通電状態を維持し、定格電流を流すことができます。

耐環境性

これは決定的な違いです。自動車用リレーは、水しぶき、油、ガソリン蒸気、道路塩から保護するために、エポキシで封止されるか、耐候性ケースに収納されることがよくあります。 -40 度から 125 度以上までの動作が標準です。

ほとんどの産業用リレーは、保護された電気キャビネット内に設置されています。環境に関する主な懸念事項は、ほこりや他のデバイスからの電磁干渉 (EMI) です。堅牢ではありますが、通常、そのような過酷な用途向けに特別に設計および定格されている場合を除き、エンジン コンパートメントの直接の水没や極端な温度範囲に耐える必要はありません。-

寿命とサイクル

車のクラクション用の自動車リレーは、車両の寿命で数千回使用されることがあります。ヘッドライトリレーは 1 万サイクルに達する可能性があります。これらは中程度のサイクル数で高い信頼性を実現するように設計されており、コストが設計上の重要な制約となります。

自動包装ラインの産業用リレーは 3 秒ごとに動作する場合があります。これは年間1,000万サイクル以上に相当します。これらのリレーは、電気的寿命が非常に長くなるように設計されています。接点材料、内部機構、コイル構造は、全電気負荷下での数百万回の動作に故障することなく耐えられるように最適化されています。このため、同様の電流定格を持つ自動車用リレーよりも大型で高価になることがよくあります。

代表的な用途

アプリケーションは設計哲学を明らかにします。自動車には、スターター モーター ソレノイド (非常に大電流のリレー)、燃料ポンプ、パワー シート、ライトなど、断続的な高電流 DC 負荷を制御するリレーがあります。-

産業では、リレーは低電圧の頭脳 (PLC、またはプログラマブル ロジック コントローラ) と高電力の工場の筋肉の間のインターフェースとなります。{0}{1}これらは、モーター コントロール センター、緊急時に機器の電源を切るための安全システム、建物全体の照明と HVAC を制御するパネルで使用されます。{3}}

適切なリレーの選び方

理論を実践に移すということは、データシートを読んでプロジェクトに適切なコンポーネントを選択する方法を学ぶことを意味します。リレーの選択を誤ると、良くてもプロジェクトの失敗、最悪の場合は火災の危険につながる可能性があります。これを明確なステップバイステップのプロセスに分けて説明します。--リレーの電圧電流定格を理解することは、安全な動作のために非常に重要です。

ステップ 1: コイル電圧を一致させる

リレーコイルがトリガーとなります。通電するとスイッチが作動する電磁石です。コイル電圧の仕様は制御回路の電圧と一致する必要があります。

Arduino または Raspberry Pi でリレーを制御している場合は、5V DC または 3.3V DC コイルを備えたリレーが必要です。車の作業ではDC12Vコイルを使用します。産業用または HVAC システムでは、一般に 24V AC または 24V DC コイルが使用されます。電圧が間違っているとリレーが作動しないか、高すぎるとコイルが瞬時に焼き切れてしまいます。

ステップ 2: 接点の定格を確認する

これは最も重要な安全仕様です。接点定格は、リレーの内部スイッチが安全に処理できる最大負荷を定義します。 AC または DC の場合、常に電流と電圧として表されます。

10A @ 250V AC または 30A @ 14V DC と書かれているのがわかります。

最初のリレーは、AC 250 ボルト以下の電圧で最大 10 アンペアの負荷を安全に切り替えることができます。 2 つ目は、最大 DC 14 ボルトで 30 アンペアを処理します。予想される負荷よりも大幅に高い接点定格を持つリレーを常に選択してください。この安全マージンは非常に重要です。

ステップ 3: お問い合わせフォームを理解する

お問い合わせフォームには、リレーの内部スイッチ構成が記載されています。最も一般的な形式は理解しやすいです。

SPST (単極単投):これは基本的なオン/オフ スイッチです。負荷用の端子が 2 つあります。コイルに通電するとスイッチが閉じ、2 つの端子が接続されます。普通の照明スイッチと同じです。 SPST-NO (通常開) バージョンと SPST-NC (通常閉) バージョンがあります。

SPDT (単極双投):切り替えスイッチです。負荷端子は 3 つあり、1 つはコモン (COM)、もう 2 つは (A および B) です。リレーが停止すると、コモンは 1 つの端子に接続されます。コイルに通電するとスイッチが切り替わり、コモンがもう一方の端子に接続されます。これは、サーモスタットの加熱と冷却の切り替えなど、2 つの異なるパス間で電流を流す場合に便利です。

よくある落とし穴とプロのヒント

数十年にわたるエレクトロニクス設計の経験から、初心者にありがちな間違いが明らかになります。これらを回避すると、時間、お金、フラストレーションを節約できます。

突入電流の無視

多くの負荷は定常電流を引き込みません。モーター、電源、または大型 LED ライトアレイでは、最初に電源を入れたときに数ミリ秒間にわたって大量の突入電流が発生する可能性があります。このスパイクは定常状態の動作電流の 5 ～ 15 倍になることがあります。- 100- ワットの LED 器具は 1 アンペア未満で動作する可能性がありますが、その突入電流は 10 アンペアになる可能性があります。定格がわずか 5 アンペアのリレーを使用すると、この繰り返しの突入電流によってリレーの接点が物理的に溶着し、リレーが「オン」位置で故障する可能性があります。データシートで「タングステン」または「突入」定格、あるいはモーターまたは大きな LED 負荷用の著しく過大な定格を備えたリレーを常に確認してください。

紛らわしいAC定格とDC定格

これは重大な安全上のエラーです。リレーの AC 接点定格は、ほとんどの場合、同じ電圧における DC 定格よりもはるかに高くなります。 AC 250V で 10A 定格のリレーの定格は DC 125V で 0.5A しかない場合があります。

その理由は物理学にあります。 AC 電圧は 1 秒あたり 120 回ゼロを通過します (60Hz システムの場合)。このゼロ交差は、リレー接点が開いたときに形成される電気アークを消すのに役立ちます。- DC 電圧は一定です。決してゼロになることはありません。これにより、DC アークが消えるのが非常に困難になります。アークは持続し、膨大な熱を発生させ、リレー接点を破壊する可能性があります。 AC 定格が DC 負荷に適用されるとは決して想定しないでください。

間違ったタイプの選択

最後に、ラッチングと非ラッチングという基本的な選択に常に戻ります。-

消費電力ゼロで状態を維持する必要がある場合は、ラッチング リレーを使用します。これは、バッテリー-駆動のデバイス、省エネ アプリケーション-、そして、これまで見てきたように、ニュートラル スマート スイッチがない場合に最適です。-

状態がアクティブな管理を必要とする場合、または瞬間的なアクションの場合は、非ラッチング リレーを使用します。-これは、マイクロコントローラーまたはスイッチがリレーをオンに保つための継続的な電力を供給する、ほとんどの単純な制御回路のデフォルトの選択です。また、制御電源が失われると常にオフになるため、多くの設計では本質的に「フェイルセーフ」になっています。-

結論: スマート スイッチから産業用電源まで

私たちは、ゼロワイヤ スマート スイッチ内のテクノロジーに関する簡単な質問から始めました。{0}その答えである磁気ラッチングリレーは、賢明なエンジニアリングが複雑な電気的課題をどのように解決し、さもなければそのようなデバイスを不可能にする重大な電力漏洩問題を解決する方法についてのより深い理解を解き放ちました。これは、スマート ホーム ゼロ ワイヤ スイッチ アプリケーションにどのリレーが使用されるかを示します。

そこから私たちは視野を広げ、特殊なホームリレーをさまざまな自動車および産業用コンポーネントと比較しました。重要な点は、自動車用リレーの耐振動性から産業用リレーの驚異的なサイクル寿命に至るまで、アプリケーション環境が設計を左右するということです。

最も重要なことは、私たちがこの知識を実践的なスキルに変換したことです。仕様の読み方と尊重方法を理解することで、-特に重要な連絡先 電圧と電流の定格-理論から安全で成功するアプリケーションに移行できます。

現在、スマート ホーム デバイスのトラブルシューティングを行っている場合でも、プロジェクトの車の配線を行っている場合でも、あるいは単に現代社会を動かしている目に見えないコンポーネントに興味がある場合でも、あらゆる作業に適したリレーを理解して選択するための強固なフレームワークが手に入ります。

自動車照明システムにおけるリレーの役割の説明

近接スイッチ制御における中間リレーの配線方法ガイド

ソリッドステート リレーの入力と出力を分割する方法{0}}

2 線式センサーを中間リレーに接続するにはどうすればよいですか?{0}ガイド