リレーの問題を引き起こすVFDの干渉を解決する7つの方法

はじめに

今日は、私が実際に現場で遭遇したVFDの干渉事例を紹介しよう。 200kW可変周波数ドライブ（VFD） は、電磁干渉（EMI）のために動作中にリレーが誤動作する原因となっていた。では、どうすれば解決できるのか？

技術的な対応に入る前に、1つ重要な点を強調させてください：現場でのVFD干渉の問題は非常に複雑で、一つの対策で解消できることはほとんどありません。現場でのVFDの干渉問題は非常に複雑で、一つの対策で解消できることはほとんどありません。干渉は本質的にシステム的なものであり、土木工事のレイアウト、機器の配置、ケーブルの引き回し、電源ラインと信号ラインの分離、アース設計、VFDのハードウェアの品質、制御ループの配線など、さまざまな要因が絡み合って発生します。.

ひとたびVFD EMIの問題が発生すると、経験豊富な技術者でなければ、その診断と解決は困難を極めます。私はこの分野で数十年を過ごし、同じような問題に数え切れないほど対処してきました。この事例では、私の実践的なアプローチと現場で試されたテクニックを紹介し、同じような問題に直面している人たちに、明快さと真の解決策を提供したいと思います。.

リレー回路に影響を及ぼすVFD干渉の実例

1.VFDそのものがソースである VFDの干渉

これは議論の余地がない。.

  • 入力側ではVFDの整流ブリッジは、AC正弦波の一部分しか導通しないため、スイッチング・ノイズとともに大量の第5および第7高調波歪みを送電網に注入し、電力品質を劣化させます。.
  • 出力側ではVFD内部のIGBTモジュールは高速スイッチとして動作し、スイッチングイベントごとに高周波高調波（2kHz、4kHz、6kHz、最大16kHz）を発生させます。これらの外乱は出力経路や接続されたシステムに伝搬し、VFD干渉の重大な原因となります。.

そのため、ひとたびVFDがオンラインになると、VFDに起因する予期せぬEMIが、専門家以外には予想もつかない形で発生することが多いのです。.

2.VFDの干渉を抑えるための7つの実践的対策（単純なものから複雑なものまで）

2.1.シールドケーブルの接地 - シールド層は必ず接地すること

最も基本的で効果的な対策は、以下の間のシールドケーブルを適切にアースすることである。 VFDパネル, ドライブ、モーター。.

これは見過ごされがちですが、シールドやアースの不備は、産業用システムでVFD EMIが持続する最も一般的な根本原因のひとつです。.

2.2.リレーキャビネットを別個に接地する；24Vマイナスをアースに結びつける

リレーキャビネットのシャーシがしっかりと接地されていることを確認してください。さらに、24V 制御電源のマイナス側をアースに接続します。この設定により、誘導された高周波ノイズや高調波が安全に放電され、リレーの干渉やVFDの干渉による誤トリガが減少します。.

2.3.電源および制御接地システムの分離

VFDドライブ やモーターは大電力領域で動作し、高周波電気ノイズを発生する。PLCとリレー回路は低電力領域で動作し、これらの外乱に敏感である。.

制御系と電源系が同じアースを共有することは絶対に避けてください。制御回路用に独立した保護接地を設け、VFDの干渉を悪化させる高周波フィードバック経路から分離し、故障診断を迅速に行う。.

2.4.Separate power and signal cable routing; Maintain the minimum 40 cm distance 電源ケーブルと信号ケーブルのルーティングを分ける。

電源ケーブル（VFD 出力、モータリード線）と制御ケーブル（PLC I/O, センサ）は別々に配線すること。制御線はすべてシールドする。.

  • 日本の標準：≥10cm
  • ヨーロッパ標準：≥22cm
  • 私の推奨：安全性を高めるために40cm以上

この分離により、放射カップリングとEMIの問題が最小限に抑えられ、VFDの干渉がリレーロジックとセンサーの精度に与える影響が軽減されます。.

2.5.RC リレーコイル間のスナバ回路

各リレーコイル端子間にRCスナバを取り付けます。これにより、有害な電圧スパイクや高周波高調波をその発生源で抑制し、VFDのEMIによるリレーのチャタリングや誤動作をなくす強力な方法となります。.

2.6.キャリア周波数を下げる - ただし、モーターが安定している場合に限る

VFDのPWMキャリア周波数を下げることで、出力高調波が減少し、電磁干渉を抑制することができます。しかし、これには注意事項があります。.

モーターをモニターしながらキャリア周波数を徐々に下げていく。振動やノイズが発生した場合は、すぐに元の安定した値に戻します。これ以上下げると、機械的な問題や運転上の問題が発生する可能性があり、VFDの干渉を効果的に制御できない場合があります。.

2.7.入出力にライン・リアクターを追加する

  • 入力リアクトル：入力されるグリッドノイズと電圧歪みをフィルタリングし、DCバス電圧を安定させる
  • 出力リアクトル：IGBTモジュールからの高周波スイッチングノイズを減衰させ、モーター巻線を保護し、VFDの干渉伝播を低減します。

これらの部品は大電力設備に不可欠であり、電磁両立性（EMC）を改善し、VFDによるEMIに対するシステム全体の耐性を向上させます。.

結論

このケースは、VFDに起因するEMI問題の診断と緩和の全容を浮き彫りにしています。おわかりのように、VFDの干渉はソフトウェアのバグでもリレーの故障でもなく、電気設計、アース、配線構造、パラメーターチューニングを含む複雑なシステムレベルの課題です。.

総合的なシステム全体の診断を行ってこそ、VFDに起因するEMI問題を完全に解決することができるのです。このガイドが皆さんのプロジェクトに役立つことを願っています。電気技術者やメンテナンス・エンジニアの方は、これらの原則をツールキットの一部にしてください。コストのかかるダウンタイムを回避し、長期的なシステムの信頼性を確保するのに役立ちます。.

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