ＦＡ電気設計ノート blog

■　単相交流モーターと三相交流モーターの違い

大きさから言うと
小さいモーターが単相交流モーターで、大きいモーターが三相交流モーターです。

単純に配線方法からの「違い」に着目すれば、
単相交流モーターは回転するために、コンデンサとか特殊構造が必要ですが、
三相交流モーターは電線をつなぐだけで回転します。

原理から違いを考察すると
三相交流モーターは、三相電源の各相のずれで簡単に回転する磁界を得て回転します。
単相交流モーターは、電源だけでは回転する磁界を得られないため、
コンデンサなどを使用して位相を作り三相と同じように回転する磁界を発生して回転します。

従って、逆回転する時も三相交流モーターの方が簡単で、RST相のいづれかの相を入れ替えると逆転できます。
単相交流モーターは、コンデンサの配線する箇所を入れ替えることで逆転できます。

特色としては、
三相交流モーターは出力の大きなモーターを作りやすいです。
また、モーターに与える電源の周波数によって回転数を制御できますので、
インバーター制御の場合にも三相モーターが使われます。

■　オーバーランセンサーと原点センサー無しの位置決め

位置決め制御を当初行っていたことは、原点センサーと必ずオーバーランのセンサーを付けていいましたが
コストダウンのせいか原点センサー無しのオーバーランも無しで行っています。

原点センサーは、座標を決めるために必要ですが、壁にぶつけてそこを原点とする方法をとっています。
オーバーランが無いぶん、行きつく先はしっかりとしたメカで対応していました。

利点を考えると、設計もしないくても良くなり、コスト削減になります。センサー１個の部品や取り付けや調整の手間が省けます。また
原点センサーが壊れて再度取り付けたとき、位置がずれる可能性がありますが、大幅な位置がずれることはないと思います。

回路図が、とてもシンプルなものになりました。

弊害は、あまりないような気がします。原点復帰の時は、速度が落ちるので側面に当てても大丈夫だと思います。

ただし、オーバーランの時はスピードも出ているので
弊害は、メカの負担が多くなると思います。ボールねじや側面にぶつけることになりますので剛性がしっかりしていることだと思います。

■　２線式と３線式の狭間で

２線式と３線式なんて突然云われもわからないですよね。

２線式とは、電線が２本あって、３線式は、電線が３本あることを云います。

電線が、２本と３本？

センサーから出ている電線の数を云います。

光電センサー，光ファイバーセンサーや近接センサーなどいろいろありますね。

センサーの電線の数を、２線式とか３線式とか云います。

この違って何でしょう。

３線式の電線の種類は、茶の電源線（+V），黒の信号線，青の接地線（0V）です。
信号線は、通常オープンコレクターになっていてセンサー電源とは別の電源でも大丈夫ですし同じでも大丈夫です。
センサーの電源が、DC5Vで、PLCの入力ユニットで使用する場合は、DC24Vで信号線を駆動できます。

２線式の電線の種類は、茶の電源線，青の接地線です。
２線式は、近接センサーに多いですね。
もちろん３線式の近接センサーもあります。

２線式で気をつけなくては、いけないのが、漏れ電流ですね。

近接センサーのカタログで漏れ電流の項目があり、
0.8mA以下や1.0mA以下などと記載してあります。

PLCの入力ユニットでは、OFF電流という項目があり、
1.0mA以下やDC24Vで1.5mA以下などスレッシュホールドレベルの記載があります。

この場合に、近接センサーの漏れ電流が、
1.0mA以下でPLCの入力ユニットのOFF電流が
1.0mA以下ですとちょっと危険かもしれません。

近接センサーの漏れ電流が、
0.8mA以下でPLCの入力ユニットのOFF電流が
1.0mA以下ですと1.0mA以下に収まっているので大丈夫ですね。

最近は、大丈夫になってきましたが、チェックをした方法が良いですね。

古いPLCを更新する時は、特に注意が必要です。

更新の工事で、予想通り
漏れ電流でオンのままになってしました。

入出力が７００点ある中で幸いにして一つだけだったので、リレーを介してＯＫとしていただけました。

３線式だと大丈夫なのですが、２線式の漏れ電流には気をつけましょう。

■　直流電磁接触器の突入電流で その２

前回、直流電磁接触器の突然電流について記事を書かせいただきました。

三菱電機製にも同じような直流の電磁接触器があります。

このような突然電流が、発生することは構造の違いからないそうです。

富士電機製品の直流電磁接触器と三菱電機製品の直流電磁接触器でどちらかいいでしょうか？

直流電磁接触器の突入電流で・・・

前回、直流電磁接触器の突然電流について記事を書かせいただきました。

三菱電機製にも同じような直流の電磁接触器があります。

このような突然電流が、発生することは構造の違いからないそうです。

富士電機製品の直流電磁接触器と三菱電機製品の直流電磁接触器でどちらかいいでしょうか？

性能は、両社とも良い製品なので大丈夫だとじます。

また、今までに使ったことがあるので使い慣れてもいます。

お客様で使用部品にご指定されているかどうかも選定の基準に入れておくと良いですね。

価格や納期について比較検討してみては如何でしょうか。

納期についてもカタログから両社在庫品なので即納していただけるので大丈夫です。

価格ですが、
定価で考えると直流電源が増えるので三菱電機製の方がお得ですね。

値段の交渉次第なのです。だいたい同じくらいになりました。

一金具やスペースなどほかにコストダウンできることがないか。
まずは、部品コストから考えましたね。

コストダウンになると考えましたが、だいたい同じくらいなのでそのままになりましたね。

一日がかりで調査して、少しでもコストダウンになると思いましたが残念です。

■　直流電磁接触器の突入電流で その１

ＦＡ機器メーカの中でも富士電機さま製の製品でオートブレーカや漏電遮断器や電磁接触器・開閉器などをどちらかと云うと選定をして設計をしておりました。

富士電機さま製の製品で、大容量の直流電磁接触器が、カタログをなにげに見ていると電源投入時の突入電流が大きいのに気づきました。
「やけに大きいけど大丈夫なのか気になりました。」
一瞬なので大丈夫だと思ったりしました。

皆さんは、どう考えるますか。

一瞬でも必要な電流は必要でしょうか。

迷ったときは、メーカの富士電機様に確認してみると良いですね。

それで、電話で確認したところやはり直流電源を大きな容量が必要というご回答をいただきました。

突入電流に必要な直流電源を選定して設計しました。

かなり容量の直流電源が必要になることがわかりました。
また、制御盤のスペースが余りありません。

仕様書によるとここは、直流が必要なのですが。
直流の電磁接触器をやめて交流の電磁接触器に変更できないか思いきってお客様にご相談しました。

納期が迫っていることもあり「人が触っても電気に触れないように」と条件をご提示していただきご対応することになりました。

カバー類は充実しているので直ぐさまご回答して大丈夫でした。

■　PLCの出力で・・・

昔々、ある工場の自動機機の改造をした時の事です。
モータを１台追加するためにPLCのI/Oで出力にマグネットを追加しました。
すると不思議な事にその16点出力ユニット全部の出力機器が動かなくなってしまいました。

改造前は、PLCの16点出力ユニットからマグネットを２個使用しています。正常にマグネットがオン，オフしていました。

改造で、マグネットを１個追加しました。合計で３個を使用する事になりました。すると追加したマグネットがオンしません。


「エ！何故だ！！」
「悩んでいる暇があるなら今考えられることをいろいろと試そう」
と思いました。


まず始めに、
空いている出力に配線して確かめましたが、状況は、同じで出力しません。

次に、追加したマグネットをそのままにして既存のマグネットの配線を外しマグネットを２個にすると正常にオン・オフします。

ここで、出力が壊れたわけでない事がわかりましたね。

そうすると、16点出力ユニットならマグネットが２個なら大丈夫です。

となりに同じ仕様の16点出力ユニットがあり、空いている出力があるのでマグネットの配線を変えて試したところ正常にオン・オフできした。

16点出力ユニットに問題があったのはわかりました。
今回の改造は、これで良しとしました。。

後日、調べたのですが、16点出力ユニットのコモンの使い方を誤ったようです。

出力で注意するのは、16点や32点コモンの電流に制限がある場合です。
例えば、コモンの電流に１Aの制限がある場合に
16点トータルで１Aまで使用できます。

２点で１Ａで使用すると他の出力14点が使えません。

理由がわかってよかったですね。
めでたし。めでたし。

業界用語

マグネットというと電磁接触器のこと云っています。電磁接触器を２つ使っている電磁開閉器も広い意味でマグネットと云っています。

■　おもいでの線番

かなり古い制御盤の修理をすることなりました。
蓋を開けるとなんとビックリ！

リレーのa接点相互の端子台から配線してある線番が２つ同じになっています。
修理だったのでまだよかったのですが、これが改造ですと大変ですね。

線番が信用できないのでひとつひとつ電線を確認しなければいけません。

ちゃんと図面になっていると後で改造するときも安心ですね。
このような場合は、回路図に記載しておくと親切ですね。

制御盤の中を覗くと線番と云って機器や端子台などのところに電線に番号が入っている白いチューブがあります。たまに色がついた黄色などのチューブがありますね。

チューブに色がついている場合は、盤の外にいくとか特別な用途などに使用します。

この線番は、どこからどこまで配線されいるか？
電源線なのか信号線なのか何の電線なのかがわかるようになっています。

このような場合は、回路図に記載しておくと親切ですね。

電気回路図には、線の上に番号が書いてあるのがそうですね。

電源の元から線番を決めていきますので、大概若い番号で、だんだんと大きくなった番号になります。

電線に線番を入れて圧着や半田付けをして配線していきます。

PLCの入出力に関しては、入力ユニットならば入力のデバイスを使用して出力ユニットなら出力のデバイスを使用します。

機器の端子が別なところでは端子番号が違います。端子が同じところ、すなわちパラレルに電線がでるところは、線番は同じですね。

電気設計者も、配線の仕方を理解していると線番の入れ方をスムーズになります。

■　サーボアンプのメッセージが消える！

皆さんもご存じの通り電気機器は、表示器により数値ＬＥＤや液晶で正常なのか故障なのか
機器の状態を知る事ができます。

今回の制御では、ＡＣサーボを用いて位置制御をします。
従って、サーボアンプを使用する事になります。
サーボアンプも同様で、数値ＬＥＤでサーボアンプの状態が分かります。
正常であれば、正常なコードを数値ＬＥＤで表示され、
故障であれば、故障のコードが数値ＬＥＤで表示され、
サーボアンプからメッセージが表示されます。

そこで、サーボアンプを立ち上げで、電源をオンしたところ、
な、なんとサーボアンプのメッセージが表示しないで消えているです。
サーボアンプのメッセージが消えたのです！！

暫くの間、何が起きたのか分からず頭が真っ白になり茫然としました。
電源オンしても電源が入らないのです。

気を取り直して、電源オン！
やはり症状は、同じです。

暫く、当たり一面どんよりとした冷たい空気がながれました。

この場を打開する為に、電源オン！
メッセージは、消えたままです。

メーカの技術相談に電話をして確認したところ
「考えられません。」
と予想していた回答が返ってきました。

冒頭でも書いたように
普通であれば、数値ＬＥＤの表示から正常か故障かを判断して
故障であれば原因究明にあてます。
例えば、
数値ＬＥＤが、「１８」と表示すれば過負荷異常というふうに分かり、
過負荷の原因を解除して故障を復帰します。

方針が立たない状態なので、休憩する事にしました。
頭をリセットするのも大切です。

休憩後、気を取り直して、
何度か、繰り返して電源をオン，オフしてメッセージを確認したところ
何か一瞬表示しているのに気がつきました。

正常なメッセージを表示して直ぐに電源がオフになっていました。

少し、好転の兆しが！！

ここで、原因がハードの問題かソフト問題か整理して原因を究明していきます。
何分検討がつかないので、まず、ソフトから原因の究明をしていきます。

ソフトと言ってもまだ実際に動作する前なのでパラメータをチェックする事にしました。
すると今回の制御は、絶対値制御なのに相対値制御になっていたので絶対値制御の設定に変更しました。

再び、電源オンをしました。
相変わらず状況は、同じです。
メッセージは、直ぐに消えます。

他に原因があるか捜しましたが、
ソフトは、大丈夫そうなので
次に、ハードチェックをする事にしました。

サーボモータの電源ケーブルを外して
再び、電源オン！

同様に、メッセージは、直ぐに消えます。
このことから電源ケーブルは、大丈夫です。

当たりが暗くなっていて時間が遅くなったのに気がつきました。
集中しているとあっという間に時間がたってしまいます。
幸いな事に日程は、明日もあるので明日行う事になりました。

帰り際に、本日やった事を振り返りました。
何分、原因を考えるも初めての経験なので検討がつかず、とにかく寝る事にしました。
明日に鋭気を復活させる為に、こういう時は、寝るのが一番です。

翌日、一夜あけて何か変化があればと思いつつ
朝から一発目の、電源オン！
相変わらずメッセージが消えたままでした。
何か変わるかもと思って甘い考えここで終わりました。

気を取り直して取説を読み直します。
どこを読んでいいのか検討がつかず
ただページをめくるのみ空しい時間が過ぎました。

回路図を眺めます。
電源が入らないからどこかサーボアンプの電源回路が、おかしいのではないでしょうか？
回路図を追ってみても電源回路は大丈夫です。

今回の１次側の電源は、ＡＣ２００Ｖです。
テスターで、電源確認しますが、ＡＣ２００Ｖを指しているので大丈夫です。
回路図を今一度チェックしますが、図面通りで問題ありません。

ここで、光明がさしてきました。

電源にかかわるところではないのですが、ブレーキ回路がありました。
回路図は、大丈夫そうです。

実際に配線されているところをチェックをしました。
な、なんと！！
ブレーキ電源用のパワーリレーで、コイルのＤＣ２４Ｖ極性が
＋，－逆に配線されていました。
「ここだ！！」と思わず心の中で叫びました。

ＣＯＭは、普通－を指しますが、この場合は、＋でした。
誤解を招く箇所です。
従って、パワーリレーのコイルＮｏ．を記入すると間違いありません。
回路図には、端子番号も記入すると良いでしょう。

パワーリレーをソケットから取り出して
再び電源オン！
やっと正常なメッセージが表示しました。

今度は、本当に電源オンです。
｛やった！！」と思わず心の中で叫びました。
感謝の気持ちで一杯です。

ブレーキを解除する時に、おこっていました。
原因は、ブレーキ回路にありました。
分かれば、なんてことはないのですが、
今までにない経験でも落ち着いて対応すれば、大丈夫です。

配線を直して手動チェックし自動運転へ移行し
お陰様で、工程通り期間中に無事終了しました。

めでたしめでたし。

■　電気設計 とは

電気設計 とは、紙に 電気回路 を描くことです。

そこには、線一本に意味があります。
従って、設計者は、線一本にも気を配って 電気図面 を書きましょう。

電気図面 に記載する時は、ちゃんと意味がわかって描きましょう。

例えば、線がクロスする黒丸（●）では、
黒丸（●）があるとそこは、つなげて配線しますが、
黒丸（●）がないとつなげて配線しません。

そこには、ルールがあるのです。
ルールに則って 電気図面 を描いて下さい。

また、安全率をみて下さい。
安心で安全な電気設計を心がけましょう。

■　トランスの単巻きと複巻き

トランスのコイルの巻き方で、単巻きと複巻きがあります。

単巻きトランスは、文字通りコイルが単一で巻かれています。
別名、オートトランスとも言います。

複巻きトランスも、文字通りコイルが、１次側と２次側に別々に巻かれていて絶縁されています。
別名、絶縁トランスとも言います。

実は、このあたりを意識しないで設計をしてしまいました。
記号も違います。

ノイズ対策及び電圧を下げる為に、絶縁トランスを使用するのが普通ですが、
漏電を検知するには、単巻トランス（オートトランス）を使用します。

絶縁トランスを、片側をジャンパしても同様になります。
其の時は、分かり易くする為に、０相側をジャンパするのが良いでしょう。

現場で直す場合は、本当に複巻きトランスがどうかチェックしてから配線しましょう。
両方ジャンパすると、ショートしてしまい火災の原因にもなります。

お気をつけて！

■　白い布の正体

クリーンルームで使用する制御盤を設計していました。
制御盤を自在に動かすためにアジャスター付キャスタを選定して取付けました。

いざ取り付けてみると、キャスタの回転部分になんと白い布が見えます。
一瞬目の前が、真っ暗に。
カタログで確認してみると掲載されていません。

一体白い布の正体は！
メーカに材質を問い合わせたところ

フェルトといいコットンの一種だそうです。
耐熱は、約１００度。
可動が多いと布切れも出ると思います。

クリーンルームでは、紙，布などは、もってのほか！

早速、代替品を探しましたが
アジャスター付キャスタは、価格が高いものばかり。

せっかくの設計が、無駄に。
気を取り直し、通常のキャスタに変更しました。

■　光ファイバー

光ファイバーの理論解析は、波動と電磁波から解析を行って、どちらも波の性質から光を解析しています。
従って、光ファイバーは、電気の一種になります。

光の性質は、直進します。屈折率が違う物質に光を大きい方から小さい方へあてて、角度により全て反射する場合があります。これを全反射といいます。

例えば、屈折率が大きい物質として水やガラスから小さい物質として空気へ光をあてます。光を垂直にあてるとそのまま直進しますが、斜めにしていくと全て反射する場合がでてきます。

光ファイバーの基本構造は、被覆となるガラス（クラッド）と中核となるガラス（コア）の屈折率の違ったガラスの2層構造となっています。

被覆となるガラス（クラッド）よりも中核となるガラス（コア）の屈折率を高くする事で、光はファイバーの中を全反射しながら進んでいきます。
これが、光が進む原理です。

ブロードバンド時代になり、インターネットに接続するための回線がＡＤＳＬから光ファイバーに移行してきています。

ＦＡでは、光ファイバーセンサ等に使用されています。

■　５０Hzと６０Hz

盤内の蛍光灯を選定する時に東日本か、西日本かの地域
に気をつける事項が、商用電源周波数の５０Hzと６０Hzです。

日本の場合、
太平洋側では静岡県の富士川，
日本海側では新潟県の糸魚川
を境界に
関東方面が５０Ｈｚ、
関西方面が６０Ｈｚ
となっています。（一部、例外がありますのでご注意を。）

これは明治時代に
関東の電力会社が、ドイツ製発電機を採用し５０Ｈｚ仕様になり、
関西の電力会社が、アメリカ製発電機を採用し６０Ｈｚ仕様になった為です。
次第に、商用電源周波数が、東日本・西日本の統一されました。

盤内の蛍光灯を注文する時、型式の後に周波数の記載がない場合は、購入地域の周波数に合わせて納入されます。
従って、
５０Hzの地域で購入すると５０Hzの蛍光灯が納入され、
６０Hzの地域で購入すると６０Hzの蛍光灯が納入されます。

商用電源周波数の境界線付近のお客様には、必ず確認しなくてはいけない事項です。
図面にも必ず記載するよう心がけています。

太平洋側では静岡県の富士川，日本海側では新潟県の糸魚川を跨いで引越しされる時は、
お気をつけて！！

■　漏電，感電

財団法人関東電気保安協会の方が家に来て電気設備安全点検がおこなわれました。
屋外の点検は、メータ付近の配線状況と漏電の有無です。
屋内分電盤の点検は、ブレーカの配線状況と漏電の有無です。

漏電を測定して、０．０１４ｍＡで１ｍＡ以下であれば正常です。
ブレーカと電線と接続してあるネジの緩みがあるかドライバーで締めて回るかどうかをチェックしました。
回らなければ正常です。

漏電とは、字のごとく漏れている電気の事です。電気が漏れる状態ちょっと想像がつきませんが、
これが導体と触れた時に始めてわかります。他に電気が流れます。
接触が悪いと火花が発生し、火災の原因にもなります。

水で例えるならば、
花壇にホースで水撒きをしている時、ホースの途中から針で穴を開けます。
そこから水が漏れている状態です。家の中で水が漏れて床が水浸しになり困ります。

ホースが電線で、電線の被覆即ち絶縁体が劣化した状態になり電気が漏れます。

人に触れた場合、人体が導体になり電気が流れます。これが感電です。

AC１００Ｖであれば、ぴりぴりした痛みがします。

AC２００Ｖであれば、ドーンと強烈な痛みが走ります。

AC４００Ｖであれば、ドーンと強烈な痛みが走り暫くしびれます。

これが、電吉郎が感電した時の痛みです。

人の命に関わる事です。絶対に触ったりしてはいけません。
生きていて良かった！！

■　ＲＳ２３２Ｃ

ＰＣには、ＲＳ２３２Ｃが除ヶに姿を消してきている通信規格ですが
ＦＡの分野では、今だ健在です。
徐々にＲＳ４２２またはＲＳ４８５に移行しています。

ＰＣとＰＬＣでは、１０年程の技術で開きがあったように思えます。
やっと、ＲＳ２３２Ｃが出始め少々高くついていました。

２０年程前の話で、ＰＬＣにやっとＲＳ２３２Ｃが普及し始めた頃、
営業から相談を受けた事がありました。

リレーシーケンス制御で、ＲＳ２３２Ｃを安く実現できないか？
２～３日に何とか実現できないかを真剣に考えていました。

ＲＳ２３２Ｃの通信規格は、ＰＣからきているし、ＰＣで実現しては？
やはりＰＬＣと同じになる。

すると、ＮＨＫ番組のプロジェクトＸで、国内初のリレーシーケンス制御で
コンピュータを作った事を特集していました。

費用は、数億円！！

これならできると思ったのも束の間、
ＰＬＣ，ＰＣよりもっと高額になる事がわかり、
この話は、没になったのは言うまでもありません。