電気・電子機器のEMC耐性試験におけるリング波シミュレータの応用に関する研究

抽象
産業用電力網および民生用電力供給システムでは、高電圧スイッチのスイッチング、変圧器の過渡振動、電力障害、誘導性負荷のスイッチングにより、減衰振動リング波干渉が発生します。このような過渡的な擾乱は、電力線や信号線を介して電気・電子機器に結合し、機器のクラッシュ、誤動作、さらにはハードウェアの損傷を引き起こす可能性があります。主要なEMC試験機器として、 リング波シミュレーター （リング波発生器）は、実験室条件下で現実世界のリング波干渉を再現できます。GB/T 17626.12-2023、IEC 61000-4-12などの規格に従って耐性試験を実施し、被試験機器（EUT）のそのような干渉に対する耐性能力を評価し、絶縁弱点や回路の耐干渉欠陥を適時に特定し、複雑な電力環境下での機器の安定動作を保証します。 LISUN 本論文では、RWG61000-12シリーズのリング波シミュレータを研究対象として、リング波干渉の発生メカニズム、シミュレータのコア機能、主要な技術パラメータ、および複数の産業におけるエンジニアリング応用シナリオについて説明し、リング波耐性EMC試験の実践的な参考情報を提供する。

導入

現代の電気・電子機器は、産業制御、新エネルギー充電ステーション、医療機器、家電製品、電力計などの分野で幅広く使用されています。これらの機器の電源環境は、さまざまな過渡的な電磁妨害に満ちています。リング波は、低電圧交流電源ネットワークで一般的に発生する、非反復性の減衰振動過渡パルスです。高電圧スイッチが動作したり、変圧器の巻線で過渡振動が発生したり、電力システムで大型モーターの起動・停止や短絡故障が発生したりすると、線路インピーダンスの不整合によって進行波反射が引き起こされ、急峻に立ち上がり、振幅が大きく、徐々に減衰する100kHzの振動パルス、すなわちリング波干渉が発生します。

このような干渉は、電源ケーブルや信号ケーブルを介して機器に伝わり、電源ループや信号インターフェースに影響を与えます。多くの機器は、理想的な実験室の電源供給条件下では正常に動作しますが、現場の電源グリッドに接続されると、制御異常、通信中断、機能障害が頻繁に発生します。このような障害の多くは、リング波による妨害に起因しています。現場の電磁環境による機器の故障リスクを回避するため、製品は研究開発段階および型式承認段階で標準化されたリング波耐性試験を実施する必要があります。リング波シミュレータは、このような試験の中核となるハードウェアです。複雑な現場条件に左右されずに実験室で標準化されたリング波波形を再現し、再現性と類似性を備えた耐性評価を実現することで、製品の潜在的な設計リスクを事前に明らかにすることができます。これは、電磁両立性検証に不可欠な試験装置です。

1. リング波シミュレータの動作原理と主要機能

リング波シミュレータ（リング波発生器とも呼ばれる）は、主に高電圧エネルギー蓄積ユニット、パルス整形回路、電力増幅モジュール、結合・分離回路（CDN）、およびヒューマンマシンインターフェース制御システムで構成されています。標準的な減衰振動波形は、LC発振回路によって生成されます。電力増幅後、指定された電圧と電流のパルス信号が出力されます。結合・分離回路は、被試験機器のポートに外乱を注入すると同時に、外部電源を遮断することで、試験パルスが逆方向に電力系統を汚染するのを防ぎ、試験の安全性と波形の忠実性を保証します。

リング波シミュレータの主要機能は、実際の環境で電気・電子機器が遭遇するリング波干渉をシミュレートすることです。高電圧スイッチ操作、変圧器巻線の過渡振動、電力系統の故障、誘導性負荷のスイッチングによって発生する減衰振動パルスを再現します。被試験機器（EUT）には、国内および国際標準の波形仕様に従って妨害信号が印加され、標準化された耐性試験を実施することで、リング波干渉に対するEUTの耐性レベルを評価します。試験中、機器の絶縁弱点、電力ループの欠陥、インターフェース保護回路の脆弱性をタイムリーに検出できるため、ハードウェアの最適化に役立ち、複雑な電力環境への導入後も機器が継続的かつ安定的に動作することを保証します。

オペレータは、出力電圧振幅、出力インピーダンス、パルス極性、電力系統同期位相を調整して、さまざまな深刻度の干渉をシミュレートできます。妨害注入下でのEUTの動作状態が観察されます。性能劣化、機能異常、ハードウェア損傷は、耐性レベル評価のための製品仕様基準に基づいて判定されます。 LISUN RWG61000-12シリーズのリング波シミュレータは、中国語と英語に対応したAndroidタッチスクリーンを搭載しており、視覚的なパラメータ設定と自動テストプロセス記録が可能で、複数の業界におけるEMC適合性試験に適しています。 

2 主要パラメータ LISUN RWG61000-12シリーズ リング波シミュレータ

その LISUN RWG61000-12シリーズのリング波シミュレータは、4kVと6kVの出力レベルをカバーする4つのモデルがあり、それぞれ単相および三相の5線式結合・分離ネットワークを備え、単相の家庭用電化製品、メーター、および三相の産業機器に適しています。このシリーズは、GB/T 17626.12-2023、IEC 61000-4-12:2017、EN 61000-4-12:2017、GJB151B-2013などの規格に準拠しています。主な技術仕様は表1に示されています。

表1 RWG61000-12シリーズリング波シミュレータの主な仕様

上記のパラメータに示すように、このリング波シミュレータは、規格で規定された異なるソースインピーダンスでの試験条件に対応する 12 Ω と 30 Ω の 2 つの標準出力インピーダンス設定を提供します。0° から 360° までの AC 電源周波数同期トリガをサポートし、電源周波数電圧の任意の位相角でリング波干渉が発生するシナリオをシミュレートして、試験の再現性を向上させることができます。4 kV バージョンは家庭用電化製品および一般的な産業用制御機器に適していますが、6 kV モデル RWG61000-12A および RWG61000-12AT は、より高い厳しさレベルの電力機器および新エネルギー製品を対象としています。単相 CDN は小型の家庭用電化製品および電気メーターに適合し、三相 5 線 CDN は周波数変換器、三相モータ、その他の産業機器に適用され、幅広い製品をカバーします。

RWG61000-12_AL

3. リング波シミュレータの産業応用

リング波シミュレータは、産業制御・電力、新エネルギー、家電、医療電子機器などの分野において、製品の研究開発、信頼性検証、型式試験に広く採用されています。

産業用制御機器および電力機器業界では、PLC、サーボドライブ、産業用ルーター、エネルギーメーター、リレー保護装置などが、工場におけるモーターの始動・停止や変圧器の切り替えによって発生する減衰振動干渉をシミュレートするリング波シミュレータを用いた電力線耐性試験を実施する必要があります。この試験により、コマンド遅延、通信エラー、リレーの誤動作を検出し、絶縁性能を評価することで、現場機器の焼損を防ぎ、生産ラインや配電システムの安全な運用を確保できます。

新エネルギーおよび車載エレクトロニクス分野では、AC/DC充電ステーションの電源入力ポートとCAN通信ポートにおいて、リング波シミュレータを用いたリング波耐性試験を実施し、電力系統の障害や充電ステーション内部のスイッチングによって発生するリング波障害をシミュレートすることで、充電の中断や通信障害が発生するかどうかを検証する必要があります。車載BMS（バッテリー管理システム）や車載充電器（OBC）においても、リング波シミュレータを用いて車両電源システムの過渡的な振動干渉を再現し、車載電子部品の信頼性の高い動作を保証することができます。

家庭用電化製品や家電製品（冷蔵庫、エアコン、洗濯機、電源アダプター、スマートソケットなど）では、家庭用電力網におけるコンプレッサーの起動・停止や高出力機器のスイッチングによって発生するリング波の乱れを再現するために、リング波シミュレーターが用いられています。これにより、機器のクラッシュや誤動作が発生するかどうかが検証され、電源ポートの保護回路が事前に最適化されることで、消費者向け製品の信頼性が向上します。

医療用電子機器には高い動作信頼性が求められます。患者モニター、超音波装置、輸液ポンプなどの医療機器は、CTやMRIなどの大型病院機器のスイッチングによって発生する電力系統のリング波障害をシミュレートするためにリング波シミュレータを使用し、データオフセットや誤トリガーが発生しないことを検証することで、診断の安全性を確保する必要があります。

4．実践的な意義と結論

リング波による障害は、実際の電源ネットワークにおいて客観的に存在し、現場での製品故障の多くはリング波の影響に起因しています。リング波シミュレータは、標準化された再現性の高いラボ試験ソリューションを提供します。複雑な現場環境を構築することなく、実際の減衰振動パルスをシミュレートすることで、EUT（被試験機器）の耐性評価、絶縁弱点や保護回路の欠陥の特定、PCBレイアウト、接地設計、サージ保護部品選定の最適化が可能になります。これにより、現場での機器故障の可能性を研究開発段階から低減できます。

その LISUN RWG61000-12シリーズ リング波シミュレーター 国内、軍事、国際規格の波形要件を完全に満たしています。複数の単相および三相構成により、研究開発ラボや第三者試験機関の要件を満たします。リング波耐性試験は、適合性認証のためだけでなく、電気・電子機器の環境適応性と信頼性を向上させるための重要なアプローチでもあります。産業機器や新エネルギー機器の普及に伴い、リング波シミュレータはEMC検証においてますます重要な役割を果たすようになるでしょう。