モーター始動用スターデルタ時間リレーの設定方法：切り替え遅延と配線の基本

Q：モーター始動用スターデルタ時間リレーの設定方法は？ 遷移遅延と配線の基本を解説

時を経て リレー モーターがスターモードで加速する時間を決定し、その後、始動器がデルタ接続に切り替えるタイミングを制御します。モーターの容量および始動負荷に応じて遅延時間を設定し、リレーが主回路・スターコンタクタ・デルタコンタクタを自動的に順次作動させます。また、切替時の位相間短絡を防ぐため、内蔵の転換待機時間が設けられています。
1．なぜスターデルタ始動器には時間リレーが必要なのか
直接オンライン始動では、モーターの定格負荷電流の6～8倍に達する電流が流れます。スター結線では、各巻線に印加される電圧が線間電圧の約58％となるため、始動時の線電流は直接オンライン始動時と比べて約3分の1に低下し、通常は定格負荷電流の2～2.5倍程度になります。ただし、トルクも同様に約3分の1に低下するため、モーターは低トルク下でも加速できる必要があります。
・スター・デルタ始動は、供給事業者や工場内の配電網で始動電流が制限される場合に、おおむね5.5～11 kW以上のモーターで広く採用されています。
・この方式は、遠心ポンプやファン、無負荷で始動する工作機械など、始動時に必要なトルクが小さい負荷に適しています。一方、高トルクまたは高慣性の負荷には、ソフトスターターなどの他の始動方式が必要です。
・専用のスター・デルタ時間リレーは、スター接続を開放してデルタ接続を閉じる間に、通常数十ミリ秒程度の意図的な切り替え待機時間を挿入します。汎用のオン遅延タイマーではこの待機時間を保証できないため、接触器回路には引き続き適切なインタロックが必要です。

2．モーターおよび負荷に応じて「スター期間」を選択する
スター期間は、モーターが定格回転数に近づくのに十分な長さである必要がありますが、同時に、トルクが低下した状態で必要以上に長く運転されないよう、できるだけ短く設定することが望まれます。多くの現場では、切り替え遅延を3～30秒の範囲で設定しています。
・モーターまたはスターターの取扱説明書に推奨される切り替え時間が記載されている場合は、それを出発点とします。
・現場での経験則として、軽負荷で始動する小形モーター（約7.5 kW以下）では、通常4～8秒、ポンプやファンを駆動する中形モーターでは8～15秒、慣性が大きく始動負荷の重い場合は20～30秒程度が必要となることがあります。
•始動時のモーター電流を確認してください。スター接続では、電流が上昇し、その後、回転速度の上昇とともに減少します。最適な切り替えタイミングは、電流が下降してほぼ一定になった直後です。これは、モーターが定格回転速度に近づいたことを意味します。
•モーターが許容最大遅延時間内に加速できない場合、負荷にはスター接続で得られる始動トルクよりも大きなトルクが必要であり、始動方式を再検討する必要があります。
•切り替えが早すぎると、切り替え瞬間に大きな電流突入とトルクの急変（ジャーキング）が生じます。逆に遅すぎると、低トルク状態が長く続き、モーターが過熱します。
•ポンプのインペラー交換やコンベアの改造など、駆動負荷が変更された際には、設定値を再確認してください。

3．タイムリレーによるKM1、KM2、KM3の協調動作
一般的な6端子モーターでは、KM1が電源と各巻線の始端を接続し、KM3が3つの巻線終端を短絡してスターターモード（スター接続）を形成し、KM2が各巻線終端を隣接する相のライン端子に再接続してランモード（デルタ接続）に切り替えます。
•スタートボタンを押すと、KM1およびKM3が同時に閉じ、モーターはスター接続で加速し、同時によりタイマーリレーが計時を開始します。
•スター運転期間終了時に、タイマーがKM3を開き、内部の切替待ち時間（トランスファーインターバル）を経た後、KM1を維持したままKM2を閉じ、デルタ運転に移行します。
•KM2およびKM3は、絶対に同時に閉じてはなりません。両者が同時に閉じると、巻線が短絡状態となり、電源側で相間短絡が発生します。スタータ図面に示された機械的・電気的インタロックに加え、タイマーによる切替待ち時間を確実に確保してください。
•ストップ指令または過負荷トリップにより、KM1およびKM2が開放され、タイマーがリセットされるため、次回の始動は再びスター接続から開始されます。
•接触器および過負荷リレーの定格選定は、IEC 60947-4-1およびスタータ回路図に記載されたスタータ規則に従って行う必要があります。ライン回路に設置する過負荷リレーは、モーター銘板に記載された定格全負荷電流（FLC）に設定します。一方、デルタ分岐回路に設置する過負荷リレーは、当該分岐の電流（通常は全負荷電流の約0.58倍）に設定します。

4. 切り替え時の電流ショックを回避する
スター・デルタ始動における大部分の損傷は、タイミングや配線が不適切な場合、切り替え瞬間に発生します。
•デルタ接続用接触器（KM2）を閉じる前に、必ずスター接続用接触器（KM3）を開きます。また、KM3がまだ閉じている状態でKM2を閉じてはならず、数ミリ秒であっても例外はありません。この短い開放時間により始動電流が完全に減衰し、KM2は停止中のモーターではなく、すでに回転中のモーターに投入されることになります。
•タイマーの出力接点が、駆動対象の接触器コイルの定格に適合しているかを確認し、さらにタイマーの電源電圧が盤内制御電圧と一致しているかも確認してください。
•過電流保護装置（上流短絡保護）は、モーターのデルタ運転電流に十分な余裕を持たせて設定し、始動時（スターおよびデルタ）の両モードにおいて過負荷保護が常に有効となるよう配慮してください。

5. 引渡し前のリレー設定確認
現場での初回始動失敗を防ぐため、事前にベンチ上で5分間の簡易チェックを行ってください。
・DAQUANでは、モーター制御用の専用スターデルタリレーおよび多機能タイムリレーを提供しています。ご使用になる設定値がカバーできる範囲で、調整余裕を考慮した機種をお選びください。
・リレー本体に印刷された機能図を確認してください。スターアウトプット、デルタアウトプット、および切り替え動作が、上記のスターターシーケンスと一致している必要があります。
・リレーの電源は盤内制御電源から供給し、ストップウォッチでスターアイテルバル（スターモード継続時間）を計測します。また、各サイクルにおいてスターオープンとデルタクローズの間隔が正しく発生することを確認してください。
・最終的な設定値は、盤面のラベルまたは配線図に明記し、交換時の保守作業者が容易に復元できるようにしてください。
・特殊な負荷や電源条件の場合には、目安としての経験則だけでなく、試運転時に実際の始動電流を測定して、設定値の妥当性を確認してください。