DCパワーリレーとは
DCパワーリレーとは、直流電源を使用して接点出力を発信するリレーです。
一般的なリレーは交流電源を使用しますが、直流電源を使用する場合には、ダイオードを接続するなどの特殊な設計が必要です。高電圧や高電流を扱う産業分野で広く使用されます。
DCパワーリレーは、直流電源を使用する多くの分野で必要不可欠な機器です。高信頼性を求める分野では、需要が増加しています。
DCパワーリレーの使用用途
DCパワーリレーは、さまざまな産業機器で使用されます。具体的には、燃料電池のコージェネレーションシステムや太陽光発電施設では、電力制御のために不可欠な機器です。風力発電プラントなどでも、発電機と電力網の系統接続制御などに使用されます。
電気自動車やハイブリットカーにも必須の機器です。現代の電気自動車は高電圧バッテリーを使用するため、DCパワーリレーで電力の制御をします。充電ステーションとバッテリーにおける充電管理に使用される場合もあります。
鉄道も用途の1つです。特に国内では路面電車や通勤電車が直流駆動のため、車両・照明の制御や通信システムなどで活用されます。
DCパワーリレーの原理
DCパワーリレー動作の原動力は、電流がコイルを流れるときに発生する磁気力です。通常のリレーと同様に、コイル、可動切片、接点、ケーシングなどから構成されています。コイルに直流電源を供給することで可動切片を引き付け、付属する接点を開閉します。
また、DCパワーリレーには、サージ吸収ダイオードなどの保護デバイスが組み込まれてるのが特徴です。リレー動作時の逆起電力や回路内のスイッチングノイズなどの高周波信号を吸収し、ダイオード内で発生するジュール熱によって、これらの信号を分散させることでリレーを保護します。
大型DCパワーリレーの場合は、熱伝導率が高い加圧ガスが封入されている容器内に、強い磁場を発生させる永久磁石、2つの端子から伸びている固定接点と、ばねによって動く可動接点によって構成される場合があります。容器にはアークが外に漏れないように防爆性の高い材料で構成され、加圧ガスが漏れない密閉性の高い容器が使用されます。
DCパワーリレーの種類
DCパワーリレーにはさまざまな種類があります。
1. 開閉数による分類
接点などの開閉数で種類が分かれ、1極2投 (SPDT) や2極2投 (DPDT) などの種類があります。極数や投数が多いほど汎用性が高いですが、高価になります。これらが電流の通り道を切り替えることで、電気回路の制御を行います。
2. 出力構造による分類
出力構造では、メカニカルリレーとソリッドステートリレーが存在します。ソリッドステートリレーは、半導体素子を使用して物理接点の代わりにスイッチングを行うリレーです。
メカニカルリレーに比べて動作速度が速い上に寿命も長いため、高速動作が必要な負荷に最適です。MOSFETと呼ばれる半導体素子をDCパワーリレーとして使用することも可能です。
MOSFETはトランジスタを使用してスイッチングを行うリレーで、損失が少なく動作速度が速い点が特徴です。
DCパワーリレーの選び方
DCパワーリレーを選定する際は、容量、動作速度、消費電力などを考慮します。
1. 容量
容量は、リレーが制御できる電流や電圧の上限で、超過するとリレーが損傷する可能性があります。使用する負荷装置などに合わせて、適切に選択することが大切です。
2. 動作速度
電圧には接点部分に印加可能な上限電圧とコイルの定格電圧が存在し、それぞれ状況に応じて選定します。リレーの動作速度も重要な要素です。パワーリレーは物理的に接点の開閉を行うため、動作速度が遅いのが欠点です。高速動作が必要な場合には、他の機器を選択しなければなりません。
3. 消費電力
コイルによる消費電力が大きくなるため、リレー容量を最小限に抑えて消費電力を削減することが重要です。
参考文献
https://www3.panasonic.biz/ac/j/control/relay/vehicle/ev_special/index.jsp
https://www.sonycsl.co.jp/publication/files/672.pdf