Y デルタおよびソリッド・ステート・スタータの ......国では、AC240 ～480V のY 式電力システムとデルタ式電力システムが両方存在します。本書でY

Yデルタおよびソリッド・ステート・スタータのアプリケーションガイド

従来の減電圧アプリケーションへのソリッド・ステート・ソフト・スタータの

利用に関する説明と支援


目次はじめに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

配電に関する用語 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

従来の設計理論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5デルタ接続 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5Y接続 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5モータ識別 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

電気機械的 Yデルタとソリッド・ステート・スタータの対比 . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

ソリッドステート始動の利点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

デルタ内部配線のソリッド・ステート・スタータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11サイズ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11接続およびセットアップ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

アプリケーション例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

アプリケーションに関する重要に注意事項 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

付録 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

3


はじめにモータトルクや消費電力の特性を変更する目的でモータに減電圧を利用する理論は、何年にも渡って存在している考え方です。この概念は、主にトルクを制限する必要性やジェネレータ /配電機能を制限する目的から広く取り入れられてきました。また、エネルギー保存の指導から、地方自治体は 7.5HP(5.5KW)以上においてモータに義務的な減電圧始動要件を課してきました。

減電圧始動は、部分巻線、巻線形回転子、自動トランス、Yデルタ、またはソリッドステートといったさまざまな方法で実現できます。このような技術の多くが特別なモータや特別なシステムコンポーネントを必要とするのに対し、Yデルタ式とソリッドステート式はとても簡単に利用できます。アメリカでは採用されているアプリケーションが多様ですが、長い間に渡り世界で最もよく使用されている方式は Yデルタ式またはスターデルタ式の始動方式なのです。

最新世代のソフトスタータとスマート・モータ・コントローラ (SMC)は、Yデルタアプリケーションで利用したときにそれ以前の世代に機能面で大きな改善をもたらします。ほとんどの場合、このソリッドステート製品を従来の減電圧方式と置き換え、またはそれにより従来の減電圧方式を改良することが可能です。SMC製品ラインは、ソリッドステート技術や先進機能を利用し費用効率の高いモジュール式のソリューションを新旧両方の減電圧アプリケーションに提供するよう特別に設計しています。

配電に関する用語

世界の電力システムの約 75%は、トランスから Y式電力として提供されています。電圧の電位と位相の関係が適切に保たれている場合、電力の提供が Y式またはデルタ式のいずれであってもシステム・スタータ・コンポーネントに差が生じることはほとんどありません。図 1.は、モータを介した外部電力入力の簡単な接続図を示しています。ただし、世界には多種多様な構成が存在しますが、380～415Vで動作する Y構成システムが最も一般的であることに注意してください。米国では、AC240～ 480Vの Y式電力システムとデルタ式電力システムが両方存在します。

本書で Yデルタモータ構成という用語を使用する場合、それは単にモータ巻線の電力システムへの接続方式を指しています。以降で説明するように、この巻線の物理接続は、トランスからの電力構成に関係なく実際に巻線で利用される電圧に影響を与えます。

図 1. 簡単なシステムライン図

モータコントローラ

サンプルライン図Y接続された電力トランスとデルタ接続されたモータ

配電トランス

トランス

SCPD

4


従来の設計理論定義によると、Yデルタとは、始動時のモータの使用電圧を低減する従来の電気機械的な方式を指します。この方式は従来の全電圧始動において大きな利点がある一方で、より広いパネルスペースやより多くのコンポーネントが必要であること、また最も重要なこととして Y式接続を作成できるようすべての巻線終端を外部から使用可能にしたモータが必要であるという欠点があります。

「減電圧スタータ」という用語は Yデルタ始動方式で使用されますが、実際には現在でも全ライン電圧がモータリードに印加されています。減電圧は、単に Y式とデルタ式の関係の電気特性から生じます。

デルタ接続

図 2.に示すデルタ構成は、デルタ接続で結果として印加される電圧を示しています。これは、モータをラインに直接接続する全電圧始動でモータを接続するときに最も一般的に使用される方法です。モータ巻線は定格公称全電圧で動作するように設計されており、この定格は米国以外では 400Vで、米国では 480Vです。

図 2. デルタ接続における電圧

例として、15kW/20HP 1800RPMモータの電気特性を取り上げます。全負荷電流は、400Vで約 30Aに、480Vで 26Aになります。公称始動電流が全負荷電流の600%であると仮定した場合に、結果の始動時突入電流はそれぞれ約 180A/156Aになります。そのため、結果の始動トルクは、モータの公称全負荷トルクの 100%になります。

Y接続

デルタ接続ではなく Y接続の巻線では、ライン間で全電圧が印加される点は同じですが、個々のモータ巻線間の電圧は図 3.に示すように低減されます。電圧は、3の平方根の逆数まで、または全電圧の 57.7%まで低減されます。

電力システムでライン間 (L to L)電圧が 400Vまたは 480Vである場合は、実際のモータ巻線間の電圧はライン -ニュートラル間 (L to N)電圧でそれぞれ 230Vまたは 277Vとなります。

始動電圧の低減分 = = × 480 = (.577)× 480 = 277V=480V3

4801.73

11.73√ ( )

5


図 3. Y接続における電圧

始動時に巻線間で減電圧を使用した場合の効果は、この例で説明するのが最も適しています。Y接続を使用した場合、始動電流は電圧低減分に比例するため、以下のようになります。

(LRA = 180A/156A)という情報を使用すると、Y接続電流は 400Vでは約 60Aに、480Vでは 51Aになります。電流が大幅に低減されることはすぐにお分かりいただけるでしょうが、電圧低減の結果は始動トルクがある程度犠牲になることも示しています。トルクの低減分は、モータ巻線間の電圧の低減分の 2乗とほぼ等しくなるか、または以下のように算出されます。

モータ識別

アプリケーションが新規または既存のいずれであっても、Yデルタ接続方式のモータを識別することは簡単です。通常はモータの銘板や接続図に Yデルタまたはスターデルタと記載されていますが、他に低電圧や高電圧との指示がある場合もあります。前に説明したとおり、電圧は Yデルタアプリケーションの特性において大きな役割を担います。このため、最も一般的に使用されている電圧の組合せは AC220/380Vと AC277/480Vとなっています。

物理的に、単電圧 Yデルタモータには T-1～ T-6の 6本のリードがあります。それに対して、標準の単電圧デルタモータには T-1～ T-3との 3本のリードがあります。二重電圧モータの場合は、Yデルタモータには T-1～ T-12の 12本のリードがあるのに対して、標準のデルタモータには T-1～ T-9の 9本のリードがあります。図 4.に、6本のリードがある単電圧 Yデルタモータと 12本のリードがある二重電圧 Yデルタモータについて、一般的な接続図を 2つ示します。

230Vまたは 277Vライン -ニュートラル間

ニュートラル

400Vまたは 480Vライン間

始動電流の低減分 = × 57.7% = 51A× 57.7% =1561.73( )LRA

1.73( )

始動トルクの低減分 = (%V2) = (.5772)× 100% =全負荷トルクの 33%

6


図 4. モータ銘板の例

既存のアプリケーションを調べる場合は、設置したスタータのコンタクタ数や過負荷の数に関する特記も参照してください。従来の Yデルタスタータの大部分は、コンタクタが 3個 (通常、2個はサイズが同じで 1個は若干小さくなります )と 1個の過負荷があります。ただし、それとは対照的に過負荷が 2個の 2速モータなど、他の 6リードモータ構成も存在し得ることに注意してください。この場合は、システムコンポーネントを付録 Aの図表と比較し、動作電圧、銘板情報、使用可能な接続図といった他の主要な指標を参照すると最も良いでしょう。

これらは最も一般的な構成ですが、そのバリエーションは無限であり、または特別なモータが存在していてもかまいません。そのため、物理的な情報の他に、標準の IECスタイルの 50Hzモータの 80%は 6リードまたは 12リードであること、そしてそれらは Yデルタ始動向けに設計されていることを理解しておくことが重要です。標準の 60Hzの NEMAスタイルのモータの中で Yデルタ式に配線されているものは 1%未満にすぎず、また多くの製品が接続の標準としている 200HPフレームサイズを超えない限り大部分は特別に発注されます。

図 5.に示す図は、実際の 6リードモータからの引用で一般的な接続図を示しています。この場合、すべてのワイヤは端子または配線管ボックスに配線できます。最初の位相の番号は T1と T4です。2番目の位相の番号は T2と T5であり、最後の位相の番号は T3と T6です。

図 5. Yデルタ接続例

サンプル ACモータ接続図

(A)6リードの単電圧 Yデルタモータ

(B)12リードの二重電圧 Yデルタモータ

ACモータ接続図

標準 6リード (デルタ /スター接続 )二重電圧 (低電圧 /高電圧 )

デルタスター

低電圧高電圧

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全電圧のモータ接続について、図 4.の (A)で示したように、リード 1と 6が一緒に接続され T1を形成して、L1に接続されます。同様に、リード 3と 5またはリード 2と 4が一緒に接続され T3と T2を形成します。電圧および始動電流を低減するようにモータを接続する場合は、リードは Y構成またはスター構成で接続する必要があります。スター接続でモータを接続する場合は、リード 4, 5, および6が一緒に接続され、リード T1, T2, および T3を L1, L2, および L3に接続します。これらは一般的な接続ですが、電源を投入する前に接続が同じであることを確認するため、必ずモータ製造メーカまたはユーザーズマニュアルを確認してください。

電気機械的 Yデルタとソリッド・ステート・スタータの対比

最も広く使用されている電気機械的 Yデルタスタータの構成を、開トランジションといいます。典型的な回路には、3個の個別のコンタクタと、過負荷リレー、タイマ、インターロックがそれぞれ 1個ずつ含まれています。配線図例は、付録 Aの図 9.にあります。

Y構成からデルタ構成への変更時にモータがラインから一瞬切断されるため、この方式を説明するときに開トランジションという用語を使用します。ただし、この方式には重大な欠点が 1つあります。モータのローディングやこのトランジションのタイミングによっては、電流やトルクの結果サージが原因でシステムに電気的衝撃や機械的衝撃を与える可能性があるのです。また場合によっては、瞬間的な電流ピークが短期間拘束ロータ電流をも超える可能性があります。図 6.の(A)に、この効果を図示します。電気的には、瞬間的なピークの結果として、電力が不安定になり、切断されることがあります。機械的には、電流スパイクによりトルクが高くなりシステムコンポーネントが損傷する (すなわち、ドライブシャフトが折れる )ことがあります。

図 6. さまざまな減電圧方式での電流と速度の関係

開トランジションの Yデルタ始動の代替方式は、閉トランジションといいます。動作の理論は同じですが、開トランジションに関連するサージを除去または低減するためにコンポーネントを少し追加する必要があります。この追加コンポーネントには、コンタクタが 1個、また電力レジスタが 2～ 3個含まれます。この方式の利点は図 6.の (B)に示すようにトランジションサージが実際に除去されることですが、一方でコンポーネントやパネルスペースを追加する必要がある、余計な消費電力がかかるといった欠点があります。この回路の図例は、付録 Aの図 10.に示しています。

開トランジション閉トランジションソフトスタータ

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ソリッド・ステート・スタータは、別の方法で減電圧始動を実現しています。ソリッドステート電子機器を使用して電圧を制御し、その後でトランジションのない始動を行なう方法 (図 6.の (C))が、1980年代以降産業全体で採用されてきました。ソリッド・ステート・スタータは、ソフトスタータと呼ばれることも多いのですが、主に 3リードのデルタ接続モータで使用します。ただし、6リードモータで利用する機能も常に存在してきました。これを端的に説明すると、Yデルタスタータが電気的関係と物理的接続によりモータへの電圧を低減する一方、ソリッド・ステート・スタータは単に電気的に電圧を低減するということになります。この接続オプションを指定すると、モータの 6本のリードすべてが電気機械的なYデルタスタータのような制御に戻ります。ただし、実際にはモータは常にデルタ構成で接続されており、これは始動ライン電流 /トルクの比率が従来の Yデルタスタータと異なることを意味します。

Yデルタスタータに代わりソフトスタータを使用する場合は、Yモード時または始動モード時にトルクを低減させたり電流を制限してから、指定時間の経過後に全電圧に切換える必要があります。この要件は、指定期間ソフトスタートで「電流制限」モードを使用することにより満たすことができます。また、電気機械的な Yデルタスタータには固定出力 (57.7%電圧 )が 1つありますが、ソフトスタータの電流制限モードには複数の出力レベルを指定可能で、負荷要件に適合するよう調整できます。6リードモータに配線されたソフトスタータの始動トルクと電流の比率は、ソフトスタート電流レベル (Icl)を全電圧始動電流 (ILRA)で割った値の2乗に比例して変化します。

表 1.に、全電圧スタータ、従来の Yデルタスタータ、またさまざまな電流制限設定でのソフトスタータのモータのトルク出力を示します。

表 1. 始動トルクおよび電流

始動タイプ始動中に印加される電圧の%

全負荷始動トルクの%

定格全負荷電流の%

全電圧 100 100 600Yデルタ始動 58 33 200

さまざまな電流制限設定でのソフトスタート150% 25 6 150200% 33 11 200250% 42 18 250300% 50 25 300350% 58 34 350400% 67 49 400450% 75 56 450

始動トルクの低減分 = × 100%IclILRA( )2

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ソリッドステート始動の利点

アレン・ブラドリーのソリッド・ステート・スタータのラインに最近追加されたものが、SMC-Delta™と SMC-Flex™です。これらの製品は、電気機械的な Yデルタスタータの基本機能、ソリッドステート始動の信頼性、高度なモータ保護、閉トランジション始動、および電気機械的な以前のソリッド・ステート・スタータの両方に比べて大幅に縮小された設置パネルスペースを実現するように特別に設計されています。

1つ認識されている欠点は、電流 /トルクの比率が従来の電気機械的なスタータよりもソリッド・ステート・スタータの場合の方が低くなることです。表 1.をもう一度見てみると、ソフトスタータでは従来の Yデルタ配置の場合と同じだけの始動トルクを実現しようとすると電流制限を 350%として設定する必要があります。この理由は、モータを始動用に Y式に接続した場合は、デルタ式に接続した場合に比べてトルク特性が少し異なってくるためです。Y構成で接続されている電気機械的なスタータではライン電流が 1/3となり、その結果、始動トルクは 33%となります。前の例で見てみると 15KW/20HPモータでは、Y接続電流は 400/480Vのときに 60/51Aになり、始動時の全負荷トルクの 33%になります。SMCでは、モータから同じだけのトルク出力 (34% FLT)を得るには 350%の電流制限が必要であり、その結果、400/480Vのときに電流は 105/90Aとなります。

電気機械的な Yデルタスタータで実際に提供されるトルク /ライン電流はソリッド・ステート・スタータよりも高くなりますが、トルクは通常の始動トルクの33%に固定されます。SMCの調整機能ではシステムのモータに対するトルク要件により近づけることができるため、機械的なコンポーネントをより制御し、またそれらの寿命を延ばすことが可能です。

ソリッド・ステート・ソフト・スタータは本質的に閉トランジション装置であり、モータ接続が取り外されることはないため実際には「トランジションのない」始動を提供します。この始動方式の利点には、コンポーネント数やスペース要件の削減、そして始動から実行へ切換える際のトルクと電流サージを最小限に抑えるために必要なコストの削減などがあります。

SMC-Deltaや SMC-Flexなどのいくつかのソリッド・ステート・スタータでは、組込み型のバイパスコンタクタが標準装備されています。組込み型のバイパスは、始動で必要な電流を処理するような SCRの設計を可能にし、またバイパス接点により稼動中の電力損失を最低限に抑えることで、製品の電力処理機能を最大限に引き上げます。この標準機能は、稼動中の発熱が電気機械的なスタータと同じであるため、必要な全体のエンクロージャサイズを最低限に抑えながら製品のサイズをコンパクトにすることにも貢献しています。

ソリッド・ステート・スタータを使用することのもう 1つの大きな利点は、さらなる機能や内蔵の診断が使用可能になることです。製品によっては、過負荷、負荷不足、ジャム /ストール、地絡検出、欠相、負荷開放、位相不平衡、およびSCR短絡などの保護機能は使用可能な機能の一部に過ぎません。装置は、内部の温度超過保護によりデューティサイクルが過度にならないように、または始動時間が長くならないようにそれ自体を保護することもできます。最後に、製品によってはさまざまな SCADAや情報システムとリアル・タイム・ステータスや遠隔測定法による情報を共有できる通信機能を提供しているものもあります。

T% = × 100% = 34%350%600%( )2

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もっとも大きいのは、モータでスタータを使用する場合に関連するコストです。従来の Yデルタスタータはこのコストを抑えることはできますが、一方で現在も6リードモータ接続のモータを必要としている点に注意することが重要です。大部分のヨーロッパスタイルのモータではこの機能を実現するための追加費用は発生しませんが、NEMAスタイルのモータでは 180Tフレーム (5HP)で約 20%～ 449Tフレーム (300HP)で 1%までの追加費用が発生します。それに対し、ソフト・スタータ・ソリューションはそのサイズに応じて標準の全電圧スタータまたは Yデルタスタータよりも 5～ 20%の追加費用が発生します。追加費用はモータサイズが大きくなるに従い少なくなりますが、その機能性や機能そのものは大幅に増大します。ソリッド・ステート・ソリューションが先進のモータ制御機能、最大の調整機能、診断機能、そして内蔵の保護機能を提供している一方で、標準の全電圧スタータはゼロ機能を提供します。

コストの削減分を数値化することは難しいのですが、表 2.に設置のみでどの程度削減可能であるかを示します。一般的な考えでは、6リードモータの方が 3リードモータよりも稼動コストがかかるとされています。ご覧のように、設置に関連するコストは、デルタ内部構成でより小規模の SMCコントローラを使用することで削減されるコストと比較すると取るに足らないものです。

表 2. システム設置によるコスト削減分と HPの関係

(1) リストプライス：2005年 10月の時点で有効な価格に基づく、コントローラの一般的な定価(2) 設置コスト：設置コストには、100フィートの THWワイヤとスチール製の配線管の設置に関する材料費と人件費が含まれています。材料費と人件費は、サードパーティの評価ソフトウェアを使用して算出しています。

SMC製品ラインについて強調した利点や先進機能は強い印象を与えますが、機械的トルクや電気的低減の利点など、従来の減電圧による利点もすべて享受できることに注意することも同じぐらい重要です。この利点のみでも、システム保守や問題の事前検出においてコストを削減することができます。

デルタ内部配線のソリッド・ステート・スタータ

SMC-Deltaや SMC-Flexなどのソリッドステート製品をデルタ内部に配線するように設計することによって、標準の製品でも HP(KW)容量を増大させることができます。装置の実際の電流処理能力や物理的な接続は変化しませんが、6リードモータの物理的関係と電気的関係の影響だけは受けます。

サイズ

図 7.に、デルタ内部配線とデルタ外部配線の相違点を示します。図 7.の (B)では、各 SCRとバイパスにデルタの各コーナに取付けられた両モータ巻線の総電流引込みの一部が流れることに注意してください。図 7.の (A)に示すようにデルタ内部配線では、各 SCRとバイパスコンタクタに 1巻線の電流しか流れない、その様子を示しています。前に説明した通り、この値は全負荷電流を 1.73で割った値と等しくなります。

モータのHP

3リードモータ 6リードモータセーブコントローラ

のCat.No.リストプライス (1)

設置コスト (2) 合計コントローラ

のCat.No.リストプライス (1)

設置コスト (2) 合計

10 150-C19NBD $481 $516 $997 150-D16NBD $262 $581 $843 15%25 150-C37NBD 748 637 1385 150-D51NBD 446 719 1165 16%50 150-C85NBD 1750 921 2671 150-D74NBD 878 1052 1930 28%

100 150-F135NBD 4200 1491 5691 150-F108NBD 3120 1102 4222 26%250 150-F317NBD 5450 3909 9359 150-F201NBD 4670 3991 8661 7%400 150-F480NBD 8270 5269 13539 150-F317NBD 5450 6444 11894 12%

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図 7. デルタ内部配線とデルタ外部配線の相違点

そのため例を挙げると、480Ａの SMC-Flexは FLAが最大で 831A (480× 1.73)のYデルタ接続モータを処理できることになります。この電流容量の増加は、直接HPの増加につながります。表 3.に、複数の SMC電流範囲でサポートされている最大 HPと KWを接続構成に基づいて示します。

表 3. ソフトスタータの HP容量

電力容量が増大するそのほとんどは、各製品のさらに高い電流範囲の提供においてであることに注意してください。これは、主に製品に過負荷を組み込むことによります。特定の製品の過負荷電流調整は、サポートされている HP(KW)範囲の公称 FLA電流と一致する必要があります。アプリケーションが改良されたものでも新規でも、開デルタ接続コントローラの選択表に従うことが重要です。

電流容量 AC460Vのときの最大 HP AC380Vのときの最大 kW

標準 Yデルタ標準 Yデルタ標準 Yデルタ

接続 3 3 1.5 1.5 1.1 2.19 9 5 5 4 4

16 16 10 10 7.5 7.5－ 20 － 10 － 7.5－ 25 － 15 － 1119 32 15 20 7.5 1530 51 20 30 15 2237 64 25 40 18.5 3043 74 30 50 22 3760 104 40 75 30 5585 147 60 100 45 75

SMC-Flex 108 197 75 125 55 90135 234 100 150 75 132201 348 150 250 110 160251 435 200 350 132 250317 549 250 450 160 315361 625 300 600 200 355480 831 400 800 250 450

(A)6リードの Yデルタモータで、デルタ内部で配線された SMC

(B)3リードのデルタモータに

配線された SMC

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接続およびセットアップ

SMC-Deltaと SMC-Flexの配線は、単に、接続作業を助ける製品のいくつかの拡張機能のために行なわれます。接続は、実際のところ従来の Yデルタスタータと同じように配線できるため簡略化されます。図 8.に、6リードモータと 12リードモータの簡単な電源配線図を示します。ここでは、SMC-Flexによりライン側への内部接続が負荷側に配置され、2つの装置の配線に相違がほとんどないことに注意してください。さらなる制御配線例を示した配線図は付録 Aに記載しています。

図 8. 電源配線図の例

3つの入力電力、6または 12モータリード、そして 2線式制御の場合はわずか 2本の制御線を、3線式制御の場合はわずか 3本の制御線を接続することで、配線施工は完了です。電源端子をユニットに便利よく配置するなどの拡張機能や、高価な配線間接続をなくすことで、パネルスペース要件を低減し、また配線にかかる時間を大幅に短縮することができました。

6リードモータ付きの SMC-Delta 6リードモータ付きの SMC-Flex

12リードモータ付きの SMC-Delta 12リードモータ付きの SMC-Flex

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これらのスタータは、接続後に標準的な Yデルタスタータを置き換えるよう設計されているため、以下の始動モード特性を設定するだけで簡単に動作するようにできます。

• 始動モード：電流制限 (標準的な Yデルタアプリケーションでは、350%です。)

• 始動時間：希望の始動時間 (始動時間の拡張機能については、当社までお問い合わせください。)

• 過負荷：希望の過負荷クラス (通常、IECモータはクラス 10で、NEMAはクラス20です。)

• FLA (全負荷電流 )設定：モータの全負荷電流 (モータ銘板に記載 )を設定します。

この最低限の設定と接続だけで、製品はすべての適切なモータ保護とともに、従来の Yデルタスタータを置き換えるときに必要になるすべての機能を提供できます。追加機能と先進機能については、特定の製品のユーザーズマニュアルを参照して構成することができますが、基本的なセットアップでは必要ありません。

アプリケーション例

SMC-Deltaと SMC-Flexは、電気機械的な Yデルタスタータと同じタイプのアプリケーションで使用するように設計されているので、理想的な減電圧始動アプリケーションについて詳しく調べてみます。

トルク制御は、ソリッド・ステート・スタータの利用時にアプリケーションで考慮すべき大きな事柄です。モータトルクがシステム要件を超えると、機械的コンポーネントが過度に磨耗したり、その寿命が短くなったりすることがあります。カップリング、ギア、チェーン、スプロケット、ベルトなどのコンポーネントが破損すると、予定にないシャットダウンが発生して生産が失われることがあります。SMC-Deltaには 4レベルの始動電流 (150, 250, 300, および 350%)があり、SMC-Flexでは始動電流レベルを 50～ 600%の範囲で完全に調整できます。始動トルクの制御を必要とする一般的なアプリケーションは、主な利用がファン、ポンプ、コンベヤ、コンプレッサであるマテリアルハンドリング、HVAC, 鉱業、廃水処理といった多数の産業に存在します。

HVAC産業は、Yデルタモータ始動方式が使用されてきた歴史から、ソリッド・ステート・スタータのアプリケーションの主要な環境となっています。空気処理や遠心性負荷が大部分のシステムコンポーネントを構成し、またその大部分は大容量の HPモータで構成されています。ソリッド・ステート・スタータは、配線や設置に要する時間やスペースにおいて請負業者や OEMによる費用削減を可能にしながら、従来のアプリケーションの理想的な代替製品として機能しています。

どの産業においても、ソリッド・ステート・スタータの利点を生かすことができるアプリケーションはあります。簡単なファンアプリケーションでも、始動トルク要件が低くなるという利点があります。ファンはモータに直接接続することも、ベルトで締めることもできます。ファンをベルトで締めた場合、通常は始動時のトルク制御により、直入れ始動時の滑りが原因で生じる過度のベルト磨耗を除去または削減する必要があります。ポンプにも、低始動トルクプロファイルがあります。初期トルクと加速トルクは一部のポンプアプリケーションで非常に重要なことがあり、通常はポンプの設計により決まります。モータをポンプに接続するときに長いシャフトを使用しているポンプなど、一部のポンプは始動トルクが高過ぎると損傷する可能性があります。加速トルクの制御の必要性は、ポンプを全電圧で始動したときにポンプシステムで衝撃や振動が生じる場合に明白です。場合によっては、SMC-Deltaの電流制限始動や SMC-Flexのポンプ制御オプションにより、大規模システムで見られる「水撃作用」効果を大幅に削減できます。

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ファンとポンプのように、ある種のコンプレッサではフルスピードに加速するために低トルクが必要です。往復式コンプレッサでは、特に負荷不足の状態での始動時に始動トルクが高くなければなりません。遠心ファンタイプや軸流ファンタイプなどの他のタイプは、その設計特性から始動トルクが低くなければなりません。これらは通常無負荷状態で始動されますが、減電圧始動を利用する対象として最適に加速するのに低トルクしか必要ありません。

他のタイプのアプリケーションの場合、トルク制御ではなく突入電流の制限のために減電圧始動が必要になることがあります。突入電流の制限の必要性は、政府指令、電力会社による制限、配電システムの制限、または居住地域に隣接している、またはその中にあるために照明の点滅の原因となる電圧降下をなくすために始動時に電流を制限する必要のあるエリアでの稼動により生じる場合があります。この良い例は、アパートの油圧エレベータのポンプにあります。このポンプは低始動トルク要件があるため、始動時に電流を制限することで、ポンプを直結で始動した時に発生していた供給電圧の降下を最小限に抑えます。

電流制限がトルクよりも重要な場合、電気機械的な Yデルタスタータの設定は200%電流制限の 1つだけになります。SMC-Deltaには電流制限設定が 4つあり、また SMC-Flexでは完全に調整できます。この調整機能により、低レベルでも利用可能な十分なトルクによって負荷の加速を可能にしながら、各アプリケーションに固有のニーズを満たすレベルを選択できます。

アプリケーションに関する重要に注意事項

最新設計の SMC製品には過負荷とバイパスコンタクタが組み込まれているため、それを利用するモータにも従って SMC製品を選択する必要があります。バイパスが組み込まれているため、アプリケーションによっては熱容量要件が上昇してもSMCを特大にする必要はありません。ただ 1つの例外は、ファンとヒートシンクの効率低下によりますが、2000m (6,500フィート )を超えるアプリケーションではSMC製品の性能が低下することがあります。ほとんどの場合、1つ上のサイズの製品を選択するだけで、温度超過トリップの可能性を回避するだけの熱容量が提供されます。ただし、モータの全負荷電流 (FLA)が各装置の許容可能な FLA調整範囲内にあることを確認してください。

ソフトスタータは、トルク制御 (制限 )や突入電流の低減を必要とする広範囲のアプリケーションで使用できます。ソフトスタータの代替製品として一般的ですが費用のかかるものに可変周波数ドライブ (VFD)がありますが、これは動作理論も機能性も異なります。ドライブには、任意の速度でモータのトルクを完全に管理する機能があります。ソフトスタータで制御できるのは、始動時に低トルクで減電流の場合のみです。前に確認したように、初期トルク要件が低いアプリケーションはこの製品を使用するのに適しています。

モータが負荷をフルスピードまで加速するのにかかる時間は、重要です。モータがこの速度に達するまでに始動から運転へのトランジションが発生すると、開トランジションのように電流にサージが生じます。SMCは閉トランジションであるため、電流がモータの全負荷電流の 120%未満に降下するまでバイパスコンタクタに切り換わりません。指定された始動時間が経過してもモータが定格速度に達しない場合、電流が 120%のスレッショルドを下回るまで SCRは全電圧で稼動し、装置は実行し続けます。この間、モータと SMCは熱エネルギーの上昇にさらされ、過負荷トリップ、分岐回路トリップ、または内部温度超過フォルトが発生する可能性があります。この問題を防ぐ最も簡単な方法は、装置のトランジションまでに負荷をフルスピードまで加速できるようランプ時間を十分にとることです。始動時間の制限が重要な場合は、モータのフルスピードに達する速度をもっと速くするため電流制限レベルを高くします。

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ソフトスタータをデルタ内部配線で使用することは、モータ巻線の一部を常時ライン電源に接続することを意味します。これは、各端子の電圧が主にソリッドステート切換え装置 (SCR)の漏れ電流によって決まる点で他のソフトスタータ製品と異なります。ここでも、モータの接続やリードの内部、またその周辺で作業するときは注意してください。

SCRが短絡した場合やモータが欠損している場合、電力を印加したときにブレーカの一次側が瞬間的にオフラインにトリップすることがあります。このような事態が発生したときにライン絶縁を行なうための一般的な 2つの方法は、サーキットブレーカにシャントトリップ装置または絶縁コンタクタを追加することです。いずれの方法でも、SMCがフォルト条件を検出すると電源が SMCと負荷から切断されます。この 2つのオプションの配線図は、付録 Aに示します。絶縁方法を選択する場合、コンタクタのサイズはモータの FLA電流に合わせて設定してください。

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付録 A

図 9. 従来の開トランジション Yデルタスタータの配線図

図 10. 従来の閉トランジション Yデルタスタータの配線図

機械的なインターロック

停止始動

機械的なインターロック

停止始動

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図 11. SMC-Delta配線図：オプションの絶縁コンタクタ付きの 3線式制御

SMC-Deltaコントローラ

モータ

補助 #1(通常 )

SMC-Delta制御端子過負荷

フォルト

停止始動

お客様側でご用意ください。制御電源入力電圧の定格を確認するには、コントローラの銘板をご覧くださお客様側でご用意ください。制御電源の入力電圧の定格を確認するには、コントローラの銘板をご覧ください。

3相

入力電源

グラウンド

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図 12. SMC-Delta配線図：シャント・トリップ・サーキット・ブレーカ付きの 3線式制御

お客様側でご用意ください。制御電源の入力電圧の定格を確認するには、コントローラの銘板をご覧ください。

SMC-Deltaコントローラ

モータ

3相

入力電源

停止始動

SCPDシャント

トリップ付き

グラウンド

SMC-Delta制御端子過負荷

フォルト

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図 13. SMC-Flex配線図：オプションの絶縁コンタクタ付きの 3線式制御

お客様側でご用意ください。制御電源の入力電圧の定格を確認するには、コントローラの銘板をご覧ください。補助接点 #2は、N.O.に設定しなければなりません。

SMC-Flexコントローラ

モータ

入力電源

3相

絶縁コンタクタ

(IC)分岐保護

停止

始動

SMC-Flex制御端子

PTC入力

タコジェネレータ入力地絡

フォルト接点

アラーム接点

補助 #2通常

補助 #1通常 /設定速度 /バイパス

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図 14. SMC-Flex配線図：シャント・トリップ・サーキット・ブレーカ付きの 3線式制御

お客様側でご用意ください。制御電源の入力電圧の定格を確認するには、コントローラの銘板をご覧ください。フォルト接点は、N.O.に設定しなければなりません。

SMC-Flexコントローラ

モータ

3相

入力電源

シャントトリップ付き分岐保護

SMC-Flex制御端子

停止

始動

補助 #1通常 /設定速度 /バイパス

PTC入力

タコジェネレータ入力

アラーム接点

補助 #2通常

地絡

フォルト接点

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Notes

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Publication Number 150-WP004A-JA-P - April 2004© 2004 Rockwell International Corporation. Printed in the U.S.A.

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Y デルタおよびソリッド・ ステート・スタータの ......国では、AC240 ～480V のY 式電力システムとデルタ式電力システムが両方存在 します。本書でY

Y デルタおよびソリッド・ステート・スタータの ......国では、AC240 ～480V のY 式電力システムとデルタ式電力システムが両方存在します。本書でY