スタートストップ回路：構成部品、動作原理、制御方式の包括的概要

産業革命と絶え間ないエンジニアリングの進化により、システムはより大規模かつ複雑になりました。こうしたシステムでは、人的安全の確保と制御が最優先事項です。そこで自動化と制御回路が台頭しました。制御回路は、高電力電気システムを安全に起動・停止させるためのものです。制御回路を理解せずに大規模電気システムを構築することはできません。それが私たちがこの記事で取り組む理由です。スタートストップ回路、その動作、そして制御回路を深く知る必要性について解説します。

スタートストップ回路とは？

図1：産業機械をテストする電気技師

スタートストップ回路とは、モーターやラダーロジックネットワークなどの電気部品を起動・停止させる電気回路です。機械制御や制御システムにおいて、モーター、機械、プロセスの開始/停止に不可欠な要素です。

スタートストップ回路の主要構成部品

図2：3線式制御スタートストップ回路の概略図

スタートストップ回路にはいくつかの必須部品があります。このセクションでは4つの要素を詳しく見ていきます。

ボタン/接点

スタートストップ回路におけるボタンや接点は、回路をオン/オフするスイッチです。手動または自動で電気回路を接続・遮断する動作原理を持ちます。

リレー/コンタクタ

リレーとコンタクタは、特定の刺激（励磁）に応じて回路を開閉する電磁気的/電気的スイッチです。ただし、コンタクタは特殊なリレーであり、リレーはコンタクタではありません。

• コンタクタは通常開放(NO)で、コイルが励磁されたときのみ回路を閉じます。
• リレーは通常開放(NO)または通常閉鎖(NC)の状態を取り得ます。リレーコイルを励磁すると、NO回路がNCになり、NC回路がNOになります。
• リレーは増幅効果を利用して大電流回路を制御します。ライン電圧の一部をコイルに印加することで、より高電圧のシステムを制御できます。

モーター

モーターは、コンベアベルト、機械、ポンプなどを駆動するために必要な運動エネルギーを提供します。実行タスク、負荷容量、制御タイプによって大きく異なります。

過負荷（オーバーロード）

過負荷リレーは、熱的・電力的・電気的過負荷が発生した際に電気回路を開放する保護リレーです。通常は閉鎖(NO)状態で、過負荷を検知したときのみ動作します。定格と用途は多様なので、モーターや付属機器を保護するために、設置前にリレー定格を確認する必要があります。

スタートストップ回路に必要な電源

スタートストップ回路への電源タイプと電圧レベルは可変です。回路構成と制御方式によって異なります。しかし、多くのスタートストップ回路では、制御電圧として24V DCが一般的です。制御回路は、制御対象のコンポーネントより低電圧で動作させられます。これにより、オペレーターは120V ACのスタートボタンで600Vモーターを制御できます。これは3線式制御で一般的であり、高電圧スイッチをオペレーターから離して配置できます。制御電源は、ラインから直接、制御トランス経由、または別電源から供給できます。

スタートストップ回路の動作原理

スタートストップ回路の動作は、リレー、ボタン、モーター、過負荷リレーに依存します。理解しやすくするため、黒線を無電力状態、青線を通電状態として表現します。

図3：無電力状態のスタートストップ回路概略図

初期状態（OFF）では、通常閉鎖(NC)のストップボタンは閉じており、通常開放(NO)のスタートボタンは開いています。この状態では、リレー/コンタクタコイルは非励磁、モーターは電源から遮断されています。

図4：スタートボタン押下時の通電スタートストップ回路概略図

スタートボタンを押すと電流が回路を流れ、リレー/コンタクタコイルとモーターが励磁され、モーターが回転開始します。過負荷リレー接点は閉鎖状態を維持し、NOリレーコイル接点は開いたままです。

図5：スタートボタン解放後の通電スタートストップ回路概略図

スタートストップ回路では、スタートボタンを一瞬押して離します。電流が流れてリレー/コンタクタコイルが励磁されます。スタートボタンを離しても、NOコンタクタ/リレーコイル接点が電流の代替経路を提供するため、モーターは回転し続けます。電源喪失、ストップボタン押下、過負荷リレー動作のいずれかが起こるまで回転継続します。その後、再びスタートボタンを押すまでOFF状態を維持します。

スタートストップ回路の配線制御方式

2線式制御

図6：2線式スタートストップ回路制御

2線式制御では、スタータコイルと接点付きパイロットデバイス（圧力スイッチやリミットスイッチが一般的）を直列接続します。外部介入なしで自動運転する場合に使用します。スイッチ接点が閉じたままの状態で停電が発生すると、電源復旧時にリレーが自動的にピックアップし、回路が完了します。2線式では、スターターとパイロットデバイス間を2本のワイヤーで接続します。

3線式制御

3線式制御では、スターターとパイロットデバイス間を3本のワイヤーで接続します。モーメンタリスイッチを使用してスターターコイルを「スタート」/励磁します。したがって、スタートボタンを一瞬押すなどの外部刺激が必要です。スタートボタンと並列に補助スターター回路を接続し、スタートボタン解放後もモーターに電力が供給されるようにします。停電時は回路が非励磁化されるため、再度スタートボタンを一瞬押して回路を閉じる必要があります。

結論

電気は不可欠であると同時に危険でもあります。したがって、より安全で管理しやすい制御回路の構築方法を知ることは必須です。電気の世界は、私たちの生活に自動化が取り入れられるにつれて常に進化しています。取り残されないよう、スタートストップ回路についての知識、材料、ガイダンスが必要なら、今日すぐにお問い合わせください。