JSZ3A - B時間リレーのモータ制御システムへの応用に関する研究

時間リレーは一般的な産業制御装置です。そのタイミング特性に基づいて、オンディレイタイプ、オフディレイタイプ、および組み合わせたオン/オフディレータイプの3種類に分類することができます。これらの中で、オンディレイタイムリレーが最も広く使用され、市場で容易に入手可能です。しかし、多くのオンディレイリレーは接点数が限られており、即時応答が必要な電気制御回路設計には不便な場合があります。

また、機器回路設計において特定のリレーが利用できない場合、エンジニアにとって困難が生じることがあります。そのため、以下の2つの重要な問題を解決する必要があります：(1) 即時接点がないオンディレイタイムリレーの適用範囲をどのように拡張するか？(2) オフディレイリレーが利用できない場合、オンディレイリレーを代替として使用することは可能か？これらの質問に対する解答として、本論文ではJSZ3A-B時間リレーを基に、遅延スタート回路、遅延ストップ回路、スター・デルタ起動回路を例に挙げて体系的な研究を行い、実践的な参考を提供します。

1. 時間リレーの動作原理と種類

時間リレーの動作は主に電磁誘導と解放の原理に基づいています。典型的なリレーはコイルと可動鉄心を持つ電磁石で構成されています。コイルに電力が供給されると生成された磁場により可動コアが引き寄せられ、それによって回路が開いたり閉じたりします。必要な時間遅延はリレー上のノブまたはダイヤルで調整されます。

2. JSZ3A-Bオンディレイタイムリレーのパラメータ

JSZ3A-B時間リレーはコンパクトサイズ、軽量、高い構造的整合性、広いタイマーレンジ、高精度なタイマー設定、優れた信頼性、長寿命を特徴としており、工作機械や統合設備の自動制御システムに適しています。AC 12-380VまたはDC 12-220Vの中から選択可能な複数の定格制御電圧オプションを提供しています。タイマーレンジは1秒、10秒、60秒、6分であり、前面パネルのセレクタースイッチで切り替えられます。リレーは4組のタイマー接点を提供し、通常開放型のタイマークローズ接点2組と通常閉鎖型のタイマーオープン接点2組です。タイマー精度は0.5%以下、動作温度範囲は-5°C〜+40°Cです。

オンディレイリレーとしてのJSZ3A-Bは8つの端子を持ちます。端子2と7は電源に接続され、接点1-3および8-6はタイマークローズ（NO）、接点1-4および8-5はタイマーオープン（NC）となります。ユーザーは必要に応じて適切な接点を選択して回路設計を行うことができます。

3. JSZ3A-Bオンディレイタイムリレーの応用

時間リレーは、モーターの遅延スタート、遅延ストップ、スタードルタ起動回路など、タイマー制御が必要な電気制御回路で広く使用されています。

3.1 モーターの遅延スタート制御回路設計

モーターの遅延スタート制御回路は自己ロック（ラッチ）回路に基づいています。JSZ3A-B時間リレーの通常開放型タイマー接点を接触器コイルと直列に接続することで、時間遅延によるモーターコントロールを達成します。制御回路は図1(a)に示されています。図1(a)に示すように、制御回路には時間リレーのコイル、タイマー通常開放補助接点、および即時（直結）接点が含まれていますが、JSZ3A-Bオンディレイタイムリレーはタイマー接点しか提供せず、即時接点がありません。実際の回路設計において同様の問題が発生した場合、以下の2つの方法で解決することができます。

3.1.1 方法一

最初の方法は最も単純かつ一般的に使用されるもので、中間リレーまたは接触器の通常開放補助接点を使用してモーターの自己ロックパスを提供します。この方法は初心者にも理解しやすく実装できます。具体的なモーターコントロール回路図は図1(b)に示されています。さらに、制御回路内の補助リレーKAを別の接触器KMに置き換えることも制御要件を満たすことができます。

3.1.2 方法二

2つ目の方法は、別のJSZ3A-Bオンディレイタイムリレーの通常開放型タイマー接点を使用して自己ロックパスを提供することです。これは単純にその時間遅延をゼロに設定することで達成できます。対応するモーターコントロール回路図は図1(c)に示されています。

遅延スタート制御回路以外にも、遅延ストップモーターコントロール回路も代表的です。

3.2 モーターの遅延ストップ制御回路設計

オフディレイタイムリレーは、コイルに電力が供給されると即座に接点が動作しますが、コイルからの電力供給が停止すると遅延してリセットします。この特性は、遅延ストップモーターコントロールの要求と完全に一致します。そのため、オフディレイタイムリレーを使用することで、比較的簡単にモーターの遅延ストップ制御回路を設計することができます。制御回路図は図2(a)に示されています。

3.2.1 即時接点なしのオフディレイタイムリレー

図2(a)に示す回路設計は比較的分かりやすいです。しかし、実際の応用においてオフディレイタイムリレーが即時接点を含んでいない場合、中間補助リレーまたは接触器の通常開放補助接点を時間リレーの即時接点の代わりに使用することができます。修正後のモーターコントロール回路図は図2(b)に示されています。

動作過程：メイン回路のナイフスイッチQSを閉じ、開始ボタンSB2を押すと、中間リレーKAと時間リレーKTが励磁されます。KAの通常開放補助接点が閉じて自己ロックを達成します。KTのタイマークローズ接点が即座に閉じ、接触器KMが励磁され、モーターが正常に動作します。停止ボタンSB1を押すと、KAとKTが非励磁になります。設定された遅延時間が経過すると、KTのタイマークローズ接点が開き、KMコイルが非励磁になり、モーターが停止します。

3.2.2 オンディレイタイムリレーを使用してオフディレイタイムリレーの代わりとする

オフディレイタイムリレーが利用できない場合、オンディレイタイムリレーを代わりに使用することは可能でしょうか？JSZ3A-Bオンディレイタイムリレーを例に取って、回路制御図を適切に修正することができます。改訂後のモーターコントロール回路図は図2(c)に示されています。

動作過程：メイン回路のナイフスイッチQSを閉じ、開始ボタンSB2を押すと、接触器KMが励磁されます。KMの通常開放補助接点が閉じて自己ロックを達成し、モーターが正常に動作します。開始ボタンSB3を押すと、中間リレーKAと時間リレーKTが励磁されます。KAの通常開放補助接点が閉じて自己ロックを達成します。設定された遅延時間が経過すると、KTのタイマーブレーク接点が開き、KMコイルが非励磁になり、モーターが停止します。同時に、KM1の自己ロック接点が開き、時間リレーKTと中間リレーKAが非励磁になります。

このアプローチにより、特定のタイプの時間リレーが利用できない場合でも、モーターコントロール回路の連続的な動作と信頼性を確保することができます。

3.3 モーターのスタードルタ起動制御回路設計

工業および農業生産において、モーターの起動時の電圧や他の設備への影響を減らすために、通常デルタ接続で動作する大容量モーターに対して、スタードルタ低電圧起動を使用して起動電流を制限することができます。起動時にはまずモーターをスター接続にします。モーターの速度が一定値に達すると、時間リレーが動作してデルタ接続に切り替えて通常運転します。

3.3.1 オフディレイタイムリレーを使用した制御回路

制御回路はオフディレイタイムリレーのタイマークローズ接点を利用することができます。制御回路設計は図3(a)に示されています。

動作過程：メイン回路のナイフスイッチQSを閉じ、開始ボタンSB2を押すと、中間リレーKA、時間リレーKT、接触器KM3が同時に励磁されます。KAの通常開放補助接点が閉じて自己ロックを達成します。KTのタイマークローズ接点が即座に閉じ、接触器KM1が励磁され、KM2が非励磁になり、モーターがスター接続で起動します。

KM1が励磁されると、その通常閉鎖接点が開き、KTコイルが非励磁になります。設定された遅延時間が経過すると、KTのタイマークローズ接点が開き、KM1コイルが非励磁になります。KM1の通常閉鎖接点が閉じ、接触器KM2と時間リレーKTのコイルが励磁されます。KM2の通常開放接点が閉じて自己ロックを達成し、その通常閉鎖接点が開き、KM3が非励磁になり、スター接続が切断され、デルタ接続に切り替えられます。同時に、KTのタイマークローズ接点が再び閉じ、KM1コイルが再励磁され、モーターがデルタ接続で正常に動作します。停止ボタンSB1を押すと、KM1コイルが非励磁になり、メイン回路が切断され、モーターが停止します。

3.3.2 オンディレイタイムリレーを使用した制御回路

時間リレーの種類が限定されている場合、オンディレイタイムリレーのタイマークローズ接点を使用してオフディレイタイムリレーのタイマークローズ接点を置き換えることができます。JSZ3A-Bを使用した修正後のモーターコントロール回路図は図3(b)に示されています。

動作過程：メイン回路のナイフスイッチQSを閉じ、開始ボタンSB2を押すと、中間リレーKA、時間リレーKT、接触器KM1、KM3が同時に励磁され、KM2が非励磁になります。KAの通常開放補助接点が閉じて自己ロックを達成し、モーターがスター接続で起動します。設定された遅延時間が経過すると、KTのタイマークローズ接点が開き、KM1コイルが非励磁になります。

KM1の通常閉鎖接点が閉じ、KM2コイルが励磁されます。KM2の通常開放接点が閉じて自己ロックを達成し、その通常閉鎖接点が開き、KM3が非励磁になり、スター接続が切断され、デルタ接続に切り替えられます。同時に、KM3の通常閉鎖接点が閉じ、KM1コイルが再励磁され、モーターがデルタ接続で正常に動作します。停止ボタンSB1を押すと、KM1コイルが非励磁になり、メイン回路が切断され、モーターが停止します。

上記の両方の制御回路における全スイッチング過程において、主要な接触器KM1は非励磁状態を維持し、モーターに対して効果的な安全保護を提供します。

4. 結論

本論文ではJSZ3A-Bを例に取り、即時接点がないオンディレイタイムリレーのモーター遅延スタート制御回路、遅延ストップ制御回路、スタードルタ起動回路での応用について述べました。特定のタイプの時間リレーが利用できない場合の電気回路設計に実践的な解決策を提供しました。