APDahlen Applications Engineer
Marconiは無線周波数を用いた初期の実験をいくつか行いました。小さな火花ギャップを持つ導線のループを使った彼の実験をご覧になったことがあるかもしれません。彼が原始的な送信機を作動させると、この導線のループに火花が見られました。
これは、産業用制御盤に関連する電磁干渉（EMI）の紹介としては奇妙に思えるかもしれません。しかし、次の2つの事実を考慮すると、その明確な関係が見えてきます。
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可逆性： 可逆性は無線アンテナの基本的な特性です。受信性能に優れたアンテナは、送信性能にも優れています。
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ループ： Marconiと同様に、当社の産業用制御盤にはループとスパークギャップ発生源が含まれています。アンテナのようなループは、電源線とアース線が配線ダクト内で隣接して配線されていない場合に形成されます。例えば図1では、青色（24V DC電源）の配線が上部の配線ダクトに配置され、青色のストライプが入った白色の配線（リターン線）が下部の配線ダクトに配置されているような場合です。誘導負荷を駆動するリレー接点が開くと、スパーク発生器が形成されます。
これらを総合すると、あらゆる産業用制御盤がEMIを発生する可能性があることがわかります。ほとんどの場合、EMIは無害です。しかし、リレー（コンタクタ）のターンオフパルスは、敏感なアナログ回路に干渉する可能性があります。また、回転方向制御ステッピングモータドライバを強制的に前進させるほどの強度のEMIが報告されています。
図1： 中型24V DCコンタクタを切り替える多機能リレーの画像と回路図
産業用制御盤でEMIはどのように発生するのでしょうか？
この問題を実証するために、図1に示す簡単な回路を構築しました。小型のSelecの600XU多機能リレーを使用して、Schneider ElectricのLC1D09BD三相コンタクタを切り替えました。EMI問題を強調するために、図2に示すように、Schneiderのコンタクタの過渡電圧抑制（TVS）ダイオードベースのサージサプレッサを取り外しました。この保護対策がないと、コンタクタのコイルがオフになったときに高電圧スパイクが発生します。
図2： TVSサージ抑制ダイオードを取り外したSchneiderのコンタクタの画像
技術的なヒント： インダクタの特性を理解しようとした初期の頃、非常に不快な電気ショックを受けたことがあります。12V DCのバッテリ、電流計、そして大きなインダクタを直列接続したのです。これは12V DCの回路だったので、未熟な私は安全面を考慮せず、単純にインダクタの配線をそのまま回路に接続してしまいました。
それは間違っていました！
すべて順調で、測定値を得ることができました。しかし、インダクタの接続を外そうとしたとき、インダクタのキックバックの電撃性をほんとうに思い知らされました。消滅する磁場が高電圧を発生させ、思わずインダクタを部屋の向こう側に放り投げてしまうほどです。
EMI発生パルスの発生源を理解するために、図1を振り返ってみましょう。
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コンタクタは、Selecの多機能リレーのノーマリオープン接点を介してオンになります。電流はインダクタ内に強力な磁界を発生させ、かなりの量の磁力ポテンシャルエネルギーを蓄えます。
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Selecの多機能制御リレーがオフになり、接点が開きます。
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コンタクタのコイルの両端電圧が瞬時に上昇します。TVSダイオードが取り外されているため、この電圧の大きさに局所的な制約はありません。
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Selecのリレーの開接点間に電気アークが発生します。
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アークは、コンタクタの磁気ポテンシャルエネルギーが消滅するまで持続します。
間違いなく、これはMarconiの古典的な実験の逆バージョンです。アンテナの可逆性を考慮すると、RFエネルギーのバーストが発生し、放射されたと結論づけられます。その強度は、コイルの蓄積エネルギー、アンテナループの面積、アークの性質、システムのRC特性に影響されます。
産業用制御盤におけるEMIの観測
この記事を準備するにあたり、パルス振幅の測定を試みました。
失敗しました！
でも、その理由を言わせてください。
システムが起動するたびに、EMIパルスがUSBベースのオシロスコープに障害を起こすのです。オシロスコープのグラウンドをどのように回路に接続しても同じでした。結果は、オシロスコープの接続を外しても同じでした。オシロスコープを動かし続ける唯一の方法は、TVSダイオードを取り付け直すことでした（図2）。
たぶん、私は失敗しなかったのかもしれません。
この小さな実験は、EMIパルスが実際に存在することを示しています。もし私のUSBオシロスコープが故障するようなことがあれば、制御盤に問題があるのかもしれません。
産業用制御盤のEMI低減のヒント
思考実験として、産業用制御盤を非常に大きなプリント基板（PCB）と考えてみましょう。これにより、PCBのEMI低減技術を再利用することができます。例えば以下のとおりです。
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電源線とリターンパスを近づけるか、ねじり合わせて、ループ面積を最小限に抑えてください。図1では、白地に青のストライプが入った配線は、理想的には上部の配線ダクト内で青い電源線と並べて配線する必要があるため、見た目が悪くなる可能性があります。別の方法として、コンタクタを配線ダクトの端（図1の右端）に移動する方法もあります。そして、リターンパスをすぐに青い電源線にねじり合わせて、ループ面積を最小限に抑えます。
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EMIを発生させる可能性のある回路のループ面積を小さくしてください。例えば、中継リレーを大型コンタクタのできるだけ近くに配置してください。
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サージ抑制デバイスを使用して信号の周波数と振幅を下げてください。速度を下げると接点開離速度やアーク消弧に悪影響を及ぼすため、慎重な検討が必要です。
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敏感な信号線は短くし、制御線や電源線とは分離してください。必要に応じてシールドケーブルを使用し、可能な限り90度交差させて配線してください。これにより配線を配線ダクトから外す必要がある場合、望ましくない配線方法になる可能性があります。適切に配置され、接地されるノイズシールドは、プロ仕様のパネルの外観を維持するのに役立つ場合があります。
おわりに
この記事では、制御盤内のEMI問題について簡単に紹介しています。大型のコンタクタが開いたときに発生するパルスに焦点を当てています。これは、EMIに関するより広範なテーマへの入門編です。いつか、ライン誘導スパイクに関連する問題や可変周波数ドライブ（VFD）の課題についても取り上げるかもしれません。
ご健闘をお祈りします。
APDahlen
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著者について
Aaron Dahlen氏、LCDR USCG（退役）は、DigiKeyでアプリケーションエンジニアを務めています。彼は、技術者およびエンジニアとしての27年間の軍役を通じて構築されたユニークなエレクトロニクスおよびオートメーションのベースを持っており、これは12年間教壇に立ったことによってさらに強化されました（経験と知識の融合）。ミネソタ州立大学Mankato校でMSEEの学位を取得したDahlen氏は、ABET認定EEプログラムで教鞭をとり、EETプログラムのプログラムコーディネーターを務め、軍の電子技術者にコンポーネントレベルの修理を教えてきました。彼はミネソタ州北部の自宅に戻り、このような記事のリサーチや執筆を楽しんでいます。