超初心者必見!10分でわかる機械稼動の仕組み

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電気で稼動する機械の仕組みについて解説して行きます。
これを理解するのに最も分かりやすいのは電機制御回路なのです。
そこで、電気制御回路を用いて、機械が動く仕組みについてお話させて戴きたいと思います。

一口に電気といっても機械を動かすための電気には幾つかの種類があります。
・交流電源、直流電源
・単相(2相とも言います)、三相
・200ボルト(V)電圧、100ボルト(V)電圧

通常、日本の工場で採用されているのは200Vの三相交流電源です。
この200Vの三相交流電源を機械に取り込むのが最初の仕事となります。

 では、機械のどこに200Vの三相交流電源を取り込めばよいのか?
ズバリ、制御盤です。




制御盤がいわば機械の頭脳にあたる部分なのです。
制御盤とは板金で作られた長方形の箱で、この中にさまざまな電気部品が内蔵されています。
表面には、押しボタン式のスイッチ、左右に回す切り替え式のスイッチ、赤や緑の点灯ランプ、針の付いた小型のメーターや、パソコン画面のようなディスプレイが取り付けられています。
裏面は、開閉式になっていて、内部を点検したり、破損した電気部品を交換できるようになっています。

工場の200Vの三相交流電源を取り込むための開口部が制御盤の上面や、側面、底面にあります。
三相交流電源ですから、電気のケーブルは3本あります。
この3本が制御盤の開口部を通って、中に取り付けられた電器部品の一つ、ブレーカーに接続されます。
ブレーカーは水道蛇口のハンドルのような役割で、電気を通すか止めるかに有ります。
工場電源をブレーカーにつなぎこみ、ブレーカーのハンドルを回して電気を通す、もしくは、ハンドルを逆に回して電気が制御盤内に入るのを止める、という役割です。
ブレーカーがONになっていなければ、機械の稼動ボタンを押したところで一切、動かないという安全的な役割も担っています。
パソコンの電源ボタンを押さなければ、モニターは真っ暗なままですし、その状態でキーを押しても何も反応しませんよね、それと同じことと理解してくださいね。

 

機械にも大きなパワーを出すものと、比較的小さなパワーを出すものがあります。
大型のプレス機は巨大な力で、素材に圧力を加えます。
これには三相モーターが採用されます。
また、木工用ドリル盤のような小さなパワーの機械もあります。
これには単相(二相)モーターが採用されます。
さらに小さなパワーの機械では、100Vの単相モーターを採用する場合も多々あります。

 プレス機に内蔵された三相モーターに電気を供給するためには、3本の電源ケーブルすべてをモーターに結線することになります。

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一方、木工用ドリル盤に内蔵された単相モーターには、3本の電源ケーブルのうち、2本を結線することになります。あまった1本は、ブレーカーのところでストップしてしまいます。

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家庭用の電源は100Vの単相交流ですね。
機械設備のなかにも100V単相交流で動くものがたくさんあります。
しかし、今、ブレーカーに取り込んだ電源は200Vの交流ですから、これを100Vの交流に変えなければなりません。
それに使われるのが変圧器(トランス)です。
電圧を下げる方式は別の機会にご説明しますが、ここでは200Vから100Vに下げると理解してください。

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 たとえば、プレス機を使って仕事をする人を安全に守る装置で、光電管というものがあります。
プレス機で製品を加工する際に、万が一、人がプレス機に手を入れてしまったら大怪我をしてしまいます。
このため、プレス機の前面に光電管を取り付け、プレス機に進入しようとするものがあれば、直ちにプレス機をストップしてしまうという仕組みです。
この光電管は100Vで稼動するため、減圧器で100Vに電圧を落としたものが供給されることになります。

機械動作をコンピュータ(数値制御といいます)で制御する場合、
その電子回路には24Vくらいの直流電源が必要とされます。
(現在はAC100V~120Vを取り込み、内部でDC5Vくらいに落とす方式が多いようですが)

直流で最も身近にあるものが乾電池ですね。
あれは直流の電気で、電圧は1.5Vと小さなものですから、手で触れてもしびれることはありません。
また、ご家庭で使われているパソコンも、じつは直流で動いていて、電源ケーブルの途中にある四角い箱で交流の100Vから直流に変換し、更に電圧も12V等に電圧も落としているのです。

今参照している制御回路は、まだ交流電源のままですので、AC-DC電源という装置を使って、直流電源に変えるのですが、その際に電圧(V)も変更することになります。

AC-DC電源からアウトプットされる電源はDC24Vになっていますので、電子部品を制御する際に使うことができるというわけです。

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実際の電気制御は、もっと複雑ですが基本回路として覚えておいていただけると幸いです。

 

 




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