低圧電気機器について知っておくべき9つの知識

サーキットブレーカー

低圧サーキットブレーカは、自動開閉器またはエアスイッチとも呼ばれ、低圧配電回路における頻繁でないオンオフ制御に使用される。短絡、過負荷、または低電圧が発生した場合に、故障した回路を自動的に切り離すことができ、制御および保護装置として機能する。

サーキットブレーカには、DW フレーム、DZ プラスチックシェル、DS 直流高速、DWX、DWZ 電流制限サーキットブレーカなど、いくつかのタイプがある。各タイプは、使用目的および構造特性に基づいて区別されます。

DWフレーム・サーキット・ブレーカは主に配電線の保護に使用され、DZプラスチック・シェル・サーキット・ブレーカは配電線の保護と制御の両方に使用できるほか、モーター、照明、電熱回路にも使用できる。

本稿では、モールド・ケース・サーキット・ブレーカを例に、その構造、動作原理、用途、選定方法などを簡単に紹介する。

サーキットブレーカーの構造と動作

サーキットブレーカは主に、接点、アーク消火システム、および過電流、電圧損失（不足電圧）、サーマルリリース、シャントリリース、フリーリリースなどのさまざまなリリースの3つの主要コンポーネントで構成されています。

図 1-8 の回路図は、図記号を含むサーキットブレーカの動作原理を示している。

操作機構は、手動または電気的にブレーカ・スイッチを閉じることができます。接点が閉じると、フリートリップ機構が接点を閉位置に固定します。

過電流リリースは、ラインを短絡や過電流から保護する役割を果たします。ラインの電流が設定値を超えると、過電流リリースは電磁力を発生させ、フックをトリップさせ、スプリングの張力で可動接点を素早く切断します。この動作により、短絡リリースのトリップ機能が有効になります。

図1-8 回路遮断器の動作原理の概略図と図記号

サーマルリリースはラインの過負荷保護に利用され、サーマルリレーと同じ原理で動作します。

電圧損失（不足電圧）リリースは、電圧損失に対する保護を提供します。

図 1-8 に示されるように、電圧損失リリースのコイルは電源に直接接続され、「プルイン」状態にあり、サーキットブレーカーを正常に閉じることができます。

停電や低電圧が発生すると、バネの反力よりも電圧低下解除の吸引力の方が弱くなり、バネが可動鉄心を押し上げてフックをトリップさせ、サーキットブレーカーをトリップさせる。

シャントリリースは遠隔トリップに使用され、遠隔ボタンを押すことで作動し、リリースに電力が供給され、トリップするための電磁力が発生する。

特定のニーズに基づいて適切なサーキットブレーカ保護を選択する必要があり、この情報は図 1-8 に示すように図記号で示すこともできる。

サーキットブレーカのグラフィックシンボルには、電圧損失、過負荷、過電流の3つの保護モードが表示されます。

低圧遮断器の選定原理

低圧サーキットブレーカを選択する際には、以下の要素を考慮する必要がある：

• サーキットブレーカタイプの選択サーキットブレーカは、アプリケーションと保護要件に基づいて選択する必要があります。
  • 一般的な使用では、プラスチックシェルタイプを選択することができる。
  • 短絡電流が大きい場合は、限流型を選択する。
  • 高い定格電流または選択的な保護が必要な場合は、フレームタイプを選択する必要があります。
  • 半導体デバイスを含む直流回路には、直流高速サーキットブレーカを使用する。
• 定格電圧および定格電流：サーキットブレーカの定格電圧および定格電流は、ラインおよび機器の通常の使用電圧および使用電流と同等以上でなければならない。
• 開閉容量：サーキットブレーカの限界遮断容量は、回路の最大短絡電流以上でなければならない。
• 不足電圧リリース：不足電圧リリースの定格電圧は、ラインの定格電圧と等しくなければならない。
• 過電流リリース：過電流リリースの定格電流は、ラインの最大負荷電流以上であること。

コントローラー

主回路の大電流（10A～600A）を直接制御する手動操作装置です。KT型カムコントローラー、KG型ドラムコントローラー、KP型プレーンコントローラーなどがあります。

これらのコントローラの機能と動作原理は、一般に類似している。カムコントローラーを例にとると、これは大型の手動コントローラーで、主に巻上機の小型から中型の巻上非同期モーターの起動、停止、速度調整、整流、制動を制御するために使用されます。また、同様の要件を持つ他の用途にも適している。

カムコントローラは、接点、回転軸、カム、レバー、ハンドル、消弧カバー、位置決め機構から構成される。カムコントローラの構造原理図と図記号を図 1-9 に示す。

カムコントローラには、複数のカムで制御される複数の接点グループがあり、複雑な回路の複数の接点を同時に制御することができます。カムコントローラには多数の接点があるため、各位置の接続はそれぞれ異なり、通常の開閉接点では表現できません。

図 1-9 （a）は、1 極 12 ポジションカムコントローラの回路図である。図 1-9 (b)の図記号は、この接点が 12 ポジションあることを示し、図中の小さな黒い点は、ポジション接点が接続されていることを示す。模式図からわかるように、ハンドルを2、3、4、10の位置に回すと、接点はカムによって接続されます。

図 1-9 (c)は、5 極 12 ポジションカムコントローラを示しており、1 極 12 ポジションカムコントローラを 5 個組み合わせたものである。図 1-9 (d)は、4 極 5 ビットカムコントローラの図記号であり、4 つの接点があり、それぞれ 5 つのポジショ ンを持つことを示している。図中の小さな黒い点は、接点がこの位置で接続されていることを表しています。例えば、ハンドルを右の 1 の位置に回すと、接点 2 と 4 が接続されます。

カムコントローラは、モータを直接制御することができるため、接点容量が大きく、アーク消火装置を備えている。制御回路がシンプル、スイッチング素子が少ない、メンテナンスが容易などのメリットがある。しかし、サイズが大きい、動作が重い、遠隔操作ができないなどのデメリットもある。

現在使用されているカムコントローラーには、KT10、KTJL4、KTJL5、KTJL6シリーズがあります。

図1-9 カム・コントローラーの構造原理図と図記号

接触器

コンタクターは、モーターや電気暖房機器の制御によく使用される、 電気溶接 機械、コンデンサーバンク、その他の電気機器。ACおよびDC主回路のオン・オフを頻繁に切り替え、遠隔自動制御を可能にする。

コンタクタは低電圧開放保護機能を持ち、電気駆動装置の自動制御回路に広く使用されている。コンタクタには2種類ある：AC コンタクタと DC コンタクタである。以下では、AC コンタクタを中心に説明する。

図1-10に、ACコンタクターの構造図と図記号を示す。

ACコンタクターの構成部品

電磁メカニズム

電磁機構はコイル、可動コア（アーマチュア）、静止コアで構成される。

コンタクトシステム

ACコンタクターの接点システムは、主接点と補助接点で構成されている。

主接点は、一次回路の開閉に使用され、通常、3対または4対の常開接点を備えている。

補助接点は回路を制御する目的で、電気的インターロックまたは制御として機能する。通常、2組の常開接点と2組の常閉接点があります。

アーク消火装置

容量が10Aを超えるすべてのコンタクタには、アーク消火装置が装備されています。

容量が小さいコンタクタでは、アーク消火を助けるためにダブルブレークブリッジ接点が頻繁に採用される。

大容量のコンタクターでは、縦シームアーク消火カバーとグリッドアーク消火構造がよく利用される。

その他の部品

その他の部品としては、リアクションスプリング、バッファースプリング、接圧スプリング、伝達機構、シェルなどがある。

コンタクタには端子番号が記されており、コイルはA1、A2と指定されている。主接点1、3、5は電力側に接続され、2、4、6は負荷側に接続される。

補助接点は2桁の数字で表され、最初の桁は補助接点のシーケンス番号を表し、最後の桁（3と4）はノーマルオープン接点を表し、1と2はノーマルクローズ接点を表します。

コンタクターの制御原理は単純だ。

コイルに定格電圧が供給されると、バネの反力に打ち勝つ電磁力が発生し、可動鉄心が下方に移動する。

可動鉄芯の下方への動きにより、絶縁コネクティングロッドと可動接点が下方に駆動され、それにより常開接点が閉じ、常閉接点が切り離される。

コイルが電力を失うか、電圧が解除電圧より低下すると、電磁力がバネの反力より弱くなり、ノーマルオープンの接点が外れ、ノーマルクローズの接点が閉じる。

コンタクターの主な技術パラメータとタイプ

定格電圧

コンタクタの定格電圧は、主接点の定格電圧を指す。

ACシステムでは、定格電圧は220Vから特別な状況では1140Vまであり、一般的な定格電圧は380Vと660Vである。DCシステムでは、最も一般的な定格電圧は110V、220V、440Vです。

定格電流

コンタクタの定格電流とは、定格電圧、サービスカテゴリ、動作周波数など、指定された条件下で動作する主接点が扱える最大電流のことです。

現在、一般的に使用されている定格電流は10Aから800Aである。

吸引コイル定格電圧

AC 36V、127V、220Vおよび380V、DC 24V、48V、220Vおよび440V。

機械的寿命と電気的寿命

コンタクターは頻繁に使用される電化製品であり、機械的・電気的寿命が長くなければなりません。

定格動作周波数

コンタクタの定格動作周波数とは、1時間当たりの最大許容動作回数のことで、通常は300回/時、600回/時、1200回/時です。

アクション値

動作値とは、コンタクタのプルイン電圧とリリース電圧のことです。

コンタクタは、プルイン電圧がコイルの定格電圧の85%以上であれば確実にプルインしなければならず、リリース電圧がコイルの定格電圧の70%以上であってはならないと規定されている。

一般的なACコンタクタ

ACコンタクタには、cjl0、cjl2、cj10x、cj20、cjxl、CJX2、3TB、3tdシリーズなどの一般的なタイプがあります。

コンタクターの選択

(1) 負荷の特性に基づいて、適切なタイプのコンタクタを選択します。

(2) 定格電圧は主回路の動作電圧以上であること。

(3) 定格電流は、被制御回路の定格電流以上であること。

(4) モータの負荷は、運転モードに応じて適宜調整すること。

(5) コイルの定格電圧と周波数は、選択された制御回路の電圧と周波数と一致していなければならない。

スターター

スタータは、三相非同期モータの始動および停止制御に使用される低電圧制御装置一式である。

QJ型減圧始動機は、電圧降下のためにオートトランスを採用し、三相かご形非同期電動機の不定期減圧始動制御に利用される。

一方、QXスターターはスターデルタ・ステップダウン・スターターである。

各種スタータの制御回路は、モータのモデルと容量によって異なります。

マスターアプライアンス

マスター電気器具は、制御回路のスイッチ接点を制御するために使用される装置であり、必要な制御タスクを実行できるようにする。

この機器は広く使用されており、ボタン、リミットスイッチ、近接スイッチ、ユニバーサルトランスファースイッチ、マスターコントローラ、セレクタスイッチ、フットスイッチなど、さまざまな形態があります。

ボタン

ボタンはシンプルな構造で操作が簡単なため、広く使われている制御装置である。

ボタンの構造、種類、一般的なモデル

ボタンは、ボタン・キャップ、リターン・スプリング、ブリッジ・コンタクト、シェルから構成される。その構造を図 1-20 に図記号と共に示す。

ボタンの接点はブリッジ接点で、定格電流は5A未満。

接点はさらに、ノーマル・オープン接点（ダイナミック・ブレーキング接点）とノーマル・クローズ接点（ダイナミック・クロージング接点）に分類される。

ボタンは、その形状や操作方法によって、平ボタンと非常停止ボタンに分類される。

キノコ・ヘッド・ボタンとしても知られる緊急停止ボタンは、図1-20（c）に描かれている。

さらに、ボタンにはキーボタン、ノブ、プルボタン、ユニバーサルレバータイプ、イルミネーションタイプなど、さまざまなタイプがある。

図1-20 ボタンの構造と図記号の模式図

ボタンにおける接触作用の様式は、直接作用と微小作用の2種類に分けられる。

図1-20に示すボタンはダイレクト・アクション・タイプで、接触動作の速度はボタンを押す速度に関係する。

インチング・ボタンの接触動作変換速度は速く、ボタンを押す速度とは無関係である。その動作原理を図1-21に示す。

ボタンの可動接点は変形リードで構成されている。湾曲したリードが下方に押され、平らなリードの下に落ちると、急速に変形し、平らなリード接点を上方に跳ね上げ、瞬時の接触動作をもたらします。

小さなマイクロボタンはマイクロスイッチとも呼ばれる。

マイクロスイッチは、タイムリレー、圧力リレー、リミットスイッチなど、さまざまなリレーやリミットスイッチに利用できる。

図1-21 インチングボタンの動作原理図

ボタンは通常、リセットされ、セルフロックされる。

最も広く使われているボタンは、図1-20（a）に示すリセット・フラット・ボタンである。

ボタンは、異物が誤って触れないよう、シェルと同じ高さになるよう設計されている。

ボタンの色

赤いボタンは、"停止"、"電源オフ"、"緊急 "などの機能に割り当てられている。

スタート」または「電源オン」機能には緑色のボタンが好ましいが、黒、白、グレーのボタンでも構わない。

スタート」と「ストップ」、「電源オン」と「電源オフ」など、ボタンが2つの役割を果たす場合は、赤や緑ではなく、黒、白、グレーのいずれかにすべきである。

押されると作動し、離すと解除されるボタン（「インチング」ボタンなど）の場合、黒、白、グレー、緑のボタンが使用可能で、黒ボタンが好ましい。

シングルリセット機能には、青、黒、白、またはグレーのボタンを使用してください。

赤いボタンは、"リセット"、"停止"、"電源オフ "などの機能を持つボタンのために確保されるべきである。

ライトボタンは、「緊急」ボタンの目的で使用してはならない。

ボタンの選択原理

(1) オープンタイプ、防水タイプ、防錆タイプなど、用途に応じて適切なコントロールボタンを選択する。

(2) 使用目的に応じて、キータイプ、エマージェンシータイプ、ランプタイプなど、適切なボタンタイプを選択する。

(3) シングルボタン、ダブルボタン、3ボタン、マルチボタンなどのオプションを含め、制御回路に必要なボタンの数を決定する。

(4)ボタンや表示灯の色は、作業状況や状態を示すための要件に基づいて選択する。

表1-1にボタンの色の意味を示す。

トラベルスイッチ

リミットスイッチとも呼ばれるトラベルスイッチには様々な種類があります。動作形態から直動型、微動型、回転型に分類され、接点の性質から接触型、無接点型に分類されます。

接点付きトラベルスイッチは、単にトラベルスイッチと呼ばれる。その動作原理はボタンに似ていますが、手で押すのではなく、生産機械の可動部の接触作用によって作動する点が異なります。このスイッチは、生産機械の方向、速度、ストロークサイズ、または位置を制御するために使用され、その構造にはさまざまな形態があります。

トラベルスイッチの動作原理図と各種動作タイプの図記号を図1-22に示す。トラベルスイッチの主なパラメータは、タイプ、動作トラベル、動作電圧、接点の電流容量などである。

現在、国内の人気トラベルスイッチブランドには、lxk3、3se3、lxl9、LXW、LXシリーズなどがある。一般的に使用されているトラベルスイッチは、LX19、LXW5、lxk3、lx32、lx33シリーズである。

非接触型トラベル・スイッチ

無接点トラベルスイッチは、近接スイッチとも呼ばれ、従来の接点トラベルスイッチに代わるもので、トラベル制御とリミット保護を提供します。

走行制御のほか、高周波計数、速度測定、液面制御、部品サイズ検出、加工プログラムの自動接続など、さまざまな用途に使用できる。

非接触トリガー、高速動作、フレキシブルな検出距離、安定した信頼性の高い信号、長寿命、高い繰り返し位置決め精度、過酷な作業環境でも機能する能力により、非接触トラベルスイッチは工作機械、繊維、印刷、プラスチックなどの産業で広く使用されています。

非接触トラベルスイッチには、主にアクティブ型とパッシブ型の2種類がある。非接触トラベルスイッチの大半はアクティブ型であり、検出素子、増幅回路、出力駆動回路で構成され、通常5V～24Vの直流電流または220Vの交流電力で動作します。

図1-23は、3線式アクティブ近接スイッチの構造ブロック図である。

近接スイッチは、その動作原理により、高周波発振型、超音波型、静電容量型、電磁誘導型、永久磁石型、ホール素子型、磁気センサー型などいくつかのタイプに分類される。

各タイプの近接スイッチは、異なる物体を検出する能力を持っている。例えば、静電容量式近接スイッチは、固体、液体、または粉体の物体を検出することができます。静電容量発振器と電子回路で構成され、静電容量は検出インターフェースに配置される。物体が近づくと静電容量値が変化し、出力信号につながる。

一方、ホール近接スイッチは磁界を検出するように設計されている。一般的に磁性鋼を被検出体として使用し、センサーの端面に垂直な磁界にのみ感応する磁気感応装置を内蔵しています。磁極（北または南）が近接スイッチに向くと、スイッチの出力はハイレベルまたはローレベルになります。

超音波近接スイッチは、アクセスが困難な物体の検出に最適です。音響的、電気的、光学的、その他の要因の影響を受けず、超音波を反射できる限り、固体、液体、粉体の物体を検出できる。このスイッチは、圧電セラミック・センサ、超音波を送受信する電子デバイス、検出範囲を調整するプログラム制御ブリッジ・スイッチで構成されています。

高周波発振型近接スイッチは、各種金属の検出に使用されます。高周波発振器、集積回路またはトランジスタ増幅器、出力から構成される。その動作原理は、金属物体が発振コイルに近づくと渦電流が発生し、それが発振器のエネルギーを吸収して発振器を停止させる。発振信号と停止信号は、スイッチング信号として整形・増幅され、出力となる。

近接スイッチには、2線式、3線式、4線式などさまざまな出力形態があり、トランジスタ出力はNPNまたはPNPです。形状も角型、丸型、スロット型、分離型など様々です。

図1-24にスロット3線式NPN光電近接スイッチの動作原理と遠隔分離光電スイッチの動作図を示します。

近接スイッチの主な特徴には、タイプ、動作距離範囲、動作周波数、応答時間、繰り返し精度、出力タイプ、動作電圧、出力接点容量などがあります。

図1-25に近接スイッチの図式を示します。

近接スイッチには様々な種類があり、一般的に使用されているLJ、3sg、lxj18シリーズなどの国産スイッチもあります。また、輸入品の近接スイッチも中国で広く使用されています。

接点トラベルスイッチの選択

接点トラベルスイッチを選択する際には、以下の要素を考慮する必要がある：

• アプリケーションとコントロール・オブジェクト。
• 開放型か保護型かといった設置環境。
• 制御回路の電圧と電流。
• 機械とトラベルスイッチの力の伝達と変位の関係から、適切なヘッド形状を決定する。

近接スイッチの選択

• 動作周波数、信頼性、精度。
• 検査距離と設置寸法。
• 接点形式（接点あり、接点なし）、接点数、出力形式（NPN型、PNP型）。
• 電源タイプ（DCまたはAC）と電圧レベル。

トランスファースイッチ

トランスファースイッチは、複数のギア、接点、ループ制御を備えた多目的な電気機器です。ラインの交換、リモートコントロール、制御機器の電流計や電圧計の測定など、さまざまな用途に使用できます。さらに、小容量モーターの始動、スイッチング、速度制御にも利用できます。

トランスファースイッチの動作原理はカムコントローラと似ていますが、両者の用途は異なります。カムコントローラは主に主回路でモーターなどの電気機器を直接制御するために使用され、トランスファースイッチは主に制御回路でリレーやコンタクタを通して電気機械を間接的に制御するために使用されます。

一般的に使用されている転送スイッチには、主にユニバーサル転送スイッチとコンビネーションスイッチの2種類があります。どちらも似たような構造と動作原理を持っており、用途によっては互換性があります。

トランスファースイッチは、その構造からさらに3つのタイプに分類されます：通常、オープンコンビネーション、保護コンビネーションです。目的によって、主指令制御とモータ制御の2種類に分けられます。

図 1-26 に示すように、トランスファースイッチを表すために使用される図記号は、カ ムコントローラの図記号と同じです。トランスファースイッチコンタクトのオンオフ状態を表 1-2 に示します。

トランスファースイッチの主な仕様には、タイプ、ハンドルタイプ、接点のオン／オフ状態表、使用電圧、接点数、電流容量などがあります。これらは製品マニュアルで詳しく説明されています。

一般的に使用されているトランスファスイッチには、LW2、LW5、LW6、LW8、LW9、LWL2、LWL6、VK、3LB、Hzシリーズがあります。

LW2シリーズは高圧サーキットブレーカの操作回路を制御するために使用され、LW5シリーズとLW6シリーズは主に電気駆動システムのラインまたはモータを制御するために使用されます。LW6シリーズは、コラムを歯車で噛み合わせ、1つのハンドルで操作するダブルコラム構成で設置することもできます。

スイッチは最大60対の接点を装備できる。

トランスファースイッチを選択する際には、以下の要素を考慮することが重要です：

• 定格電圧と動作電流
• ハンドルの種類と位置
• 接点数と配線図
• パネルの種類とマーキング。

抵抗器

抵抗はさまざまな電気製品に見られる重要な電気部品で、2つのタイプに分類できる：

第一のカテゴリーは抵抗部品で、微弱電流の電子製品に利用される。第二のカテゴリーは、産業用抵抗デバイス（一般的に抵抗器と呼ばれる）であり、低電圧、大電流のACおよびDC電気ラインの調整、モーターの始動、制動、速度の制御に使用されます。

最も広く使用されている抵抗器は、ZB板抵抗器とZG管抵抗器で、低電圧回路の電流調整に利用されています。一方、ZX抵抗器は、主にACおよびDCモータの始動、制動、速度制御に使用されます。

抵抗器の主な技術仕様には、定格電圧、発熱電力、抵抗値、許容電流、発熱時定数、抵抗値誤差、全体寸法などがある。

図 1-27 に、抵抗器の図記号を示します。

レオスタット

抵抗器の抵抗値は固定されているのに対し、レオスタットの抵抗値は連続的に調整することができます。制御回路では、抵抗を直列または並列に接続するか、抵抗の異なるセクションを選択することによって、抵抗値を調整することができます。その場合、抵抗値は段階的にしか調整できません。

一般的なタイプのレオスタットには、BCスライディングワイヤレオスタットがあり、回路の電流や電圧の調整、電子機器や計器の制御や調整に使用されます。BL型励磁用レオスタットは直流モーターの励磁または速度の調整に使用され、BQ始動用レオスタットは直流モーターの始動に使用され、BTレオスタットは直流モーターの励磁または速度の調整に使用され、BP周波数感応型レオスタットは三相交流巻線非同期モーターの始動制御に使用されます。

レオスタットの主な技術パラメータは、抵抗器と同様です。図1-27に、レオスタットの図記号を示します。

電圧レギュレーター

電圧レギュレータにはいくつかの種類があります。炭素抵抗電圧調整器TD4は、小型から中型の交流または直流発電機の電圧を自動的に調整するために使用されます。

電磁石

電磁石は様々な用途に広く使用されています。一般的に使用されているものには、MQ牽引電磁石、MW昇降電磁石、MZ制動電磁石などがあります。

MQ トラクション電磁石は、低電圧交流回路における機械装置および各種自動システムの制御に使用されます。MWリフティング電磁石は、鋼鉄のような磁性材料を引き付けるために、リフティング機械に設置されます。MZ 単相および三相ブレーキ電磁石は、電磁ブレーキを形成するために一般的に使用されます。

図 1-28 にブレーキ電磁石からなる Tj2 交流電磁ブレーキの回路図を示す。電磁ブレーキとモータ軸は通常一緒に設置され、並列に接続されています。電磁ブレーキコイルとモータコイルの両方に通電するとモータは回転します。しかし、電力が失われると、ブレーキシューがブレーキホイールをしっかりと保持し、圧縮バネの力を借りてモータを停止させます。

電磁石の図記号は電磁ブレーキと同じであり、文字記号は "YA "である。電磁ブレーキの図形記号を図1-28に示す。