CONTROL ENGINEERING

MOTOR CONTROL

可変速ドライブの
EMI対策

[2008年09月号]

可変速ドライブ(ASD)は省エネルギーなどのメリットは大きいが、欠点もある。その欠点として、破壊的な電気雑音を発生する傾向がある。ドライブ(モーター類の駆動装置)の設計と取り付けの時には、このようなノイズを最小化する必要がある


By Frank J. Bartos, P.E.(プロフェッショナル・エンジニア)Control Engineering 誌
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新しい可変速ドライブは、EMI/RFIフィルタを筐体内部に統合している。この例はABB Automation社のACH550交流ドライブ。このドライブは、IEC標準の住居環境でのEMC基準を満たしていると言われている
提供:ABB社

 省エネルギーや、自動制御システムの最適化に大きな役割を果たす可変速ドライブは、その一方で高周波電気雑音を発生する。高速でスイッチングするトランジスタが、ドライブの電源部で大きな電圧変化を生成する。これが電磁妨害(electromagnetic interference:EMI)とも呼ばれる電気雑音の主要な発生源である。EMIとは、異常なエネルギーの通過によって装置(ドライブも含まれる)の正常な動作を妨害するすべてのものを意味する。このエネルギーの通過には、ケーブル接続を通じたもの(伝導妨害)または放射された電磁波を受けることによるもの(放射妨害)がある。伝導EMIは150kHzから30MHzまでの周波数帯域を持ち、放射EMIは30MHzから1GHzまでの範囲である。ここでは交流型ドライブに焦点を置くが、直流型ドライブも影響をうける。無線周波妨害(radio-frequency interference:RFI)も無線通信装置に影響を及ぼす同様の妨害である。一般的にRFIはEMIの一部として扱われている。EMI/RFIの周波数は可聴域を超えているが、その影響は通信機器で聞くことができる。

 ASDの設計と取り付けの時にEMI低減を図らなければならない。ドライブそのものの性能低下や障害を防止するとともに、妨害が近隣の装置や施設に伝搬してゆくのを抑えるためである。電磁両立性(electromagnetic compatibility:EMC)とは電気電子装置のEMI低減とEMI耐性を目標とした総合的な取り組みである。統合的な電源駆動システム(PDS)による解決法は、ドライブ、モーター、筐体、およびケーブルを含んだシステムであり、ドライブを対象に含んだ主要な国際的EMC標準(IEC 61300-3)で推奨されている。

環境への適合
 2種類のドライブ設置環境がIEC 61300-3に規定されている。住宅地域(第一種環境)は産業施設(第二種環境)に比べてEMC要求が厳しくなっている。公衆低圧電源網(第一種環境)に接続したPDSにはEMIフィルタが必須である、とMark Kenyon氏は言う。同氏は米ABB Automation社の低電圧ドライブ担当のプロダクト・マーケティング・マネジャーである。「もうひとつ推奨されていることは、たとえ産業分野(第二種環境)でも、被害を受ける可能性のある装置などが近くにある場合には、フィルタを使うということだ」とKenyon氏は言う。

 EMIフィルタは、ライン接続点で妨害をアースに逃がすことにより、伝導妨害を低減する。大多数の新しいドライブに標準的に備わっている機能が、フェライトコア(またはリング)と抵抗容量(RC)ネットワークを用いた、第二種環境用のEMIフィルタである、とKenyon氏は言う。独Siemens Energy & Automation社では、可変速ドライブの開発時に、EMI/RFIの影響に細心の注意を払っている。「ドライブは音響室で試験を受け、環境への電気雑音放射が最小化されていること、およびドライブが環境の影響を受けないことを保証する」とドライブ・テクノロジ・マネジャーWolfgang Hilmer氏は言う。試験はパワーモジュールに焦点を絞っている。ここに、高速スイッチング動作の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(insulated-gate bipolar transistors:IGBT)というEMI源があるからだ。

 フィルタはEMI/RFIに対する有効な防護手段だ。EMIフィルタはSiemens社のドライブには標準で付いている。工業用のEMC対応のためである。小型のドライブは一般的にEMIフィルタを内蔵している。



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