リレー

リレーは電気的に作動するスイッチです。単一または複数の制御信号用の入力端子のセットと、動作接点端子のセットで構成されます。スイッチには、メイク接点、ブレーク接点、またはそれらの組み合わせなど、複数の接点形式で任意の数の接点を設定できます。

リレーは、独立した低電力信号で回路を制御する必要があるとき、または複数の回路を 1 つの信号で制御しなければならないときに使用されます。リレーは、最初は長距離電信回路で信号中継器として使用されました。つまり、ある回路から入ってきた信号を別の回路に送信して更新します。リレーは、電話交換機や初期のコンピューターで論理演算を実行するために広く使用されていました。

従来の電気機械式のリレーでは、電磁石を使用して接点を閉じたり開いたりしますが、可動部品に頼らずに半導体の特性を利用して制御するソリッドステートリレーなど、他の動作原理を使用するリレーも発明されています。校正された動作特性と、場合によっては複数の動作コイルを備えたリレーは、電気回路を過負荷や障害から保護するために使用されます。現代の電力システムでは、これらの機能は、保護リレーまたは安全リレーと呼ばれるデジタル機器によって実行されます。

ラッチング リレーでは、スイッチを継続的に動作させるのに制御電力のパルスが 1 つだけ必要です。2 番目の制御端子セットに別のパルスを適用するか、反対極性のパルスを適用すると、スイッチがリセットされますが、同じ種類のパルスを繰り返しても効果はありません。磁気ラッチング リレーは、中断された電力がリレーが制御している回路に影響を与えないようにするアプリケーションで役立ちます。

電気リレーは電信への応用から始まりました。アメリカの科学者ジョセフ・ヘンリーは、 1831年に開発された電気電信を改良するために、1835年にリレーを発明したと言われています。 ^{[1] [2] [3] [4]}

しかし、1840年にサミュエル・モールスが発明した電信機（現在はリレーと呼ばれている）の正式な特許が発行されるまで、この特許は発行されなかった。この特許で説明されている機構はデジタル増幅器として機能し、電信信号を反復することで、信号を必要な距離まで伝播させることが可能だった。^[5]

リレーという言葉は1860年以降、電磁気操作の文脈で登場する。^[6]

シンプルな電磁リレーは、軟鉄コア(ソレノイド)に巻かれた電線コイル、磁束の低抵抗経路となる鉄ヨーク、可動鉄アーマチュア、および 1 組以上の接点 (写真のリレーには 2 つの接点があります) で構成されます。アーマチュアはヨークにヒンジで取り付けられ、1 組以上の可動接点に機械的にリンクされています。アーマチュアはスプリングで固定されているため、リレーの電源が切れると磁気回路にエアギャップが生じます。この状態では、写真のリレーの 2 組の接点のうち 1 組は閉じ、もう 1 組は開きます。他のリレーでは、機能に応じて接点の組数がこれより多いか少ない場合があります。写真のリレーには、アーマチュアとヨークを接続する電線もあります。これにより、アーマチュアの可動接点と、プリント回路基板(PCB) の回路トラックとの間の回路が、PCB に半田付けされた ヨークを介して確実に導通します。

コイルに電流が流れると磁界が発生し、アーマチュアが作動します。その結果生じる可動接点の動きによって、固定接点との接続が確立または切断されます (構造によって異なります)。リレーの電源が切れたときに接点セットが閉じていた場合、動きによって接点が開き、接続が切断されます。接点が開いていた場合はその逆になります。コイルへの電流がオフになると、アーマチュアは磁力の約半分の強さの力によってリラックスした位置に戻ります。通常、この力はバネによって提供されますが、工業用モーター スターターでは重力も一般的に使用されます。ほとんどのリレーは、高速動作するように製造されています。低電圧アプリケーションではこれによりノイズが低減され、高電圧または高電流アプリケーションではアーク放電が減少します。

コイルに直流電流が流されると、コイルの両端にフライバックダイオードまたはスナバ 抵抗器が配置され、非活性化時に磁界の崩壊 (逆起電力) によるエネルギーを消散させます。そうしないと、半導体回路部品に危険な電圧スパイクが発生します。このようなダイオードは、トランジスタがリレードライバとして使用される前は広く使用されていませんでしたが、初期のゲルマニウムトランジスタがこのサージによって簡単に破壊されたため、すぐに普及しました。一部の自動車用リレーには、リレーケース内にダイオードが組み込まれています。抵抗器はダイオードよりも耐久性がありますが、リレーによって生成される電圧スパイクを除去する効率が低いため^[7]、あまり一般的に使用されていません。

リレーが大きな負荷、特に反応負荷を駆動している場合、リレー出力接点の周囲にサージ電流の同様の問題が発生する可能性があります。この場合、接点間のスナバ回路 (直列のコンデンサと抵抗器) がサージを吸収する可能性があります。適切な定格のコンデンサと関連する抵抗器は、この一般的な用途向けに 1 つのパッケージ コンポーネントとして販売されています。

コイルが交流電流(AC) で通電するように設計されている場合、何らかの方法で磁束を 2 つの位相の異なる成分に分割し、これらを加算して AC サイクル中のアーマチュアの最小引張力を増加させます。通常、これは、遅延した位相の異なる成分を生成するコアの一部に圧着された小さな銅の「シェーディング リング」によって行われ、^[8]制御電圧のゼロ交差中に接点を保持します。^[9]

リレーの接点材料は、用途によって異なります。接触抵抗の低い材料は、空気によって酸化されたり、開いたときにきれいに離れるのではなく「くっつく」傾向があります。接点材料は、低い電気抵抗、繰り返し操作に耐える高い強度、またはアークの熱に耐える高い容量に合わせて最適化される場合があります。非常に低い抵抗が必要な場合、または熱誘導電圧が低いことが望まれる場合は、パラジウムやその他の非酸化性半貴金属とともに、金メッキ接点を使用できます。銀または銀メッキ接点は、信号の切り替えに使用されます。水銀湿潤リレーは、液体水銀の薄い自己再生膜を使用して回路を開閉します。モーター回路コンタクタなど、多くのアンペアを切り替える高出力リレーの場合、接点は銀と酸化カドミウムの混合物で作られ、低い接触抵抗とアークの熱に対する高い耐性を提供します。数十アンペアから数百アンペアの電流を流す回路で使用される接点には、熱を放散し、回路を遮断する際に発生するアークを制御するための追加構造が含まれる場合があります。^[10]一部のリレーには、特定の工作機械リレーなどの現場で交換可能な接点があり、摩耗したときに交換したり、制御回路の変更を可能にするために通常開状態と通常閉状態の間で変更したりできます。^[11]

リレーはスイッチなので、スイッチに適用される用語はリレーにも適用されます。リレーは 1 つ以上の極を切り替え、各極の接点はコイルに通電することで切り替えることができます。通常開 (NO) 接点は、リレーがアクティブになると回路を接続し、リレーが非アクティブになると回路は切断されます。通常閉 (NC) 接点は、リレーがアクティブになると回路を切断し、リレーが非アクティブになると回路が接続されます。すべての接点形式には、NO 接続と NC 接続の組み合わせが含まれます。

全米リレー製造業者協会とその後継組織であるリレー・スイッチ工業会は、リレーとスイッチに見られる23種類の異なる電気接点形式を定義しています。 ^[12] これらのうち、よく見られるものは次のとおりです。

• SPST-NO (単極単投、常時開) リレーには、単一のフォーム Aまたはメイク接点があります。これらには、接続または切断できる 2 つの端子があります。コイル用の 2 つを含め、このようなリレーには合計 4 つの端子があります。
• SPST-NC (単極単投、常時閉) リレーには、単一のフォーム Bまたはブレーク接点があります。SPST-NO リレーと同様に、このようなリレーには合計 4 つの端子があります。
• SPDT (単極双投) リレーには、フォーム Cの 1 セットがあり、ブレークしてからメイクまたは転送する接点です。つまり、共通端子は他の 2 つの端子のいずれかに接続され、同時に両方に接続されることはありません。コイル用の 2 つを含め、このようなリレーには合計 5 つの端子があります。
• DPST – 2 極単投リレーは、1 つのコイルで作動する 1 組の SPST スイッチまたはリレーに相当します。コイル用の 2 つを含め、このリレーには合計 6 つの端子があります。極はフォーム Aまたはフォーム B (またはそれぞれ 1 つ。あいまいさを解消するためにNOおよびNC の指定を使用する必要があります) です。
• DPDT – 双極双投リレーには、2組のフォームC接点があります。これは、1つのコイルで作動する2つのSPDTスイッチまたはリレーに相当します。このようなリレーには、コイルを含む8つの端子があります。
• フォームD – ブレーク前のメイク^[13]
• フォームE – DとBの組み合わせ^[13]

極数を表すS (シングル) またはD (ダブル) 指定子は、単一のアクチュエータに接続された複数の接点を示す数字に置き換えられる場合があります。たとえば、4PDT は、 12 個のスイッチング端子を持つ 4 極双投リレーを示します。

EN 50005はリレー端子の番号付けに適用される規格の一つであり、典型的なEN 50005準拠のSPDTリレーの端子は、C、NC、NO、コイル接続に対してそれぞれ11、12、14、A1、A2と番号付けされます。^[14]

DIN 72552 は自動車用リレーの接点数を次のように定義しています。

• 85 = リレーコイル -
• 86 = リレーコイル +
• 87 = ロードする（通常オープン）
• 87a = 負荷（通常閉）
• 30 = バッテリー +

無線送信機と受信機が 1 つのアンテナを共有する場合、多くの場合、同軸リレーが TR (送信受信) リレーとして使用され、アンテナを受信機から送信機に切り替えます。これにより、受信機は送信機の高電力から保護されます。このようなリレーは、送信機と受信機を 1 つのユニットにまとめたトランシーバーでよく使用されます。リレー接点は、無線周波数電力をソースに反射しないように設計されており、受信機と送信機の端子間の絶縁が非常に高くなります。リレーの特性インピーダンスは、システムの伝送線路インピーダンス (たとえば 50 オーム) と一致します。^[15]

コンタクタは、高電流定格を備えた高耐久性リレーであり、^[16]電気モーターや照明負荷の切り替えに使用されます。一般的なコンタクタの連続電流定格は、10アンペアから数百アンペアの範囲です。高電流接点は銀を含む合金で作られています。避けられないアーク放電により接点が酸化しますが、酸化銀は依然として優れた導体です。^[17]過負荷保護装置を備えたコンタクタは、モーターの始動によく使用されます。^[18]

強制ガイド接点リレーには、機械的に連結されたリレー接点があり、リレー コイルが通電または非通電になると、連結されたすべての接点が一緒に動きます。リレー内の 1 セットの接点が動かなくなると、同じリレーの他の接点は動かなくなります。強制ガイド接点の機能は、安全回路がリレーの状態を確認できるようにすることです。強制ガイド接点は、「ポジティブ ガイド接点」、「キャプティブ接点」、「ロック接点」、「機械的に連結された接点」、または「安全リレー」とも呼ばれます。

これらの安全リレーは、1 つの主要な機械規格 EN 50205 : 強制的にガイドされる (機械的にリンクされた) 接点を備えたリレーで定義されている設計規則と製造規則に従う必要があります。安全設計のこれらの規則は、すべての機械に適用される機械の基本安全原則および十分に試行された安全原則として、EN 13849-2 などのタイプ B 規格で定義されているものです。

強制ガイド接点だけでは、すべての接点が同じ状態になることを保証できませんが、重大な機械的故障がない限り、どの接点も反対の状態にならないことを保証します。そうでない場合、通常開 (NO) 接点が複数あるリレーは、機械的許容誤差により、通電時に一部の接点が閉じ、他の接点がわずかに開いたままの状態になることがあります。同様に、通常閉 (NC) 接点が複数あるリレーは、通電されていない位置に固着することがあり、通電時に 1 セットの接点を通る回路がわずかな隙間で切断され、もう 1 セットは閉じたままになります。NO 接点と NC 接点の両方、またはより一般的には切替接点を同じリレーに導入すると、いずれかの NC 接点が閉じている場合はすべての NO 接点が開き、逆にいずれかの NO 接点が閉じている場合はすべての NC 接点が開くことを保証できます。特定の接点が閉じていることを確実に確認することは、その回路の状態を潜在的に侵入的かつ安全性を低下させる方法で検知する以外には不可能ですが、安全システムでは通常 NO 状態が最も重要であり、上で説明したように、反対方向の接点の閉じを検出することで確実に検証できます。

強制ガイド接点リレーは、NO、NC、または切り替えのいずれかの異なるメイン接点セットと、監視システムに使用される、多くの場合は電流定格または電圧定格が低い 1 つ以上の補助接点セットで作られています。監視接点の接点はすべて NO、すべて NC、切り替え、またはこれらの混合にすることができるため、安全システム設計者は特定のアプリケーションに適した構成を選択できます。安全リレーは、設計された安全システムの一部として使用されます。

ラッチング リレーは、インパルス リレー、双安定リレー、キープ リレー、ステイリレー、または単にラッチリレーとも呼ばれ、コイルに電力が供給されていない場合でも、いずれかの接点の位置を無期限に維持します。利点は、リレーが切り替えられている間、1 つのコイルが電力を消費するのは一瞬だけであり、停電中でもリレー接点はこの設定を維持することです。ラッチング リレーを使用すると、連続的に通電されているコイル (AC) から発生する可能性のあるハム音なしで、建物の照明をリモート コントロールできます。

1 つのメカニズムでは、オーバーセンター スプリングまたは永久磁石を備えた 2 つの対向コイルが、コイルの電源が切れた後に接点を所定の位置に保持します。一方のコイルにパルスを与えるとリレーがオンになり、もう一方のコイルにパルスを与えるとリレーがオフになります。このタイプは、単純なスイッチまたは制御システムのシングルエンド出力から制御する場合に広く使用されており、このようなリレーは航空電子工学や多数の産業用途で使用されています。

別のラッチングタイプには、コア内の残留磁気によって接点を操作位置に保持する残留コアがあります。このタイプでは、接点を解放するために反対極性の電流パルスが必要です。バリエーションでは、接点を閉じるために必要な力の一部を生成する永久磁石を使用します。コイルは、永久磁石の磁場を補助または反対することで、接点を開いたり閉じたりするのに十分な力を供給します。 ^[19]極性制御リレーを制御するには、切り替えスイッチまたはHブリッジ駆動回路が必要です。リレーは他のタイプよりも安価かもしれませんが、これは外部回路のコスト増加によって部分的に相殺されます。

別のタイプのラチェットリレーには、コイルが瞬間的に通電された後、接点を閉じた状態に保持するラチェット機構があります。同じコイルまたは別のコイルでの2回目のインパルスにより、接点が解放されます。^{[19]このタイプは、}ヘッドライトのディッピングや、スイッチ操作ごとに交互操作が必要なその他の機能 のために、特定の車両に搭載されています。

ステッピング リレーは、初期の自動電話交換機用に設計された特殊な種類の多方向ラッチング リレーです。

漏電遮断器には特殊なラッチングリレーが含まれています。

ごく初期のコンピュータでは、フェリードや、後の1ESS スイッチのレムリードなど、磁気ラッチリレーにビットを保存することが多かった。

初期のコンピュータの中には、通常のリレーを一種のラッチとして使用したものもあった。つまり、通常のワイヤスプリングリレーまたはリードリレーに出力ワイヤを入力としてフィードバックすることでビットを保存し、フィードバックループまたは順序回路を形成するものであった。このような電気的ラッチリレーは、磁気ラッチリレーや機械的ラチェットリレーとは異なり、状態を維持するために継続的な電力を必要とする。（自己）保持回路はリレーで実現されることが多いが、他の手段で実装することもできる。

コンピュータのメモリでは、ラッチング リレーやその他のリレーが遅延線メモリに置き換えられ、さらに遅延線メモリは、さらに高速で小型の一連のメモリ技術に置き換えられました。

工作機械リレーは、工作機械、トランスファーマシン、およびその他のシーケンシャル制御の産業用制御用に標準化されたタイプです。これらは、通常開状態から通常閉状態に簡単に変換できる多数の接点（現場で拡張可能な場合もあります）、簡単に交換できるコイル、および制御パネルに多数のリレーをコンパクトに設置できるフォームファクタが特徴です。このようなリレーはかつて自動車組み立てなどの業界で自動化の基盤となっていましたが、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）により、シーケンシャル制御アプリケーションから工作機械リレーがほとんど排除されました。

リレーを使用すると、電気機器で回路を切り替えることができます。たとえば、リレーを備えたタイマー回路は、事前に設定された時間に電源を切り替えることができます。長年、リレーは産業用電子システムを制御する標準的な方法でした。複数のリレーを組み合わせて複雑な機能を実行することもできます (リレー ロジック)。リレー ロジックの原理は、関連する接点を通電および遮断するリレーに基づいています。リレー ロジックは、プログラマブル ロジック コントローラでよく使用されるラダー ロジックの前身です。

水銀リレーは、スイッチング素子として水銀を使用するリレーです。従来のリレー接点では接点の腐食が問題になる場合に使用されます。大量の水銀の使用に関する環境配慮と、最新の代替品により、現在では比較的一般的ではありません。

水銀湿潤リードリレーは、接点が水銀で湿潤された水銀スイッチを採用したリードリレーの一種です。水銀は接触抵抗を減らし、関連する電圧降下を緩和します。表面が汚れていると、低電流信号の伝導性が低下する可能性があります。高速アプリケーションでは、水銀によって接点のバウンスがなくなり、ほぼ瞬時に回路が閉じます。水銀湿潤リレーは位置の影響を受けやすく、メーカーの仕様に従って取り付ける必要があります。液体水銀の毒性とコストのため、これらのリレーは次第に使用されなくなっています。

水銀リレーのスイッチング動作の高速性は注目すべき利点です。各接点の水銀球が凝集し、接点を流れる電流の立ち上がり時間は通常、数ピコ秒と考えられています。^[要出典]ただし、実際の回路では、接点と配線のインダクタンスによって制限される場合があります。水銀の使用が制限される前は、高速立ち上がりパルスを生成する便利な手段として、研究室で水銀リレーを使用することは非常に一般的でしたが、立ち上がり時間がピコ秒であっても、イベントの正確なタイミングは、他のすべてのタイプのリレーと同様に、機械的な変動により、おそらく数ミリ秒のかなりのジッタの影響を受けます。

同じ凝集プロセスは別の効果を引き起こしますが、これは一部のアプリケーションでは厄介なものです。接触抵抗は接点が閉じた直後は安定せず、閉じた後数秒間は主に下向きにドリフトし、その変化はおそらく 0.5 オームです。^{[引用が必要]}

マルチ電圧リレーは、24 ～ 240 VAC および VDC などの広い電圧範囲と、0 ～ 300 Hz などの広い周波数範囲で動作するように設計されたデバイスです。安定した供給電圧がない設備での使用に適しています。

電気モーターは、モーターの過負荷による損傷を防ぐため、または接続ケーブルの短絡やモーター巻線の内部故障から保護するために、過電流保護が必要です。 ^{[20]過負荷検知装置は、コイルが}バイメタルストリップを加熱するか、はんだポットが溶けて補助接点を作動させる熱作動リレーの一種です。これらの補助接点はモーターの接触コイルと直列に接続されているため、モーターが過熱するとモーターをオフにします。^[21]

この熱保護は比較的ゆっくりと動作し、保護リレーが作動する前にモーターがより高い始動電流を引き出すことを可能にする。過負荷リレーがモーターと同じ周囲温度にさらされている場合、モーター周囲温度に対する有用な、しかし粗雑な補償が提供される。^[22]

もう一つの一般的な過負荷保護システムは、モーター回路と直列に電磁石コイルを使用して接点を直接操作します。これは制御リレーに似ていますが、接点を操作するにはかなり高い故障電流が必要です。短絡した過電流スパイクによる迷惑なトリガーを防止するために、アーマチュアの動きはダッシュポットで減衰されます。モーター保護リレーでは、熱と磁気の過負荷検出が通常一緒に使用されます。^{[引用が必要]}

電子過負荷保護リレーはモーター電流を測定し、モーターアーマチュアシステムの「熱モデル」を使用してモーター巻線温度を推定し、より正確なモーター保護を提供するように設定できます。一部のモーター保護リレーには、巻線に埋め込まれた熱電対または抵抗温度計センサーから直接測定するための温度検出器入力が含まれています。 ^[23]

有極リレーは、感度を高めるために永久磁石の極の間にアーマチュアを配置します。有極リレーは、20 世紀中頃の電話交換機で、微弱なパルスを検出し、電信の歪みを修正するために使用されました。

リードリレーは、ソレノイド内に収納されたリードスイッチです。このスイッチには、大気腐食から接点を保護する真空または不活性ガスを充填したガラス管内に接点セットがあります。接点は磁性材料で作られており、ソレノイドまたは外部磁石の磁場の影響を受けて動きます。

リード リレーは、大型のリレーよりも高速に切り替えでき、制御回路からの電力をほとんど必要としません。ただし、切り替え電流と電圧の定格は比較的低くなっています。まれに、リードが時間の経過とともに磁化され、電流が流れていないときでも「オン」のままになることがあります。リードの向きを変えるか、ソレノイドの磁場に対してスイッチを 消磁すると、この問題を解決できます。

水銀接点を備えた密閉接点は、他の種類のリレーよりも動作寿命が長く、接点のチャタリングが少なくなります。^[24]

安全リレーは、一般的に保護機能を実装する装置です。危険が発生した場合、このような安全機能の役割は、適切な手段を使用して既存のリスクを許容レベルまで低減することです。^[25]

ソリッドステート コンタクタは、必要なヒートシンクを含む耐久性の高いソリッドステート リレーで、電気ヒーター、小型電気モーター、照明負荷など、頻繁なオン/オフ サイクルが必要な場合に使用されます。摩耗する可動部品はなく、振動による接点のバウンスもありません。プログラマブル ロジック コントローラ(PLC)、PC、トランジスタ トランジスタ ロジック(TTL) ソース、またはその他のマイクロプロセッサおよびマイクロコントローラ コントロールからの AC 制御信号または DC 制御信号によってアクティブ化されます。

ソリッドステートリレー（SSR）は、電気機械式リレーと同様の機能を提供する固体電子部品ですが、可動部品がないため、長期的な信頼性が向上します。ソリッドステートリレーは、ソレノイドの代わりに、制御信号によって作動するサイリスタ、トライアック、またはその他の固体スイッチングデバイスを使用して、制御負荷を切り替えます。オプトカプラ（フォトトランジスタと結合した発光ダイオード（LED） ）を使用して、制御回路と制御回路を分離することができます。^[26]

静的リレーは、電磁リレー内の可動部品によって実現されるすべての特性をエミュレートする電子回路で構成されています。

タイミング リレーは、接点の動作を意図的に遅らせるように配置されています。非常に短い (1 秒の何分の 1 か) 遅延の場合は、アーマチュアと可動ブレード アセンブリの間に銅製のディスクを使用します。ディスクに流れる電流によって磁場が短時間維持され、解放時間が長くなります。少し長い (最大 1 分) 遅延の場合は、ダッシュポットが使用されます。ダッシュポットは、ゆっくりと逃げることのできる液体で満たされたピストンです。空気充填型と油充填型の両方のダッシュポットが使用されます。時間は、流量を増減することで変更できます。より長い時間の場合は、機械式時計仕掛けのタイマーを取り付けます。リレーは、固定のタイミング期間用に配置することも、現場で調整できるようにしたり、コントロール パネルからリモートで設定したりすることもできます。最新のマイクロプロセッサ ベースのタイミング リレーは、広範囲にわたって高精度のタイミングを提供します。

一部のリレーは、アーマチュアに取り付けられた一種の「ショックアブソーバー」機構で構築されており、コイルが通電または非通電になったときに、すぐに完全に動くのを防ぎます。この追加により、リレーに時間遅延作動の特性が与えられます。時間遅延リレーは、コイルの通電、非通電、またはその両方でアーマチュアの動きを遅らせるように構築できます。

時間遅延リレー接点は、通常開または通常閉のいずれかとして指定するだけでなく、遅延が閉じる方向に動作するか開く方向に動作するかを指定する必要があります。以下は、時間遅延リレー接点の 4 つの基本的なタイプについての説明です。

まず、常時開、時間指定閉（NOTC）接点があります。このタイプの接点は、コイルに電力が供給されていない（非通電）ときに常時開です。接点はリレー コイルに電力が供給されると閉じますが、コイルに指定された時間連続して電力が供給された後にのみ閉じます。言い換えると、接点の動きの方向（閉じる方向または開く方向）は通常の NO 接点と同じですが、閉じる方向に遅延があります。遅延はコイル通電の方向に発生するため、このタイプの接点は常時開、オン遅延とも呼ばれます。

真空リレーは、接点が真空のガラスハウジング内に取り付けられた高感度リレーであり、開いたときの接点間隔が数百分の1インチほど狭い場合でも、接点間のフラッシュオーバーを起こさずに 20,000 ボルトもの高周波電圧 ^{[説明が必要]を処理できます。}

リレーは、高電力または高電圧回路を低電力回路で制御する必要がある場合、特にガルバニック絶縁が必要な場合に使用されます。リレーの最初の用途は長い電信線で、中間ステーションで受信した弱い信号で接点を制御し、信号を再生してさらに送信することができました。高電圧または高電流デバイスは、小さな低電圧配線とパイロット スイッチで制御できます。オペレータは高電圧回路から分離できます。マイクロプロセッサなどの低電力デバイスは、リレーを駆動して、直接駆動能力を超える電気負荷を制御できます。自動車では、スターター リレーにより、始動モーターの高電流をイグニッション キーの小さな配線と接点で制御できます。

ストローガーやクロスバー電話交換機などの電気機械式交換システムでは、補助制御回路にリレーが広く使用されていました。リレー自動電話会社も、ゴットヒルフ・アンスガリウス・ベトゥランダーが設計したリレー交換技術のみに基づいた電話交換機を製造していました。英国で最初の公衆リレーベースの電話交換機は、 1922年7月15日にフリートウッドに設置され、1959年まで使用されていました。^{[27] [28]}

電話交換機のような複雑な交換システムの論理制御にリレーを使用することは、クロード・シャノンによって研究され、彼は「リレーおよび交換回路の記号分析」でブール代数のリレー回路設計への応用を形式化しました。リレーは、ブール組み合わせ論理の基本的な操作を実行できます。たとえば、ブール AND 関数は通常開状態のリレー接点を直列に接続することで実現され、OR 関数は通常開状態の接点を並列に接続することで実現されます。論理入力の反転は、通常閉状態の接点で行うことができます。リレーは、工作機械や生産ラインの自動化システムの制御に使用されていました。リレー論理ネットワークの設計には、ラダー プログラミング言語がよく使用されます。

ARRA、Harvard Mark II、Zuse Z2、Zuse Z3などの初期の電気機械式コンピュータでは、ロジックと作業レジスタにリレーが使用されていました。しかし、電子デバイスの方が高速で使いやすいことが証明されました。

リレーは半導体よりも放射線に対する耐性がはるかに高いため、放射性廃棄物処理機械の制御パネルなど、安全性が重要となるロジックで広く使用されています。電気機械式保護リレーは、回路ブレーカーを開閉することで、電線の過負荷やその他の障害を検出するために使用されます。

電気機器や送電線の保護には、過負荷、短絡、その他の障害を検出するために正確な動作特性を持つ電気機械式リレーが使用されていました。このようなリレーは現在でも多数使用されていますが、現在ではデジタル保護リレーが同等の、より複雑な保護機能を提供しています。

鉄道信号リレーは、切り替える電圧 (120 V 未満) と電流 (おそらく 100 mA) がほとんど小さいため、サイズが大きくなっています。接点は、50 年を超える耐用年数にわたってフラッシュオーバーや短絡を防止するために、広く間隔が空けられています。

鉄道信号回路は高い信頼性が求められるため、リレー システムの障害を検出して防止するために特別な技術が使用されます。誤給電を防止するために、回路のプラス側とマイナス側の両方に二重スイッチングリレー接点が使用されることが多く、誤信号を発生させるには 2 つの誤給電が必要になります。すべてのリレー回路が実証できるわけではないため、雷による接点の溶着を防ぎ、AC 耐性を提供するために、カーボンと銀の接点などの構造上の特徴に依存しています。

光アイソレータは、鉄道信号、特に単一の接点のみを切り替える場合にも使用されます。

特定のアプリケーションに適したリレーを選択するには、さまざまな要素を評価する必要があります。

• 接点の数と種類 - 通常開、通常閉、（双投）
• コンタクト シーケンス — 「切断前に接続」または「切断前に接続」。たとえば、古いスタイルの電話交換機では、番号をダイヤルしているときに接続が切断されないように、接続前に切断する必要がありました。
• 接点電流定格 - 小型リレーは数アンペアを切り替えますが、大型コンタクタは最大3000アンペアの定格で、交流または直流です。
• 接点電圧定格 - 一般的な制御リレーの定格は 300 VAC または 600 VAC、自動車用は 50 VDC、特殊な高電圧リレーは約 15,000 V
• 動作寿命、耐用年数 — リレーが確実に動作することが期待できる回数。機械寿命と接点寿命の両方があります。接点寿命は、切り替えられる負荷の種類によって影響を受けます。負荷電流を遮断すると、接点間に不要なアークが発生し、最終的には接点が溶着したり、アークによる侵食により接点が故障したりします。^[29]
• コイル電圧 - 工作機械用リレーは通常24 VDC、120または250 VAC、スイッチギア用リレーは125 Vまたは250 VDCのコイルを持つ場合があります。
• コイル電流 — 信頼性の高い動作に必要な最小電流と最小保持電流、およびさまざまなデューティ サイクルでの電力消費がコイル温度に与える影響。「高感度」リレーは数ミリアンペアで動作します。
• パッケージ/エンクロージャ - オープン、タッチセーフ、回路間の絶縁のための二重電圧、防爆、屋外、耐油性および耐飛沫性、プリント回路基板アセンブリ用の洗浄可能
• 動作環境 - 最低および最高動作温度、湿度や塩分の影響などのその他の環境上の考慮事項
• 組み立て — 一部のリレーには、はんだ付け後の PCB 洗浄を可能にするために筐体を密閉した状態に保つステッカーが貼られていますが、組み立てが完了するとこのステッカーは取り外されます。
• 取り付け - ソケット、プラグボード、レールマウント、パネルマウント、スルーパネルマウント、壁や機器に取り付けるためのエンクロージャ
• スイッチング時間 - 高速性が求められる場合
• 「ドライ」接点 - 非常に低レベルの信号を切り替える場合、金メッキ接点などの特殊な接点材料が必要になる場合があります。
• 接触保護 - 非常に誘導性の高い回路でのアーク放電を抑制
• コイル保護 - コイル電流を切り替えるときに発生するサージ電圧を抑制します
• コイル接点間の絶縁
• 航空宇宙または放射線耐性試験、特別な品質保証
• 加速による予想される機械的負荷-航空宇宙用途 で使用される一部のリレーは、 50 g以上の衝撃負荷でも機能するように設計されています。
• サイズ - 小型リレーは、可動部品の慣性が低く、小型部品の固有振動数が高いため、大型リレーよりも機械的振動や衝撃に強い傾向があります。^[24]大型リレーは、小型リレーよりも高い電圧と電流を処理することが多いです。
• タイマー、補助接点、パイロットランプ、テストボタンなどのアクセサリ。
• 規制当局の承認。
• プリント基板上の隣接するリレーのコイル間の漂遊磁気結合。

特定のアプリケーションに適した制御リレーを正しく選択するには、動作速度、感度、ヒステリシスなどの要素を含め、多くの考慮事項があります。一般的な制御リレーは 5 ms～ 20 ms の範囲で動作しますが、スイッチング速度が 100 μsのリレーも利用できます。低電流で作動し、高速にスイッチングするリード リレーは、小電流の制御に適しています。

あらゆるスイッチと同様に、損傷を避けるために、接点電流 (コイル電流とは無関係) は所定の値を超えてはなりません。モーターなどの高インダクタンス回路では、他の問題に対処する必要があります。インダクタンスが電源に接続されている場合、定常電流よりも大きい入力サージ電流または電動モーター始動電流が存在します。回路が切断されると、電流は瞬時に変化することができず、分離接点全体に損傷を与える可能性のあるアークが発生します。

したがって、誘導負荷を制御するために使用されるリレーの場合、作動時にリレー接点に流れる最大電流、メイク定格、連続定格、およびブレーク定格を指定する必要があります。メイク定格は連続定格よりも数倍大きくなる可能性があり、連続定格はブレーク定格よりも大きくなります。

濡れた状態（負荷がかかった状態）でスイッチングすると、接点間に望ましくないアーク放電が発生し、最終的には接点が溶着したり、破壊的なアークエネルギーによって表面損傷が蓄積して接点が故障したりします。^[29]

ナンバーワン電子スイッチングシステム（1ESS）クロスバースイッチやその他の高信頼性設計では、リードスイッチは常に「ドライ」（負荷なし）で切り替えられるため、この問題を回避でき、接点寿命が大幅に長くなります。 ^[30]

適切な接点保護がないと、電流アークの発生によって接点が著しく劣化し、接点に重大で目に見える損傷が生じます。負荷がかかった状態でリレー接点が開閉するたびに、リレーの接点間に電気アーク (開路時) またはメイク/バウンス アーク (閉路時) が発生します。多くの場合、特に誘導負荷の場合、開路アークの方がエネルギーが強く、したがって破壊力も大きくなりますが、接点をスナバ回路でブリッジすることでこれを軽減できます。タングステン フィラメント白熱ランプの突入電流は、通常、通常の動作電流の 10 倍です。したがって、タングステン負荷用のリレーでは、特殊な接点構成が使用されるか、タングステン負荷用のリレーの接点定格が純粋な抵抗負荷用よりも低くなることがあります。

リレー接点間の電気アークは非常に高温（華氏数千度）になる可能性があり、接点表面の金属が溶けて溜まり、電流とともに移動する。アークの非常に高い温度により周囲のガス分子が分解され、オゾン、一酸化炭素、その他の化合物が発生する。時間の経過とともに、アークエネルギーによって接点金属がゆっくりと破壊され、一部の物質が微粒子物質として空気中に放出される。この作用により接点の材料が劣化して協調し、デバイスの故障につながる。この接点の劣化により、リレーの全体的な寿命は約 10,000 ～ 100,000 回の動作に制限され、デバイスの機械的寿命（2,000 万回を超える場合もある）をはるかに下回るレベルとなる。^[31]

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