モーターコントローラー

小型モーターは、電源に接続するだけで始動できます。大型モーターには、モーター始動器またはモーターコンタクタと呼ばれる専用のスイッチングユニットが必要です。直接始動器（DOL）は、通電されるとモーター端子を電源に直接接続します。小型モーターの場合、モーター始動器は手動スイッチですが、大型モーターや遠隔制御または自動制御が必要なモーターには、磁気コンタクタが使用されます。中電圧電源（数千ボルト）で動作する非常に大型のモーターでは、スイッチング素子として電力回路ブレーカーが使用される場合があります。

直接始動（DOL）または直入始動器は、モータ端子に全線間電圧を印加します。これは最もシンプルなタイプのモータ始動器です。DOLモータ始動器には、多くの場合、保護装置（下記参照）が内蔵されており、場合によっては状態監視機能も備えています。小型の直接始動器は手動で操作しますが、大型のものは電気機械式接触器を使用してモータ回路を切り替えます。ソリッドステート式の直接始動器も存在します。

モータの突入電流が大きいため、電源回路で過度の電圧降下が発生しない場合は、直接始動器を使用できます。このため、直接始動器で使用できるモータの最大サイズは、電力会社によって制限される場合があります。たとえば、電力会社は、10  kW を超えるモータには、地方の顧客に減電圧始動器の使用を要求する場合があります。^{[ 7 ]}

直接始動（DOL）は、小型のウォーターポンプ、コンプレッサー、ファン、コンベアベルトなどの始動に用いられることがあります。3相かご形誘導電動機などの非同期電動機の場合、全速回転するまで高い始動電流が流れます。この始動電流は通常、全負荷電流の6～7倍です。突入電流を低減するため、大型電動機には電圧降下を最小限に抑える目的で、低電圧始動器または可変速駆動装置が用いられます。

逆転始動器は、モーターをどちらの方向にも回転するように接続できます。このような始動器には、 時計回り動作用と反時計回り動作用の 2 つの DOL 回路があり、同時閉鎖を防止するために機械的および電気的なインターロックが備わっています。^{[ 7 ]}三相モーターの場合、これは任意の 2 つの相を接続するワイヤを入れ替えることで実現されます。単相 AC モーターと直流モーターは、2 つのワイヤを入れ替えることで逆転できる場合が多いですが、常にそうとは限りません。

「直接始動（DOL）」以外のモーター始動器は、始動時にモーターコイルにかかる電圧を下げるために、モーターを抵抗器で接続します。この抵抗器はモーターに合わせてサイズを決める必要があります。適切な抵抗器を簡単に入手するには、モーター内の別のコイル（直列/並列）を使用します。直列接続ではより穏やかな始動が可能になり、並列接続に切り替えるとフルパワー運転が可能になります。三相モーターでこの方式を採用する場合、一般的にスターデルタ（米国ではYデルタ）始動器と呼ばれます。古いスターデルタ始動器は手動で操作され、多くの場合、電流計が組み込まれていました。これにより、始動器を操作する人は、モーターが消費する電流が減少しなくなったことで、モーターが定格速度に達したことを確認できました。より新しい始動器には、スターからデルタに切り替えるためのタイマーが内蔵されており、機械の電気工事士によって設定されます。機械の操作者は緑色のボタンを一度押すだけで、残りの始動手順は自動化されます。

一般的なスターターには、電気的および機械的な過負荷に対する保護と、「ランダム」な始動（たとえば、電源が切れてすぐに復旧した場合など）に対する保護が含まれています。この種の保護の頭字語はTONVR（Thermal Overload, No Volt Release）です。モーターを始動するには、緑色のボタンを押す必要があります。緑色のボタンを押すとソレノイドがオンになり、コンタクタ（つまりスイッチ）が閉じて、主にモーターに電力を供給します。また、緑色のボタンが離されたときに電源がオンのままになるようにソレノイドにも電力を供給します。停電が発生すると、コンタクタが開いてコンタクタとモーターの電源が切れます。モーターを始動できる唯一の方法は、緑色のボタンを押すことです。モーターへの配線またはモーター内部の下流で電気的な故障が発生し、スターターに非常に大きな電流が流れると、コンタクタがすぐにトリップする可能性があります。熱過負荷保護は、各電源線にバイメタルストリップを加熱する発熱体で構成されています。ストリップの温度が高くなるほど、たわみが大きくなり、最終的にトリップバーを押してコンタクタソレノイドへの電源を遮断し、すべての電源が切れます。サーマルオーバーロードにはさまざまな定格範囲があり、モーターに合わせて選択する必要があります。定格範囲内では調整が可能なので、設置者はモーターに合わせて適切に設定できます。

特定の用途にはどのタイプが適していますか？ DOLは始動が速いため、一般的に小型のモーターでよく使用されます。また、ピストン式コンプレッサーのように、ピストンを圧縮段階（実際の作動段階）まで動かすためにモーターの全出力が必要となる、負荷が不均一な機械にも使用されます。スターデルタは、一般的に大型モーター、または始動時にモーターに負荷がかかっていない、負荷が非常に小さい、あるいは負荷が一定である場合に使用されます。特に、重いフライホイールを備えた機械を駆動するモーターに適しています。機械が作動してフライホイールによって駆動される前に、フライホイールを回転速度まで上げるためです。

減電圧始動器またはソフト始動器は、電圧降下装置を介してモータを電源に接続し、印加電圧を段階的にまたはステップごとに増加させます。^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}モータの減電圧始動を行うために、2 つ以上のコンタクタを使用することができます。オートトランスまたは直列インダクタンスを使用すると、モータ端子に低電圧がかかり、始動トルクと突入電流が低減されます。モータが全負荷速度の一定の割合に達すると、始動器はモータ端子で全電圧に切り替わります。オートトランスまたは直列リアクトルは、モータの始動時の大電流を数秒間だけ流すため、これらの装置は連続定格機器に比べてはるかに小型にすることができます。減電圧と全電圧の切り替えは、経過時間に基づいて行うか、電流センサがモータ電流の減少開始を示したときにトリガーすることができます。オートトランス始動器は 1908 年に特許を取得しました。

大型の三相誘導電動機では、電動機内部で出力を低減することができます 。電動機は、外側のステータ（固定子）の界磁コイルに全電圧を供給して直接始動（DOL）します。内側のロータ（回転子）には電流が誘導され、ステータによって生成された磁界と再び相互作用します。ロータを複数の部分に分割し、スリップリングやブラシ、制御コンタクタを介してこれらの部分を外部抵抗に電気的に接続することで、ロータの磁力を変化させることができます。つまり、始動時や低出力運転時には磁力を低減できます。この方法ははるかに複雑ですが、電動機の主電源への電力を低減する場合と比べて、スイッチングされる電流（電気負荷）が大幅に低くなります。

非常にスムーズで段階的な始動を実現する3つ目の方法は、抵抗棒を、表面に絶縁油の層がある導電性液体（例えば水銀）に浸すことです。棒を浸すにつれて、抵抗は徐々に減少します。

スターデルタ始動器は、誘導電動機の低電圧始動器の一種です。スターデルタ始動器は、スター結線された固定子巻線で電動機を始動します。電動機が定格速度の約80%に達すると、デルタ結線された固定子巻線で運転を開始します。スターデルタ始動器には、(1)手動操作式スターデルタ始動器、(2)自動式スターデルタ始動器の2種類があります。

手動操作式のスターデルタ始動器は、主に三極双投スイッチ（TPDTスイッチ）で構成されています。このスイッチは、ステータ巻線をスターからデルタに切り替えます。始動時には、ステータ巻線はスターの形で接続されます。次に、スターデルタ始動器が三相誘導電動機の始動電流をどのように低減するかを見ていきます。^{[ 8 ]}

上記の機能は、自動スターデルタ始動器のパワーコンタクタとタイマーを使用することで実現されます。自動スターデルタ始動器は、3 つのコンタクタ、タイマー、および熱過負荷で構成されています。コンタクタは、巻線電流のみを制御するため、直接始動器で使用される単一のコンタクタよりも小型です。巻線を流れる電流は、ライン電流の 1/√3 (58%) です。運転中に閉じるコンタクタは 2 つあり、これらは通常、主コンタクタとデルタコンタクタと呼ばれます。これらは、モータの定格電流の 58% の AC3 定格です。3 番目のコンタクタはスターコンタクタで、モータがスター接続されている間のみスター電流を流します。スター接続時の電流はデルタ接続時の電流の 3 分の 1 なので、このコンタクタはモータ定格の 3 分の 1 (33%) の AC3 定格にすることができます。^{[ 9 ]}

スターからデルタへの遷移は、オープン遷移またはクローズド遷移のいずれかになります。オープン遷移では、モータスタータは一時的にモータから切り離され、デルタ構成で再接続されます。クローズド遷移では、モータを切り離すことなくスターからデルタ構成への遷移が行われます。そのためには、追加の3極コンタクタと3つの抵抗器が必要です。^{[ 10 ]}

可変速駆動装置（ASD）または可変速駆動装置（VSD）は、機械負荷の動作速度を駆動および調整する手段を提供する機器の相互接続された組み合わせです。電気式可変速駆動装置は、電動モーターと速度コントローラーまたは電力変換器、および補助装置と機器で構成されています。一般的に、「駆動装置」という用語はコントローラーのみを指す場合が多いです。^{[ 4 ] [ 5 ]}最新のASDおよびVSDのほとんどは、ソフトモーター始動も実現できます。^{[ 11 ]}

インテリジェントモータコントローラ（IMC）は、マイクロプロセッサを使用してモータ制御に使用されるパワーエレクトロニクスデバイスを制御します。IMCはモータの負荷を監視し、それに応じてモータトルクをモータ負荷に合わせます。これは、交流端子への電圧を下げると同時に、電流と無効電力（kvar）を低減することによって実現されます。これにより、長時間軽負荷で運転されるモータのエネルギー効率が向上し、モータから発生する熱、騒音、振動が低減されます。