Loading article…
コンタクタは、高出力定格（電流定格と電圧定格）を持つリレー（電気的に作動するスイッチ）の一種です。コンタクタは通常、15アンペアを超える電流を切り替える装置、または数キロワットを超える定格の回路で使用される装置を指します。コンタクタは一般的に、電動機（複合型モーター始動器）、照明、暖房、コンデンサバンク、熱蒸発器、その他の電気負荷の制御に使用されます。コンタクタの物理的なサイズは、片手で持ち上げられるほど小さなものから、一辺が約1メートルにもなる大きなものまで様々です。
接触器には通常、モータ制御回路で使用されるパイロットデューティ定格の追加接点ブロックを取り付けるための機構が備わっている。
コンタクタは、他のリレーよりも高い電流、電圧、電力定格を備えています。そのため、コンタクタは通常、高電流または高電圧のスイッチングに使用され、他のリレーは通常、低電流または低電圧のスイッチングに使用されます。他のリレーとは異なり、コンタクタは高電流負荷機器に直接接続できるように設計されています。
コンタクタは、2つの極を共通回路なしで接続します。他のリレーには、中性位置に接続する共通接点がある場合があります。
コンタクタは通常、三相アプリケーション向けに設計され、使用されます。一方、他のリレーは単相アプリケーションでより一般的に使用されます。コンタクタは一般的に、モーター始動時の突入電流などの大電流を遮断できるように、アーク抑制のための特別な構造を備えています。他のリレーは、アーク抑制のために別の方法に依存しています。コンタクタのコイル電圧は、 24V AC/DCから最大600V ACまでと幅広く、他のリレーのコイル電圧はそれほど高くありません。
他のリレーは通常、常時閉接点と常時開接点の両方に対応するように設計されています。オプションの補助低電流接点を除けば、コンタクタはほぼ例外なく常時開接点（「フォームA」）を備えています。
回路ブレーカーとは異なり、コンタクタは短絡電流を遮断することを目的としていません。コンタクタの遮断電流は数アンペアから数千アンペア、電圧は24V DCから数キロボルトまで様々ですが、いずれも短絡電流を安全に遮断するには十分な値ではありません。
コンタクタは3つの構成要素から成ります。
場合によっては、コンタクタを閉じた状態に保つために必要な電力を削減するために、エコノマイザ回路が設置されることもあります。補助接点は、コンタクタが閉じた後にコイル電流を低減します。コンタクタを最初に閉じるには、閉じた状態を保つために必要な電力よりもやや大きな電力が必要です。このような回路は、かなりの電力を節約し、通電中のコイルの温度上昇を抑えることができます。エコノマイザ回路は、直流コンタクタコイルと大型交流コンタクタコイルにほぼ必ず適用されます。
基本的なコンタクタにはコイル入力があります（コンタクタの設計に応じて、AC電源またはDC電源のいずれかで駆動されます）。現在では、ACとDCの両方で駆動されるユニバーサルコイルも市販されています。[ 2 ]コイルは、コンタクタが制御するモータと同じ電圧で励磁することも、プログラマブルコントローラや低電圧パイロットデバイスによる制御に適した低いコイル電圧で個別に制御することもできます。一部のコンタクタには、モータ回路に直列コイルが接続されています。これらは、たとえば、モータ電流が低下するまで次の抵抗段が遮断されない自動加速制御に使用されます。[ 3 ]
電磁石に電流が流れると磁場が発生し、接触器の可動コアを引き付けます。電磁石コイルは、金属コアがコイル内に入るとインダクタンスが増加するため、最初はより多くの電流を引き込みます。可動接点は可動コアによって駆動され、電磁石によって発生する力によって可動接点と固定接点が結合されます。接触器コイルへの通電が停止すると、重力またはバネの力によって電磁石コアが元の位置に戻り、接点が開きます。
交流電流で駆動される接触器の場合、コアのごく一部が遮光コイルで囲まれており、これによりコア内の磁束がわずかに遅延します。この効果により、交流磁界の引力が平均化され、コアが電源周波数の2倍の周波数で振動するのを防ぎます。
接点が開閉する瞬間にアーク放電とその結果生じる損傷が発生するため、コンタクタは非常に高速に開閉するように設計されています。多くの場合、迅速な動作を保証するために内部に転換点機構が設けられています。
しかし、急速な接点閉鎖は接点バウンスの増加につながり、不要な開閉サイクルが繰り返される原因となります。その解決策の一つとして、接点バウンスを最小限に抑えるために分岐接点を用いる方法があります。これは、同時に閉じるように設計された2つの接点が、異なるタイミングでバウンスすることで、回路が一時的に切断されてアーク放電が発生するのを防ぐものです。
接触器の寿命を延ばすためのもう一つの技術は、接点ワイプです。これは、最初の接触後、接点が互いにすれ違うことで、付着した汚れを拭き取るというものです。
適切な接触保護がない場合、電流アークの発生により接触部が著しく劣化し、大きな損傷を受けます。電気アークは、2つの接触点（電極）が閉じた状態から開いた状態（ブレークアーク）または開いた状態から閉じた状態（メイクアーク）に移行するときに発生します。ブレークアークは通常、よりエネルギーが高く、したがってより破壊的です。[ 4 ]
結果として生じる電気アークによって発生する熱は非常に高く、最終的には接点の金属が電流とともに移動します。アークの極めて高い温度（数万℃）は周囲のガス分子を分解し、オゾン、一酸化炭素、その他の化合物を生成します。アークエネルギーは徐々に接点金属を破壊し、一部の物質が微粒子として空気中に放出されます。この活動により、接点内の材料は時間の経過とともに劣化し、最終的にデバイスの故障につながります。たとえば、適切に適用されたコンタクタは、通電状態では10,000～100,000回の動作寿命を持ちますが、これは同じデバイスの機械的（非通電）寿命（2,000万回を超える場合もある）よりも大幅に短くなります。[ 5 ]
低電圧 (600 ボルト以下) のモーター制御用コンタクタのほとんどは空気遮断コンタクタです。大気圧の空気が接点を囲み、回路を遮断するとアークを消します。最新の中電圧 AC モーターコントローラは真空コンタクタを使用しています。高電圧 AC コンタクタ (1,000 ボルト以上) は、接点の周囲に真空または不活性ガスを使用する場合があります。高電圧 DC コンタクタ ( 600 V以上) は、アークエネルギーを遮断するために、特別に設計されたアークシュート内の空気に依然として依存しています。高電圧電気機関車は、圧縮空気で作動する屋根に取り付けられた回路遮断器によって架空電源から切り離される場合があります。同じ空気供給を使用して、発生したアークを「吹き消す」ことができます。[ 6 ] [ 7 ]
コンタクタは、接点（極）あたりの設計負荷電流[ 8 ] 、最大故障耐電流、デューティサイクル、設計寿命、電圧、およびコイル電圧によって定格されます。汎用モータ制御コンタクタは、大型モータの重負荷始動に適している場合があります。いわゆる「特定用途」コンタクタは、エアコンコンプレッサモータの始動などの用途に慎重に適合されています。北米とヨーロッパのコンタクタの定格は異なる哲学に従っており、北米の汎用工作機械コンタクタは一般的にアプリケーションの簡便性を重視していますが、特定用途およびヨーロッパの定格哲学は、アプリケーションの意図されたライフサイクルに対する設計を重視しています。
コンタクタの定格電流は、使用区分によって異なります。IEC規格60947における使用区分の例は以下のとおりです。
リレーおよび補助接点ブロックは、IEC 60947-5-1 に従って定格されています。
低電圧モーター（1,000ボルト未満）用のNEMAコンタクタは、 NEMAサイズに基づいて定格が定められており、これは最大連続電流定格と、接続される誘導モーターの馬力定格を示しています。NEMA標準コンタクタサイズは、00、0、1、2、3～9で指定されます。
馬力定格は、NEMA規格ICS2に規定されている電圧、一般的な誘導電動機の特性、およびデューティサイクルに基づいています。例外的なデューティサイクルや特殊なモータータイプの場合、公称定格とは異なるNEMAスタータサイズが必要になる場合があります。モーター以外の負荷（例えば、白熱灯や力率改善コンデンサなど）の選定には、メーカーの資料を参照してください。中電圧モーター（1,000ボルト以上）用のコンタクタは、電圧と電流容量で定格されています。
コンタクタの補助接点は制御回路で使用され、パイロット回路に必要なデューティに対するNEMA接点定格で定格されています。通常、これらの接点はモータ回路では使用されません。命名規則は文字と3桁の数字で構成され、文字は接点の電流定格と電流の種類（ACまたはDC）を示し、数字は最大電圧設計値を示します。[ 9 ]
コンタクタは、オフィスビルや商業ビルなどの大規模な照明設備の集中制御によく用いられます。コンタクタコイルの消費電力を削減するため、2つの動作コイルを備えたラッチングコンタクタが使用されます。一方のコイルは瞬間的に通電され、電源回路の接点を閉じ、機械的に閉じた状態に保持します。もう一方のコイルは接点を開きます。
磁気始動器は、電動モーターに電力を供給するために設計された装置です。重要な構成要素として接触器を備えており、電源遮断、低電圧保護、過負荷保護機能も提供します。
真空接触器は、真空ボトルで封止された接点を用いてアークを抑制します。このアーク抑制により、接点は従来の空気遮断接点に比べてはるかに小型化でき、高電流時でも設置スペースを節約できます。接点が封止されているため、真空接触器は鉱業などの汚染環境下でも広く使用されています。また、1000～5000ボルトの中電圧領域でも広く使用されており、多くの用途で油入式遮断器を効果的に置き換えています。
真空接触器は交流システムでのみ使用可能です。接点が開いたときに発生する交流アークは、電流波形のゼロクロス点で自然消滅し、真空によって開いた接点間でのアークの再発生が防止されます。そのため、真空接触器は電気アークのエネルギーを遮断するのに非常に効率的であり、交流波形の周期によって最大遮断時間が決まるため、比較的高速なスイッチングが必要な場合に使用されます。60 Hz電源（北米規格）の場合、電源は 1/120 秒（8.3 ms）以内に遮断されます。
水銀リレー（水銀置換リレー、または水銀接触器とも呼ばれる）は、絶縁された密閉容器内の液体金属水銀をスイッチング素子として使用するリレーである。
水銀接点リレーは、接点が水銀で濡れているタイプのリレー（通常はリードスイッチリレー）です。これらは15アンペアを超える電流には対応していないため、コンタクタとはみなされません。
テスラサイバートラックは、400 V と800 V DC の両方での充電をサポートするために、双極双投 (DPDT) コンタクタを使用しています。充電時には、使用可能な電圧が 400 V か 800 Vかに応じて、2 つの 400 V モジュールのバッテリーパックがコンタクタによって並列または直列に接続されます。 [ 10 ] 800 V では、コンタクタは 350 kW を処理できます。[ 11 ]
一連の接触器を順番に動作させる場合、個々の電磁石ではなくカムシャフトによって動作させることができます。カムシャフトは、電動モーターまたは空気圧シリンダーによって駆動されます。ソリッドステートエレクトロニクスの登場以前は、カムシャフトシステムは電気機関車の速度制御によく使用されていました。[ 12 ]
ウィキメディア・コモンズにあるコンタクター関連のメディア