楽しく遊ぶための初心者にもわかる電子工作のヒント「自己保持回路」

メカニカルリレーを使った自己保持回路

メカニカルリレーの説明では、しばしが自己保持回路が取り上げられます。

しかし、その説明の多くは、シーケンスや「ラダー図」を用いたものが多く、気軽に電子工作を楽しみたい人にとっては、とっつくにくくわかりにくいものですので、ここでは、できるだけわかりやすく実感できるように、回路図とブレッドボードを使って紹介します。


自己保持回路とは

電子工作などの少電力ではこれを使うことは少ないかもしれませんが、工作機械などでは、機械が動いているのを、一瞬に止めたい場合や、順番に何かを作動させていく場合などで、スイッチを入れてその動作に続けて次の動作を付加したいう時には、リレーやタイマーを使ってONの状態を維持できる回路が必要になります。

これが「自己保持回路」と呼ばれるです。

WEBなどでは、下の図のようにシーケンス(ラダー)図というもので表示されますが、これは、専門に学ばないと理解しにくいものです。

WEBにあったシーケンス図を一部使用した図WEBの図を一部見やすくしたもの

この図は、比較的わかりやすく書かれたシーケンス図ですが、これでも、見慣れない人にはどうして実際の回路を組めばいいのか、わかりにくいでしょう。

これは最も基本的なものですが、実際に機械などに組み込まれたような複雑な動作は、プログラマブルコントローラ(シーケンサ)やマイコンを用いて行われることも多いようです。

ここでは、この基本の自己保持回路の作動の様子や原理を「回路図」と実際にブレッドボードで確認しながら見ていくことにします。

2回路リレーを使うのが簡単です

前のページで、スイッチとリレーについて簡単に紹介しましたが、スイッチやリレーを使うと、回路のON-OFFと分岐・分離などができます。

もしも、安全にそして迅速に大電流の機械を動作させるには、保持機能のある「トグルスイッチやスライドスイッチ」を使うこともできますが、ノブが飛び出していたり、とっさの場合に特殊な動作をとらせてOFFにするのはあまり良くないので、通常は機械操作では、押しボタンスイッチが使われます。

ここでは、A接点とB接点の押しボタンスイッチと、2回路2接点の「メカニカルリレー」を使うことで確実に電源のON-OFFを操作ができることを確認してみましょう。

それらの部品を組み合わせて行いたい動作は・・・

(1)起動スイッチを押すと「作動する」 
(2)スイッチから手を離しても「作動」の状態を維持している 
(3)停止スイッチを押すと、直ちに停止する

・・・という動作が機械運転時に必要ですが、それを実現するのが「自己保持回路」です。


回路図による自己保持回路

自己保持回路では、次のステップで動作します。

自己保持動作説明図

この図を見ると、「モーター回路」と「リレー回路」は完全に分離しています。それが「リレー」の特徴といえます。

リレーのコイルは電磁石を利用して、接点をON-OFFさせるので、リレー回路には「直流」の電源が必要です。

それに対して「負荷回路(この図ではモーターを回す)」のは、リレー回路とは独立しているので、直交流や電圧電流を問わずに、どんな回路であっても問題ありません。

しかしここでは取り上げませんが、前のページで説明したように、リレーやモーターにはコイルや接点があるので、電流の変動やノイズの問題はあリます。

ここでは、それらは無視しており、対策もとっていませんが、いつもそれを意識するクセはつけておく必要があります。

ブレッドボードに組むと、こんな感じです。

ブレッドボードに組んでみた

まず、負荷(この場合はモーター)をつけずにテスターで接点の導通を見てみると、

(1)作動前は導通なし → (2)作動スイッチのボタンを押すと導通して、ボタンから他を離して作動スイッチが切れても、導通したまま・・・ → (3)停止スイッチを押すと、導通が無くなります。

以上のように、計画通りの動作ができています。

作動状況 作動前(1)作動前

作動状況 作動中(2)作動スイッチ(A接点)をPUSH作動状況 停止操作(3)停止スイッチ(B接点)をPUSH


負荷をつないでみます

負荷側に繋ぐのは、何でもいいので、まず、①リレーの電源を共用してLEDを点灯させてみること、つぎに、②別の電源でギヤボックスのモーターを回してみる・・・ということをやってみます。

①リレーの電源を共用してLEDを点灯

負荷はLED 

②モーターを回してみる

負荷はギヤボックスに入ったモーター

いずれも、同様の動作をしましたので問題ありません。OKです。

【あとがき】 今回使ったリレーは5V用の2回路2接点のものですが、リレー接点の端子がどのようになっているのかがわかりにくいという、初歩的なところで迷いました。リレーの仕様書があれば書いてあるのでしょうが、本体に表示してある記号の見方がわかっておれば迷わなかったはずで、完全に予習不足でした。

さらにそのこともあって、ショートさせるというヘマもやりました。少電力なので問題はなかったものの、商用電力では大変なことになりますので、このような失敗がないように、慎重に作業してくださいね。

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