MINATAと学ぶオートメーション #23：三相モーターの正逆転
三相モーターの正逆転
あるコンベヤが両方向に走る必要がある。据付者は「二相を入れ替えればモーターは逆に回る」と知っているので、二つの電磁接触器を配線する——一つは相をそのまま、一つは二相を入れ替えて。機械は両方向に走る——だが初めて誰かが方向切替を少し速く押した瞬間、二つの電磁接触器が一瞬重なって閉じ、二相が接点を通じて短絡し、ブレーカーが「ガン」と落ちる。この逆転回路はインターロックを欠いており、それは存在してはならない欠陥だ。
正逆転は、いま学んだ三つを直接組み合わせる応用だ：回転方向を変える相の入替（三相電力#04の考え）、各方向の自己保持回路（#21）、そして二方向が決して同時に閉じないインターロック（#22）。この回路を習得することは、ばらばらの知識片を完全で安全な回路へ組み上げる方法を知ることだ。
本記事では、なぜ相を入れ替えると方向が反転するか、二接触器の動力回路構造、自己保持＋インターロックの制御回路、反転遅延、共通の保護、そしてPLCでの実装を説明する。
本記事は原則を述べる。大型モーターと高慣性負荷では、反転はメーカーの指示と適用規格に従うこと。高速回転中の反転は大きな電流と衝撃トルクを生む。
なぜ二相を入れ替えるとモーターが逆に回るか
三相誘導モーターは、相順が作る回転磁界とともに回る。相順を変えると磁界の回転方向が反転し、ロータをその逆へ連れて行く。実際には、三相のうち二相だけを入れ替える（例：L1とL3）だけで反転に十分で、三相すべてを変える必要はない。
これが逆転回路の基礎だ：一つの電磁接触器は相をそのままの順（正転）でつなぎ、一つは二相を入れ替えて（逆転）つなぐ。方向を選ぶとは、対応する電磁接触器を閉じることだ。
実用的な注意：「正転」と「逆転」は相対的な取り決め——どちらが「正転」かは機械次第だ。新規据付やモーター交換のときは、負荷をかける前に低速／無負荷で試運転して方向が意図どおりか確認する。逆に回るなら、接続点で二相を入れ替え直すだけでよい。ポンプやファンでは、正しい向きに回ることが特に重要だ。逆に回ると、外からは「動いている」ように見えても流量が乏しいことがある。
動力回路：二つの電磁接触器、一台のモーター
動力側：
- 正転接触器（KM-F）： L1→U、L2→V、L3→W（そのままの順）。
- 逆転接触器（KM-R）： L1→W、L2→V、L3→U（L1とL3を入替）。
- 両方が同じモーターへ給電し、一度に一つだけ閉じられる。
- サーマルリレー（#13）をモーターへの共通経路に置き、両方向の過負荷を保護する。
- ブレーカー／ヒューズ（#14）が上流で短絡を保護する。
致命的な点：両方の電磁接触器が同時に閉じると、主接点がL1をL3へ直接つなぐ → 相短絡。だからインターロックは任意でなく必須だ。
制御回路：自己保持＋インターロック
制御回路は二つの自己保持回路（各方向に一つ）を組み合わせ、クロスロックする：
- 各方向は独自のStartボタン（Start-F、Start-R）と、その方向の電磁接触器の補助接点による自己保持回路（#21）を持つ。
- 共通のStopボタン（NC）を直列に、両方向を止める——複数Stopは直列に配線。
- クロスロック（#22）： KM-Fのコイル回路はKM-RのNC接点を通り、KM-Rのコイル回路はKM-FのNC接点を通る。一方向が閉じているとき、他方はロックアウトされStartを押しても閉じられない。
- 溶着時のバックアップとして二接触器間の機械的インターロック——モーター逆転ではほぼ標準だ。
これにより、方向を変えるには作業者はまずStop（走っている方向を解除）し、それから他方をStartする——または回路が切替を許すが安全遅延（下記）を持つよう設計される。
反転遅延：高速回転中に反転しない
高速回転中のモーター反転は非常に harsh だ：ロータがまだ古い向きに回っている間に磁界が反転し、（プラッギングのような）非常に大きな電流と、機械・ベルト・カップリングを傷める衝撃トルクを生む。だから：
- 一方向の解除と他方の投入の間に時間遅延を挿入する（タイマーリレー#25、またはPLCタイマー）。アークが消えモーターが減速するのに十分な時間を。
- 高慣性負荷では、反転前にモーターをほぼ停止させることを検討する。または頻繁な反転が要るときは、ソフト反転機能を持つインバータ（第7段）を使う。
インターロックが「同時でない」を、遅延が「滑らかに反転」を担う——#22で述べたとおり、互いを補う二つの事柄だ。
モーターの制動と停止の方法
反転は停止の仕方と密接に関わる。「回転中の反転」自体が harsh な制動の一種だからだ。文脈を正すため、三相モーターの停止の数方法：
- フリーラン停止（coast）： 電源を切り、モーターが自ら止まるまで慣性で回らせる。単純で衝撃がないが遅い——速い停止や位置保持が要るときには不適。
- プラッギング（逆相制動）： 回転中に相を入れ替えて逆トルクを作り、非常に速く止める。だが電流と衝撃が非常に大きく、モーターと機械を傷める。本当に必要なときに計算をもって使い、通常は停止近くで切るための速度制御リレーを添え、モーターが逆に回るのを避ける。
- 機械式ブレーキによる制動： ばね作動・電気開放式の電磁ブレーキ（#20）で保持／停止する。特に垂直軸で。
- 動的制動／インバータ制動： インバータが滑らかな減速を制御し、制動抵抗を通じてエネルギーを消散する（第7段）——速くかつ滑らかな停止の現代的な方法。
機器ベースの逆転回路では、もっとも安全な方法はやはりStop → 減速を待つ（遅延）→ 反転で、方向変更のたびを制御されない逆相制動にしないことだ。
逆転回路の機器選定
逆転セットの機器を選ぶときの数点：
- AC-3級（反転／ジョグが多ければAC-4）の電磁接触器： 頻繁な反転は重負荷。連続ジョグ／反転にはAC-4またはディレーティング（#12）を検討。
- 専用の逆転接触器対： 多くのメーカーが、動力連結バーと標準の機械的インターロックキット付きの接触器対を市販している——自作より簡潔で誤りが少ない。
- サーマルリレー一つを、二方向が合流する点の後に置く——同じFLA設定で両方向のモーターを保護する。
- 押しボタン： 通常Start-F（緑）、Start-R（緑／別ラベル）、Stop（赤）。方向矢印ラベルの二連ボタンを使える。#09の色コードに従う。
最初から正しい専用機器セットを選ぶと、逆転回路は規格に正しくかつ保守しやすくなり、インターロックを忘れがちな寄せ集めにならない。
PLCで
PLCで制御するとき：
- 二つの出力ビット（正転運転、逆転運転）にセット／リセットの自己保持論理と、ソフトウェアの排他条件（「逆転がオフのときだけ正転を入れる」その逆も）。
- 反転遅延のタイマーを挿入。
- ハードウェアインターロックをなお保つ（NC接点＋機械式）——安全をすべてソフトウェアに委ねない。#22の原則どおり。
- 二接触器の補助接点をPLCへ戻し、実状態を確認し溶着を検出する。
参考となる技術シナリオ
以下の図はMINATAの設計思想に沿った参考案である。最終的な定格と構成は、実際の資料・規格・機器に照らして確認すること。
MINATAの両方向コンベヤセルでは、二つの逆転接触器をNC接点でクロスロックし、機械的インターロックキットを持つ。共通のサーマルリレーが両方向の過負荷を保護する。Delta AX-308Eは排他論理をプログラムに保ち、反転前にベルトが完全に止まるよう時間遅延を挿入して電流衝撃を避ける。
作業者はStopを押してから望む方向を押して方向を変える。運転中に逆方向を押すと、現在の方向が解除され遅延が経過するまでPLCは無視する。三つの保護層——電気的インターロック、機械式、ソフトウェア条件——が二接触器を決して重ならせず、冒頭の相短絡事故で欠けていたものそのものだ。
よくある誤り
- 逆転回路を組んでインターロックを忘れる → 速い切替で相短絡。
- 電気的インターロックだけで、危険な負荷に機械的インターロックを欠く。
- モーターが高速回転中に瞬時反転 → 大きな電流と機械的衝撃。
- サーマルリレーを一方向だけに置き、他方向が無保護。
- PLCでソフトウェアに全面依存し、ハードウェアインターロックを省く。
- 複数Stopを直列でなく並列に配線。
- 負荷前に回転方向を試運転せず、ポンプ／ファンが気づかず逆に回る。
逆転回路チェックリスト
- [ ] KM-Rはちょうど二相を入替。KM-Fはそのまま接続。
- [ ] 各方向に自己保持回路。共通Stop（NC）を直列、Stop優先。
- [ ] NC接点でクロスロック＋機械的インターロック。
- [ ] 反転遅延を持つ。重負荷は反転前に減速させる。
- [ ] 共通サーマルリレーが両方向を保護。
- [ ] PLC：排他条件＋タイマー、ハードウェアインターロックをなお保つ。
- [ ] 補助接点のフィードバックをPLCへ、溶着を検出。
- [ ] 負荷前に無負荷で試運転し正しい回転方向を確認。
- [ ] 反転／ジョグが多い：AC-4級の接触器を選ぶかディレーティング。
- [ ] 可能なら専用の逆転接触器対（連結バーと機械的インターロック付き）を使い、配線誤りを減らす。
逆転回路は、自己保持回路とインターロックを本当に習得したかの最初の試験だ——単純な考え「二相を入れ替える」の周りにその二つを組み合わせたものだからだ。正しく作れば簡潔で安全な方向変更セットが得られる。インターロックなしで作れば、いつか引き金を引かれる短絡の罠を残す。そして逆転回路を理解すれば、次の記事のスターデルタ回路は、まさに同じ自己保持＋インターロックの原則に、電磁接触器一つとタイマーリレー一つを加えるだけだ。
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