機能接地としてのニュートラルの役割

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機能接地としてのニュートラルの役割

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/10/12 14:50 UTC 版)

「無極性プラグ」の記事における「機能接地としてのニュートラルの役割」の解説

通電しているコイルは断路されると逆起電力（インダクティブキックバック）を発生させる。また、DC電源回路で使用される平滑コンデンサは常に充放電を繰り返している（突入電流とはコンデンサが最初の充電を終了するまで吸収するように急激に流れる電流）。このようにこれらの素子は磁界や電界として、電気エネルギーを一時的に蓄えてしまう性質がある。エネルギーが残留している回路を開閉すると、そのエネルギーが瞬間的に負荷線路に放出される為、より大きなサージ電流やスイッチングノイズが発生する。 サージ電流やスイッチングノイズは周波数が高く、回路や線路外へ電磁波として放出（EMI）されやすい。トライアック、PWM、インバーターなどで制御（スイッチング）された際のノイズは規則的で固有の周波数を持つことが多い。その際、アース線により接地された金属シャーシなどにEMIを誘導すれば、アース線を流れるリーク電流として大地へ戻ることができる。アース線は保護接地とも呼ばれ、人体への感電を防ぐ非常用リターンパスの役割がある。それと共にEMIによって負荷線路より飛び出し帯電した電荷（一般的に静電気と呼ばれる）を、リーク電流として大地へ戻す為のリターンパス、即ち機能接地の役割もある。一方、アース線路のない機器であっても、回路・線路のスイッチを配置していないNが常に接地されていれば機能接地の役割を兼ねて大地へ戻すことができる為、余剰な電荷は回路や線路へ残留しにくい。 機能接地が存在しない場合、回路・線路外へリークしたエネルギーは、制御されていない最も低いインピーダンスのリターンパスを勝手に探しだし大地へ戻ろうとする。この現象が、一般にEMCトラブルと呼ばれるトラブルの原因となっている。例えば、PWMモーターは多くのEMIを発生するが、それがモーターのシャフトに誘導した場合、その電荷は意図していないリターンパスを介して大地へ向かおうとする。その経路ではジュール熱や放電の熱によって発熱するため、モーターシャフトが伸びたり、腐食したり、ベアリングが焼き付くなどのトラブルが発生しやすい。絶縁性が高くコンスタントに大地へリーク電流として戻すことができない状態では、そのエネルギー（電荷）は帯電という形で残留する。前述の各国電気規格に準拠させ、片切スイッチがＬに配置された場合、もう一方の線路、すなわちNは常に接地されリターンパスが確立されるので帯電しにくいが、無極性プラグにより、片切スイッチ（トライアックなど電子スイッチを含む）がNを開閉してしまうと機能接地がなくなるので電荷が残留しやすい。オーディオではACプラグとコンセントの極性を合わせると音質が向上することが知られている。これはDC電源回路が機能接地されることにより回路に残留する電荷を大地へ逃がすことができ、発生するノイズEMIが減少することによるものである。信号回路のシグナルGNDは一般に金属シャーシにボンディングされており、Nとは直接結線されていない為、ACプラグの極性には関係しない。金属シャーシが機能接地されるとシグナルGNDは基準電位を得ることができノイズ減少に寄与する。