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この記事では、モータスタータの特徴について説明します。これには、構造、アクセサリ、購入時の課題などの側面が含まれます。また、配線の複雑さや、より大きな制御盤への統合のヒントについても触れます。モータスタータが初めての方は、モータスタータが非常に重要であり、驚くほど複雑な装置であるため、この記事を何度か読む必要があるかもしれません。あなたがモータスタータに慣れ親しんでいても、有用な情報がいくつか見つかるかもしれません。
逆回転モータスタータについては、複雑さが増し、単独で記事を作成する必要があるため、ここでは触れないことにします。
モータスタータに関する補足情報
この記事は、モータスタータを紹介し、その重要で時には捉えにくいアプリケーションを探る、より大きなテーマの一部です。詳細については、以下の関連記事を参照してください。
電磁式モータスタータとは何でしょうか？
電磁式（マグネティック）モータスタータは、モータをAC供給電源に接続するためのコンタクタ（大電力リレー）と過電流検出回路を含むコンパクトなアセンブリです。代表的な例は、図1（組み立て済み）および図2（分解済み）に示すSchneider Electricの DPE09 シリーズとその付属品です。「マグネティック」とは、プライマリコンタクタ内部の電磁石を指します。
モータスタータの目的は何でしょうか？
三相誘導モータは、産業環境で一般的に使用されています。三相誘導モータは高効率で寿命が長く、比較的メンテナンスが容易であることから、人気があります。これらのモータは堅牢なソリューションを提供する一方で、単相事故のような故障に敏感です。これは、三相のうちのいずれかが失われたり、電圧が著しく低下したりした場合（単相電圧低下）に発生します。この記事で取り上げたモータスタータは、モータを自己破壊から保護するために不可欠な安全要素です。これは、機械的な過負荷やモータの過熱に対する保護の対策を提供します。また、モータに巻線不良などの故障が発生した場合は、モータを電源から切り離します。
図1： 組み立てられたSchneider ElectricのDPEシリーズのモータスタータの写真。A2コイル端子と過負荷ブロックのノーマリクローズ接点を接続するワイヤに注意してください。
代表的なモータスタータの紹介
Schneider Electricの DPE09BL 三相プライマリコンタクタを図2の左下に示します。これは比較的小型のコンタクタで、ほとんどのモータスタータの特性を有していますので、良いケーススタディになります
三相コンタクタ
DPE09BL は、モータスタータとして使用する場合、つぎの電源供給が可能です。
- 単相240V ACシステムでは1馬力
- 三相208V ACでは2馬力
- 三相480V ACでは3馬力
- 三相690V ACでは7.5馬力
この幅広いモータ馬力は、コンタクタに関連する設計上の最大10A接点と690V AC定格電圧を反映しています。モータの電流は、それぞれのモータ馬力と電圧との組み合わせにおいて概略同等と言える範囲内にあることが分かります。
調整可能な過負荷ブロック
調整可能な過負荷ブロック DPER06 は、図2の右下に示されています。画像をよく見ると、電流制限を1A～1.6Aの間で設定するためのダイヤルがあります。コンタクタには、さまざまな過負荷ブロックが取り付けられる可能性があることに注意することが重要です。最小のSchneiderの代替品は0.1A～0.16Aの DPER01 で、最大の DPER14 は7A～10A用に設計されています。いずれの場合も、過負荷ブロックをモータに適合させることが重要です。過負荷ブロックの電流設定は、望ましくない過負荷を防止するために十分に高く設定する必要がありますが、モータに意味のある過負荷保護を提供するためには十分に低く設定する必要があります。
補助接点ブロック
図2に示すように、補助接点ブロック DPEAN11 をボックスの上部に配置します。この小さなブロックは、図1に示すようにコンタクタの上部に取り付けます。この位置から、コンタクタのアーマチュアによって補助接点ブロックの接点が作動します。
誘導性フライバックダイオード
図2に示す最後の部品は、 LAD4TBDL 双方向ダイオードです。この部品は DPE09BL コンタクタに付属しています。しかし、コンタクタが開くときに発生する誘導性フライバック電圧に対処しなければならないため、このダイオードの重要性を強調しなければなりません。これは興味深いトピックで中継リレーの使用を提唱するこの記事で深く掘り下げられています。この考え方は、コンタクタがソリッドステート出力を持つPLCで駆動される場合に特に重要です。
図2： Schneider ElectricのDPEシリーズのモータスタータを分解した写真
モータスタータに関する用語
リレー、コンタクタ、モータスタータという用語は、図1に示すデバイスに通常適用されます。分かりやすくするために、用語を以下のように説明 します。
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リレー： リレーという用語は、コイルと1つ以上の接点を備えた電磁デバイスの製品群の一般的な用語を指します。この定義は一部の読者には大まか過ぎるかもしれません。多くの人々には、リレーを一端に、コンタクタを他端に配置した連続体として、リレーを説明することで、より受け入れられます。
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コンタクタ： コンタクタはリレーファミリのサブセットです。コンタクタは通常、リレーの中でも物理的に大型に分類されます。コンタクタは大電力負荷を扱うために特別に設計されたデバイスです。リレーにはノーマリオープン接点とノーマリクローズ接点がありますが、コンタクタのプライマリ接点はノーマリオープンです。
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モータスタータ： モータスタータは、リレーファミリのもう1つのサブセットです。コンタクタは、モータスタータの基本コンポーネントです。このコンタクタに、モータの不具合を検出するコンポーネントを追加します。原則として検出は、単相故障時の過熱などのソフトフォルト用に設計されています。ハード（短絡）フォルトには、外部ヒューズまたは回路ブレーカが必要です。
モータスタータの購入
各メーカーは、モータスタータを製作するために組み立てることができるコンポーネントファミリを備えています。各メーカーは、専用のデバイスを製作することよりも、幅広いアプリケーションに対応することでコストを削減しています。たとえば、コンタクタは通常、独立したデバイスとして使用できます。これらは、単純な抵抗のヒータを含む汎用負荷に適しています。当社の定義では、特定のモータを保護するために設計された過負荷ブロックを追加することで、コンタクタはモータスタータになります。コンタクタアセンブリをより大きな制御盤に統合するために、他のアクセサリを追加することができます。これには、追加のリレーベースまたはPLCベースの制御回路や、スイッチや表示ランプを備えたユーザーインターフェースが含まれます。
DigiKeyからのモータスタータの購入
DigiKeyに関して、モータスタータには多くの組み合わせと選択肢があることを忘れてはなりません。例えば、 DPE09 ファミリの可能性を考えてみてください。
- コイル電圧は24、120、230、240V AC、および24V DC
- 定格電流が0.1～10Aの11種類の過負荷ブロック
- オプションの補助接点ブロック
この単純な例から、DPE09 ファミリには100を超えるモータスタータの組み合わせがあることが分かります。したがって、モータスタータがユニットとして販売されることを期待すべきではありません。その代わりに、必要な個々のコンポーネントを注意深く選択する必要があります。これには、メーカーが提供するファミリデータシートを使用するのが最適です。
モータスタータの配線図
モータスタータとアクセサリの配線図を図3に示します。このセクションを読まれるときは、図1および図2を参照して、さまざまなアセンブリの物理的な接続を確認してください。
プライマリコンタクタ端子
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コンタクタのコイルには、A1（プラス）と A2（マイナス）の接点から電力が供給されます。この24V DCのSchneiderのコンタクタでは、極性が重要です。永久磁石が電磁石と相互作用し、電力を節約しながら応答性の良いリレー動作を提供します。
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プライマリ三相入力は、L1、L2、およびL3として識別されます。
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プライマリコンタクタは、端子13と14で識別される1つのノーマリオープン接点を備えています。
過負荷ブロック端子
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負荷ブロックは、コンタクタのT1、T2、およびT3端子から電力を受けます。
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三相のそれぞれの電流は過負荷ブロックによって感知されます。これらの感知素子は、図3ではフックのような部品として描かれています。熱過負荷ブロックの場合、これらの要素はバイメタル片に近接して配置された低抵抗（ヒータ）のようなものです。電流が増加すると、ヒータの温度も増加します。ある時点で、熱はバイメタル片をトリップさせるのに十分であり、それによって過負荷がラッチされ、ノーマリオープンとノーマリクローズの過負荷ブロック接点が切り替わります（97と98は閉じ、95と96は開きます）。
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三相出力は端子T1、T2、およびT3です。
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過負荷ブロックには、一対の「トリップ」接点があります。
補助ブロック端子
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補助ブロックには、ノーマリオープン（53と54）とノーマリクローズ（61と62）の接点があります。
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これらの接点は、プライマリコンタクタのアーマチュアに直結しています。
図3： モータスタータ、過負荷ブロック、および補助接点ブロックの配線図
技術的なヒント： 配線図はスタータを示す1つの方法です。 ラダーロジックはもう1つの方法です。配線図では、モータスタータとそのすべてのコンポーネントが1つの場所に配置されています。ラダーロジックでは、コイルと接点は機能に応じてそれぞれのラング（梯子の横棒）に配置されています。どちらも、技術者、組立工、およびエンジニアのニーズに応じて配置されます。これら3つのカテゴリの人々のうち、トラブルシューティングと修理を容易にするために技術者は最優先されるべきです。機器のダウンタイムは莫大な費用がかかることを常に念頭に置いてください。効率的な修理のために機器と文書を設計するコストは、機器の10年以上にわたる長い耐用年数にわたって還元されます。
モータスタータ回路の接続
モータスタータの詳細な説明は、この記事の範囲を超えています。しかし、出発点として、この3線式スタートストップ回路入門をご検討ください。モータスタータの最も基本的なアプリケーションの1つを紹介しています。
その記事を読みながら、図4に示すコイルと過負荷ブロックの関係に注意してください。コンタクタのコイルは、過負荷ブロックのノーマリクローズ接点に直列接続されています。これは、過負荷が発生するとコンタクタが確実に開き、モータを保護するために重要な接続です。
技術的なヒント： 過負荷ブロックは回路ブレーカではありません。図3のフック素子は接点ではなく、ヒータです。その代わりに、モータの過負荷状態は、ノーマリオープン接点（97と98）とノーマリクローズ接点（95と96）を含む小さな過負荷スイッチ素子をトリップ（反転）させます。一般的な用途では、ノーマリクローズのスイッチ（95と96）は、プライマリコンタクタのコイル（A1とA2）に対して直列に配線されています。その結果、過負荷が発生すると、プライマリコンタクタが回路を開き、モータへの電力が供給されなくなります。
図4： KiCadを使用して開発した3線式スタートストップ回路の配線図
技術的なヒント： わずかな時間内でモータを繰り返し始動すると、過負荷ブロックのセンス素子（フック素子）が過熱し、モータスタータがトリップすることがあります。モータが始動すると大きな電流を引き込み、熱過負荷ブロックを含むすべてのコンポーネントにストレスがかかることを思い出してください。
フック素子（ヒータ）が冷えるまで時間がかかるので、熱過負荷ブロックをリセットしようとするときは我慢してください。年配の技術者から若い技術者へ、このような状況に陥った場合は、ひと休みしてトラブルシュートについての戦略を練り直すことをお勧めします。ひと休みから戻ってくるまでにヒータ素子は室温になっており、リセットボタンのしっかりとしたクリック感を感じるはずです。さらに重要なことは、モータ巻線が冷える機会があるということです。
まとめ
三相モータスタータは、多くの産業環境で使用される一般的なコンポーネントです。この記事で示すように、モータスタータは、コンタクタ、熱過負荷ブロック、および補助接点を含むコンポーネントのファミリから必要に応じて組み立てられ、デバイスをより大きな産業用制御パネルに統合します。このコンポーネントのファミリの中から、特定のモータを所定の電圧と電流の動作範囲に適合させるように、モータスタータのコンポーネントが選択されます。多くの産業用オートメーションおよび制御コンポーネントと同様に、アプリケーションに適合するコンポーネントを選択するには、ファミリデータシートを注意深く確認し、理解する必要があります。
残念ながら、まだこの重要なコンポーネントのごく一部を紹介したにすぎません。今後の記事では、モータスタータを特定のモータに適合させる方法、このデバイスをより大きな制御盤に統合する方法、そして設置に関連する電気的な安全面についてご紹介できるかもしれません。
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ご健闘をお祈りします。
APDahlen
著者について
Aaron Dahlen 氏、LCDR USCG（退役）は、DigiKeyでアプリケーションエンジニアを務めています。彼は、技術者およびエンジニアとしての27年間の軍役を通じて構築されたユニークなエレクトロニクスおよびオートメーションのベースを持っており、これは12年間教壇に立つことによってさらに強化されました（経験と知識の融合）。ミネソタ州立大学Mankato校でMSEEの学位を取得したDahlen氏は、ABET認定EEプログラムで教鞭をとり、EETプログラムのプログラムコーディネーターを務め、軍の電子技術者にコンポーネントレベルの修理を教えてきました。彼はミネソタ州北部の自宅に戻り、このような記事のリサーチや執筆を楽しんでいます。LinkedIn | Aaron Dahlen - Application Engineer - DigiKey