誰に尋ねるかによって、ソリッドステートリレーは優れた電源スイッチングソリューションとされますが、他の人々は電磁リレーが明らかな選択肢だと主張します。誰が正しいのでしょうか、そしてその理由は何でしょうか? これらの質問に答えるために、電磁リレーとソリッドステートリレーの違い、それらの動作、そしてさまざまなレベルでの性能仕様を比較してみましょう。
リレーとは何ですか？
リレーは、スイッチを手動で開閉せずに電力を割り当てることができる電力切替ソリューションです。電力をオン/オフするために、リレーは単に小さな電気信号を必要とします。この信号は、はるかに大きな電気信号の「門番」とも言えます。高出力信号を低出力で制御できる能力が、リレーがエレクトロニクスの歴史全体で非常に重要な存在となった理由です。
電気機械式リレーと固体リレーの違いは何ですか？
電気機械式リレー (EMR)
電磁リレーは、リレーの出力コンポーネント内で接点を接続するために、物理的に移動する部分を使用します。この接点の移動は、低電力入力信号からの電磁力を使用して生成され、高電力信号を含む回路が完成します。電磁リレー内の物理的なコンポーネントは一般的に「カチッ」という音を立てますが、これは実際にはいくつかの状況で役立つことがありますが、内部アークを引き起こし、移動に比較的大量の時間を要することがあります。
ソリッドステートリレー (SSR)
ソリッドステートリレーは、半導体業界の代表的な存在かもしれません。SSRは、低電力の電気信号を使用して、通常はオプトカプラを用いて光半導体信号を生成し、出力信号を伝達し、駆動します。アクティブになると、入力光信号が「スイッチ」として機能し、高電圧信号がSSRの出力コンポーネントを通過できるようになります。これを行う方法はいくつかありますが、すべてに共通するテーマは可動部がないことであり、その結果、ソリッドステートになっています。
図1 – 一般的なEMR（電気機械リレー）と、その可動部品を示すEMRブロック図。
図2 – パネルマウントソリッドステートリレー – Crydom からとオプトトランジスタ機構を示す図。図はWikipedia提供。
どちらの技術も、加熱、照明、モーション制御などのアプリケーションに使用できます。ただし、ソリッドステートリレーはエレクトロメカニカルに比べてほとんどの比較カテゴリーで優れています。エレクトロメカニカルリレーは比較的古い技術で、シンプルな機械的設計アプローチを用いていますが、ソリッドステートリレーははるかに新しく、進化した技術です。より複雑であることが必ずしも優れているとは限らないという議論もありますが、より複雑なSSRはパフォーマンスの面であなたを魅了するかもしれません。
ソリッドステートリレーの利点はエレクトロメカニカルリレーと比べて何ですか?
固体リレーは電磁リレーと比較すると、かなり高額でおそらく威圧的な前払い価格があります。しかし、特定の用途によっては、SSRを統合することで、EMRよりも同等またはさらなる低コストを実現できることがあります。これについては後ほど詳しく説明します。さらに、SSRはいくつかの面でEMRよりも優れています。それでは、両者を比較してみましょう。
| Category | Solid State Relays | Electromechanical Relays |
|---|---|---|
| 電気ノイズ |
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| エレクトロメカニカル - 電力消費 |
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| エレクトロメカニカル - 衝撃と振動 |
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| エレクトロメカニカル - スイッチング能力 |
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| 制御システムとの互換性 |
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| 過酷な環境での性能 |
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| 位置感度 |
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ご覧のとおり、SSRはEMRと比較してパフォーマンスにおいて一般的により動的であり、提供する機能が多いです。ただし、EMRがしばしば利点を持つ分野が1つあります。それがサーマル マネジメントです。SSRは、利用する物理的特性によりエレクトロメカニカルリレーよりも電力損失が桁違いに大きくなる可能性があります。これは一般的に、コンポーネント設計者が放熱器やファンを設計に組み込まなくてはならず、その結果SSRの使用による最初のコストが増加することを意味します。
しかしながら、最初のコストだけでSSRを敬遠する前に、所有コスト全体および「コスト」の本当の意味を決定する個々の要素についてさらに考えてみましょう。
費用の比較: 固体状態リレーが長期的に価値がある理由
エンジニアは性能に焦点を当てる傾向があり、より良い性能は一般的にコストの増加を意味します。一方、サプライチェーンマネージャーは、部品の初期価格と納期、すなわち調達コストにより関心を持っています。ビジネスおよびマーケティングマネージャーは、寿命とダウンタイム、移動時間、交換や修理時間、人員などの関連するメンテナンスコストを含む保証コストに注目します。これらのコストの中で、部品の初期価格のみが前述の「一回限りの前払いコスト」と同等と見なされます。
したがって、エレクトロメカニカルリレーの初期価格が低いために「コストが低い」とは限りません。これは、後になって発生する他の隠れたコストの集合を考慮した場合に当てはまりません。今日のビジネスでは、「より速く、より良く、より安く」といった解決策を求めるマネージャーが多く、これらはしばしば競合する優先事項です。安さが必ずしも速さや質の向上を意味するわけではありません。しかし、Crydomのソリッドステートリレーとコンタクタを使用することで、総所有コストを考慮した際に、速さ、質の向上、コスト削減を同時に達成できます。彼らのソリッドステートリレーは信頼性の高い性能を持ち、アプリケーションの寿命を延ばすため、設置後にサービス、修理、交換を心配する必要はほとんどありません。
ソリッドステートリレーとエレクトロメカニカルリレーの総所有コストの比較
SSRsとEMRsの所有コスト総額（TCO）を分析するため、Crydomは「ツール」タブにあるウェブサイトで使用できる簡単なTCO計算機を開発しました。この計算機は、直接および間接のコストに関する情報を考慮し、負荷と電力システムに適合するように選択された両方のスイッチングソリューションを前提としています。さらに、計算機は技術に主要に関連するコストを組み込んでおり、それらはさまざまなアプリケーション間で共通しています。
計算機の単位ごとのコストはスイッチングソリューションの取得コストです。必要に応じて、SSR用のヒートシンクやEMR用のソケットを追加するコストも含まれます。サイクル数や操作回数で示される寿命予測も考慮され、特定のアプリケーションに対する要求も考慮されます。これには、分あたりの予測サイクル数や負荷のタイプ（例：抵抗性、誘導性、トランス/コンデンサー、または照明器具など）が含まれる場合があります。
EMRの寿命予測調整を見積もるためには負荷のタイプが必要であり、計算機は選択された負荷に基づいて適切なデリーティングを自動的に選択します：モーター、コイル、またはソレノイドに対して80%のデリーティング；トランスまたはコンデンサーに対して75%；照明器具に対して70%です。計算に含まれる保証期間は総コストの推定結果における時間参照として使用されます。これらは1か月から1年またはそれ以上の異なる期間を示すように調整可能です。アプリケーションやビジネスモデルによって変更されるサービスごとのコストも考慮する必要があります。図3はCrydomのTCO計算機を示しています。
図3 – CrydomのTCO計算機。
電気機械式リレー技術とソリッドステートリレー技術の選択をする際、SSRsの初期費用を考慮するのが難しいかもしれません。しかし、EMRの初期費用はSSRより少ないですが、サイクル数が増加するにつれて、EMRの保守、修理、および/または交換のコストも増加します。したがって、SSRとEMRの所有コスト全体を考慮すると、SSRsのライフタイムコストは多くの場合、EMRsと同じかそれ以下であることがわかります。SSRsがEMRsに対して機能や性能に関して持っている利点を考慮すると、設計にSSRを組み込むことを正当化するのは難しくありません。
もっと知りたいですか？ What's Inside a Solid State Relay?について読んでみませんか？
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