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リレーは電気的に動作するスイッチです。1つまたは複数の制御信号用の入力端子と、動作接点端子を備えています。スイッチには、メーク接点、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持つことができます。
リレーは、独立した低電力信号で回路を制御したり、1つの信号で複数の回路を制御したりするために使用されます。当初は長距離電信回線で信号中継器として使用され、受信信号のリフレッシュされたコピーを別の回線に送信していました。その後、電話交換機や初期のコンピュータで論理演算を実行するために広く利用されました。
従来の電気機械式リレーは電磁石を用いて接点を開閉しますが、可動部品に頼らず半導体の特性を利用して制御を行うソリッドステートリレーなど、他の動作原理を用いたリレーも開発されています。動作特性が校正され、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故障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。
ラッチングリレーは、スイッチを常時動作させるために、制御電源のパルスを1回だけ印加するだけで済みます。別の制御端子にパルスを印加するか、逆極性のパルスを印加するとスイッチは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、電源の遮断がリレーが制御する回路に影響を与えてはならない用途で有用です。
1809年、サミュエル・トーマス・フォン・ゼメリングは電気化学電信機の警報装置として電解リレーを設計した。[ 1 ]
電気リレーは主に電信への応用から始まった。アメリカの科学者ジョセフ・ヘンリーは、 1831年に開発した電気電信機の改良版として、1835年にリレーを発明したとよく言われる。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]しかし、ヘンリーはこれらの実験を一切発表しておらず、彼のリレー実験の時期は、ヘンリー自身や彼の学生の言葉のみに基づいており、多くの場合、数十年後のことである。[ 6 ] [ 7 ]
1837年3月、エドワード・デイビーは英国芸術協会事務局長に、電磁リレーに関する自身のアイデアを記した手紙を提出した。これは最初のものではなかったものの、水銀を使用するのではなく「接続と切断」方式であったため、以前の設計よりも実用的であると考えられていた。彼は、チャールズ・ホイートストンとウィリアム・クックが電信システムの最初の特許を出願する2か月前にこれを行い、1年後には同じアイデアで特許を出願することになる。[ 8 ] [ 9 ]
しかし、正式な特許がサミュエル・モースに発行されたのは1840年のことで、彼の電信機は現在リレーと呼ばれている。説明されている機構はデジタル増幅器として機能し、電信信号を中継することで、信号を必要なだけ遠くまで伝送できるようにした。[ 10 ]
リレーという言葉は、1860年以降、電磁操作の文脈で使われるようになった。[ 11 ]
単純な電磁リレーは、軟鉄芯（ソレノイド）に巻かれたコイル、磁束の低抵抗経路を提供する鉄製ヨーク、可動鉄製アーマチュア、および1組以上の接点（図示のリレーには2組の接点がある）で構成されています。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連結されています。アーマチュアはバネによって所定の位置に保持されているため、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、図示のリレーの2組の接点のうち1組が閉じ、もう1組は開いています。他のリレーは、その機能に応じて接点の数が多い場合も少ない場合もあります。図示のリレーには、アーマチュアとヨークを接続するワイヤも付いています。これにより、アーマチュアの可動接点とプリント基板（ PCB）上の回路トラックとの間の回路の導通が、PCBにはんだ付けされたヨークを介して確保されます。
コイルに電流が流れると、磁場が発生して電機子が作動し、その結果可動接点が動き、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が閉じていた場合、動きによって接点が開いて接続が切断され、接点が開いていた場合はその逆になります。コイルへの電流が遮断されると、電機子は磁力の約半分の力で元の位置に戻ります。通常、この力はバネによって供給されますが、産業用モーター始動器では重力もよく使用されます。ほとんどのリレーは高速で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低減されます。
コイルに直流電流が流れると、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が配置されることがよくあります。これは、非アクティブ時に崩壊する磁場（逆起電力）からのエネルギーを放散するためです。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、リレー駆動にトランジスタが使用されるようにな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はこのサージによって容易に破壊されたため、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含まれています。抵抗器はダイオードよりも耐久性がありますが、リレーによって発生する電圧スパイクを除去する効率が低いため[ 12 ]、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、特にリアクティブ負荷を駆動している場合、リレー出力接点周辺にサージ電流が発生するという同様の問題が生じる可能性があります。この場合、接点間にスナバ回路（コンデンサと抵抗を直列に接続したもの）を接続することでサージ電流を吸収できます。適切な定格のコンデンサとそれに対応する抵抗は、このような一般的な用途向けに、単一のパッケージ部品として販売されています。
コイルが交流（AC）で励磁されるように設計されている場合、磁束を位相のずれた 2 つの成分に分割し、それらを加算することで、AC サイクル中の電機子にかかる最小引張力を増加させる何らかの方法が用いられます。通常、これは、遅延した位相のずれた成分を生成するコアの一部に圧着された小さな銅製の「シェーディング リング」によって行われ、[ 13 ]制御電圧のゼロクロス時に接点を保持します。[ 14 ]
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、開閉時にきれいに分離せず「くっついたり」する傾向があります。接点材料は、電気抵抗の低減、繰り返し動作に耐える高い強度、アークの熱に耐える高い容量など、さまざまな特性に合わせて最適化されます。非常に低い抵抗が必要な場合、または熱起電圧を低く抑えたい場合は、金メッキ接点のほか、パラジウムなどの非酸化性の半貴金属が使用されることがあります。信号スイッチングには、銀または銀メッキ接点が使用されます。水銀接液リレーは、薄い自己再生型の液体水銀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、大電流をスイッチングする高出力リレーでは、銀と酸化カドミウムの混合物で接点が作られ、低い接触抵抗とアークの熱に対する高い耐性を実現しています。数十アンペアまたは数百アンペアの電流が流れる回路で使用される接点には、放熱と回路遮断時に発生するアークの管理のための追加構造が含まれている場合があります。[ 15 ]一部のリレー、例えば特定の工作機械用リレーには、現場で交換可能な接点があります。これらの接点は、摩耗した場合、または制御回路の変更に対応するために、常開状態と常閉状態の間で変更することができます。[ 16 ]
リレーはスイッチの一種であるため、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つまたは複数の極を切り替え、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。ノーマルオープン（NO）接点は、リレーが作動しているときに回路を接続し、リレーが非作動のときに回路を切断します。ノーマルクローズ（NC）接点も、リレーが作動しているときに回路を切断し、リレーが非作動のときに回路を接続します。すべての接点構成は、NOとNC接続の組み合わせによって構成されます。
米国では、全米リレー製造業者協会とその後継団体であるリレー・スイッチ工業協会が、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る。[ 17 ] これらのうち、一般的に見られるのは以下のとおりである。
極数を示すS（シングル）またはD（ダブル）の記号は、1つのアクチュエータに複数の接点が接続されていることを示す数字に置き換えることができます。例えば、 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はリレー端子番号付けに適用される規格の一つです。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 と番号が付けられます。[ 19 ]
DIN 72552は、自動車用リレーの接点番号を規定しています。
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、受信機が送信機の高出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つのユニットに統合したトランシーバーでよく使用されます。リレーの接点は、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で非常に高い絶縁性を提供します。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（例えば50オーム）に整合されます。[ 20 ]
コンタクタは、より高い電流定格を持つ高耐久性リレーであり、[ 21 ]電動機や照明負荷のスイッチングに使用されます。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までです。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。[ 22 ]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。[ 23 ]
強制ガイド接点リレーは、リレー接点が機械的に連結されているため、リレーコイルが通電または非通電されると、連結されたすべての接点が同時に動きます。リレー内のいずれかの接点が動かなくなると、同じリレーの他の接点も動かなくなります。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、主要な機械規格であるEN 50205「 強制ガイド式（機械的に連結された）接点を持つリレー」で定義されている設計規則および製造規則に従う必要があります。これらの安全設計規則は、EN 13849-2などのタイプB規格で定義されているもので、すべての機械に適用されます。
力誘導接点だけでは、すべての接点が同じ状態であることを保証することはできませんが、重大な機械的故障がない限り、接点が反対の状態になることは保証されます。そうでなければ、機械的な公差により、常開（NO）接点が複数あるリレーは通電時に固着し、一部の接点は閉じ、他の接点はわずかに開いたままになる可能性があります。同様に、常閉（NC）接点が複数あるリレーは非通電位置に固着し、通電時に一方の接点の回路がわずかな隙間を残して遮断され、もう一方の接点は閉じたままになることがあります。同じリレーにNO接点とNC接点、あるいはより一般的には切替接点を導入することで、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るようになります。特定の接点が確実に閉じていることを保証するには、回路の状態を検知するなど、潜在的に侵襲的で安全性を損なう方法を用いなければ不可能ですが、安全システムでは通常、NO状態が最も重要であり、上述のように、反対方向の接点の閉鎖を検出することで確実に検証できます。
強制ガイド式接点リレーは、常開（NO）、常閉（NC）、または切替接点といった異なる主接点セットと、監視システムに使用される1つ以上の補助接点セット（多くの場合、定格電流または定格電圧が低い）を備えています。監視接点の接点は、すべて常開、すべて常閉、切替接点、またはこれらの組み合わせのいずれかを選択できるため、安全システム設計者は特定の用途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、コイルに電源が供給されていなくても、いずれかの接点位置を無期限に維持します。利点は、リレーの切り替え時に一方のコイルが瞬時に電力を消費するだけで、停電時でもリレー接点がこの設定を保持することです。ラッチングリレーを使用することで、常時（交流）通電されるコイルから発生する可能性のあるハム音なしに、建物の照明を遠隔制御できます。
ある機構では、対向する2つのコイルと、コイルへの通電が停止した後も接点を所定の位置に保持するオーバーセンタースプリングまたは永久磁石が用いられます。一方のコイルにパルス信号を送るとリレーがオンになり、反対側のコイルにパルス信号を送るとリレーがオフになります。このタイプのリレーは、制御が単純なスイッチや制御システムのシングルエンド出力から行われる場合に広く用いられ、航空電子機器や数多くの産業用途で使用されています。
別のラッチングタイプでは、残留磁束コアが残留磁束コア内の残留磁束によって接点を動作位置に保持します。このタイプでは、接点を解放するために逆極性の電流パルスが必要です。バリエーションとして、接点を閉じるのに必要な力の一部を生成する永久磁石を使用するものがあります。コイルは、永久磁石の磁場を補助または妨害することによって、接点を開閉するのに十分な力を供給します。[ 24 ]極性制御リレーは、制御するために切替スイッチまたは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になる可能性がありますが、外部回路のコスト増加によって部分的に相殺されます。
別のタイプでは、ラチェットリレーは、コイルが瞬間的に通電された後に接点を閉じた状態に保持するラチェット機構を備えています。同じコイルまたは別のコイルでの2回目のパルスによって接点が解放されます。[ 24 ]このタイプは、ヘッドランプのロービームや、スイッチ操作ごとに交互に動作する必要があるその他の機能のために、特定の自動車で見られます。
ステッピングリレーは、初期の自動電話交換機向けに設計された、特殊な多方向ラッチングリレーの一種です。
漏電遮断器には、特殊なラッチングリレーが組み込まれている。
初期のコンピュータでは、ビットを磁気ラッチ式リレー（フェリードや、後に1ESSスイッチで使用されたレムリードなど）に格納することが多かった。
初期のコンピュータの中には、ラッチとして通常のリレーを使用するものがあった。出力線を入力としてフィードバックすることで、通常のワイヤースプリングリレーやリードリレーにビットを記憶し、フィードバックループまたは順序回路を形成する。このような電気的にラッチするリレーは、磁気的にラッチするリレーや機械的にラチェットするリレーとは異なり、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」はリレーを用いて実現されることが多いが、他の手段で実現することも可能である。
コンピュータのメモリにおいては、ラッチングリレーやその他のリレーは遅延線メモリに置き換えられ、さらに遅延線メモリは、より高速でより小型の一連のメモリ技術に置き換えられていった。
工作機械用リレーは、工作機械、トランスファーマシン、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。多数の接点（現場で拡張可能な場合もある）を備え、常時開状態から常時閉状態に容易に切り替えられること、コイルの交換が容易であること、そして制御盤に多数のリレーをコンパクトに設置できる形状であることが特徴です。かつては自動車組立などの産業における自動化の基盤であったこれらのリレーですが、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）の登場により、シーケンシャル制御用途では工作機械用リレーはほぼ姿を消しました。
リレーは、電気機器によって回路を切り替えることを可能にします。例えば、リレーを備えたタイマー回路は、あらかじめ設定された時間に電源を切り替えることができます。長年にわたり、リレーは産業用電子システムの制御におけ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（リレーロジック）を実行することができました。リレーロジックの原理は、関連する接点を通電および非通電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一般的に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摩耗が問題となる場合に用いられます。しかし、使用される水銀の量が多いことによる環境問題や、現代的な代替材料の登場により、現在では比較的使用頻度が低くなっています。
水銀接ぎリードリレーは、接点が水銀で濡れた水銀スイッチを採用したリードリレーの一種です。水銀は接触抵抗を低減し、それに伴う電圧降下を緩和します。表面汚染は、低電流信号の導電性低下の原因とな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解消され、ほぼ瞬時に回路が閉じます。水銀接ぎリレーは位置依存性があり、メーカーの仕様に従って取り付ける必要があります。液体水銀の毒性と高コストのため、これらのリレーは次第に使用されなくなってきています。
水銀接ぎリレーの高速スイッチング動作は、特筆すべき利点です。各接点上の水銀球が合体し、接点を流れる電流の立ち上がり時間は一般的に数ピコ秒とされています。しかし、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以前は、高速立ち上がりパルスを生成する便利な手段として、実験室で水銀接ぎリレーを使用することが一般的でした。しかし、立ち上がり時間はピコ秒であっても、他のすべてのタイプのリレーと同様に、機械的なばらつきにより、イベントの正確なタイミングは数ミリ秒にも及ぶ大きなジッターの影響を受けます。
同じ合体プロセスは、別の影響も引き起こします。これは、一部の用途では厄介な問題となります。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、主に下方向にドリフトし、その変化は0.5 オーム程度になることがあります。
マルチ電圧リレーは、24～240VACおよびVDCといった広い電圧範囲と、0～300Hzといった広い周波数範囲に対応するように設計された機器です 。安定した電源電圧が得られない設備での使用に適しています。
電動機には、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。 [ 25 ]過負荷検出装置は、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動作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コンタクタコイルと直列になっているため、モーターが過熱するとモーターを停止させます。[ 26 ]
この過熱保護は比較的ゆっくりと動作するため、保護リレーが作動する前にモーターはより高い始動電流を引き込むことができます。過負荷リレーがモーターと同じ周囲温度にさらされる場合、モーターの周囲温度に対する有用ではあるものの粗雑な補償が提供されます。[ 27 ]
もう一つの一般的な過負荷保護システムは、モータ回路と直列に接続された電磁コイルを使用し、接点を直接作動させる方式です。これは制御リレーに似ていますが、接点を作動させるにはかなり大きな故障電流が必要です。短時間の過電流スパイクによる誤作動を防ぐため、ダンパーによって電機子の動きが減衰されます。熱過負荷検出と磁気過負荷検出は、通常、モータ保護リレーで併用されます。
電子過負荷保護リレーは、モータ電流を測定し、モータ電機子システムの「熱モデル」を使用してモータ巻線温度を推定できます。このモデルは、より正確なモータ保護を提供するように設定できます。一部のモータ保護リレーには、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。[ 28 ]
偏極リレーは、永久磁石の極の間に電機子を配置することで感度を高めている。偏極リレーは、20世紀半ばの電話交換機で微弱なパルスを検出し、電信信号の歪みを補正するために用いられた。
リードリレーは、ソレノイド内に収められたリードスイッチです。スイッチ内部には、真空または不活性ガスが充填されたガラス管内に接点があり、このガラス管が接点を大気腐食から保護します。接点は磁性材料でできており、内部のソレノイドの磁場、または外部磁石の作用によって動きます。
リードスイッチリレーは、大型リレーよりも高速にスイッチングでき、制御回路からの電力消費も非常に少ない。ただし、スイッチング電流と電圧の定格は比較的低い。まれではあるが、リードスイッチが経年変化で磁化され、電流が流れていない状態でも「オン」状態が続くことがある。この問題は、リードスイッチの向きを変えたり、ソレノイドの磁場に対してスイッチを消磁したりすることで解決できる。
水銀接点を備えた密閉接点は、他のどのタイプのリレーよりも動作寿命が長く、接点のチャタリングも少ない。[ 29 ]
安全リレーは、一般的に保護機能を実行する装置です。危険が発生した場合、このような安全機能の役割は、適切な措置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。[ 30 ]
ソリッドステートコンタクタは、必要なヒートシンクを備えた高耐久性ソリッドステートリレーであり、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用途に使用されます。摩耗する可動部品がなく、振動による接点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やマイクロコントローラからのAC制御信号またはDC制御信号によって作動します。
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、制御対象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された発光ダイオード（LED））を使用して、制御回路と被制御回路を分離することができます。[ 31 ]
静止型リレーは、電磁リレーの可動部品によって実現されるすべての特性を模倣する電子回路で構成されています。
タイミングリレーは、接点の動作に意図的な遅延を設けるように設計されています。非常に短い（1秒未満）遅延には、電機子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。ディスクに電流が流れると、短時間磁場が維持され、解放時間が長くなります。やや長い（最大1分）遅延には、ダッシュポットを使用します。ダッシュポットは、流体がゆっくりと排出されるピストンです。空気充填式と油充填式の両方のダッシュポットが使用されます。流量を増減することで、時間間隔を調整できます。さらに長い時間間隔が必要な場合は、機械式タイマーが設置されます。リレーは、固定時間間隔で設定することも、現場で調整することも、制御盤から遠隔設定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なタイミングを実現します。
一部のリレーは、電機子に一種の「ショックアブソーバー」機構が取り付けられており、コイルが通電または非通電された際に、電機子が即座に完全に動くのを防ぎます。この機構により、リレーは時間遅延動作の特性を持ちます。時間遅延リレーは、コイルの通電時、非通電時、またはその両方において、電機子の動きを遅延させるように構成できます。
時間遅延リレー接点は、常時開または常時閉のいずれかであるだけでなく、遅延が閉方向、開方向、またはその両方の方向に作用するかどうかも指定する必要があります。以下に、4つの基本的な時間遅延リレー接点について説明します。
まず、常時開時閉（NOTC）接点について説明します。このタイプの接点は、コイルに電源が供給されていない（非通電状態）ときは常時開状態です。接点はリレーコイルに電源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源が供給された後にのみ閉じます。つまり、接点の動作方向（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。この遅延はコイルの通電方向で発生するため、このタイプの接点は常時開時遅延接点とも呼ばれます。
真空リレーは、接点が真空状態のガラス製ハウジング内に取り付けられた高感度リレーであり、接点間隔が開いた状態でわずか数百分の一インチしかない場合でも、接点間でフラッシュオーバーを起こすことなく、20,000ボルトもの高周波電圧を扱うことができる。
リレーは、特にガルバニック絶縁が望ましい場合に、低電力回路で高電力または高電圧回路を制御する必要があるあらゆる場所で使用されます。リレーの最初の用途は長距離電信線で、中間局で受信した微弱な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。高電圧または大電流のデバイスは、小型の低電圧配線とパイロットスイッチで制御できます。操作者は高電圧回路から隔離されます。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、イグニッションキー内の小型配線と接点でクランキングモーターの大電流を制御できます。
ストロージャー式やクロスバー式電話交換機を含む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く電話交換機を製造していました。英国で最初の公共リレー式電話交換機は、 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。[ 32 ] [ 33 ]
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解析』の中で、リレー回路設計へのブール代数の適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演算を実行できます。たとえば、ブールAND関数は、ノーマルオープン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、ノーマルオープン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、ノーマルクローズ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。ラダープログラミング言語は、リレー論理ネットワークの設計によく使用されます。
ARRA、Harvard Mark II、Zuse Z2、Zuse Z3といった初期の電気機械式コンピュータは、論理回路やレジスタにリレーを使用していた。しかし、電子機器の方が高速で使いやすいことが証明された。
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盤など、安全性が極めて重要なロジック回路に広く用いられています。電気機械式保護リレーは、遮断器の開閉によって電力線の過負荷やその他の故障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、その他の故障を検出するために、正確な動作特性を持つ電気機械式リレーが用いられてきた。現在でもこうしたリレーは数多く使用されているが、デジタル保護リレーは同等以上の、より高度な保護機能を提供している。
鉄道信号リレーは、扱う電圧（120V未満 ）と電流（おそらく 100mA）が比較的小さいにもかかわらず、大型である。接点は、50年以上にも及ぶ寿命の中で、フラッシュオーバーや短絡を防ぐために広く配置されている。
鉄道信号回路は高い信頼性が求められるため、リレーシステムの故障を検出・防止するための特別な技術が用いられています。誤給電を防ぐため、回路の正側と負側の両方に二重スイッチングリレー接点が用いられることが多く、誤給電が発生するには2回の誤給電が必要となります。すべてのリレー回路が検証できるわけではないため、落雷による接点溶着を防ぎ、交流耐性を確保するために、カーボンと銀の接点といった構造上の特徴に頼らざるを得ない場合もあります。
光絶縁体は、鉄道信号システムにおいても、特に単一の接点のみを切り替える場合など、いくつかの場面で使用されている。
特定の用途に適したリレーを選定するには、さまざまな要素を評価する必要があります。
特定の用途に適した制御リレーを選定する際には、動作速度、感度、ヒステリシスなど、多くの要素を考慮する必要があります。一般的な制御リレーの動作速度は5ms ～ 20msですが、 100μsもの高速スイッチングが可能なリレーも市販されています。低電流で動作し、高速スイッチングが可能なリードスイッチは、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、接点電流（コイル電流とは無関係）は損傷を避けるために規定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、他にも対処すべき問題があります。インダクタンスが電源に接続されると、定常電流よりも大きな入力サージ電流または電動機の始動電流が発生します。回路が遮断されると、電流は瞬時に変化しないため、分離接点間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、誘導性負荷を制御するために使用されるリレーについては、リレーが作動する際に接点を流れる最大電流（メイク定格） 、連続定格、および遮断定格を規定する必要があります。メイク定格は連続定格の数倍になる場合があり、連続定格は遮断定格よりも大きくなります。
「湿った状態」（負荷がかかった状態）でスイッチングを行うと、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て閉じたり、破壊的なアークエネルギーによって表面損傷が蓄積されて接点が故障したりします。[ 34 ]
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、その問題を回避するためにリードスイッチは常に「ドライ」（無負荷）でスイッチングされ、接点寿命が大幅に長くなります。[ 35 ]
適切な接点保護がない場合、電流アークの発生により接点が著しく劣化し、目に見える大きな損傷を受けます。負荷がかかった状態でリレー接点が開閉するたびに、リレー接点間にアークが発生する可能性があります。これは、開接点の場合はブレークアーク、閉接点の場合はメイク/バウンスアークのいずれかです。多くの場合、ブレークアークの方がエネルギーが高く、特に誘導性負荷の場合は破壊力が高くなりますが、スナバ回路で接点を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電球の突入電流は、通常、通常の動作電流の10倍です。そのため、タングステン負荷用のリレーでは、特殊な接点構成を使用するか、純粋な抵抗負荷の場合よりもタングステン負荷用の接点定格を低く設定する場合があります。
リレー接点間の電気アークは非常に高温になり 、華氏数千度にも 達するため、接点表面の金属が溶融し、流れに乗って移動します。アークの極めて高い温度は周囲のガス分子を分解し、オゾン、一酸化炭素、その他の化合物を生成します。時間の経過とともに、アークエネルギーは接点金属を徐々に破壊し、一部の物質が微粒子として空気中に放出されます。この作用により接点内の材料が劣化し、協調性が失われ、デバイスの故障につながります。この接点の劣化により、リレーの全体的な寿命は1万～10万回程度に制限され、2000万回を超えることもあるデバイスの機械的寿命をはるかに下回ります。[ 36 ]
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