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私は照明業界の小さい企業で働いている。 「引っかかったペダル」についてのあなたの記事の中に、 私にこれを書かせたフレーズがある。 それは、「安全な動作を確かとする (ことを助ける) ために 電子コンポーネントは一連の EMC 試験を通過しなければならないが、 経時的な EMC の変化の特性は同定されず、正確に予測することはできない」 と言っている。 (Alexandre Boyer らの 「Characterization of the Evolution of IC Emissions After Accelerated Aging」, IEEE Transactions on EMC, Vol. 51, No. 4, November 2009, pages 892-900 よりの引用。)
私は、このトピックは照明業界の、 そしておそらくは他の分野の技術者に完全に無視されていると信じる。 以下のものは、このエリアでの私の最近の経験である。
新しい EMC 試験装置 (PMM9010) の購入の後、 新しいソフトウェアを使うのに慣れなければならなかった。 そこで、連続使用状態 (1日24時間、週7日) で既に3年ほど使用されていた 蛍光灯用の電子式安定器を持ち出した。 私は伝導性エミッションの測定を始めた。 その結果は衝撃的なものであった： その照明は CISPR 15 の限度を大幅に超えていた。
私はそれを信じることができなかった。 開発中に、その製品は私自身が徹底的に試験試験し、 上記の規格に適合していると判断していた。
次に、在庫から新品の安定器を持ち出したところ、それは適合していることがわかった。 調査の後、その X2 コンデンサ (欧州の有名な製造業者の良く使われているタイプ) が、その容量の 90% 以上を失っていたことに気付いた。 100nF であるべきところが、それは 10nF 以下にまで低下していた！
それが不適合の理由であった。
私はすぐにその製造業者に連絡した。 彼らの回答は、 「あなたが言っているものは、 X2 (アクロス・ザ・ライン) コンデンサの良く知られている問題である。 X2 コンデンサは IEC60384-14、UL 規定、CSA 規定などを満足するように設計された 安全コンデンサである。 これは、そのコンデンサは何をしても良いが、安全でない形で故障してはならないことを意味する！ これは保証されなければならず、IEC の要求に従って確認されるであろう。」
「安全側に留まるように、そのようなコンデンサは 特別な設計と加工のパラメータを用いて特別な方法で生産されるだろう。 欠点は、そのようなコンデンサは静電容量に関しては全く安定ではないことである！ それらのコンデンサは、 コンデンサが 1000時間の動作のあいだに最大 10% の容量を失っても良いと言っている IEC の最小限の要求を満たすように設計されている。」
「この静電容量の低下の理由はイオン化、 そのフィルム材のメタライズされた表面の部分的な消失である。 この問題を避けるためには、内部直列接続を持つコンデンサを使う必要があるだろう。 内部直列接続を持つ特別な設計のものがある。 このコンデンサ内部での直列接続はコンデンサの電圧を半分に分圧し、 従ってイオン化は生じない。」
私は、試験された安定器は3年にわたって連続使用されていたことを述べたが、 1000時間毎に 10% の静電容量の喪失は 100nF から 9nF への静電容量の低下を 生じるであろうし、私が測定した結果は 10nF 以下であった。 従って、1000時間毎に 10% は実際に起こり得るものであり、 IEC 60384-14 の限度というだけではない！
次に、競合他社の製品を確認した。
我々と同様、彼ら全てが入手可能な最小の X コンデンサ ――1000時間で 10% の容量の喪失を最も被りそうなタイプ―― を使っている。 これは、ほとんどの蛍光灯用電子式安定器が 実に短い間に EMC 適合性を失うであろうことを意味する。 私は、ほとんどの技術者がこれに気付いていないと信じる。
私はプロダクト・マネージャからの次のような e-mail も受け取った： 「... その現象は良く知られているものの、 そのコンデンサの技術は最先端のものとして使われ続ける。」 大きな問題を抱えていることに気付いた後で、 インターネットで良い資料を公表している KEMET の欧州応用技術部長に接触した。 彼は、e-mail で、「問題は、X2 認証に合格させるためには 特定のパラメータを最適化しなければならないが、 長寿命の応用のための最良のソリューションは紙コンデンサのままである。 この静電容量の喪失は、X2 が線間で (並列に)、 あるいは (低電力の応用のための) 分圧器として直列に用いられた時の双方で生じる。 寿命の低下は、コロナ放電を介してメタライゼーションを減少させ、 静電容量の喪失をもたらし得る、構造内に侵入する空気と水分によるものであり得る。 X2 認証コンデンサの使用に注意が必要だという点で、あなたは正しい！」
セラミックの X 定格コンデンサを生産している村田製作所は、 「セラミック・コンデンサの静電容量も、 MLCC の経時特性に伴って時とともに低下するであろうが、その低下は非常に限られている。 さらに、もし AC 電圧が継続的に印加されるならば、 静電容量の低下はさらに限られたもの、10年に数パーセント程度となる」 と言った。 彼はこの主張を図示するグラフを送ってくれた。
我々は 300,000時間以上の動作寿命が規定されている WIMA の MKP-X2 タイプを使用することに決めた。 それは、3年のあいだに静電容量の 90% を失ったそれまで用いていたタイプよりも、 やや大きいだけである。 正直なところ、この比較的小さいコンデンサをどのように生産しているのかに 少し興味がある。 だが、それは我々に保証寿命を与える。 我々にはこれらのコンデンサを試験する時間も手段もないので、 製造業者を信頼しただけである。
数ヶ月前まで、X2 コンデンサは重要部品として扱われていなかった。 それは完全に変わった。 これが私が全ての研究開発技術者に向けて語りたいことである： X2 コンデンサは注意して選択しなければならない！
(Kindly sent in by Daniel Elser, LUMATEC SA, Geneva, Switzerland, on 10 th May 2010. The Editor writes: I checked whether this problem with X2 capacitors was as well-known as some capacitor manufacturers claim, with a colleague who is the compliance manager for a large manufacturer, who said: "I don't think most people are aware of this. The rule of thumb has always been to pick a voltage rating twice the level expected for the cap to see (as you mention below). I learned about this when designing PC board filtering (obviously much lower voltages than mains). To be honest, when I was specifying power supplies from 3rd parties to go into our line powered stuff, and performing the testing you mention, I wasn't thinking about this problem. I suspect this is not unusual. I would encourage anyone to take this into consideration.")
異なるワイヤレス・ネットワークの双方を効率的に運用するためには、 相当の計画が必要である。 ファクトリ・オートメーションのワイヤレス通信を選ぶ者にとって、 ワイヤレス・プロトコルの相互運用性は現実で極度に重要な考慮すべき点となっている。
現在、機械製作者とエンド・ユーザーの双方にとっての ワイヤレス通信の採用の最大の障壁は、信頼性である。 ワイヤレス信号を遮り得る大型機械の存在と、 信頼できる、詳細な機械のデータを収集する重要性の高まりとは、 少なくとも今は有線のソリューションが最良であると確信させる。
だが、工場の環境での使用のために特に設計されたワイヤレス製品での 実験を始める企業が増えている。 彼らは、正しいインフラストラクチャとワイヤレス技術を選択し、 産業用ネットワークの機能性を改善することを望んでいる。
(Taken from: "Embracing the wire" by Mark Watson, Components in Electronics, March 2009, www.cieonline.co.uk)
(IET Engineering & Technology Magazine、www.theiet.org/magazine の Letters のページからのいくつかの書簡)
Philip Quayle は、彼の車のセキュリティ・システムへの干渉を緩和するために 何をできるかと尋ねる (Letters, Vol 4 # 20)。 残念だが、ポータブルな EMI シールドが唯一の答えかも知れない。 遠隔集中ロック・キーフォブとイモビライザは、 送信器電力を所定の限度内に保つ限り誰にでも開かれている、 多くの産業、科学、及び医療 (ISM) 無線帯の１つを用いる。
車両の遠隔ロックとイモビライザのシステムは、 ワイヤレスの呼び鈴や様々な遠隔制御システムと同様、433MHz 帯を用いることが多い。
同じ問題が、2.45GHz 帯にも存在する。 同じ周波数で動作する Bluetooth、電子レンジ、そして Wi-Fi のユーザー、そして 干渉と水の吸収に伴う信号の損失 (電子レンジが 2.45GHz で機能するのには理由がある) は、 有線のソリューションを遥かに優れたものとする。
(Gary Myers MIET, Biggleswade, Bedfordshire, 23 January - 5 February 2010 edition)
Philip Quayle は、良くなるよりも悪くなる運命になる問題を同定した。 規制上の EMC 要求が多数あるものの、 システム間の電磁両立性は管理から漏れているように思われる。 これは、自動車製造業者がEMC 管理計画の実施に相当の時間を、 また製品を試験所詣でに送るのに大金を費しているという事実にかかわらず、そうである。
その問題は、電子製品の複雑さの不可避な増加のために生じている。 周波数応答、機能的な性能、電力消費、大きさ、重量、 そしてコストなどの要求への適合のためにしっかりとした管理が維持されているものの、 この管理は EMC まで拡大されていない。
年々、その主題は神秘のオーラを纏うようになっており、 電磁気学の数学の広範囲の理解を持つ研究者らのみが 関係するメカニズムを理解する望みを持てるという確信をもたらしている。
現場の技術者は、往々にしてそもそもは数十年前に確立された設計規則に縛られている。 その規則が、「等電位接地面」、 あるいは「接地ループの回避」の必要性の概念に基づいていれば、 システムの EMC は運命付けられている。
(Ian Darney, Bristol, 23 January - 5 February 2010 edition)
全電子式エンジン管理システムの取り付けられた自動車での私の20年来の経験は、 高レベルの RF 電磁界の存在下においてさえも 通常の動作については完全に満足できるものであった。
そのマイクロプロセッサ・システムは、周囲の車体の金属構造によって、 そして場合によっては追加の金属のハウジングによって遮蔽されている。
だが、Mr Quayle が述べた問題の潜在的な原因の手掛かりがある。 最初は集中ロッキング・システムがエントリを許可するように動作し、 その後に失敗したように見受けられる； スターター・モーターはエンジンを回さず、その後に様々な警告灯が表示された； そして、最後に、その車両は少なくとも5年前のものであった。
現代的な自動車用バッテリは完全にシールされており、 セル間接続ストラップは目視できない。 5年前のバッテリが間欠的な高内部抵抗を生じることは充分にあり得るし、 ごく普通である。 そのような故障はスターター・モーターの負荷がかけられた時に バッテリーの電圧をほとんど完全に失わせ、 これはエンジン制御の実行中のプログラムの一部を失わせる。 それは、様々な警告の表示や、集中ロッキングの失敗も引き起こすだろう。
機械的な衝撃や僅かな温度変化がこれを「回復」させ得る。
(Geoffrey H Robinson CEng FIET, St Andrews, 23 January - 5 February 2010 edition.)
私の義理の息子は、2週間のあいだ自分の Range Rover を始動させられず、 熟練した自動車電気技術者と珍しい電気的故障を追いかけて何時間も費した。 問題の自動車は、通常の駐車位置から数ヤード以内の、 Wiltshire の Corsham の Hawthorn の MoD コンプレックスの近くに駐車していた。 その家の近くに新しい通信ケーブルが引かれ、最近の活動が見られ、 勿論、Corsham には地下 MoD 施設がある。
Philip Quayle の書簡を読み、 義理の息子に電話をして問題の車の隣にバンを駐車させるように提案した。 彼はそうして、2週間のミステリーは即座に解決された！
(Alan Wilson CEng MIET, Corsham, Wiltshire, 23 January - 5 February 2010 edition.)
Philip Quayle の問題は良く知られ、広く予測されており、 当時責任を持っていた政府機関がアドバイスを聞きさえすれば避けられたであろう。 車両用キー・トランスポンダの大半は 433.92MHz の割り当てられた周波数を用いる。 これは、国際的に割り当てられたアマチュア無線帯の、 非常に混雑しているセグメントの中程に重ねられている。 この SRD 周波数帯は、UK 全域 (そして、実際は欧州全域) をカバーする アマチュア無線リピーターのネットワークの 入力と出力のチャネル (オフセット 1.6MHz) の中間に位置する。 使用者は移動と固定の双方で、都市部を含み、 電力レベルは商用移動局免許で許されるよりも合法的に高くなり得る。
だが、アマチュアはこの災厄のいくつかの非意図的な要因のひとつに過ぎない。 ドライバー達は、政府の TETRA ネットワーク、長距離レーダー・システム、 そしておそらくは他の多くの UHF システムによる トランスポンダのブロッキングの問題も経験している。
そもそもの仮定は、車両用トランスポンダは 伝統的なスーパーヘトロダイン受信器を中心に設計されるだろうというものだったかも知れないが、 この設計はシリコン上にうまく集積できないため、 今は、それに応じて良くない帯域外性能を持つ様々なより低いグレードの受信器が標準的である。
(Bob Burbeck, MIET (G4NOB), 23 January - 5 February 2010 edition.)
Alan Wilson の義理の息子が車を始動させようとした時に経験した、 そして電磁干渉のせいにされた問題は、私が経験したものと全く同じである。 その干渉の発生源は、最終的には、 電源入力の周囲の遠隔表示器へのコイルから放射しているエネルギー・モニタまで追跡された。 そのデバイスの製造業者への手紙は、 機器が全ての該当する規格に対して確認されているという回答をもたらしただけであった。
(RA Easthill CEng MIET, Horley, Surrey, 20 February - 5 March 2010 edition)
CFL の欠点についてのあなたの記事は、 かつて良く報告されていた要素を省いているように思われる： その低い力率。 CFL は 0.6 程度の力率で動作する。 これは主として通常の位相シフトの影響によるものではなく、 主に CFL が電源から吸い込むひどく歪んだ電流波形の結果である。
CFL の内部の整流 - インバーター回路の単純化された数値分析は、 その電源電流波形は 0.9 程度の力率の基本 (50Hz) 成分と 115% 程度の総高調波歪みを持つことを示す。
数年前、ほとんどの電子機器の高調波電流負荷と 電源網に対する潜在的な妨害に対する大きな抗議があった。 この抗議は最近は止んだように見える。 高力率の CFL のいくつかの報告があるが、 消費者向け小売市場で入手できるようには見えない。 おそらく、必要な変更は CFL を手頃ではないものとするのだろう。
CFL の LED ベースの代替が同じ波形歪み問題を持たないことが望まれる。
(Tony Fisher MIET, IET Engineering & Technology magazine, Letters p17, Jan 2010, ww.theiet.org/magazine)
古代の軍隊が食糧のために行軍したとすれば、 今日の国防軍は電子情報収集システムの集中的な食事療法から優位を得る。 比較的小さい空間内で動作している電子機器が多数あるため、 電磁両立性 (EMC) の保証は重要性を増していると仮定されている。
さらに、軍の敵が情報の傍受にさらに熟達し、 状況認識システムのような新しいタイプの知的兵器が 目標をその電磁的フットプリントによって識別できるようになっており、 政府機関やその他の仕様策定者がますます厳しい EMC 規格を設けるようになっている。 実際、これらの基準はしばしば 新しい軍用機器の設計／開発仕様の最も厳格な側面を形成する。
さらに、通信やレーダー・デバイスのような機器、 そしてスイッチング電源を含むそのサブ・システムがより高い周波数で動作するように進化すると、 EMC 保護手段もより高い周波数で効果的となるように進化しなければならない。 これは用いられるテクニックの大きな変化を必要とし得る。
経験のある防衛機器業者は、 新しいシステムの EMC 保護を先例のない水準とする要求に対処している。 本土防衛の用途で用いられる通信機器のための配線ハーネスを開発する、 Tekdata Interconnections による最近のプロジェクトは、 以前のプロジェクトで適用されたどれよりも厳しい EMC 基準を規定した。 そのチームは独自のベスト・プラクティス・テクニックを用いて その要求を満足させることができた； だが、EMC 規定のさらなる増加の予測から、 改善された設計テクニックの開発が行なわれているところである。
(Taken from: "Raising the bar again", by Mark Howitt, Components in Electronics, February 2010, page 25, www.cieonline.co.uk)
電気自動車に改造された超高速スポーツカーが、すぐに世界で最も長い道に出されるであろう。
だが、技術的問題は、その自動車の充電ポイントの決定ともに、 ルートにも関係する。 この最初のものは、 電磁干渉 (EMI) の問題によって数日間ガレージに戻さなければならなくなった、 その自動車の試験走行のあいだに見出された。
「その車を民家で充電している時に突然電話が鳴り始め、ベルが鳴り始める時があり、 何が起きているのかを知ろうとした」と、主任作業マネージャの Clemens Lorf は語った。 我々は、それは EMI によるものであり、我々だけの問題ではないことに気付いた； 産業界は依然として EMI の規格の作業をしており、 我々はその時に他の全ての者が理解しようとしていることを見出した。」 EMI は電気自動車やハイブリッド自動車にとっての最大の問題のひとつである。 SRZero の電気駆動システムの主要なコンポーネントは電磁エミッションの経路として振舞い、 その電力変換器が EMI の主な発生源である。 高レベルの EMI は車両の中や周囲の他のコンポーネントに混ざり合った信号を送るようにさせ、 電気システムを誤動作させ得る。
最初の失敗の後、チームは、 SRZero の EMI のノイズ・レベルを許容できるレベルまで低減するために、 シールド・ケーブル、一連のコンデンサ、 そしていくつかの強磁性セラミック・リングを用いることで、その EMI 問題を解決した。 一週間後、そのグループは車を M25 に出し、 一回のバッテリー充電でロンドン環状道を2週走行した最初のチームとなる記録を立てた。
(Taken from "Eco trip", by Ellie Zolfagharifard, The Engineer, 14 June 2010, pages 24-25)
マクドナルドが新しいエッグマフィンのメニューを導入した時、 その調理のために設計された新しい機械を世界の数十万の店舗全てに供給した。
少しした後、彼らは何かおかしいことに気付いた ―― 朝のスタッフが長い時間働いたように記録され、より多く支払われていた。 だが、他のシフトの作業パターンには変化はなかった。
彼らは最終的に、そのエッグマフィン用の機械が、 従業員のタイムカードに打刻するための時計 ――同じ電源に接続されている―― が進むほどの、 高すぎるノイズを主電源に注入していることを見出した。
そのため、朝の従業員は彼らの時計で通常の時間に入退を記録していたものの、 タイムカードの時計は彼らがより長い時間そこにいたと考え、 彼らは働いたよりも長い時間の分の支払いを受けた。
電源ノイズ・エミッションに対する対策が決定された時、 世界中の店舗のエッグマフィン用機械全てを改造しなければならなかった。
どうやらこれが、店舗用の機器の購入に用いられていたマクドナルドの社内 EMC 規格が、 「MIL スペックよりも厳しい」と言われている理由のようである。
(Kindly provided by Stephen Buol, a Principal Electrical Engineer with Rockwell Collins in Cedar Rapids, USA, on May 24th, 2010.)
REFCE No SB/318 Bristol Docks Committee, Traffic Manager's Office, Bristol, Feb 28th 1887
To B Girdlestone Esquire, Secretary and General Manager
Dear Sir Avonmouth & Portishead Telephones
これらの電話が依然として極めて不満足な働きをしていることを報告させて欲しい。
このオフィスから Avonmouth & Portishead への専用線が 他のワイヤと接触しているか、 あるいは誘導が時に電話の使用を不可能とするほど強い。 線をすぐに直すようにという緊急の要請とともに、 その電話会社にその故障を幾度か報告しているが、 改善されるよりはむしろ日々さらに悪化しているものと信じる。
結果的に、我々は著しい不便を被っており、 Avonmouth & Portishead の我々のスタッフは 電話システムの不完全な動作に文句を言い続けており、 業務の遅れは深刻である。
この問題を電話会社と真剣に考慮していただきたい。
敬具
J M Macnab, Traffic Manager.
(Kindly sent in by Steve Bilney, EMC Engineering, MBDA Filton, 5th August 2010)
バス・システムは機械と産業プラントの重要な部分となっている。
だが、データ伝送は電磁干渉 ――電磁(非)両立性―― によって妨げられ得る。 パワー・エレクトロニクスとデータ線の近接は、 データ・エラーをもたらし得る問題を引き起こすかも知れない... 電気技術者はおそらくはデータ劣化の統計について何か知るだろうが、 ほとんどの機構技術者は扱いにくく突発的な問題で EMC に関係するであろう。
EPSG は EMC に起因するエラーに興味深い光を当てる分析試験作業を行なった。 特に、新たな作業の結果は、ネットワーク・データ・フレーミングの方法が エラー・レートに顕著な影響を持つことを示唆する。
現代的な機械は、ドライブやサーボ・モータの駆動と制御のための 多数の電子式電力コンポーネント、 特に周波数変換器とサーボ・インバータ・システムを含む。 そのようなデバイスは、スイッチされる(高)電圧とスイッチされる電流の双方に比例し、 スイッチング時間 (立ち上がり時間) に反比例する電圧変化を不可避に発生する。 この混ぜ物に、変換効率を求めて用いられている さらに高いスイッチング周波数を加えることもできよう。 まとめると、インバータは信じられないほど強力で蔓延する広帯域干渉の発生源になり得る。 だが、勿論、どのような産業プラントにおいても、 他の潜在的な干渉源もあるであろう。
典型的な状況を見てみよう： エラー診断システムがコントローラの故障を報告するが、 引き続いての分析は容疑者のコンポーネントが正しく機能していることを示す。 その誤動作が不良の部品ではなく電磁干渉によって引き起こされたことを見出すためには 多くの時間と労力を要する。 現代的な診断システムはエラーを多かれ少なかれ正確に同定することができる。
これは実用的であるものの、エラーの位置を示唆するだけであり、その原因をではない。
保守専門家は可能性のあるあらゆる説明から選び取ることができる： 最初は、ソフトウェアの問題、ハードウェアの故障、配線の不良、バスの障害、 ひょっとすると宇宙線によって引き起こされた稀なメモリ・エラーに直面しているのか、 それともその原因がコンポーネントの電磁非両立性に起因するのかは明らかではない。 干渉の発生源、あるいはシールドが不充分なセグメントの追跡は、 藁山の中から一本の針を見付けようとするようなものである。
だが、頑丈であるとしても、全ての機械は損耗し、 損耗すれば干渉の影響を受けやすくなる。 持続的な (電気的また機械的な) 衝撃は接触部を傷め、 屈曲ケーブルなどの可動部の絶縁 (そして電気的遮蔽) は動作に伴って傷付く。 損耗は不可避的に干渉への感受性を高めるので、 設計段階で全ての潜在的な弱点を避けなければならない。 安全でない機械をその後で安全にすることは難しく、 EMC 戦略は初めから遵守する必要がある。
(Taken from: "EMC and errors: searching for a quiet life in the control cabinet", The Industrial Ethernet Book, April 2010, Pages 22-23)
これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。
Last update: 2010-10-11