スター結線とデルタ結線の違いや、図面の電圧・電流の読み方に迷う電気・設備の若手へ。巻線のつなぎ方と√3の関係、スターデルタ始動、変圧器の接続記号を整理し、銘板・結線図で確認するポイントと、作業を専門家に相談する際の注意を紹介します。
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スター結線とデルタ結線の違いは、巻線のつなぎ方です。スター結線は巻線の一端をひとまとめにし、デルタ結線は巻線を環状につなぎます。平衡した三相回路では、スターは線間電圧が相電圧の√3倍、デルタは線電流が相電流の√3倍になります。
(出典:ニデック モーターの結線)(出典:日本電気技術者協会 三相交流回路2)
三相そのものの仕組みは、三相交流の基本構造と結線方式で確認できます。
巻線は、電動機や変圧器のコイルです。スター結線(Y結線)は各巻線の一端を共通の点(中性点)にまとめ、デルタ結線(Δ結線)は巻線を三角形の輪につなぎます。YとΔは、つなぎ方の形を表します。
相電圧は巻線一相にかかる電圧、線間電圧は電線同士の間の電圧です。また、巻線一相に流れる電流を相電流、電源の各線に流れる電流を線電流として区別します。
(出典:富士電機機器制御 相電圧)(出典:富士電機機器制御 線間電圧)(出典:日本電気技術者協会 三相交流回路2)
比較する項目 | スター・Y結線 | デルタ・Δ結線 |
|---|---|---|
巻線のつなぎ方 | 一端を共通の点にまとめる | 環状につなぐ |
線間電圧と相電圧 | 線間電圧=√3×相電圧 | 線間電圧=相電圧 |
同じ線間電圧で巻線にかかる電圧 | 線間電圧の1/√3 | 線間電圧そのもの |
表は、各相の条件がそろった平衡三相回路での関係です。
三相交流は、位相が120度ずつずれた交流です。位相は交流が変化するタイミングのずれを表し、電圧や電流はその大きさだけで足し引きできません。
(出典:三菱電機 三相交流)(出典:日本電気技術者協会 三相交流回路2)
スター結線の線間電圧は、相電圧同士の「ベクトル差」で求めます。ベクトルは大きさと向きを持つ矢印と考えられます。同じ大きさで120度ずれた矢印の差は、元の√3倍になります。
デルタ結線の線電流は、相電流同士のベクトル差で、相電流の√3倍になります。
(出典:日本電気技術者協会 三相交流回路2)
次は関係式に数値を入れた架空の計算例です。実際の機器の定格や測定値ではありません。
計算例 | 計算する内容 | 結果 |
|---|---|---|
Y結線で線間電圧が200V | 相電圧=200÷√3 | 約115V |
Δ結線で線電流が10A | 相電流=10÷√3 | 約5.8A |
(出典:三菱電機 FAQ16212)(出典:富士電機テクニカ 三相結線の種類と特徴)
図面では、数値の横に「線間」「相」「線電流」のどれが書かれているかを確認しましょう。
スターデルタ始動は、スター結線で始動し、加速後にデルタ結線へ切り替える方式です。対象は、通常デルタ結線で運転するモーターです。すべてのモーターで使える切替方法ではないため注意が必要です。
(出典:三菱電機 スターデルタ始動とは)(出典:明電舎 誘導電動機の基礎)
スター結線では、同じ線間電圧でも各巻線にかかる電圧がデルタ結線時の1/√3になります。巻線電圧を抑えて始動することで、電源から流れ込む始動電流を小さくする考え方です。
富士電機機器制御の導出では、同じ電源電圧と巻線のインピーダンスを条件に、スター始動の線電流はデルタでの直入れ始動の1/3になります。インピーダンスとは、交流の流れにくさを表す量です。比較しているのは、巻線にかかる電圧の比ではなく、電源から流れ込む電流の比です。
(出典:富士電機機器制御 電動機の始動方法)
一方、始動トルクも直入れ始動の1/3になります。トルクは軸を回そうとする力で、この始動方式では巻線の相電圧の2乗に比例します。電流を抑える利点だけでなく、始動時に回す力も小さくなる点もあわせて確認しておきましょう。
(出典:日本電気技術者協会 電動機の始動)(出典:日本電気技術者協会 誘導電動機の始動方法)
三菱電機は、スターデルタ始動の用途として、無負荷または軽負荷で始動できるものを挙げています。また、切替時に電源をいったん開放するオープントランジション方式と、開放しないクローズドトランジション方式では、突入電流やショックが異なります。
(出典:三菱電機 始動方式の比較)
負荷と機器の指定を専門家に確認しましょう。
変圧器の結線表記は、一次側と二次側を分けて読みます。Y-Δなら一次側がスター、二次側がデルタです。組み合わせにはY-Y、Y-Δ、Δ-Y、Δ-Δがあります。
(出典:富士電機テクニカ 三相結線の種類と特徴)
表記 | 一次側 | 二次側 | 接続記号の例 |
|---|---|---|---|
Y-Y | スター | スター | Yy0 |
Y-Δ | スター | デルタ | Yd1 |
Δ-Y | デルタ | スター | Dy11 |
Δ-Δ | デルタ | デルタ | Dd0 |
接続記号の大文字は一次側、小文字は二次側、末尾の数字は位相の変位角を表します。同じY-Δでも変位角で記号が変わるため、表は一例です。並行運転では角変位や相順も同じである必要があり、YとΔの文字だけでは組み合わせを決められません。
(出典:日本電気技術者協会 三相変圧器の位相変位)
三菱電機のFAQには、Dyn11結線の二次側を「420Y/242」と表記する例があります。回路電圧が420V、各相と中性点の間が約242Vという意味です。
(出典:三菱電機 FAQ16212)
中性点と接地の話を整理したい場合は、アース・接地の仕組みも参照してください。
TMEICの取扱説明書では、電動機の端子は通常3個または6個で、端子箱内のリードにU、V、Wなどの記号があると説明しています。結線銘板が付いている場合は、その指示に従うこととされています。
同社は、結線を端子箱内の結線図または取扱説明書に基づいて行うよう求めています。現場で若手や担当者が資料を整理する際は、「機器の型式」「銘板の定格」「対応する結線図」を一組で揃えておくと、確認すべき対象が明確になります。
また、試運転では電源電圧と定格電圧の整合、納入図や銘板に示された回転方向との一致が確認項目です。実測や試運転は担当の専門家に任せましょう。
(出典:TMEIC 三相誘導電動機取扱説明書)
相順が逆になるとモーターの回転方向も逆になります。YかΔかの確認に加え、相順も確認する必要があります。
(出典:日本電気技術者協会 三相交流回路1)
資格の要否は作業内容で異なります。電気工事士法では、政令で定める軽微な工事を電気工事から除いています。施行令第1条第2号には、600V以下で使用する電気機器について、配線器具を除き、端子に電線をねじ止めする工事が挙げられています。この規定だけで、周辺の配線作業を含めて誰でも行えると判断するのは避けてください。
(出典:e-Gov法令検索 電気工事士法)(出典:e-Gov法令検索 電気工事士法施行令)
メーカーの安全上の指示も別に確認します。三菱電機のSF-PRシリーズの取扱説明書は、配線などの作業を専門知識のある人が行い、モーター機内配線の取り外しや結線替えをしないよう求めています。判断に迷う作業は、有資格者のいる電気工事店へ相談してください。
(出典:三菱電機 SF-PRシリーズ取扱説明書)
同じ結線の呼び名です。Y結線をスター結線、Δ結線をデルタ結線と呼びます。
実機では銘板・結線図・取扱説明書の指定を確認します。スターデルタ始動も、通常デルタ運転をするモーターが前提で、結線名だけで用途を決めるものではありません。
いいえ。デルタで直入れ始動した場合の始動電流との比較です。通常運転の定格電流が1/3になるという意味ではありません。
スターは巻線の一端をまとめる結線、デルタは環状につなぐ結線です。電圧・電流を読むときは、線側か巻線側かを区別しましょう。現場では結線名から接続を推測せず、銘板・結線図・取扱説明書をそろえ、機器ごとの確認を専門家に依頼することが大切です。