潜在的なリレーのトラブルシューティング

電気モーターのローターがモーター巻線のすぐ近くで回転すると、降圧電圧または逆起電力 (EMF) が生成されます。 開始巻線に発生する逆起電力 (BEMF) は、実行巻線に発生するものよりも大きくなります。 この現象は、通常、開始巻線のワイヤが長く、ワイヤの直径が小さく、またはワイヤの巻数が多いため、実行巻線よりも誘導リアクタンスが大きいために発生します。 このため、電位リレーは動作のために BEMF またはモーターによって生成される電圧に依存するため、電圧リレーと呼ばれることもあります。

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電位リレーが故障している場合、コンプレッサーモーターが始動しなかったり、停止したり、ローターがロックしたり、さらには焼損する危険があります。 多くのモーター巻線は、リレーの故障により断線または弱化されています。 このため、サービス技術者にとって、この始動リレーがどのように動作するかだけでなく、潜在的なリレーを構成するコンポーネントのトラブルシューティング方法を理解することが最も重要です。

電位リレーの機能は、単に電気モーターの始動を補助することです。 電位リレーは、HVACR 業界の多くの小型単相コンデンサ始動、コンデンサ駆動モーターでよく見られます。

電位リレーは、非常に高抵抗のコイルと常閉接点のセットで構成されており、両方とも小さなプラスチックのハウジングに収められています。 実行および開始コンデンサも電位リレーに付属する場合があります (ページ上部の図 1 を参照)。 これら 3 つのコンポーネントは、ハード スタート キットと呼ばれることがよくあります。 リレー コイルは接点 2 と 5 の間に配線され、常閉接点は接点 1 と 2 の間に配線されます (図 2 を参照)。 リレーのその他の端子の指定は、通常、ワイヤを接続し、ワイヤ ナットとして機能するためのものです。 これらは、多くの場合、入力電源、ファン、またはコンデンサのワイヤ接続に使用され、非アクティブ端子またはコンビニエンス端子と呼ばれます。

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図 2:リレー コイルは接点 2 と 5 の間に配線され、常閉接点は接点 1 と 2 の間に配線されます。(John Tomcyzk 提供)

単相モーターに電力が供給されると、実行巻線と始動巻線の両方が回路内で始動巻線と直列になります。 これは、電位リレーの端子 1 と 2 の間の接点が通常は閉じているために発生します。 モーターのローターが回転または回転を開始します。 図 3 では、実行コンデンサと起動コンデンサが互いに並列に配線されていますが、どちらも起動巻線と直列になっていることに注目してください。 コンデンサは始動巻線と直列であるため、並列に配線されたコンデンサの静電容量により、モーターの始動トルクが増加します。

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図 3:実行コンデンサと起動コンデンサは互いに並列に配線されていますが、両方とも起動巻線と直列になっています。 (ジョン・トムシク氏提供)

モーターのローターが同期速度に達しようとしてますます速く回転すると、モーターの巻線の非常に近くで回転する大きな金属の塊であるローターから電圧効果が発生します。 始動巻線は長くて細いワイヤで巻かれているため、始動巻線よりも多くの電圧または BEMF が生成されます。

BEMF は、モーターの動作中に始動巻線の両端の電圧計を使用して測定できます。 BEMF は線間電圧よりも高いことが多く、モーターの設計と速度によっては 500 ボルト以上に達することもあります。 BEMF の極性は線間電圧の極性と逆であるため、その大きさは加算されません。 すべてのモーターは異なる BEMF 値を生成するため、可能性のあるリレーのサイズをコンプレッサーごとに個別に選択する必要があります。

電位リレーのコイルは始動巻線と並列に配線されているため、これと同じ電圧 (BEMF) がリレー コイルの両端に発生します。 始動巻線とリレーコイルに電圧と電流の電気回路が発生し、リレーコイルが通電して接点1と接点2の間が開きます。この動作は、リレーコイルが鉄心に巻かれているため発生します。コイルに通電すると磁化します。 この接点の開放により、起動コンデンサが回路から取り外されます。 モーターは、始動巻線と直列の実行コンデンサのみを備えた永久分割容量 (PSC) モーターとして動作し続けます。 動作制御が開き、モーターから電力が奪われると、生成される BEMF とともにモーター速度が徐々に低下します。 モーターが停止すると、リレー コイルの通電が遮断され、端子 1 と 2 の間の接点は通常閉位置に戻ります。

潜在的なリレーのトラブルシューティングに必要なのは、単純な抵抗計だけです。 すべての接続ワイヤをリレーから外した後、1 番端子と 2 番端子間の抵抗を測定します。 通常は閉じた接点であるため、抵抗値はゼロに近いはずです。 リーダーが無限大を読み取る場合は、接点が開いたままになっているため、リレーを廃棄して交換する必要があります。 接点が開いていると、回路内に起動コンデンサが存在しなくなります。 これにより、ローターがロックされ、特定の条件下でローターアンプのロック (LRA) が発生し、コンプレッサーの保護装置が開く可能性があります。 コンプレッサーの保護装置が短時間作動すると、過熱して巻線が開く可能性があります。

リレー接点が閉位置で固着したり、アークが発生したりする場合もあります。 この場合、始動コンデンサが回路から取り外されることはなく、高いアンプの消費電力によるゴロゴロとした音がモーター保護装置を開放する可能性があります。 接点が閉じた位置で固着している場合は、動作していないときは 1 と 2 の間の接点が閉じているため、リレーを動作モードでチェックする必要があります。 モーターが起動して動作したら、電圧計を使用して端子 1 と 2 間の電圧を測定します。電圧の読み取り値が 0 ボルトであれば、接点が開いていないことが証明されます。 また、始動巻線回路の電流が大きい場合は、接点が開いていないことを示す証拠となります。

コイルのトラブルシューティングを行うには、リレーからすべてのワイヤを外した後、リレーの端子 2 と 5 の間でコイルをオームします。 このコイルの抵抗は非常に高いはずなので、自動スケールでない場合は、抵抗計の適切なスケールを必ず使用してください。 RX 1 スケールは、コイルの抵抗が非常に高いため、技術者をだましてコイルが開いていると信じ込ませることができるため、RX 100 スケールは使用に適しています。 抵抗値が数千オーム単位で測定されることも珍しくありません。 オーム計が RX 100 スケールで無限大を示した場合は、リレー コイルが開いているため、リレーを廃棄し、新しいリレーを取り付ける必要があります。 リレー コイルが開いていると、リレー コイルの鉄心に磁性がないため、1 と 2 の間の接点が開くのを防ぎます。 これもまた、アンプの消費電力が大きくなり、回路内に長く留まるコンデンサからのゴロゴロ音が発生します。

特定の電位リレーのピックアップ電圧は、最小値と最大値としてリストされます。 適切に動作するには、実際のピックアップ電圧がその範囲内に収まっている必要があります。 ピックアップ電圧は、モータの同期速度が約 3/4 までのときにモータのロータによって始動巻線の両端に生成される BEMF 電圧です。 BEMF によって生成されるピックアップ電圧が最小値を下回る場合、端子 1 と端子 2 の間の接点は決して開きません。 起動コンデンサが回路内に留まると、電流消費量が増加し、モーター保護装置が開く可能性があります。 ただし、BEMF によって生成されるピックアップ電圧が最大値を超える場合、リレー コイルが過熱して回路が開く可能性が高くなります。 繰り返しますが、1 と 2 の間の接点は閉じたままになり、リレー コイルが回路を開いた場合に大きな電流消費が発生します。

電位リレーにはドロップアウト電圧定格があります。これは、接点がピックアップ (開) された後、接点を開いた状態に「保持」するためにリレー コイルの両端に生成する必要がある BEMF 電圧です。 多くの場合、接点を開いた状態に保持するよりも、接点をピックアップして開く方が、より多くの BEMF (ピックアップ電圧) を必要とします。 サイクリング制御が回路を開くと、ローターの速度が低下し、開始巻線とリレー コイルに発生する BEMF が減少します。 BEMF がドロップアウト電圧を下回ると、1 と 2 の間の接点は通常閉位置に戻り、次の開始サイクルの準備が整います。

これら 3 つの電圧定格仕様のため、電位リレーは個々のコンプレッサーに合わせてサイズを調整する必要があります。 正しい電位リレーの選択については、サービス マニュアル、コンプレッサーのメーカー、または供給会社にお問い合わせください。 インターネット上の便利な表を使用して、交換用リレーをさまざまなメーカーごとに相互参照できます。 新しいリレーを注文するときは、可能な限り、新しいリレーのモデル番号を使用する必要があります。 ピックアップ電圧範囲を調整できるリレーが市販されている可能性があります。

電位リレーには連続電圧定格もあります。 これは、リレーのコイルが過熱したり回路を開いたりすることなく継続的に許容できる最大 BEMF です。

古いコンプレッサー、弱くなったコンプレッサー、または内部が損傷したコンプレッサーは、巻線の損傷、動作コンデンサの弱さ、負荷が大きすぎる、経年劣化による許容範囲外、またはその他のさまざまな理由により、同期速度を維持できないことがよくあります。 これらの理由により、いったん起動して実行すると、同期速度を維持するのが難しい場合があります。 速度が低下すると、生成される BEMF が少なくなり、ドロップアウト電圧を下回る可能性があります。 その後、リレー接点が閉じ、始動コンデンサが始動巻線と直列の回路に戻ります。 このシナリオでは、多くの場合、モーター巻線の焼損または断線、過負荷の断線、過熱による始動コンデンサの故障、またはリレー接点の開閉が頻繁になりすぎてアーク遮断が発生します。 多くの場合、コンデンサや電位リレーが交換され、システムは数週間または数か月間正常に動作しますが、その後、同じ状況が再び発生します。 このような場合、古くなったコンプレッサー、電位リレー、および両方のコンデンサーを交換すると有利なことがよくあります。

John Tomczyk は、ミシガン州ビッグラピッズにあるフェリス州立大学の HVACR 名誉教授であり、Cengage Learning から出版された『Refrigeration & Air Conditioning Technology』の共著者です。 [email protected] までご連絡ください。