電動工具配電ボックスの製作

 これまで家庭用掃除機を集塵機として使用していましたが、他の電動工具と同時に使用すると100V/15Aのコンセント1ケ所では不足し、モーターの回転/パワーが落ちてしまいます。そのため、作業をする時はブレーカーが異なる外壁2ケ所の防水コンセントから取らざるを得ませんでした。
 勿論100Vのままで電源ケーブルやコンセントを取り替えれば15A(1.5KW)以上でも使えるわけですが、電流が増えるとロスも増加しますし、発展性もありません。幸いエアコン工事の際に予備の単相200Vのコンセントも設置してあり、新たな集塵機を製作中で200V電源の方がインバータを効率よく動作させることも出来ます。どうせ作るのなら小手先ではなく色々な条件にあったものをと思い、次の機能を持たせる事にしました。工具を使用するときだけ、このボックスを200Vコンセントに接続します。

〕椴未魯函璽織觝蚤4KW
⊇舷亠〕僂200V三相モーター用にインバータを設置(最大0.75KW)
9饂100V機のほか、個人輸入した電動工具を110Vで使用できるようにする
ぅ轡鵐廛襪つ操作性、スペック、安全性を十分配慮する


インバータがやってきた!

 新古品の三菱電機製のインバータが届きました。正規に使用すればこんな小さなもので1.5KWの電力を扱えるのですから驚きです。

  三菱電機のホームページにユーザー登録して情報を検索しましたが、三相200Vの
 ものも一定の条件で間違いなく単相200Vで使えます。
 その中で、インバータは交流200V->直流280V->交流200Vと変換していますが、
 変換した直流を平滑化するために使われているコンデンサーが劣化するので、
 内部の基板ごと交換と書かれていました。扱う電力が大きいので中古といっても
 工場などでこき使われたものはどんなものでしょうか? 同じ事はジャンクの
 ブレーカ、電磁開閉器 などの接点にも当てはまります。
 また単相使用では直流がよりパルス的な波形になるので直流リアクトルを入れた
 ほうが力率、電磁ノイズの点でいいようです。オプションでは1.5万円ぐらいですが、
 数mH〜10mH程度のチョークコイルですので、巻線の許容電流、鉄損が多くなることを
 許容すれば家に転がっているトランスを改造して作れるのではという気がしています。
 
 インバータのメリットは60Hzでモーターを運転して本来の能力で使えること、
 始動/停止を滑らかに出来ること、電源ケーブルを引き回さなくてもリモコンや
 電動工具のスレーブ運転が簡単であること、モーターの保護機能があること、
 などいいことずくめです。
  始動時に細いバンドソーのブレードが切れやすいことの対策として、厚板切りの
 際のトルク増加、また回転数を落としてBS-10Kの低速では早すぎる金属用ブレード
 での切断など、三相モーター+インバータは応用範囲が広いと思います。

今回は電機の話ばかりになってしまいました(笑)。

2003 Nov.


電磁接触器、トランスを入手

 下の画像左は電磁接触器といって、オンにした際大きな電流が流れても接点が溶断したり、溶着したりしないようにスイッチとして使用するものです。また万一ブレーカーがとんで復帰させても、もう一度起動スイッチをオンにしなければモーターが廻らないように予備接点で回路が組めます。これは余裕がある分には問題ないので、オークションに出品されていた2.2KW対応ものにしました。ちょっと見難いですが中央の黒いボタンを押すと通電した時のように接続テストが出来ます。一方ブレーカー、ヒューズなどは必ず定格のものにします。


集塵機を接続するわけではありませんが、右側は入力が200V、出力が100/110V 2KVAのトランスです。複巻きといって間が絶縁されているので万一の漏電/ショートなどに対して安全性が高くなります。安く販売されている昇圧器/降圧器は単巻きといって入出力が絶縁されていませんので、恐ろしい使い方です。工具は二重絶縁されよくなっていますが、コードを傷つけてしまう事はままあります。




 スイッチ類もFA用の信頼性の高いものを選びました。 
 パイロット・ランプも低電圧のものがトランスなどを入れて使用可能ですが、
 その分パーツ/配線が増え、故障/メンテナンスの手間もかかりますので
 200V用にしました。
 電力回路ではシンプルに、またちょっとした電気工作といったやり方は
 しない方が後々の事を考えると無難です。





 余談ですが、むかーし、中学の技術の授業で椅子を製作したのですが、学校にあった本格的横切り盤、アン・メーターがついたスイッチ・ボックスにはL型のスイッチ・レバーがついていて、一気にオンではなく、ちょん、ちょんと入れてモーターが回りだしてからオン位置に入れました。これはモーターに大きな始動電流が流れて巻線が焼損してしまうのを防ぐためだったと思います。当然このスイッチ・ボックスはこの大電流に耐えるものが使われており、電磁接触器(電磁開閉器)もこうした目的のために作られたものです。
 普通のリレーは使えない事はありませんが、接点の寿命が短くなり、焼きつき、溶断などが起きることがあります。溶断してスイッチが入らないのなら笑えますが、焼きつきでモーターが止められなくなったら恐ろしいですね!素人考えで大電力を甘く見ると、事故につながる恐れがあります。また最近は電力回路では経年劣化を考慮してハンダ付けはご法度です。テーブルタップにしても必ず定格の断面積をもつケーブルに圧着端子をつけて配線しています。



組立

 9割方配線が済んだ配電ボックスです。オークションやジャンク品を集めたので、オーバー・スペックのものもありますが一応教科書どおりのパーツです。これから使用するときだけ既設の200Vのコンセントに接続します。固定設置するわけではないので箱はプラスチックの整理箱です。


 照光式コマンドスイッチ、パイロット・ランプ、コンセントなどをパネルに取り付けて完成しました。まだラベルを入れていませんが、左が集塵機(インバータ)のオン/オフと三相200Vの予備コンセント(0.75KW)、右が変圧器のオン/オフでコンセントの左が100V、右が110V 2KVAです。重量は30キロあります・・・。



回路図(画像をクリックすると大きく表示されます)

パーツ名 メーカー名 型名 個数 備考
三相インバーター 三菱電機 FR-E520-1.5K 1 新古品 単相200V入力では出力0.75KW程度
複巻トランス 不明 不明 1 ジャンク品 一次200/220V 二次100/110V 2KVA
電磁接触器 松下電工 FC-25 2 新古品 三相動力2.2KW用 200V巻線 1a,1b,2a,2b接点付
安全ブレーカー(1)   〃 BC-30N 1 新古品 200V 20A インバーター回路用
   〃     (2)   〃 1 ジャンク品 200V 10A トランス回路用
コマンドスイッチ(1) 和泉電気 ALS2261NR 2 16φ赤ボタン 照光ランプ(200V) 1a接点
コマンドスイッチ(2)   〃 ABS210NB 2 16φ黒ボタン 1b接点
パイロットランプ゜   〃 1 新古品 200V用 16φ 橙色
端子台 不明 1 ジャンク品 5P 多分50A以上使用可能品
仮設コンセント 松下電工 2
三相コンセント   〃 1 露出型 新古品 4P(アース端子付)
配線ケーブル 不明 若干 電力回路は5.5SQ、制御回路は1.25SQ
圧着端子   〃 若干 5.5-6、5.5-4、1.25-6、1.25-4など
熱収縮チューブ   〃 若干 8φ、4φ
電源ケーブル(1)   〃 CVT3C-3.5 10m 200V入力用 3芯
   〃    (2)   〃 CVT4C-2.0 4m 集塵機配線用 4芯
ブッシュ   〃 2 上のケーブルの箱貫通用。12φ、10φ各1個
プラスチック・ボックス   〃 1 500×350×400
パーツ取り付け板 1 450×300×24 ベニヤ板
パネル板 1 320×240×6 シナベニヤ板 木枠補強

*この他インバーターに集塵機のモーターON/OFF、スピード(周波数)・コントロールなどのリモコンボックスを接続します。自動カンナと丸鋸などでは当然必要な集塵能力は異なるはずです。。

*電磁接触器は三相用のものを2接点だけ使用。インバーター、電磁接触器、ブレーカーは垂直取り付け指定があります。パーツ代は2万円ちょっと。集塵機を含めてトータル3万円程度の予定。

 誘導モーターをインバータで制御すると、つまみやアップ/ダウンボタンで連続して回転数を変化させたり、あらかじめ設定した数段階にステップ状に変化させる事、パラメータの変更でトルクの増減、起動/停止時間の長短など目的に応じた様々なコントロールが可能になります。
これは小型電動工具の直巻モーターなどをサイリスタ/トライアックなどで制御するのとは全く異なります。

インバータのコントロール端子

三菱電機のHP http://www.nagoya.melco.co.jp/inv/details/index_j.htm より FR-E500シリーズの結線図。




インバータ本体にモーターのOn/Off、スピードコントロールがありますが、上図のコントロール端子にスイッチやボリーム・コントロールを接続してリモコンが出来ます。またデジタル・インターフェイスも備わっています。

2004 Jan


直流リアクトル

   トランスはインバータ用の直流リアクトル(2KWクラス)で、力率改善(電気代が安くなる?・・・ 動力契約でないと割引はありませんでした)、電磁ノイズの抑制、動作の安定のために使用します。カットコアのしっかりしたものを無線関係の方に譲っていただきました。