第 1 章 概 要 PSIM User s Guide PSIM Version 9.3 Release 1.1 Copyright Powersim Inc., Myway Plus Corporation All rights reserved. No part of this

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1 PSIM Version 9.3 For Power Electronics & Motor control User s Guide

2 第 1 章 概 要 PSIM User s Guide PSIM Version 9.3 Release 1.1 Copyright Powersim Inc., Myway Plus Corporation All rights reserved. No part of this manual of the software may be photocopied or reproduced in any form or by any means without the written permission of Powersim Inc. and Myway Plus Corporation. Disclaimer Powersim Inc. (Powersim) and Myway Plus Corporation (Myway) make no representation or warranty with respect to the adequacy or accuracy of this documentation or the software which it describes. In no event will Powersim and Myway or their direct or indirect supplies be liable for any damages whatsoever including, but not limited to, direct, indirect, incidental, or consequential damages of any character including, without limitation, loss of business profits, data, business information, or any and all other commercial damages or losses, or for any damages in excess of the list price for the license to the software and documentation. お 問 い 合 わせ 先 Myway プラス 株 式 会 社 -00 神 奈 川 県 横 浜 市 西 区 花 咲 町 横 浜 花 咲 ビル Tel , Fax sales@myway.co.jp URL: Page. 1/49

3 第 1 章 概 要 目 次 第 1 章 概 要 はじめに 回 路 構 成 PSIM の 実 行 に 必 要 な 動 作 環 境 プログラムのインストール シミュレーション 例 素 子 の および 形 式... 1 第 章 電 気 回 路 素 子 抵 抗 -インダクタ-キャパシタ 抵 抗 インダクタ キャパシタ レオスタット 可 飽 和 リアクトル 非 線 形 素 子 スイッチ ダイオード LED ツェナーダイオード DIAC サイリスタ トライアック GTO トランジスタ 群 双 方 向 スイッチ 線 形 スイッチ スイッチ ゲート 信 号 ブロック 単 相 スイッチ モジュール 三 相 スイッチ モジュール 相 互 結 合 インダクタ 変 圧 器 理 想 変 圧 器 単 相 変 圧 器 三 相 変 圧 器 三 相 変 圧 器 ( 可 飽 和 ) 三 相 AC ケーブル 磁 気 要 素 巻 き 線 漏 れ 磁 束 通 路 エアギャップ 線 形 コア 可 飽 和 コア その 他 エレメント オペアンプ オペアンプ( 理 想 オペアンプ) オペアンプモデル( 非 線 形 オペアンプ) TL431 シャントレギュレータ フォトカプラ dv/dt ブロック リレー Page. /49

4 第 1 章 概 要.8 熱 モジュール(Thermal モジュール) デバイスデータベースエディタ データベースのダイオードデバイス ダイオード 損 失 計 算 データベースの IGBT デバイス IGBT 損 失 計 算 データベースの MOSFET デバイス MOSFET 損 失 計 算 モータ 駆 動 モジュール 機 械 系 の 基 準 方 向 直 流 機 誘 導 機 飽 和 付 かご 型 誘 導 機 ブラシレス 直 流 機 他 励 式 同 期 機 永 久 磁 石 同 期 機 飽 和 付 永 久 磁 石 同 期 機 スイッチトリラクタンスモータ 非 線 形 スイッチトリラクタンスモータ モータ 制 御 ブロック 最 大 トルク 制 御 (IPM) 最 大 トルク 制 御 ( 非 線 形 IPM) 弱 め 磁 束 制 御 (IPM) 弱 め 磁 束 制 御 (SPM) 弱 め 磁 束 制 御 ( 非 線 形 IPM) 弱 め 磁 束 制 御 ( 誘 導 機 ) MagCoupler モジュール MagCoupler-DL ブロック MagCoupler ブロック MagCoupler-RT モジュール 機 械 素 子 及 びセンサ 機 械 負 荷 定 トルク 負 荷 定 電 力 負 荷 定 速 度 負 荷 一 般 負 荷 外 部 コントロール 負 荷 ギアボックス メカニカル カップリング ブロック 機 械 系 - 電 気 系 インタフェース ブロック 速 度 トルクセンサ 位 置 センサ アブソリュートエンコーダ インクリメンタルエンコーダ レゾルバ ホールセンサ Page. 3/49

5 第 1 章 概 要.13 Renewable Energy Models 太 陽 電 池 モジュール 風 車 リチウムイオンバッテリモデル 第 3 章 制 御 回 路 素 子 伝 達 関 数 ブロック 比 例 制 御 器 積 分 器 微 分 器 比 例 積 分 (PI) 制 御 器 単 極 制 御 器 二 極 比 例 積 分 (PI) 制 御 器 (Type - ) Type-3 制 御 器 組 み 込 みフィルタ ブロック 数 値 演 算 関 数 ブロック 加 算 器 乗 算 器 と 除 算 器 平 方 根 ブロック 指 数 / 累 乗 / 対 数 ブロック 二 乗 平 均 平 方 根 (RMS)ブロック 絶 対 値 ブロック 三 角 関 数 ブロック 高 速 フーリエ 変 換 (FFT)ブロック 最 大 / 最 小 ブロック その 他 の 関 数 ブロック 比 較 器 リミッタ 微 分 (dv/dt)リミッタ 台 形 および 方 形 波 ブロック サンプル ホールド ブロック 丸 めブロック 時 間 遅 れブロック マルチプレクサ バイナリ 制 御 入 力 マルチプレクサ 個 別 制 御 入 力 マルチプレクサ 単 独 制 御 入 力 マルチプレクサ 高 調 波 歪 み(THD)ブロック 空 間 ベクトル PWM ブロック デジタル 素 子 論 理 ゲート セット リセット フリップフロップ J-K フリップフロップ D フリップフロップ 単 安 定 マルチバイブレータ パルス 幅 カウンタ Page. 4/49

6 第 1 章 概 要 Up/Down カウンタ A/D および D/A 変 換 器 デジタル 制 御 モジュール ゼロ 次 ホールド z 領 域 伝 達 関 数 ブロック 積 分 器 ( 離 散 型 ) 微 分 器 ( 離 散 型 ) デジタル PI コントローラ デジタル フィルタ 単 位 遅 れブロック 離 散 化 ブロック 循 環 バッファ 畳 込 みブロック メモリ 読 み 出 しブロック データ 配 列 スタック 多 重 サンプリングシステム SimCoupler モジュール PSIM と Simulink での 設 定 Simulink における Solver Type とタイムステップの 設 定 PSIM から Simulink へのの 受 け 渡 し ModCoupler Module Design Suite 制 御 ブロック トルク 制 御 (PMSM) ダイナミックトルクリミット 制 御 (PMSM) ダイナミックトルクリミット 制 御 ( 非 線 形 PMSM) 電 圧 制 御 (PMSM) DC-DC 充 電 制 御 DC-DC 放 電 制 御 DC-DC 回 生 制 御 CosiMate リンク 第 4 章 その 他 の 素 子 ファイル 電 圧 源 電 流 源 時 間 定 数 直 流 電 源 正 弦 波 電 源 (Sinusoidal Source) 方 形 波 電 源 (Square-Wave Source) 三 角 波 電 源 /のこぎり 波 電 源 ステップ 電 源 区 分 線 形 電 源 (Piecewise Linear) ランダム 電 源 数 式 関 数 電 源 制 御 付 き 電 圧 源 電 流 源 Page. 5/49

7 第 1 章 概 要 4..1 非 線 形 電 圧 制 御 電 源 電 圧 電 流 センサ プローブとメーター 電 圧 / 電 流 スコープ 初 期 値 スイッチ 制 御 器 オンオフ 制 御 器 点 弧 角 制 御 器 PWM ルックアップテーブル 制 御 器 ファンクションブロック 制 御 パワー 変 換 ブロック 変 換 ブロック abc-dqo 変 換 ブロック abc-αβ 変 換 ブロック αβ-dq 変 換 ブロック 直 交 座 標 - 極 座 標 変 換 ブロック 数 式 関 数 ブロック ルックアップテーブル(Look-up Table) C ブロック シンプル C ブロック 外 部 DLL ブロック 組 み 込 みソフトウェアブロック 第 5 章 解 析 過 渡 解 析 周 波 数 特 性 解 析 のスイープ 第 6 章 PSIM による 回 路 図 入 力 回 路 の 作 成 ファイルメニュー 回 路 の 編 集 (Edit) View メニュー デザインスイート(Design Suite) サブ 回 路 (Subcircuit) サブ 回 路 作 成 メイン 回 路 から サブ 回 路 作 成 サブ 回 路 内 部 から サブ 回 路 の 接 続 メイン 回 路 で サブ 回 路 のその 他 の メイン 回 路 からサブ 回 路 への 変 数 値 の 受 け 渡 し サブ 回 路 の 作 成 サブ 回 路 を PSIM の 素 子 リストに 追 加 する Simulate メニュー Options メニュー Utilities メニュー PSIM ライブラリの 管 理... 3 Page. 6/49

8 第 1 章 概 要 番 目 のイメージ 図 作 成 ライブラリへ 新 しいサブ 回 路 要 素 の 追 加 ライブラリへ 新 規 DLL 要 素 の 追 加 ライブラリの 作 成... 8 第 7 章 SIMVIEW による 波 形 処 理 File メニュー Edit メニュー Axis メニュー Screen メニュー Measure メニュー Analysis メニュー View メニュー Options メニュー Label メニュー Settings メニュー データの 書 き 出 し(Export) 実 際 の SIMVIEW 使 用 の 流 れ SIMVIEW の 立 ち 上 げ 波 形 表 示 波 形 観 測 測 定 描 画 第 8 章 エラー 警 告 と 全 般 に 関 する 注 意 全 般 に 関 する 注 意 タイムステップ 論 理 回 路 の 伝 搬 遅 れ パワー 回 路 と 制 御 回 路 のインタフェース FFT による 高 調 波 解 析 エラーおよび 警 告 メッセージ デバッグ Page. 7/49

9 第 1 章 概 要 第 1 章 概 要 1.1 はじめに PSIM はパワーエレクトロニクスおよびモータ 制 御 のために 開 発 されたシミュレーション パッケージ です PSIM は 高 速 シミュレーション 使 いやすいユーザインタフェース 波 形 解 析 などにより パ ワーエレクトロニクスの 解 析 制 御 系 設 計 モータドライブの 研 究 などに 優 れたシミュレーション 環 境 を 提 供 します PSIM には 本 体 (Professional)の 他 に 以 下 のアドオン オプションが 用 意 されています - Motor Drive モジュール: モータドライブシステムの 解 析 のためにモータモデルと 機 械 負 荷 モデルが 用 意 されています - Digital Control モジュール: ゼロ 次 ホールドなどの 離 散 要 素 z- 領 域 伝 達 関 数 離 散 化 ブロッ クを 提 供 し デジタル 制 御 系 を 解 析 できます - SimCoupler モジュール: SimCoupler モジュールは PSIM と MATLAB/Simulink を 同 時 に 使 ったシミュレーションを 行 うためのインタフェースを 提 供 しま す - Thermal モジュール: 半 導 体 デバイスの 損 失 を 計 算 する を 提 供 します - Renewable Energy モジュール: 再 生 可 能 エネルギー 装 置 のシミュレーション 用 の 太 陽 電 池 風 車 バッテリモデルを 提 供 します - SimCoder モジュール: 自 動 コード 生 成 を 提 供 します - F833x Target: TI F833x シリーズ DSP 用 の 自 動 コード 生 成 を 提 供 します - F803x Target: TI F803x シリーズ DSP 用 の 自 動 コード 生 成 を 提 供 します - MagCoupler モジュール: PSIM と 電 磁 気 分 野 の 解 析 ソフトウェアである JMAG の 連 成 シミ ュレーションのためのインターフェースを 提 供 します - MagCoupler-RT モジュール: PSIM と JMAG-RT のデータファイル 間 のリンクを 提 供 します - SmartCtrl: 制 御 ループデザイン 用 のソフトウェアです アナログ 制 御 ループのデザイン 用 の SmartCtrl アナログとデジタ ル 両 方 の 制 御 ループのデザインが 可 能 な SmartCtrl Pro がありま す - ModCoupler モジュール: PSIM と ModelSim 間 の 連 成 シミュレーションのためのリンクを 提 供 します リンクには 二 つのバージョンがあります 一 つは VHDL コードをサポートする ModCoupler-VHDL です もう 一 つは Verilog コードをサポートする ModCoupler-Verilog で す - HEV Design Suite: ハイブリッド 電 気 自 動 車 のパワートレインシステムデザインのた めのテンプレートを 提 供 します - Motor Control Design Suite: 誘 導 機 や 線 形 / 非 線 形 PMSM 駆 動 システムデザインのためのテン プレートを 提 供 します (SmartCtrl と ModCoupler モジュールは PSIM とは 別 の 3rd パーティ 製 品 ですが 便 宜 上 一 つのモジュールとし て 扱 います ) Page. 8/49

10 第 1 章 概 要 SimCoupler モジュールは PSIM と MATLAB/Simulink を 同 時 に 使 ったシミュレーション そして MagCoupler/MagCoupler-RT モジュールは PSIM と 電 磁 解 析 ソフトウェア JMAG/JMAG-RT との 連 成 シミ ュレーションを 実 現 します MATLAB/Simulink と JMAG とのリンク を 使 えば PSIM がパワーエレク トロニクス 制 御 と 電 磁 気 的 要 素 を 一 元 的 に 取 り 扱 える 統 合 開 発 環 境 を 提 供 します さらに PSIM と CosiMate 間 のリンクが 提 供 されています CosiMate は 連 成 シミュレーションプラッ トフォームであり 以 下 の 様 々なソフトウェアをサポートしています Matlab/Simulink ModelSim Saber( Synopsys 製 ) Easy5 Adams( MSC ソ フ ト ウ ェ ア 製 ) Inventor( Autodesk 製 ) AMESim(LMS 製 ) GT-Power( Gamma テクノロジー 製 )など CosiMate を 通 して PSIM は 上 記 のソフトウェアと 連 成 シミュレーションを 行 うことができます CosiMate に 関 する 詳 細 な 情 報 は を 参 照 してください また PSIM は 制 御 ループデザイン 用 の SmartCtrl ともリンクします SmartCtrl は 特 に 電 力 コンバータ アプリケーション 用 にデザインされています SmartCtrl に 関 する 詳 細 な 情 報 は SmartCtrl のユーザーズ ガイドを 参 照 してください これらの 製 品 ラインアップにより Powersim はデザインからシミュレーション ハードウェアの 実 装 に 至 るまでの 完 全 なプラットフォームを 提 供 します 全 体 の 環 境 を 下 図 に 示 します PSIM パッケージは 次 の 3 つのソフトウェアから 構 成 されています PSIM 回 路 接 続 エディタ PSIM シ ミュレータ そして 波 形 表 示 処 理 の SIMVIEW です 下 の 図 にシミュレーション 環 境 を 示 します PSIM Schematic 回 路 図 エディタ ( 入 力 ファイル:*.psimsch) PSIM Simulator シミュレータ( 出 力 ファイル:*.smv *.txt) SIMVIEW 波 形 表 示 プロセッサ( 入 力 ファイル:*.smv *.csv *.txt) Page. 9/49

11 第 1 章 概 要 本 マニュアルは PSIM とアドオン モジュールについて 記 載 していますが アドオン モジュールの SimCoder モジュール ModCoupler モジュール HEV Design Suite については 本 マニュアルの 対 象 外 となります SimCoder モジュールと 関 連 するハードウェアの 使 用 については SimCoder ユーザーズガイド で 解 説 しています ModCoupler モジュールの 使 用 については ModCoupler -VHDL ユーザーズガイド および ModCoupler -Verilog ユーザーズガイド で 解 説 しています HEV Design Suite については Tutorial HEV Design Suite で 解 説 しています Motor Control Design Suite については Tutorial Motor Control Design Suite で 解 説 しています 本 マニュアルの 第 1 章 は 回 路 の 構 成 法 実 行 に 必 要 なソフトウェアとハードウェア およびインストー ル 手 順 について 解 説 します 第 章 から 第 4 章 までは パワー 回 路 素 子 および 制 御 素 子 について 述 べます 第 5 章 では 過 渡 解 析 と 交 流 回 路 解 析 の 手 順 を 解 説 します PSIM を 使 った 回 路 図 の 作 成 法 と SIMVIEW の 使 用 法 は 第 6 章 と 第 7 章 で 解 説 します 第 8 章 はエラー メッセージの 一 覧 をまとめてあります 1. 回 路 構 成 PSIM での 回 路 はパワー 回 路 制 御 回 路 センサ スイッチ 制 御 の 4 つのブロックで 構 成 されます 以 下 の 図 に 各 ブロックの 相 互 間 系 を 示 します パワー 回 路 スイッチ 制 御 器 センサ 制 御 回 路 パワー 回 路 はスイッチング 素 子 RLC 回 路 変 圧 器 および 相 互 結 合 インダクタからなっています 制 御 回 路 は s 領 域 あるいは z 領 域 の 伝 達 関 数 のブロック 線 図 で 表 現 します またアナログ 素 子 ( 乗 算 器 やサ ンプラなど 非 線 形 素 子 を 含 む)およびデジタル 素 子 ( 論 理 ゲートおよびフリップフロップ)を 制 御 回 路 で 使 うことができます センサはパワー 回 路 の 電 圧 電 流 値 を 計 測 し これらの 値 を 制 御 回 路 ブロックに 伝 えます 制 御 回 路 で 作 られたゲート 信 号 はスイッチ 制 御 ブロックを 経 て パワー 回 路 のスイッチング 素 子 に 送 られます 1.3 PSIM の 実 行 に 必 要 な 動 作 環 境 ハードウェア:18MB 以 上 のメモリを 搭 載 した PC/AT 互 換 機 OS:Microsoft Windows XP / Vista / 7 / 8 Internet Explorer:Ver.6.0 以 降 が 必 要 (MagCoupler を 使 用 する 場 合 ) Page. 10/49

12 第 1 章 概 要 [DLL を 使 用 する 場 合 ] 対 応 コンパイラ: Microsoft C/C++ Visual C++.NET [SimCoupler モジュールを 利 用 する 場 合 ] MATLAB R13 以 降 が 必 要 ( 最 新 の 情 報 はPSIM 専 用 HPをご 参 照 ください ) [MagCoupler モジュールを 利 用 する 場 合 ] JMAG Ver.10 以 降 が 必 要 ( 最 新 の 情 報 は PSIM 専 用 HP をご 参 照 ください ) 1.4 プログラムのインストール PSIM のインストール 手 順 は 別 冊 PSIM Ver9.3 Install Manual をご 覧 ください PSIM のファイル 構 成 は 以 下 のようになっています ファイル 内 容 psim.exe PSIM 回 路 図 エディタ SIMVIEW.exe SIMVIEW 波 形 表 示 プログラム PcdEditor.exe デバイスデータベースエディタ SetSimPath.exe SimCoupler モジュールのパス 設 定 プロ グラム PSIM で 使 われるファイル 拡 張 子 は 以 下 の 通 りです *.psimsch PSIM 回 路 図 ファイル *.lib PSIM ライブラリファイル *.fra PSIM AC スイープ 解 析 出 力 ファイル(テキスト) *.dev デバイスデータベースファイル *.txt シミュレーション 出 力 ファイル(テキスト) いずれか 選 択 *.smv シミュレーション 出 力 ファイル(バイナリ) いずれか 選 択 PSIM 回 路 図 ファイルの 拡 張 子 は PSIM8.0 までは.sch でしたが PSIM9.0 では. 他 のソフトウェアとの 混 同 を 避 けるため psimsch に 変 更 されました 1.5 シミュレーション 例 プログラムに 添 付 のサンプル chop.sch を 実 行 するには 以 下 のように 操 作 します 1) PSIM を 起 動 します ) File メニューから Open を 選 び chop.sch を 選 びます 3) Simulate から Run Simulation を 選 び PSIM を 起 動 します PSIM シミュレータは netlist ファイルを 読 み 込 み シミュレーションを 開 始 します シミュレーション 結 果 は chop.txt ファイルに 保 存 されます ま た シミュレーション 中 に 生 じた 警 告 メッセージは message.doc ファイルに 保 存 されます 4) Simulate メニューから Run SIMVIEW を 選 び SIMVIEW を 起 動 します 表 示 したい 波 形 を 選 んでくださ い Options メニューで Auto-run SIMVIEW が 選 ばれている 場 合 は SIMVIEW は 自 動 的 に 起 動 します Page. 11/49

13 第 1 章 概 要 1.6 素 子 の および 形 式 PSIM で 使 用 できる 素 子 の ダイアログ ウィンドウには 3 つのタブあります ひとつはパラ メータ(Parameters) 他 の 情 報 (Other Info) そして 色 (Color)です これらを 以 下 の 図 に 示 します (Parameters)のタブで 指 定 した 情 報 はシミュレーションに 使 います その 他 の 情 報 (Other Info)はシミュレーションには 使 いません 後 者 は 報 告 書 作 成 用 で 素 子 の 定 格 製 造 元 パーツ 番 号 など の 情 報 を Other Info のタブに 保 存 しておくと PSIM の View メニューの Element List から 選 ぶパーツリ ストに 掲 載 されます (Parameters)のタブで 指 定 できる 情 報 は 数 値 または 数 式 です たとえば 抵 抗 は 次 のいずれ かの 方 法 で 指 定 できます: k 1.5Ohm 1.5kOhm 5./.Ohm R1 + R R1*0.5+(Vo+0.7)Io ここで R1 R Vo Io はファイルで(4.1 参 照 ) もしくはこの 抵 抗 がサブ 回 路 にある 場 合 (6.5 参 照 )はメイン 回 路 にて 定 義 します また PSIM では 10 の 累 乗 も 指 定 できます 以 下 の 単 位 をサポートしています G 10 9 M 10 6 k または K 10 3 m 10-3 u 10-6 n 10-9 p 10-1 数 式 にはカッコを 使 うこともできますが 大 文 字 と 小 文 字 の 区 別 はありません Page. 1/49

14 第 1 章 概 要 PSIM で 使 うことができるのは 次 の 関 数 です + 加 算 - 減 算 * 乗 算 / 除 算 ^ べき 乗 [ 例 :^3=**] SQRT 平 方 根 SIN サイン COS コサイン ASIN アーク サイン ACOS アーク コサイン TAN タンジェント ATAN アークタンジェント ATAN アークタンジェント [-π <= atan(y,x) <= π] atan(y,x) = atan(y/x) SINH ハイパボリックサイン COSH ハイパボリックコサイン EXP 指 数 [ 例 :EXP(x) = e x ] LOG 自 然 対 数 [LOG(x)=ln(x)] LOG10 常 用 対 数 ( 基 底 10) ABS 絶 対 値 SIGN 符 号 関 数 [ 例 :SIGN(1.)=1; SIGN(-1.)=-1] Page. 13/49

15 第 章 電 気 回 路 素 子 第 章 電 気 回 路 素 子.1 抵 抗 -インダクタ-キャパシタ.1.1 抵 抗 インダクタ キャパシタ PSIM には 抵 抗 (Resistor) インダクタ(Inductor) キャパシタ(Capacitor)の 各 ブランチと 集 合 RLC ブランチの 両 方 が 備 わっています インダクタ 電 流 とキャパシタ 電 圧 は 初 期 条 件 として 設 定 できます 三 相 回 路 の 設 定 を 容 易 にするために 対 称 三 相 RLC ブランチ R3 RL3 RC3 RLC3 が 備 わっています 対 称 三 相 RLC ブランチでは 初 期 インダクタ 電 流 とキャパシタ 電 圧 は 全 てゼロに 設 定 されます 三 相 ブランチの 場 合 は ドットの 付 いた 相 は A 相 になります Resistance Inductance Capacitance Initial Current Init.Cap.Coltage Current Flag Current Flag_A Current Flag_B Current Flag_C 抵 抗 (Ω) インダクタンス(H) キャパシタンス(F) 初 期 インダクタンス 電 流 (A) 初 期 キャパシタンス 電 圧 (V) ブランチ 電 流 出 力 フラグ フラグが 0 のとき 電 流 出 力 なし フラグが 1 の とき 電 流 はディスプレイ 用 出 力 ファイルに 保 存 される ブランチのドット の 付 いた 端 子 に 電 流 が 流 れ 込 むときを 正 とする それぞれ 三 相 ブランチの 相 A B C 電 流 出 力 のフラグ ブランチの 抵 抗 値 インダクタンス キャパシタンスはすべて 同 時 には 零 にできません 少 なくともパ ラメータの 一 つは 0 以 外 でなければなりません Page. 14/49

16 第 章 電 気 回 路 素 子.1. レオスタット レオスタット(Rheostat)はタップ 付 きの 抵 抗 器 です Total Resistance Tap Position Current Flag 全 抵 抗 (Ω) 端 子 k から 端 子 m までの 抵 抗 タップ 位 置 (0-1) 端 子 k から t までの 抵 抗 は R*Tap 端 子 k に 流 れ 込 む 電 流 のフラグ.1.3 可 飽 和 リアクトル 可 飽 和 リアクトル(Saturable Inductor)はインダクタの 鉄 心 の 飽 和 を 反 映 できます Current v.s. Inductance 電 流 対 インダクタンス 特 性 (i1, L1 ), (i, L ), のように 指 定 Current Flag 電 流 出 力 のフラグ 非 線 形 の B-H 曲 線 は 区 分 線 形 特 性 で 近 似 します 磁 束 密 度 B は 鎖 交 磁 束 λ に 比 例 し 磁 化 力 H は 電 流 に 比 例 するので B-H 曲 線 は 以 下 に 示 すように λ i 曲 線 で 等 価 に 表 すことができます 3 1 (B) i 1 i i 3 i (H) インダクタンス:L=λ/i インダクタンスは L=λ/i で 求 められ これは λ i 曲 線 の 傾 斜 に 相 当 します したがって 飽 和 特 性 は 異 なる 点 のデータの 対 を(i1, L1 ),(i, L ),(i3, L3 ),などのように 指 定 することにより 表 現 できます λはiの 増 加 に 伴 って L1*i1<L*i < L3*i3 のように 単 調 に 増 加 する 必 要 があります 同 様 に 実 際 の 飽 和 特 性 ではλ i 特 性 の 各 区 間 の 傾 きは 電 流 の 増 加 に 伴 って 単 調 に 減 少 するべきです 条 件 によっては 可 飽 和 リアクトルを 含 むシミュレーションは 収 束 しないかもしれません そのような 場 合 可 飽 和 リアクトルと 並 列 に 微 小 なコンデンサを 接 続 してみてください Page. 15/49

17 第 章 電 気 回 路 素 子.1.4 非 線 形 素 子 電 圧 電 流 の 非 線 形 特 性 を 表 現 する 素 子 (Nonlinear Elements)は 以 下 の 4 つが 用 意 されています 抵 抗 型 (NONV)[v = f (i )] 追 加 入 力 x 付 き 抵 抗 型 (NONV_1)[v = f (i, x )] コンダクタンス 型 (NONI)[i = f (v)] 追 加 入 力 x 付 きコンダクタンス 型 (NONI_1)[i = f (v, x)] 追 加 入 力 は 電 圧 信 号 に 限 ります ( 抵 抗 型 素 子 の 場 合 ) Expression f (i ) NONV 素 子 のための 関 数 Expression f (i, x ) NONV_1 素 子 のための 関 数 Expression df /di 電 流 に 関 する 電 圧 の 微 分 式 Initial Value io 電 流 i の 初 期 値 Lower Limit of i 電 流 i の 下 限 値 Upper Limit of i 電 流 i の 上 限 値 (コンダクタンス 型 素 子 の 場 合 ) Expression f (v) NONI 素 子 のための 関 数 Expression f (v, x) NONI_1 素 子 のための 関 数 Expression df /dv 電 圧 に 関 する 電 流 の 微 分 式 Initial Value vo 電 圧 v の 初 期 値 Lower Limit of v 電 圧 v の 下 限 値 Upper Limit of v 電 圧 v の 上 限 値 電 圧 / 電 流 の 初 期 値 および 上 下 限 値 を 適 切 に 設 定 することで 解 の 収 束 が 得 やすくなります Page. 16/49

18 第 章 電 気 回 路 素 子 例 : 非 線 形 ダイオード 上 の 回 路 で 非 線 形 素 子 (NONI)が 非 線 形 ダイオードを 模 擬 しています ダイオードの 電 流 は 電 圧 の 関 数 で i = *(e 40*v -1) と 与 えています PSIM ではこの 非 線 形 素 子 の 特 性 は 以 下 のように 指 定 します Expression f (v) 1e-14*(EXP(40*v)-1) Expression df /dv 40e-14*EXP(40*v) Initial Value vo 0 Lower Limit of v -1e3 Upper Limit of v 1. スイッチ PSIM のスイッチ 素 子 にはふたつの 基 本 タイプがあります ひとつはスイッチ モード 素 子 で 遮 断 (オ フ)または 飽 和 (オン)のいずれかの 状 態 で 動 作 するもの もうひとつは 線 形 スイッチ 素 子 で 遮 断 線 形 飽 和 のいずれかの 領 域 で 動 作 します スイッチ モード 素 子 には 次 のようなスイッチがあります ダイオード ダイアック(DIODE/DIAC) サイリスタ トライアック(THY/TRIAC) 自 己 転 流 スイッチ: - Gate Turn-Off サイリスタ(GTO) - npn および pnp トランジスタ(npn/pnp Transistor) - IGBT(IGBT) - n 型 および p 型 MOSFET 双 方 向 スイッチ スイッチモデルは 理 想 型 で オン オフ 時 の 過 渡 動 作 は 無 視 されます スイッチは 10μΩ のオン 抵 抗 を 持 ちます スイッチと 並 列 接 続 されている R, L, C が 全 く 無 い 場 合 10MΩ の 抵 抗 がスイッチの 内 部 を 横 切 って 接 続 されていることになります この 抵 抗 はオフ 抵 抗 としてみること が 出 来 ます この 抵 抗 を 変 更 したいと 思 う 場 合 が 有 ると 思 います オフ 抵 抗 を 例 えば 100MΩに 変 更 するに は 100MΩの 抵 抗 をスイッチに 並 列 に 接 続 してください PSIM は 既 にスイッチに 並 列 な 抵 抗 が 存 在 する と 認 識 し 10MΩの 抵 抗 を 加 えることはしません スナバ 回 路 は 必 要 としません Page. 17/49

19 第 章 電 気 回 路 素 子 線 形 スイッチ 素 子 には 以 下 のタイプがあります npn バイポーラ 接 合 トランジスタ (npn Transistor(3-state)) pnp バイポーラ 接 合 トランジスタ (pnp Transistor(3-state)) n-チャネル MOSFET (MOSFET(3-state)) p-チャネル MOSFET (p-mosfet(3-state))..1 ダイオード LED ツェナーダイオード DIAC ダイオード(Diode) LED 発 光 ダイオード(LED)は 導 通 すると 発 光 します ダイオードや LED の 導 通 は 回 路 操 作 条 件 によって 決 定 されます ダイオードは 閾 値 電 圧 を 超 えて 正 方 向 にバイアスされるとオンし 電 流 が 0 になるとオフし ます Diode Threshold Voltage ダイオードの 閾 値 電 圧 (Vd_th, 単 位 V) 正 のバイアス 電 圧 が Vd_th 以 上 に なると LED が 導 通 します Diode Resistance 導 通 時 のダイオード 抵 抗 値 Rd( 単 位 Ω) Initial Position Current Flag ダイオード 初 期 状 態 フラグ(1:オン;0:オフ) ダイオードの 電 流 フラグ ダイオードおよび LED の i-v 特 性 は 以 下 の 通 りです Page. 18/49

20 第 章 電 気 回 路 素 子 ツェナーダイオード PSIM のツェナーダイオードは 以 下 に 示 すような 回 路 によりモデル 化 されています Breakdown Voltage ツェナーダイオードのブレイク 電 圧 (V B, 単 位 V) Forward Threshold Voltage 順 方 向 の 閾 値 電 圧 (アノードからカソード 間 )( 単 位 V) Forward Resistance 順 方 向 のオン 抵 抗 ( 単 位 Ω) Current Flag ツェナーダイオードの 電 流 フラグ(アノードからカソード 方 向 ) ツェナーダイオードが 順 方 向 にバイアスされた 場 合 は 通 常 のダイオードとして 動 作 します 逆 方 向 に バイアスされた 場 合 は カソード 電 圧 VKA がブレイク 電 圧 VB 以 下 である 限 り 導 通 を 阻 止 します 電 圧 VKA が VB より 高 い 場 合 には 電 圧 VKA が VB にクランプされます (ツェナーダイオードがクランプする と ダイオードのオン 抵 抗 が 10μΩ なので カソード-アノード 間 の 電 圧 は 実 際 には VKA=VB+10μΩ* IKA となり IKA の 値 によっては VKA は VB よりも 少 し 高 くなります 電 流 IKA が 非 常 に 大 きい 場 合 は 電 圧 VKA は VB よりもかなり 高 くなる 可 能 性 があります ) ダイアック(DIAC) ダイアック(DIAC)は 双 方 向 性 のダイオードです ダイアックはブレイクオーバー(breakover) 電 圧 が かかるまで 電 流 を 通 しません DIAC が 導 通 するようになったあとの 電 圧 はブレイクバック(breakback) 電 圧 と 呼 ばれます Breakover Voltage Breakback Voltage Current Flag DIAC が 導 通 を 始 める 電 圧 (V) 導 通 時 電 圧 降 下 (V) DIAC の 電 流 フラグ Page. 19/49

21 第 章 電 気 回 路 素 子.. サイリスタ トライアック サイリスタはターンオンが 制 御 できます ターンオフは 回 路 条 件 で 決 定 されます トライアックは 両 方 向 に 電 流 を 流 すことができるサイリスタです トライアックは 逆 向 きの つのサイリ スタが 並 列 接 続 された 構 造 をしています Voltage Drop Holding Current サイリスタ 導 通 時 電 圧 降 下 サイリスタの 最 小 導 通 電 流 ; 電 流 がこの 値 以 下 になるとサイリスタの 状 態 は OFF になります(サイリスタのみに 適 用 ) Latching Current サイリスタを ON 状 態 に 保 つ 最 小 電 流 (サイリスタのみに 適 用 ) Initial Position スイッチ 初 期 状 態 フラグ(サイリスタのみに 適 用 ) Current Flag スイッチ 電 流 出 力 フラグ TRIAC の Holding Current と Latching Current はいずれもゼロです サイリスタおよび TRIAC を 制 御 するには つの 方 法 があります 一 つはゲート ブロック(GATING) を 使 うことです もう 一 つはスイッチ コントローラを 使 うことです サイリスタまたは TRIAC のゲート 極 はこれらのいずれかに 接 続 されていなければなりません 例 :サイリスタ スイッチの 制 御 Gating Block Alpha Controller 左 側 の 回 路 はスイッチ ゲート 信 号 ブロック(..6 参 照 )を 使 っています スイッチング ゲートパタ ーンと 周 波 数 はシミュレーション 開 始 前 に 設 定 し シミュレーション 中 に 変 化 することはありません 右 側 の 回 路 は 点 弧 角 制 御 器 (4.7. 参 照 )を 使 っています 遅 れ 角 α( 度 )は 回 路 の 直 流 電 圧 源 により 指 定 さ れます Page. 0/49

22 第 章 電 気 回 路 素 子..3 GTO トランジスタ 群 GTO,IGBT,MOSFET のような 自 己 転 流 スイッチはゲートが High(スイッチ コントローラなどから 論 理 値 1 が 入 るとき)に 順 方 向 バイアス(コレクタ-エミッタまたはドレイン-ソース 間 電 圧 が 正 )され たときにオンします またゲート 電 圧 が Low の 場 合 や 電 流 が 0 になった 場 合 はいつでもオフします これに 対 し pnp バイポーラ 接 合 トランジスタと p チャネル MOSFET はゲート 信 号 が Low で かつ 逆 方 向 バイアスが 掛 かった(コレクタ-エミッタまたはドレイン-ソース 間 電 圧 が 負 )ときにオフします GTO スイッチは 正 方 向 と 逆 方 向 の 両 方 の 阻 止 能 力 を 持 った 対 称 素 子 です IGBT と MOSFET スイッチの モジュールは 能 動 スイッチと 逆 並 列 ダイオードから 構 成 されています MOSFET スイッチの MOSFET(RDS(on))と p-mosfet(rds(on))は 接 合 温 度 の 関 数 としてオン 抵 抗 を 持 っ ています PSIM の BJT スイッチは 実 際 のデバイスとは 異 なり (GTO のように) 逆 方 向 電 圧 をブロックします また 電 流 ではなくゲート 信 号 電 圧 により 制 御 されます (GTO) Voltage Drop Initial Position GTO 導 通 電 圧 降 下 (V) スイッチ 初 期 状 態 フラグ(0:オフ 1:オン) Current Flag スイッチ 電 流 出 力 フラグ(0: 非 表 示 1: 表 示 ) (npn および pnp BJT) Saturation Voltage Initial Position 飽 和 電 圧 Vce_sat(npn の 場 合 )または Vec_sat(pnp の 場 合 )(V) スイッチ 初 期 状 態 フラグ(0:オフ 1:オン) Current Flag スイッチ 電 流 出 力 フラグ(0: 非 表 示 1: 表 示 ) (n チャネルおよび p チャネル MOSFET) On Resistance Diode Threshold Voltage Diode Resistance Initial Position MOSFET のオン 抵 抗 Rds_on(Ω) 逆 並 列 ダイオード 閾 値 電 圧 (V) 逆 並 列 ダイオードのオン 抵 抗 (Ω) スイッチ 初 期 状 態 フラグ(0:オフ 1:オン) Current Flag スイッチ 電 流 出 力 フラグ(0: 非 表 示 1: 表 示 ) Page. 1/49

23 第 章 電 気 回 路 素 子 (n チャネルおよび p チャネル MOSFET(Rds(on))) Tj at Test RDS(on) at Test Temperature Coefficient Diode Threshold Voltage Diode Resistance Initial Position 試 験 時 のジャンクション 温 度 Tj_b( ) 試 験 時 のオン 抵 抗 Rds_on(Ω) オン 抵 抗 の 温 度 係 数 (1/ ) 逆 並 列 ダイオード 閾 値 電 圧 (V) 逆 並 列 ダイオードのオン 抵 抗 (Ω) スイッチ 初 期 状 態 フラグ(0:オフ 1:オン) Current Flag スイッチ 電 流 出 力 フラグ(0: 非 表 示 1: 表 示 ) (IGBT) Saturation Voltage Transistor Resistance Diode Threshold Voltage Diode Resistance Initial Position IGBT の 飽 和 電 圧 Vce_sat(V) トランジスタのオン 抵 抗 (Ω) 逆 並 列 ダイオード 閾 値 電 圧 (V) 逆 並 列 ダイオードのオン 抵 抗 (Ω) スイッチ 初 期 状 態 フラグ(0:オフ 1:オン) Current Flag スイッチ 電 流 出 力 フラグ(0: 非 表 示 1: 表 示 ) MOSFET(RDS(ON))と p- MOSFET(RDS(ON))の 画 像 は ゲート 上 部 のノードは ジャンクシ ョン 温 度 を 定 義 するためのものです このノードの 電 圧 信 号 は ジャンクション 温 度 Tj( )を 定 義 しま す 例 えば 5V の 電 圧 値 は 5 の 接 合 部 温 度 を 意 味 します MOSFET のオン 抵 抗 は 以 下 のとおり 表 され るジャンクション 温 度 の 関 数 になります: R R ( 1 KT ( Tj Tj _ DS ( ON ) DS ( ON ) _ b b 自 己 転 流 スイッチはゲート ブロック(GATING)かスイッチ コントローラのいずれかで 制 御 されま す これらはスイッチのゲート(ベース) 極 に 接 続 されていなければなりません )) 例 :MOSFET スイッチの 制 御 左 側 の 回 路 はゲート ブロックを 使 用 し 右 側 の 回 路 はオンオフ 制 御 器 (4.7.1 参 照 )を 使 用 します ゲ ート 信 号 は 比 較 器 の 出 力 で 決 定 されます Page. /49

24 第 章 電 気 回 路 素 子 例 :npn バイポーラ 接 合 トランジスタ(BJT)の 制 御 左 側 の 回 路 はゲート ブロックを 右 側 の 回 路 はオンオフ スイッチ コントローラを 使 用 しています 以 下 の 例 は npn スイッチを 制 御 するもうひとつの 例 です 左 の 回 路 は 実 際 の 回 路 での npn スイッチを 制 御 する 接 続 を 示 します この 場 合 ゲート 電 圧 V B を 変 圧 器 を 介 してトランジスタのベース 駆 動 回 路 に 加 えると ベース 電 流 がトランジスタの 導 通 状 態 を 決 めます PSIM ではこれを 右 のように 構 成 します ダイオード D be を 使 ってベース-エミッタ 間 0.7V の 電 圧 降 下 を 表 現 しています ベース 電 流 が 0(もしくは 一 定 の 閾 値 ;この 場 合 ベース 電 流 は 直 流 電 源 と 比 べます) を 越 えると 比 較 器 の 出 力 が 1 になり オンオフ スイッチ コントローラを 介 してトランジスタにター ンオン パルスを 加 えます..4 双 方 向 スイッチ PSIM ではシングルスイッチ 三 相 スイッチ 及 びプッシュボタンスイッチの 3 タイプの 双 方 向 スイッチ を 用 意 しています Page. 3/49

25 第 章 電 気 回 路 素 子 Initial Position Initia Position (for Phase A/B/C) Switch position Current Flag Current Flag (for Phase A/B/C) スイッチ 初 期 状 態 フラグ(シングルスイッチのみ) 三 相 スイッチの A B C 相 の 初 期 状 態 フラグ プッシュボタンのスイッチ 状 態 (オンかオフ) スイッチ 電 流 フラグ(シングルスイッチのみ) A B C 相 のスイッチ 電 流 フラグ 三 相 スイッチのイメージで ドット 付 スイッチが A 相 です シングルスイッチ 及 び 三 相 双 方 向 のスイッ チに 関 しては 電 圧 バイアス 状 態 にかかわらず ゲート 信 号 が High の 時 オンであり ゲート 信 号 が Low の ときオフです プッシュボタンスイッチにおいて スイッチ 状 態 は 入 力 で 設 定 されます..5 線 形 スイッチ PSIM には 線 形 スイッチとして npn および pnp バイポーラ 接 合 トランジスタと n-チャンネル 及 び p-チャ ンネル MOSFET モデルを 用 意 しています 線 形 npn バイポーラ 接 合 トランジスタ(npn Transistor(3-state)) 線 形 pnp バイポーラ 接 合 トランジスタ(pnp Transistor(3-state)) 線 形 n-チャネル MOSFET(MOSFET(3-state)) 線 形 p-チャネル MOSFET(p-MOSFET(3-state)) BJT の Current Gain beta トランジスタの 電 流 ゲイン β(β=i c / I b として 定 義 ) Bias Voltage Vr Vce,sat [PNP の 場 合 は Vec,sat] MOSFET の 順 方 向 バイアス 電 圧 (NPN の 場 合 ベース-エミッタ 間,PNP の 場 合 エミ ッタ-ベース 間 ) NPN のコレクタ-エミッタ 間 飽 和 電 圧 および PNP のエミッタ-コレク タ 間 飽 和 電 圧 On Resistance Threshold voltage Vgs(th) Transconductance gm Diode Voltage Drop MOSFET のオン 抵 抗 Rds(on) ( 単 位 :Ω) ゲート-ソース 電 圧 の 閾 電 圧 ( 単 位 :V) MOSFET の 相 互 コンダクタンス 逆 並 列 ダイオードの 順 方 向 電 圧 降 下 ( 単 位 :V) Page. 4/49

26 第 章 電 気 回 路 素 子 線 形 BJT スイッチはベース 電 流 Ib で 制 御 されます スイッチの 状 態 は 遮 断 (オフ), 線 形, 飽 和 (オン) のいずれかの 領 域 です 以 下 に NPN トランジスタの 各 領 域 電 圧 電 流 特 性 を 示 します - 遮 断 領 域 : Vbe < Vr;Ib = 0; Ic = 0 - 線 形 領 域 : Vbe = Vr;Ic = β* Ib; Vce > Vce, sat - 飽 和 領 域 : Vbe = Vr;Ic < β* Ib; Vce = Vce, sat ここで Vbe はベース-エミッタ 間 電 圧 Vce はコレクタ-エミッタ 間 電 圧 Ic はコレクタ 電 流 です PNP トランジスタの 場 合 の 各 領 域 の 電 圧 電 流 特 性 を 以 下 に 示 します - 遮 断 領 域 : Veb < Vr;Ib = 0; Ic = 0 - 線 形 領 域 : Veb = Vr;Ic = β* Ib; Vec < Vec,sat - 飽 和 領 域 : Veb = Vr;Ic < β* Ib; Vec = Vec,sat ここで Veb はエミッタ-ベース 間 電 圧 Vec はエミッタ-コレクタ 間 電 圧 I c はコレクタ 電 流 です 線 形 MOSFET スイッチはゲート-ソース 間 電 圧 Vgs で 制 御 されます スイッチの 状 態 は 遮 断 (オフ), 線 形 (リニア), 飽 和 (オン)のいずれかの 領 域 です 以 下 に n-チャンネル MOSFET の 場 合 の 各 領 域 の 特 性 を 示 します - 遮 断 領 域 : Vgs<Vgs(th); Id=0 - 能 動 領 域 : Vgs>Vgs(th) 及 び Vgs-Vgs(th)<Vds; Id=gm*(Vgs-Vgs(th)) - オーム 領 域 : Vgs>Vgs(th) 及 び Vgs-Vgs(th)>Vds; Id=Vds/Rds(on) ここで Vgs はゲート-ソース 間 電 圧 Vds はドレイン-ソース 間 電 圧 Id はドレイン 電 流 です p-チャンネル MOSFET の 場 合 の 各 領 域 の 特 性 を 示 します - 遮 断 領 域 : Vgs>Vgs(th); Id=0 - 能 動 領 域 : Vgs<Vgs(th) 及 び Vgs-Vgs(th)>Vds; Id=gm*(Vgs-Vgs(th)) - オーム 領 域 : Vgs<Vgs(th) 及 び Vgs-Vgs(th)<Vds; Id=Vds/Rds(on) 線 形 スイッチの NPN/PNP BJT 及 び n-チャンネル/p-チャンネル MOSFET ではゲート(ベース)ノード はパワー 端 子 です 必 ずパワー 回 路 素 子 ( 抵 抗 や 電 源 など)に 接 続 するようにしてください ゲート ブロ ックやスイッチ 制 御 回 路 に 接 続 することはできません ご 注 意 :BJT 及 び MOSFET の 線 形 スイッチモデルは 単 純 な 回 路 では 問 題 ありませんが 回 路 が 複 雑 にな ると 正 しく 動 作 しないことがあります これらのモデルをご 使 用 になるときは 充 分 ご 注 意 くださ い Page. 5/49

27 第 章 電 気 回 路 素 子 以 下 に 線 形 スイッチモデルの 使 用 例 を 示 します 左 側 の 回 路 は 線 形 レギュレータ 回 路 で トランジスタ は 線 形 領 域 で 動 作 します 右 側 の 回 路 は 簡 単 なテスト 回 路 です 例 : 線 形 トランジスタ NPN_1 を 使 った 回 路 NPN_1 NPN_1..6 スイッチ ゲート 信 号 ブロック スイッチ ゲート 信 号 ブロックはスイッチやスイッチ モジュールのゲート 信 号 パターンを 定 義 します また スイッチ 素 子 のゲート 端 子 にのみ 接 続 できます その 他 の 素 子 には 接 続 できません Frequency No. of Points Switching Points File for Gating Table ゲート 信 号 ブロックに 接 続 されたスイッチやスイッチ モジュールの 動 作 周 波 数 (Hz) スイッチングポイント 数 (Gating Block のみ) スイッチングポイント( 度 数 ) 周 波 数 が 0 の 場 合 は スイッチングポイン トは 秒 を 意 味 します (Gating Block のみ) File 名 指 定 による 参 照 テーブル(Gating Block (file) のみ) スイッチングポイント 数 は 1 周 期 内 のスイッチング 動 作 の 総 数 を 意 味 します 例 えば スイッチが 1 周 期 内 に 1 度 オンオフされた 場 合 は スイッチングポイント 数 は になります Gating Table File は sch ファイルと 同 じフォルダに 置 いてください Gating Table File のフォーマット は 次 のようになります n G1 G Gn G1 G Gn はスイッチングポイントです Page. 6/49

28 第 章 電 気 回 路 素 子 例 : スイッチが 000Hz で 動 作 し 1 周 期 内 で 以 下 のようなゲート パターンを 持 つと 仮 定 します PSIM では このスイッチのゲート ブロックの は 以 下 となります 周 波 数 000 ポイント 数 6 スイッチングポイント 35, 9, 175, 187, 345, 357 ゲート パターンには 6 個 所 のスイッチングポイント(3 パルス)があります 対 応 するスイッチング 角 はそれぞれ 35, 9, 175, 187, 345, 357 となります Gating Block (file) を 使 う 場 合 は 次 のようになります 周 波 数 000 スイッチングポイントファイル test.tbl test.tbl は 次 のようになります 単 相 スイッチ モジュール PSIM には 内 蔵 の 単 相 ダイオードブリッジモジュール(single-phase diode bridge module)とサイリスタ ブリッジモジュール(thyristor bridge module)があります とモジュールの 内 部 接 続 を 以 下 に 示 します Page. 7/49

29 第 章 電 気 回 路 素 子 Diode Voltage Drop or Voltage Drop Init.Position_i Current Flag_i ダイオードかサイリスタの 順 方 向 電 圧 降 下 スイッチ i 用 初 期 状 態 スイッチ i 用 電 流 フラグ サイリスタモジュールの 底 部 にある 端 子 Ct はスイッチ 1 用 のゲート 制 御 端 子 です サイリスタモジュー ルについては スイッチ 1 用 のゲート 制 御 だけを 指 定 します 他 のスイッチのゲート 制 御 はプログラム 内 部 で 参 照 されます 単 一 サイリスタ スイッチと 同 様 に サイリスタ ブリッジも 以 下 の 例 に 示 すようにゲート 信 号 ブロッ クか 点 弧 角 コントローラのいずれかで 制 御 されます 例 :サイリスタ ブリッジの 制 御 左 側 の 電 流 ゲート 制 御 はゲート 信 号 ブロックで 指 定 され 右 側 は 点 弧 角 コントローラで 制 御 されます 点 弧 角 コントローラの 大 きな 利 点 は サイリスタ ブリッジの 遅 れ 角 α を 角 度 で 直 接 に 制 御 できる 点 です..8 三 相 スイッチ モジュール 以 下 の 図 に 三 相 スイッチ モジュールと 内 部 接 続 を 示 します Page. 8/49

30 第 章 電 気 回 路 素 子 (ダイオードブリッジ) Diode Threshold Voltage ダイオードの 閾 値 電 圧 降 下 (V) Diode Resistance ダイオードのオン 抵 抗 (Ω) Init.Position_i スイッチ i 用 初 期 状 態 フラグ Current Flag_i スイッチ i 用 電 流 フラグ (サイリスタブリッジ) Votage Drop サイリスタの 導 通 電 圧 降 下 (V) Init.Position_i スイッチ i 用 初 期 状 態 フラグ Current Flag_i スイッチ i 用 電 流 フラグ (VSI3 ブリッジ)( MOSFET スイッチ) On Resistor MOSFET のオン 抵 抗 (Ω) Diode Threshold Voltage ダイオードの 閾 値 電 圧 降 下 (V) Diode Resistance ダイオードのオン 抵 抗 (Ω) Init.Position_i スイッチ i 用 初 期 状 態 フラグ Current Flag_i スイッチ i 用 電 流 フラグ (VSI3 ブリッジ)( IGBT スイッチ) Saturation Voltage IGBT トランジスタの 飽 和 電 圧 Vce_sat(Ω) Transistor Resistance IGBT トランジスタのオン 抵 抗 (Ω) Diode Threshold Voltage 逆 並 列 ダイオードの 閾 値 電 圧 降 下 (V) Diode Resistance 逆 並 列 ダイオードのオン 抵 抗 (Ω) Init.Position_i スイッチ i 用 初 期 状 態 フラグ Current Flag_i スイッチ i 用 電 流 フラグ Page. 9/49

31 第 章 電 気 回 路 素 子 (CSI3 ブリッジ) Voltage Drop スイッチの 順 方 向 導 通 電 圧 降 下 (V) Resistance スイッチの 順 方 向 オン 抵 抗 (Ω) Init.Position_i スイッチ i 用 初 期 状 態 フラグ Current Flag_i スイッチ i 用 電 流 フラグ 単 相 モジュールと 同 様 に 三 相 モジュールについてはスイッチ 1 用 のゲート 制 御 だけを 指 定 します 他 のスイッチのゲート 制 御 は 自 動 的 に 参 照 されます 半 波 サイリスタ ブリッジについては 隣 接 二 相 間 で 10 度 ずれています その 他 の 全 てのブリッジについては 60 度 ずれています サイリスタ ブリッジは 点 弧 角 コントローラで 制 御 されます 同 様 に PWM 電 圧 電 流 源 インバータは PWM ルックアップテーブルコントローラで 制 御 されます 以 下 に 三 相 電 圧 源 インバータモジュールの 制 御 の 例 を 示 します 例 : 三 相 VSI モジュールの 制 御 V ac PWM Controller 左 側 のサイリスタ 回 路 は 点 弧 角 コントローラを 使 用 します 三 相 回 路 については 電 圧 V ac のゼロクロ ス 時 が 遅 れ 角 α=0 に 対 応 します そのため この 信 号 はコントローラに 同 期 を 与 えるために 使 用 されま す 右 側 の 回 路 は PWM ルックアップテーブルコントローラを 使 用 します PWM パターンはテキスト ファ イルのルックアップテーブルに 保 存 されます ゲート パターンは 変 調 指 標 に 基 づいて 選 択 されます PWM ルックアップテーブル 制 御 器 の 入 力 としては 他 に 遅 れ 角 同 期 化 有 効 無 効 信 号 があります PWM ルッ クアップテーブル 制 御 器 の 詳 細 は において 説 明 します Page. 30/49

32 第 章 電 気 回 路 素 子.3 相 互 結 合 インダクタ PSIM では から 6 までのブランチ 5 種 類 の 相 互 結 合 インダクタが 提 供 されています Lii(self) インダクタ i の 自 己 インダクタンス(H) Lij(mutual) インダクタ i と j の 間 の 相 互 インダクタンス Initial Current ii インダクタ i の 初 期 電 流 Current Flag_i インダクタ i の 電 流 出 力 フラグ では がインダクタ 1 が が 3 +が 4 が 5 *が 6 を 示 します 下 図 には ブランチの 相 互 結 合 インダクタを 示 しています L11 と L をそれぞれブランチ 1 と の 自 己 インダクタンス また L1 と L1 をそれぞれ 相 互 インダクタン スとします するとブランチ 電 圧 と 電 流 には 以 下 のような 関 係 になります 巻 線 間 の 相 互 インダクタンス は 常 に 等 しい(L1=L1)と 仮 定 しています v v 1 L L 11 1 L L 1 SPICE では 相 互 結 合 インダクタは 自 己 インダクタンスと 相 互 結 合 係 数 により 定 義 されています つ のブランチのある 相 互 結 合 インダクタでは 相 互 結 合 係 数 K は 以 下 のように 定 義 されています d dt i i 1 K L L 11 1 L Page. 31/49

33 第 章 電 気 回 路 素 子 この 場 合 相 互 インダクタンスは 以 下 のように 計 算 されます L 1 K L11 L 相 互 結 合 係 数 は 0 から 1 の 間 の 値 となります 相 互 結 合 係 数 が 1 の 時 完 全 に 相 互 結 合 されているこ とを 意 味 します ただし PSIM においては 完 全 な 相 互 結 合 は 許 容 されておりません よって 相 互 結 合 が 1 になることはあり 得 ません また 漏 洩 インダクタンスが 無 視 された 場 合 すなわち 相 互 結 合 係 数 が 1 に 近 い 場 合 は 自 己 インダク タンスは 巻 数 比 の 二 乗 に 比 例 します よって ブランチ 1 が N1 の 巻 き 数 を 持 ち ブランチ が N の 巻 き 数 を 持 っている 場 合 以 下 のようになります L1 L N N 1 例 : 相 互 結 合 インダクタが L11=1mH L=1.1mH L1=L1=0.9mH のような 自 己 インダクタンスと 相 互 イン ダクタンスを 持 っているとします 結 合 係 数 は K=0.86 です この 素 子 の は 以 下 のようになります L11( 自 己 ) 1.e-3 L1( 相 互 ) 0.9e-3 L( 自 己 ) 1.1e-3.4 変 圧 器.4.1 理 想 変 圧 器 理 想 変 圧 器 (Ideal Transformer)には 損 失 漏 れ 磁 束 がありません 大 きなドットの 付 いた 巻 線 が 1 次 側 を 表 し もう 一 方 の 巻 線 が 次 側 を 表 します Np(primary) 1 次 巻 線 巻 数 Ns(secondary) 次 巻 線 巻 数 巻 線 比 は 定 格 電 圧 比 に 等 しいので 巻 数 は 各 側 の 定 格 電 圧 で 置 き 換 えることができます Page. 3/49

34 第 章 電 気 回 路 素 子.4. 単 相 変 圧 器 PSIM では 単 相 変 圧 器 モジュールは 以 下 のように 備 わっています TF_1F/TF_1F_1 1 次 巻 線 が 1 と 次 巻 線 が 1 の 変 圧 器 TF_1F_3W 1 次 巻 線 が 1 と 次 巻 線 が の 変 圧 器 TF_1F_4W 1 次 巻 線 が と 次 巻 線 が の 変 圧 器 TF_1F_5W/TF_1F_5W_1 1 次 巻 線 が 1 と 次 巻 線 が 4 の 変 圧 器 TF_1F_6W 1 次 巻 線 が と 次 巻 線 が 4 の 変 圧 器 TF_1F_7W 1 次 巻 線 が 1 と 次 巻 線 が 6 の 変 圧 器 TF_1F_8W 1 次 巻 線 が と 次 巻 線 が 6 の 変 圧 器 単 相 巻 線 変 圧 器 は 以 下 のようにモデル 化 されています Rp Lp Rs Ls Np:Ns Primary Lm Secondary Ideal ここで Rp と Rs は 1 次 / 次 巻 線 抵 抗 Lp と Ls は 1 次 / 次 巻 線 漏 れインダクタンス Lm は 磁 化 インダク タンスです 全 ての 値 は 1 次 側 から 参 照 した 値 で 表 現 されています では p は 1 次 側 を s は 次 側 を tは 3 次 側 を 表 します 大 きなドットの 付 いた 巻 線 が 1 次 巻 線 を 表 します 多 巻 線 変 圧 器 については 巻 線 の 順 番 は 上 から 下 に 数 えます または 3 巻 線 変 圧 器 についての は 以 下 のようになります Page. 33/49

35 第 章 電 気 回 路 素 子 Rp (primary) Rs (secondary) Rt (tertiary) Lp (pri.leakage) Ls (sec.leakage) Lt (tertiary) Lm (magnetizing) Np (primary) Ns (secondary) Nt (tertiary) 1 次 巻 線 次 巻 線 3 次 巻 線 の 抵 抗 (Ω) 1 次 側 に 換 算 1 次 巻 線 次 巻 線 3 次 巻 線 の 漏 れインダクタンス(H) 1 次 側 に 換 算 磁 化 インダクタンス(H) 1 次 側 に 換 算 1 次 巻 線 次 巻 線 3 次 巻 線 の 巻 数 すべての 抵 抗 およびインダクタンスが 1 次 巻 線 側 に 参 照 されます つ 以 上 の 1 次 巻 線 または 3 以 上 の 次 巻 線 を 持 つ 変 圧 器 についての は 以 下 のようになります Rp_i (primary i) Rs_i (secondary i) Lp_i (pri. i leakage) Ls_i (sec. i leakage) Lm (magnetizing) Np_I (primary i) Ns_i (secondary i) i 番 目 の 1 次 巻 線 次 巻 線 3 次 巻 線 の 抵 抗 (Ω) 1 次 側 に 換 算 i 番 目 の 1 次 巻 線 次 巻 線 3 次 巻 線 の 漏 れインダクタンス(H) 1 次 側 に 換 算 磁 化 インダクタンス(H) 1 次 側 に 換 算 i 番 目 の 1 次 巻 線 次 巻 線 3 次 巻 線 の 巻 数 すべての 抵 抗 およびインダクタンスが 1 次 巻 線 側 に 参 照 されます 例 : 単 相 巻 線 変 圧 器 が 巻 線 抵 抗 0.00Ω 1 次 側 次 側 両 方 の 漏 れインダクタンス 1mH( 全 て 1 次 側 に 換 算 ) 磁 化 インダクタンス 100mH 巻 線 比 Np:Ns=0:440 とします 変 圧 器 の は 以 下 のとおりです R p (1 次 ) m R s ( 次 ) m L p (1 次 ) 1m L s ( 次 ) 1m L m ( 磁 化 ) 100m N p (1 次 ) 0 N s ( 次 ) 440 Page. 34/49

36 第 章 電 気 回 路 素 子.4.3 三 相 変 圧 器 PSIM には 以 下 に 示 すような 巻 線 と 3 巻 線 の 変 圧 器 モジュールが 提 供 されており 全 て 三 脚 鉄 心 で す - 三 相 変 圧 器 ( 巻 線 接 続 無 し) - 三 相 Y/Y Y/Δ 接 続 変 圧 器 - 三 相 三 巻 線 変 圧 器 ( 巻 線 接 続 無 し) - 三 相 三 巻 線 Y/Y Y/Δ 接 続 変 圧 器 - 三 相 三 巻 線 Y/Z1 Y/Z Δ/Z1 Δ/Z 移 相 変 圧 器 - 三 相 四 巻 線 変 圧 器 ( 巻 線 接 続 無 し) - 三 相 六 巻 線 変 圧 器 ( 巻 線 接 続 無 し) Page. 35/49

37 第 章 電 気 回 路 素 子 ( 移 相 変 圧 器 を 除 いた 全 ての 変 圧 器 の 場 合 ) Rp (primary) Rs (secondary) Rt (tertiary) Lp (pri.leakage) Ls (sec.leakage) Lt (ter.leakage) Lm (magnetizing) Np (primary) Ns (secondary) Nt (tertiary) ( 移 相 変 圧 器 の 場 合 ) Rp (primary) Rs1 (secondary 1) Rs (secondary ) Lp (primary leakage) Ls1 (secondary 1 leakage) Ls 1 次 巻 線 次 巻 線 3 次 巻 線 の 抵 抗 (Ω) 1 次 側 に 換 算 1 次 巻 線 次 巻 線 3 次 巻 線 の 漏 れインダクタンス(H) 1 次 側 に 換 算 磁 化 インダクタンス(H) 1 次 側 に 換 算 1 次 巻 線 次 巻 線 3 次 巻 線 の 巻 数 1 次 巻 線 次 巻 線 次 巻 線 ( nd)の 抵 抗 (Ω) 1 次 側 に 換 算 1 次 巻 線 次 巻 線 次 巻 線 (nd)の 漏 れインダクタンス(H) 1 次 側 に 換 算 (secondary leakage) L m (magnetizing) 磁 化 インダクタンス(H) 1 次 側 に 換 算 Np (primary) Ns1 (secondary 1) Ns (secondary ) 1 次 巻 線 次 巻 線 次 巻 線 (nd)の 巻 数 で p は 1 次 側 を s は 次 側 を t は 3 次 側 を 表 します 全 ての 抵 抗 とインダクタンスは 1 次 側 もしくは 第 1 巻 線 側 を 参 照 しています 三 相 変 圧 器 は 単 相 変 圧 器 と 同 様 にモデル 化 されています 全 て のは 1 次 側 に 換 算 した 値 で 表 されています 三 相 移 相 変 圧 器 では 角 度 δは 次 線 間 電 圧 Vab と 1 次 線 間 電 圧 VAB の 位 相 の 差 を 意 味 します 角 度 と 巻 線 数 の 関 係 1 は 以 下 の 通 りです Y/Z1 変 圧 器 の 場 合 : Y/Z 変 圧 器 の 場 合 : Ns sin(30 ) 0 30 N N sin(30 ) s1 s1 N s N 1 sin(30 p s1 N s ) s V V N sin(30 ) s 0 30 N N sin(30 ) N N 1 V sin(30 ) V p s1 N s AB ab AB ab 1 B. Wu, High-Power Converters and AC Drives, John Wiley & Sons, 006 Page. 36/49

38 第 章 電 気 回 路 素 子 Delta/Z1 変 圧 器 の 場 合 : Delata/Z 変 圧 器 の 場 合 : N s1 s1 N s N N s sin( ) sin(60 ) N 3 V sin(60 ) V p s1 N s s 30 0 N sin(60 ) s N N sin( ) N N 3 V sin( ) V p s1 N s 下 表 は 一 般 的 な 変 圧 器 の 巻 線 比 と 位 相 遅 れを 示 しています δ (deg) Ns/(Ns1+Ns) AB ab AB ab Np/(Ns1+Ns)*Vab/VAB Y/Z1 Y/Z Δ/Z1 Δ/Z Y/Z1 Y/Z Δ/Z1 Δ/Z 三 相 変 圧 器 ( 可 飽 和 ) 飽 和 と 残 留 磁 束 を 考 慮 可 能 な 三 相 3 巻 線 の 変 圧 器 モジュールが 提 供 されています Page. 37/49

39 第 章 電 気 回 路 素 子 Operating Voltage (phase) Operating Frequency Rp(primary) Lp(pri.leakage) 変 圧 器 1 次 側 の 一 相 あたりの 電 圧 実 効 値 (V) 変 圧 器 の 動 作 周 波 数 (Hz) 1 次 巻 線 抵 抗 (Ω) 1 次 巻 線 の 漏 れインダクタンス(H) Rs(secondary) 次 巻 線 抵 抗 (Ω) 1 次 側 に 換 算 Ls(sec.leakage) 次 巻 線 の 漏 れインダクタンス(H) 1 次 側 に 換 算 Rm(core losses) Im vs. Lm Phase A Residual Flux Phase B Residual Flux Phase C Residual Flux Np(primary) Ns(secondary) 変 圧 器 のコア 損 失 を 表 す 抵 抗 (Ω) 磁 化 電 流 Im(A)に 対 する 一 次 巻 線 から 見 た 磁 化 特 性 を 定 義 する 磁 化 インダ クタンス Lm(H)の 値 A 相 の 単 位 当 たりの 残 留 磁 束 B 相 の 単 位 当 たりの 残 留 磁 束 C 相 の 単 位 当 たりの 残 留 磁 束 1 次 巻 線 次 巻 線 の 巻 数 すべての 抵 抗 およびインダクタンスが 1 次 巻 線 側 に 換 算 されます 画 像 では p は 一 次 側 を 指 し s は 二 次 側 を 指 します ノード en は 制 御 ロジック 信 号 に 接 続 する 制 御 ノードです 0 から 1 へ 信 号 が 変 わる 瞬 間 が 変 圧 器 が 通 電 されている 瞬 間 を 示 します Operating Voltage は 実 際 の 動 作 条 件 における 相 あたりの 電 圧 を 指 していて 定 格 電 圧 とは 限 らないこと に 注 意 してください 例 えば 変 圧 器 の 定 格 は 63kV( 一 次 側 線 間 電 圧 実 効 値 )で 一 次 巻 線 が Y に 接 続 さ れている 場 合 相 あたりの 動 作 電 圧 は 63000/ 3V となります 一 次 巻 線 がデルタに 接 続 されている 場 合 は 相 あたりの 動 作 電 圧 は 63000V になります. 同 じ 変 圧 器 をデルタに 接 続 して 例 えば 実 際 の 動 作 電 圧 が 60000V である 場 合 相 あたりの 動 作 電 圧 は 60000V になります.5 三 相 AC ケーブル 三 相 AC ケーブルのモデルは 誘 導 結 合 と 相 の 間 の 容 量 が 考 慮 されます Page. 38/49

40 第 章 電 気 回 路 素 子 Cable Length Operating Frequency Resistance Rd Reactance Xd Resistance R0 Reactance X0 Capacitance C0 ケーブルの 長 さ(m) ケーブルの 動 作 周 波 数 (Hz) ケーブル 正 相 抵 抗 (Ω) ケーブル 正 相 リアクタンス(Ω) ケーブル 零 相 抵 抗 (Ω) ケーブル 零 相 リアクタンス(Ω) ケーブル 零 相 キャパシタンス(F) 画 像 では ケーブルの 両 側 の 下 部 のノード N または n はケーブルの 皮 膜 です 一 般 的 にケーブルのグラ ンドに 接 続 されています ケーブルは メーカーのデータシートから 入 手 できるはずです それらが 利 用 できない 場 合 ケーブルの 各 相 は R の 抵 抗 L の 自 己 インダクタンス および M の 相 互 インダクタンスを 持 ち 正 相 お よび 零 相 のは 次 のように 計 算 することができると 仮 定 します R d R R R R d 0 R R R 0 R R 0 ここで ω=πf で f は 動 作 周 波 数 (Hz)になります.6 磁 気 要 素 異 なる 単 位 系 が 磁 気 回 路 解 析 で 用 いられています 下 の 表 は SI 系 (System International)と 混 成 CGS 系 (Centimeter Gram Second) 単 位 系 の 磁 気 量 と 二 つの 単 位 系 の 変 換 を 示 しています 量 SI Unit CGS Unit CGS-SI 変 換 磁 束 Φ Weber Maxwell 1 Weber=10 8 Maxwell 磁 束 密 度 B Tesla Gauss 1Tesla=10 4 Gauss 磁 場 強 度 H A*Turns/m Oerstad 1 A*Turns/m= 4 Oerstad 起 磁 力 (mmf) F A*Turns Gillbert 1 A*Turns= Gillbert 10 透 磁 率 ( 真 空 )μ0 4π* π*10-7 Page. 39/49

41 第 章 電 気 回 路 素 子.6.1 巻 き 線 巻 き 線 要 素 は 電 気 回 路 と 磁 気 等 価 回 路 とのインタフェースです Number of Turns 巻 き 線 の 巻 数 Winding Resistance 巻 き 線 抵 抗 この 要 素 は 磁 気 コアの 巻 き 線 を 示 す つの 磁 気 ノード(E1 と E)は 電 気 回 路 に 接 続 されます つ の 磁 気 ノード(M1 と M)は 他 の 磁 気 要 素 ( 例 えば 漏 れ 磁 束 の 通 路 エアギャップと 磁 気 コア)に 接 続 さ れます.6. 漏 れ 磁 束 通 路 この 要 素 は 漏 れ 磁 束 の 通 路 をモデル 化 したものです Inductance Factor AL コアのインダクタンスファクター(AL) Resistance for Losses 抵 抗 R(Ω)は 漏 れ 磁 束 による 損 失 Current Flag 抵 抗 に 流 れる 電 流 のフラグ 抵 抗 R は 漏 れ 磁 束 による 損 失 を 表 します 漏 れ 磁 束 経 路 に 印 加 された 起 磁 力 が F であると 仮 定 する と 漏 れ 磁 束 経 路 の 電 気 等 価 回 路 は 以 下 のように 表 せます 起 磁 力 は 電 圧 源 の 形 でコンデンサ( 静 電 容 量 はAL)と 抵 抗 Rの 間 に 印 加 されます このブランチを 通 じ て 流 れる 電 流 は 以 下 の 通 りになります Page. 40/49

42 第 章 電 気 回 路 素 子 i R F 1 A L ここでωは 起 磁 力 のac 周 波 数 を 示 します 漏 れ 磁 束 と 抵 抗 Rによる 損 失 の 関 係 は 次 のようになります ここでIrmsは 電 流 iの 実 効 値 を 示 します P loss I rms R.6.3 エアギャップ エアギャップ 要 素 のと は 以 下 の 通 りです ( Air Gap) Air Gap Length エアギャップの 長 さ lg (m) Cross Section Area エアギャップの 断 面 積 Ac (m ) Resistance for Losses 抵 抗 R(Ω)はエアギャップフリンジ 効 果 による 損 失 を 表 します Current Flag 抵 抗 に 流 れる 電 流 のフラグ ( Air Gap(AL)) Inductance Factor AL コアのインダクタンスファクター(AL) Resistance For Losses 抵 抗 R(Ω)はエアギャップフリンジ 効 果 による 損 失 を 表 します Current Flag 抵 抗 に 流 れる 電 流 のフラグ 抵 抗 R はエアギャップフリンジ 効 果 による 損 失 を 表 します 漏 れ 磁 束 経 路 に 加 えられた 起 磁 力 が F で あると 仮 定 すると エアギャップの 電 気 等 価 回 路 は 以 下 の 通 りです Page. 41/49

43 第 章 電 気 回 路 素 子 起 磁 力 は 電 圧 源 の 形 でコンデンサ( 静 電 容 量 はAL)と 抵 抗 Rの 間 に 加 えられます インダクタンスファク ターは 次 のように 定 義 される A A L 0 lg ここで μo= 4π 10 7 とします 低 抗 における 損 失 はフリンジ 効 果 による 損 失 を 表 す この 損 失 は 次 の 通 りである P loss I rms c R ここで Irmsは 抵 抗 Rを 通 じて 流 れる 電 流 iの 実 効 値 を 表 します.6.4 線 形 コア この 要 素 は 線 形 無 損 失 コアを 表 します Inductance factor,al コアのインダクタンス ファクター(AL) コアの 長 を L 断 面 積 を AC とするならばインダクタンス 要 因 AL は 次 のように 表 現 します ここで μrはコア 材 料 の 比 透 磁 率 を 示 します A L o r A L c.6.5 可 飽 和 コア この 要 素 は 飽 和 およびヒステリシスを 用 いる 磁 気 コアをモデル 化 したものです Page. 4/49

44 第 章 電 気 回 路 素 子 Inductance Factor AL Resistance for Losses Coefficient phi_sat Coefficient K1 Coefficient Kexp1 Coefficient K コアのインダクタンス ファクター(AL) コアによる 損 失 を 表 す 抵 抗 R(Ω) コア B-H カーブの 係 数 Φsat(Weber) コア B-H カーブの 係 数 K1 コア B-H カーブの 係 数 Kexp1 コア B-H カーブの 係 数 K Coefficient Kexp コア B-H カーブの 係 数 Kexp Initial Flux phi_o コアの 初 期 磁 束 Φo(Weber) Current Flag 抵 抗 R に 流 れる 電 流 のフラグ 損 失 計 算 に 電 流 を 使 用 することが 可 能 中 のノード M1 と M は 他 の 磁 気 要 素 ( 巻 線 漏 れ 磁 束 経 路 エアギャップ 等 )に 接 続 するノード です またノード C1 はコアの 磁 束 を 示 す 出 力 ノードです このノードに 電 圧 プローブを 接 続 することによ って コアの 磁 束 を 表 示 することが 出 来 ます ノード C1 は 制 御 回 路 ノードを 示 します 係 数 の K1 Kexp1 K および Kexp は 実 際 の 磁 性 材 料 の B-H カーブに 合 うのに 使 用 されます 係 数 K1 は コア 材 料 によって 値 が 異 なりますが 通 常 0.7~1 の 値 をとります 係 数 Kexp1 は 主 にコアの 飽 和 率 に 影 響 を 与 え 10 ~00 の 範 囲 ( 低 透 過 性 フェライトの 場 合 10 metglas の 場 合 00)になります 係 数 K と Kexp は 非 常 にまれな 時 ( 例 えば 鉄 共 振 の 調 節 装 置 )に 使 用 されます K Kexp は B-H カーブ に 影 響 を 与 えないように 以 下 の 通 りに 設 定 されます K> Kexp> 0 コア 係 数 を 決 定 するためのチュートリアルが PSIM インストールフォルダの"tutorials"フォルダにありま す また コアの B-H カーブをプロットするためのプログラム(Utilities->B-H Curve)が 用 意 されていま す.7 その 他 エレメント.7.1 オペアンプ 種 類 のオペアンプモデル( 理 想 オペアンプ 非 線 形 オペアンプ)が 提 供 されています オペアンプ( 理 想 オペアンプ) PSIM では 次 の 3 種 類 の 理 想 演 算 増 幅 器 (オペアンプ)があります;Op.Amp Op.Amp(ground) Op.Amp(ground/inverted) 理 想 オペアンプは 以 下 の 図 に 示 すパワー 回 路 素 子 を 使 ってモデリングされてい ます Page. 43/49

45 第 章 電 気 回 路 素 子 ここで V+; V- Vo A Ro 非 反 転 および 反 転 入 力 電 圧 出 力 電 圧 オペアンプのゲイン(プログラム 上 は A=100,000) 出 力 抵 抗 値 (プログラム 上 は Ro=80Ω) Voltage Vs+ オペアンプの 上 限 値 電 源 電 圧 Voltage Vs- オペアンプの 下 限 値 電 源 電 圧 Op.Amp Op.Amp(ground) Op.Amp(ground/inverted)の 違 いは GND です Op.Amp では 基 準 接 地 ノー ドがパワー 回 路 の GND に 接 続 されているのに 対 して Op.Amp(ground)と Op.Amp(ground/inverted) の GND 端 子 は 独 立 に 接 続 可 能 で 浮 かしておくことも 可 能 です オペアンプのは 比 較 器 に 似 ているので 注 意 してください オペアンプでは 反 転 入 力 が 左 上 に あり 非 反 転 入 力 は 左 下 です 比 較 器 ではこれが 逆 になります Page. 44/49

46 第 章 電 気 回 路 素 子 例 : 力 率 改 善 ブースト 回 路 以 下 の 回 路 は 力 率 改 善 ブースト 回 路 の 例 です 電 流 ループが 内 ループ 電 圧 ループが 外 ループを 形 成 し ています オペアンプを 使 って 電 圧 電 流 ループとも PI レギュレータを 構 成 しています Comparator.7.1. オペアンプモデル( 非 線 形 オペアンプ) 理 想 オペアンプモデルに 対 し 本 オペアンプモデルにはバンド 幅 制 限 と 出 力 電 流 制 限 を 定 義 することが できます PSIM は Op.Amp.(level-1) と Op.Amp.(ground)(level-1)の つオペアンプモデルを 提 供 しています Op.Amp.(level-1) と Op.Amp.(ground)(level-1)との 違 いは GND です Op.Amp.(level-1)では 基 準 接 地 ノード がパワー 回 路 の GND に 接 続 されているのに 対 して Op.Amp.(ground)(level-1)の GND 端 子 は 独 立 に 接 続 可 能 で 浮 かしておくことも 可 能 です Page. 45/49

47 第 章 電 気 回 路 素 子 Input Resistance オペアンプの 入 力 抵 抗 ( 単 位 :Ω) DC Gain Ao オペアンプの 直 流 ゲイン Unit Gain Frequency オペアンプのゲインが 1 である 周 波 数 ( 単 位 :Hz) Output Resistance Ro オペアンプの 出 力 抵 抗 ( 単 位 :Ω) Maximum Output Current オペアンプの 最 大 出 力 電 流 ( 単 位 :A) Voltage Vs+ オペアンプの 上 限 値 電 源 電 圧 Voltage Vs- オペアンプの 下 限 値 電 源 電 圧 オペアンプのオープンループゲイン 特 性 を 以 下 に 示 します.7. TL431 シャントレギュレータ TL431 シャントレギュレータ(TL431 shunt regulator)のは 以 下 の 通 りです TL431 レギュレータは 基 準 ノードの 電 圧 を 約.495V に 保 ちます このモデルでは TL431 の 有 限 帯 域 幅 がモデル 化 されます すなわち TL431 モデルの AC 周 波 数 特 性 はデータシートの 図 のようになります Page. 46/49

48 第 章 電 気 回 路 素 子.7.3 フォトカプラ フォトカプラ(Optocoupler)のおよびは 以 下 の 通 りです id ic Current Transfer Ratio トランジスタ 電 流 ic とダイオード 電 流 id 間 の 電 流 伝 達 率 CTR=ic/id Diode Resistance ダイオード 抵 抗 Rd(Ω) 必 ず 0 より 大 きい 値 に 設 定 して 下 さい Diode Threshold Voltage ダイオード 順 方 向 閾 値 電 圧 Vd_th(V) Transistor Vce_sat トランジスタ 飽 和 電 圧 Vce_sat(V) Transistor-side Capacitance トランジスタのコレクタ-エミッタ 間 のキャパシタンス Cp(F) これらのは 各 メーカーのデータシートから 直 接 得 たり データシートの 情 報 から 計 算 したり することで 得 られます Motorola 社 のフォトカプラ 4N5 を 例 に 挙 げます データシートより 電 流 伝 達 率 およびトランジスタ 飽 和 電 圧 は CTR 70 % 0.7; _ 0.15 v ce sat V データシートの LED 順 方 向 電 圧 vs 順 方 向 電 流 の 特 性 から ユーザはダイオード 抵 抗 Rdと 閾 値 電 圧 Vd_th を 計 算 することが 可 能 です ダイオード 順 方 向 電 圧 は 以 下 の 比 例 直 線 に 近 似 することが 可 能 です v d Vd _ th R d i d TA=5 の 時 この 曲 線 から id=10ma vd =1.15V;id =40mA vd =1.3V の つが 読 み 取 れます これら の つの 点 に 基 づき Rd と Vd_th の 値 は 次 のように 計 算 されます:Rd =5Ω, Vd_th =1.1V このフォトカプラモデルは 遅 れを 考 慮 していませんが キャパシタ Cp を 通 ってトランジスタのコレクタ -エミッタ 間 のターンオン/ターンオフ 過 渡 電 流 をモデリングしています このキャパシタンスは 立 下 り 時 間 tfall とスイッチング 時 間 試 験 条 件 より 以 下 のように 求 められます C p t fall. R ここで RL はスイッチング 時 間 試 験 回 路 中 の 抵 抗 負 荷 です 4N5 では データシートより tfall=1.3μs RL =100Ω となり これよりキャパシタンスは Cp =6nF と 求 められます L Page. 47/49

49 第 章 電 気 回 路 素 子.7.4 dv/dt ブロック dv/dt ブロックは 制 御 回 路 の 微 分 器 と 同 等 の を 提 供 します 唯 一 の 違 いは この 素 子 はパワー 回 路 用 というだけです dv/dt ブロックの 出 力 は 入 力 電 圧 の 時 間 に 関 する 微 分 です 微 分 は 以 下 のように 計 算 しています v o t vin t vin t t t ここで Δt はシミュレーションタイムステップ v in (t) と v in (t-δt) はそれぞれ 現 在 時 刻 の 入 力 と 1 ステ ップ 前 の 入 力 です.7.5 リレー ノーマルオープン(NO)スイッチとノーマルクローズ(NC)スイッチと つのリレーブロックが 用 意 されています Rated Coil Voltage リレーコイルの 定 格 電 圧 (V) Coil Resistance コイルの 抵 抗 (Ω) Operate Voltage いずれかのリレーが 動 作 する 電 圧 (V) Release Voltage いずれかのリレーが 初 期 位 置 に 戻 る 電 圧 (V) Operate Time 動 作 電 圧 に 到 達 してからスイッチが 動 作 するまでの 時 間 (s) 解 除 電 圧 に 到 達 してからスイッチが 解 除 されて 初 期 位 置 に 戻 るまでの Release Time 時 間 (s) リレーは1つのノーマルオープンスイッチおよび1つのノーマルクローズスイッチを 備 えています 画 像 に 示 すような 極 性 で 直 流 電 圧 がリレーコイルに 印 加 された 時 電 圧 が[Operate Voltage]に 達 すると [Operate Time]によって 定 義 された 時 間 遅 延 後 に NO スイッチは 閉 じ NC スイッチは 開 きます コイル 電 圧 が[Release Voltage]に 下 がると [Release Time]で 定 義 された 時 間 遅 延 後 に つのスイッチ は 初 期 位 置 に 戻 ります Page. 48/49

50 第 章 電 気 回 路 素 子.8 熱 モジュール(Thermal モジュール) 熱 モジュールはPSIMソフトウェアのアドオン モジュールです 半 導 体 デバイス(ダイオード IGBTお よびMOSFET)の 損 失 を 計 算 することができます 損 失 は 電 流 として 出 力 されます 温 度 上 昇 値 を 知 るためには 熱 抵 抗 ( /W)の 値 を 抵 抗 素 子 で 模 擬 しま す 抵 抗 の 電 圧 降 下 が 温 度 上 昇 値 になります 熱 モジュールのコアはデバイスデータベースです PcdEditor.exeというデバイスデータベースエディタ を 利 用 して データベースへ 新 しいデバイスを 加 えることができます データベースを 容 易 に 管 理 するこ とも 可 能 です デバイスのデータベースは 損 失 計 算 のためにシミュレーションで 使 用 されます データベースのデバイスをシミュレーションで 使 用 する 方 法 と 損 失 を 計 算 する 方 法 を 以 下 に 示 しま す: - デバイスのビヘイビアモデルをシミュレーションで 使 用 します ビヘイビアモデルは 動 特 性 (ターンオンおよびターンオフの 過 渡 現 象 )ではなく デバイスの 静 特 性 ( 順 方 向 電 圧 降 下 またはオ ン 抵 抗 など)を 考 慮 に 入 れます - 計 算 された 電 圧 と 電 流 に 基 づいて PSIMはデバイスデータベースにアクセスし 導 通 損 失 あ るいはスイッチング 損 失 を 計 算 します デバイスの 静 特 性 は 次 のシミュレーションのために 更 新 されます 本 損 失 計 算 は 近 似 計 算 です 結 果 の 正 確 さはデバイスデータの 正 確 さに 依 存 します 実 回 路 動 作 条 件 で のデバイスをテストして 得 た 結 果 が 厳 密 にデバイスデータに 反 映 されているかどうかです ユーザは シ ミュレーションによる 損 失 計 算 結 果 とハードウェアから 測 定 した 結 果 を 検 証 する 必 要 があります 次 のセクションでは データベースへデバイスをどのように 加 えることができるか また それをシミ ュレーションでどのように 使 用 することができるかを 説 明 します.8.1 デバイスデータベースエディタ デバイスデータベースエディタ(PcdEditor.exe)は デバイスを 追 加 編 集 及 び 管 理 するためのもの です データベースエディタの 図 を 以 下 に 示 します 左 側 には データベースエディタへロードされるデバイスデータベースファイルおよびデバイスのリ ストがあります デバイスはデバイスのタイプかメーカーのいずれかに 基 づいて 表 示 することができま す さらに リストのタイトルバーをクリックすることにより 部 品 番 号 定 格 電 圧 あるいは 定 格 電 流 によってデバイスリストをソートすることができます Page. 49/49

51 第 章 電 気 回 路 素 子 右 側 に 各 デバイスの 情 報 が 示 され 主 に 次 の 情 報 が 各 デバイスに 定 義 されます: メーカーと 部 品 番 号 パッケージ 型 式 絶 対 最 大 定 格 電 気 的 特 性 熱 的 特 性 寸 法 と 質 量 デバイスの データベース ファイル デバイスの 情 報 デバイスの リスト 新 しいデバイスファイルを 作 成 するためには File > New Device Fileを 選 んでください デバイスファ イルをエディタにロードするためには File > Open Device File 選 んでください デバイスファイルを 閉 じるには File> Close Device Fileを 選 んでください デバイスファイルにはダイオード IGBTおよびMOSFETの3タイプのデバイスを 加 えることができます しかしながら 通 常 のIGBTデバイスと 比 べて デュアルIGBT-ダイオードモジュールには 異 なったパラメ ータがあるので それらは 別 々のタイプ(IGBT-ダイオードタイプ)として 扱 われます 新 しいデバイスを 作 成 するためには Device(デバイス)メニューに 移 動 して New Diode( 新 しいダイ オード) New IGBT( 新 しいIGBT) New IGBT-DIODE( 新 しいIGBTダイオード)あるいはNew MOSFET( 新 しいMOSFET)を 選 んでください 同 じデータベースファイルに 既 存 のデバイスのコピーを 作 るために リストのデバイスをハイライトし てDevice > Save Device Asを 選 んでください 既 存 のデバイスのコピーを 作 って 別 のデータベースファ イルに 保 存 するために 最 初 にリスト 中 のデバイスを 強 調 して 次 に File Nameリスト 中 のファイル 名 をハイライトしてください それから Device > Save Device Asを 選 んでください Page. 50/49

52 第 章 電 気 回 路 素 子 データベースにデバイスを 追 加 : デバイスデータベースファイルに 装 置 を 加 える 方 法 を 明 らかにするために デバイスデータベースファ イル diode.dev へPowerexのディスクリートダイオードCS40650(600V 50A)を 追 加 する 手 順 を 以 下 に 示 します -PcdEditor.exeを 起 動 してください FileメニューのNew Device Fileを 選 択 し "diode.dev" と 呼 ばれるファイルを 作 成 してください このファイルはデフォルトでPSIMプログラム フ ォルダの 下 のデバイスサブ フォルダに 置 かれます - File Name リストでファイル 名 Diode をハイライトしたまま Device ->New Diodeを 選 んでください メーカーが New と 部 品 番 号 が New 状 態 でダイオードはデータベース ファイルに 追 加 されます -スクリーンでPowerex CS40650データシートのPDFファイルを 表 示 してください - PcdEditorで データシートからこのデバイスについて 次 の 情 報 を 入 力 してください デバイス 情 報 : メーカー: 部 品 型 式 : パッケージ: Powerex CS40650 Discrete 絶 対 最 大 定 格 (Absolute Maximum Ratings): Vrrm,max (V): 600 IF,max (A): 50 Tj,max (oc): 150 -Vd v.s. IF グラフ 領 域 の 上 にあるEditボタンをクリックして 電 気 的 特 性 順 電 圧 特 性 Vd v.s. IF を 定 義 してください 以 下 のダイアログウィンドウが 表 示 されます ダイアログウィンドウはページあります グラフ(Graph)と 条 件 (Conditions). グラフページはx 軸 とy 軸 セッティング データポイントおよびグラフを 含 んでいます この 場 合 y 軸 は 順 方 向 電 圧 降 下 Vdでx 軸 は 順 方 向 電 流 IFです 軸 は 倍 率 (10-3 はm 10-6 はuを 使 用 可 能 )を 持 つことができます 条 件 ページは グラフが 得 られる 条 件 を 含 んでいます Page. 51/49

53 第 章 電 気 回 路 素 子 グラフウィザードアイコン ヘルプエリア X/Y 軸 の SI 接 頭 辞 X 軸 Y 軸 の 設 定 データエリア グラフエリア グラフを 定 義 するにはつの 方 法 があります 一 つの 方 法 は 手 動 でグラフデータ ポイントを 入 力 する ことです もう 一 つの 方 法 はグラフウィザードを 使 用 し データシートからグラフを 直 接 得 ることです データ ポイントが 少 ない 場 合 は 手 動 でグラフを 定 義 した 方 が 簡 単 です しかしながら グラフがあ るならばグラフウィザードを 使 用 するとより 簡 単 になります 手 動 でグラフを 定 義 : -データシートの Maximum On-State Characteristics グラフを 参 照 して x/y 軸 セッティン グに 対 する 値 を 以 下 のように 入 力 してください X0: 1 Xmax: 1000 Y0: 0.6 Ymax:.6 X in log: checked Page. 5/49

54 第 章 電 気 回 路 素 子 - 目 視 によりグラフを 観 察 して 数 データ ポイントを 選 択 してください それから データ 域 に 次 のデータ ポイントを 入 力 してください (1,0.7) (10,1.05) (100,1.8) (00,.) (300,.4) それからグラフを 表 示 するために Refreshボタンをクリックしてください -Conditions タブをクリックして 5 のJunction Temperatureを 入 力 してください グラフウィザードを 利 用 してグラフを 定 義 : -グラフウィザードを 始 めるために フォワードウィザードアイコン をクリックしてく ださい - 以 下 の 通 りにデータシートのグラフをスクリーンに 表 示 してください そして プリントスクリーンキー(キーボード 上 の 表 記 Prt Scrn )を 押 して クリップボード にスクリーン 図 をコピーしてください -スクリーン 図 をPcdEditorのグラフ ウィンドウに 貼 り 付 けるために フォワードウィザー ドアイコン をクリックしてください ウィンドウの 中 で 完 全 なグラフが 表 示 されるよ うに マウスの 左 ボタンを 押 し 続 けてドラッグしてきちんとグラフをグラフウィンドウに 置 いてください グラフが 大 き 過 ぎるか または 小 さすぎるなら バックワードウィザードア Page. 53/49

55 第 章 電 気 回 路 素 子 イコン をクリックして 以 前 のステップに 戻 ってください 次 に Adobe acrobatでグ ラフの 図 をリサイズして もう 一 度 クリップボードにスクリーン 図 をコピーしてください グラフダイアログウィンドウは 以 下 のように 表 示 されます フォワードウィザードアイコン をクリックして 次 のステップに 進 んでください -このステップでは グラフ 領 域 の 境 界 を 定 義 します グラフの 原 点 ( 通 常 左 下 隅 )でマウス の 左 ボタンをクリックし 原 点 の 反 対 の 角 ( 通 常 右 上 隅 )でマウスの 左 ボタンをクリックし ます グラフの 原 点 が 左 下 隅 でなく 各 コーナーのうちのいずれか1つである 場 合 もありま す グラフ 原 点 の 位 置 をより 正 確 に 見 つけるために マウスの 右 ボタンをクリックして 拡 大 して ください ズームを 解 除 するためには Esc(Escape))キーを 押 してください この 後 に 青 い 長 方 形 がグラフの 境 界 の 近 くに 現 われます また ダイアログ ウィンドウ が 以 下 のように 表 示 されます Page. 54/49

56 第 章 電 気 回 路 素 子 原 点 の 反 対 の 角 グラフの 原 点 次 のステップへ 移 動 するためにフォワードウィザードアイコン をクリックしてください -このステップでは x 軸 とy 軸 の 設 定 を 定 義 します 以 下 の 通 りに 設 定 を 入 力 してくださ い X0: 1 Xmax: 1000 Y0: 0.6 Ymax:.6 X in log: checked 次 のステップに 移 るためにフォワードウィザードアイコン をクリックしてください - 波 形 の 上 でマウスの 左 ボタンをクリックして データ ポイントを 得 てください この 場 合 1A 10A 100A および300A 周 辺 で4つデータ ポイントを 得 ています もう 一 度 画 像 を 拡 大 するためにマウスの 右 クリックをしてください Page. 55/49

57 第 章 電 気 回 路 素 子 データポイント データ ポイントを 収 集 しているときにデータ ポイントを 接 続 する 赤 い 線 が 現 れます デー タ ポイント 収 集 プロセスを 完 了 するために フォワードウィザードアイコン をクリック してください 最 終 的 なグラフダイアログウィンドウは 以 下 の 通 りに 表 示 されます Page. 56/49

58 第 章 電 気 回 路 素 子 グラフ 上 のデータ ポイントのx 軸 とy 軸 の 値 を 見 るためには グラフエリアの 内 部 にカーソ ルを 置 いてください カーソル 図 は 反 対 に 変 わります カーソルのx 軸 とy 軸 はダイアログ ウィンドウの 右 上 に 表 示 されます x 軸 とy 軸 の 値 を 読 み 込 むために カーソルを 波 形 の 最 上 部 に 置 いてください - 同 じプロセスで 逆 回 復 特 性 trr v.s. IF, Irrv.s. IF, 及 びQrr v.s. IFを 定 義 してください - 熱 的 特 性 を 入 力 してください Rth(j-c): 0.6 Rth(c-s): 寸 法 と 質 量 を 入 力 してください Length (mm): 53 Width (mm): 36 Height (mm): 9 デバイス 情 報 を 保 存 するために Device -> Save Device を 選 んでください これで データベースへダイ オードを 追 加 するプロセスの 完 了 になります Page. 57/49

59 第 章 電 気 回 路 素 子.8. データベースのダイオードデバイス データベースには 以 下 のダイオードデバイスの 情 報 が 定 義 されています 一 般 情 報 : Manufacturer: Part Number: Package: デバイスメーカー メーカーの 部 品 番 号 ディスクリートパッケージ デュアルパッケージ 三 相 ブリッジパッケージ 図 では ダイオードのアノードとカソード 端 子 以 外 に つの 余 分 な 端 子 があります ドットがある 端 子 はダイオード 導 通 損 失 Pcondのためであり ドットのない 端 子 はダイオードスイッチング 損 失 Pswのためのも のです 絶 対 最 大 定 格 : Vrrm,max (V): IF,max (A): Tj,max ( ): ピーク 逆 方 向 阻 止 電 圧 最 大 直 流 電 流 最 大 接 合 部 温 度 電 気 的 特 性 : Vd v.s. IF: trr v.s. IF: Irr v.s. IF: Qrr v.s. IF: Err v.s. IF: 順 方 向 導 通 電 圧 降 下 Vd v.s. 順 方 向 電 流 IF 逆 方 向 回 復 時 間 trr v.s. 電 流 IF ピーク 逆 方 向 回 復 電 流 Irr v.s. 電 流 IF 逆 方 向 回 復 電 荷 量 Qrr v.s. 電 流 IF 逆 方 向 回 復 電 力 損 失 Err v.s. 電 流 IF 熱 的 特 性 : Rth(j-c): Rth(c-s): 接 合 ケース 間 熱 抵 抗 /W ケース シンク 間 熱 抵 抗 /W 寸 法 と 質 量 : Length (mm): デバイスの 長 さ mm Width (mm): デバイスの 幅 さ mm Height (mm): デバイスの 高 さ mm Page. 58/49

60 第 章 電 気 回 路 素 子 Weight (g): デバイスの 質 量 g Err 対 v.s. IF 特 性 の Reverse blocking voltage VR (V) 定 数 が 損 失 の 計 算 をはかるのに 利 用 されますの で 正 しい 値 を 入 れてください 絶 対 最 大 定 格 熱 的 特 性 寸 法 と 質 量 の 情 報 は 損 失 計 算 には 使 用 されません 損 失 Pcond Psw の 単 位 はワットで これらの 端 子 から 流 れる 電 流 の 形 で 表 されます したがって 損 失 を 測 定 して 表 示 するためには 電 流 計 を Pcond または Psw ノードと GND の 間 に 接 続 する 必 要 があります 使 用 しないときは これらの 端 子 はフローティングにせず GND に 接 続 してください.8.3 ダイオード 損 失 計 算 損 失 計 算 はシミュレーションでデータベースのダイオードデバイスを 選 択 して 使 用 することができま す 熱 モジュールのライブラリのダイオードデバイスには 次 のがあります Device デバイスデータベースから 選 択 された 特 定 デバイス Frequency 損 失 が 計 算 される 周 波 数 (Hz) Pcond Calibration Factor トランジスタ 伝 導 損 失 Pcondの 補 正 係 数 Kcond Psw Calibration Factor トランジスタ スイッチング 損 失 Pswの 補 正 係 数 Ksw Number of Parallel Devices 並 列 に 接 続 され 同 一 な 動 作 をするダイオードデバイスの 個 数 Frequency は 損 失 が 計 算 される 周 波 数 です 例 えば デバイスが 10kHz のスイッチング 周 波 数 で 作 動 して Frequency が 10kHz に 設 定 されると 損 失 はスイッチング 周 期 の 値 になりま す しかしながら Frequency が 60Hz に 設 定 されると 損 失 は 60Hz 周 期 の 値 になります Pcond Calibration Factorはトランジスタ 伝 導 損 失 のための 校 正 係 数 です 例 に 関 して 修 正 の 前 に 計 算 された 導 通 損 失 はPcond_calより P cond K cond * P cond_ cal 同 様 に Psw Calibration Factorはトランジスタ スイッチング 損 失 のための 校 正 係 数 です 例 に 関 して 修 正 の 前 に 計 算 されたスイッチング 損 失 がPsw_calであるなら P sw K sw * P sw_ cal 複 数 の 同 一 な 動 作 をするダイオードが 並 列 に 接 続 される 場 合 回 路 図 上 にダイオードブロックを 1 つだ け 設 置 し にデバイスの 個 数 を 設 定 してください 同 一 なデバイスブロックが 回 路 内 で 複 数 個 並 列 接 続 されている 場 合 シミュレーション 中 で 僅 かな 差 が 発 生 し それが 原 因 となりデバイスの 電 流 が 正 確 に 一 致 しない 可 能 性 が 有 るからです Number of Parallel Devices が 1 より 大 きい 値 に 設 定 されている 場 合 並 列 接 続 されているデバイスを 流 れる 電 流 は 各 デバイスに 均 等 に 分 割 されて 流 れるようになりま す よって 合 計 損 失 は 各 デバイスの 損 失 を Number of Parallel Devices の 値 で 乗 算 して 算 出 されます 出 力 端 子 Pcond Psw から 流 れる 電 流 は 並 列 接 続 されている 全 てのデバイスの 合 計 損 失 になります Page. 59/49

61 第 章 電 気 回 路 素 子 導 通 損 失 端 子 Pcond またはスイッチング 損 失 端 子 Psw の 電 圧 は 算 出 されたダイオードの 接 合 温 度 Tj を 表 し データベースの 曲 線 から 損 失 を 算 出 する 際 に 使 用 されます 算 出 された Tj が つの 曲 線 の 接 合 温 度 の 間 にある 場 合 値 の 補 間 をします 算 出 された Tj が 曲 線 の 最 低 接 合 温 度 よりも 低 い 場 合 や 曲 線 の 最 高 接 合 温 度 よりも 高 い 場 合 曲 線 は 最 低 または 最 高 接 合 温 度 に 対 応 する 物 が 使 用 されます 曲 線 が 一 つだけの 場 合 は その 曲 線 は 算 出 された Tj に 関 係 なく 使 用 されます 導 通 損 失 : ダイオード 導 通 損 失 は 次 のように 計 算 されます 導 通 損 失 =Vd*IF ここで Vd はダイオード 電 圧 降 下 及 び IF はダイオード 順 電 流 です スイッチング 損 失 : スイッチング 損 失 を 計 算 する 際 に ダイオードのターンオン 損 失 は 無 視 され 考 慮 されません 逆 回 復 によるダイオードターンオフ 損 失 は 次 のように 計 算 されます P sw_ off Err * f * VR / V R _ datasheet または Psw _ off 1/ 4* Qrr * VR * f ここで Errは 逆 方 向 回 復 エネルギー 損 失 Qrrは 逆 方 向 回 復 電 荷 量 VRは 逆 阻 止 電 圧 そしてf は 入 力 パ ラメータFrequencyで 定 義 された 周 波 数 です 逆 方 向 回 復 電 荷 量 Qrrは 以 下 のように 定 義 されます Q 1/ * t * I rr rr Err がデバイスデータベースに 与 えられているならば それを 基 に 損 失 の 計 算 をします もし Err が 与 えら れていないが Qrr がデバイスデータベースで 与 えられる 場 合 損 失 は Qrr に 基 づいて 計 算 されます しか し Qrr も 与 えられないとき 損 失 は trr と Irr に 基 づいて 計 算 されます それら 両 方 とも 与 えられなければ 損 失 は 0 とみなされます rr 例 :ダイオード 損 失 計 算 下 記 の 回 路 は Powerex のディスクリート ダイオード CS40650(600V 50A)を 使 用 するサンプル 回 路 を 示 します 導 通 損 失 及 びスイッチング 損 失 は つの 電 流 計 によって 測 定 されます 損 失 の 情 報 を 知 るこ とができれば 熱 等 価 回 路 の 構 築 によって デバイス 接 合 部 温 度 を 計 算 することができます 熱 の 過 渡 現 象 を 考 慮 しない 熱 回 路 を 示 します Page. 60/49

62 第 章 電 気 回 路 素 子.8.4 データベースの IGBT デバイス デュアルパッケージでは ハイサイド 側 およびローサイド 側 のスイッチの 両 方 が IGBT(フルブリッジ) である 場 合 スイッチのうちの 1 つは IGBT であり 他 はフリーホイーリングダイオード(ハーフ ブリッ ジ)である 場 合 があります ハーフブリッジのデュアル IGBT 装 置 では フリーホイーリングダイオードの が 逆 並 列 ダイオードのと 異 なる 場 合 があるので この 種 のデバイスは IGBT ダイオ ードデバイスと 呼 ばれ シミュレーションで 異 なったタイプとして 扱 われます しかし ここでは 説 明 を わかりやすくするため 両 方 のデバイスを IGBT デバイスとして 扱 います IGBTデバイスには ディスクリート デュアルパッケージ または6-パックの3タイプのパッケージが あります データベースに IGBT デバイスの 以 下 の 情 報 が 定 義 されています 一 般 情 報 : Manufacturer: Part Number: Package: デバイスメーカー メーカーの 部 品 番 号 ディスクリートパッケージ デュアルパッケージ 6-パックパッケージ 図 では IGBTとダイオード 端 子 以 外 に 上 部 から 下 部 まで4つの 余 分 な 端 子 があります(6パックのパッ ケージの 場 合 左 側 から 右 側 ) それらは トランジスタ 導 通 損 失 Pcond_Q( 円 のドットがある)の 端 子 トラ ンジスタ スイッチング 損 失 Psw_Qのための 端 子 ダイオード 伝 導 損 失 Pcond( 正 方 形 のドットがある)の 端 子 ダイオードスイッチング 損 失 Pswの 端 子 です Page. 61/49

63 第 章 電 気 回 路 素 子 絶 対 最 大 定 格 : Vce,max (V): 最 大 コレクタ エミッタ 電 圧 Ic,max (A): 最 大 コレクタ 電 流 Tj,max (oc): 最 大 接 合 温 度 電 気 的 特 性 トランジスタ: Vce(sat) v.s. Ic: コレクタ エミッタ 飽 和 電 圧 Vce(sat)v.s. コレクタ 電 流 Ic Eon v.s. Ic: ターンオンエネルギー 損 失 Eon v.s. コレクタ 電 流 Ic Eoff v.s. Ic: ターンオフエネルギー 損 失 Eoff v.s. コレクタ 電 流 Ic 電 気 的 特 性 -ダイオード(また 逆 並 列 ダイオード): Vd v.s. IF: 順 伝 導 電 圧 降 下 v.s. 順 電 流 IF trr v.s. IF: 逆 方 向 回 復 時 間 trr v.s. 電 流 IF Irr v.s. IF: ピーク 逆 方 向 回 復 電 流 Irr v.s. 電 流 IF Qrr v.s. IF: 逆 方 向 回 復 電 荷 Qrr v.s. 電 流 IF 電 気 的 特 性 -フリーホイールダイオード(for IGBT-Diode device only): Vd v.s. IF: 順 伝 導 電 圧 降 下 v.s. 順 電 流 IF trr v.s. IF: 逆 方 向 回 復 時 間 trr v.s. 電 流 IF Irr v.s. IF: ピーク 逆 方 向 回 復 電 流 Irr v.s. 電 流 IF Qrr v.s. IF: 逆 方 向 回 復 電 荷 Qrr v.s. 電 流 IF Err v.s. IF: 逆 方 向 回 復 電 力 損 失 Err v.s. 電 流 IF 熱 的 特 性 : Rth(j-c) (transistor): トランジスタ 接 合 ケース 間 熱 抵 抗 /W Rth(j-c) (diode): ダイオード 接 合 ケース 間 熱 抵 抗 /W Rth(c-s): ケース シンク 間 熱 抵 抗 /W 寸 法 と 質 量 : Length (mm): デバイスの 長 さ mm Width (mm): デバイスの 幅 さ mm Height (mm): デバイスの 高 さ mm Weight (g): デバイスの 質 量 g 損 失 Pcond_Q Psw_Q Pcond と Psw_D の 単 位 はワットです これらの 端 子 から 流 れる 電 流 の 形 で 表 されま す したがって 損 失 を 測 定 して 表 示 するためには 電 流 計 を 端 子 と GND 間 に 接 続 しなければなりませ ん これらの 端 子 を 使 用 しない 場 合 これらの 端 子 はフローティングにせず GND に 接 続 して 下 さい Page. 6/49

64 第 章 電 気 回 路 素 子.8.5 IGBT 損 失 計 算 損 失 計 算 のシミュレーションにおいてデータベースの IGBT デバイスを 選 択 して 使 用 することができま す 熱 モジュールのライブラリの IGBT デバイスには 次 のがあります Device デバイスデータベースから 選 択 された 特 定 デバイス Frequency 損 失 が 計 算 される 周 波 数 (Hz) Pcond_Q Calibration Factor トランジスタ 伝 導 損 失 Pcond_Qの 補 正 係 数 Kcond_Q Psw_Q Calibration Factor トランジスタ スイッチング 損 失 Psw_Qの 補 正 係 数 Ksw_Q Pcond_D CalibrationFactor ダイオード 伝 導 損 失 Pcond_Dの 補 正 係 数 Kcond_D Psw_D CalibrationFactor ダイオードスイッチング 損 失 Psw_Dの 補 正 係 数 Ksw_D T Number of Parallel Devices 並 列 に 接 続 され 同 一 な 動 作 をするIGBTデバイスの 個 数 Frequency は 損 失 が 計 算 される 周 波 数 です 例 えば デバイスが 10kHz のスイッチング 周 波 数 で 作 動 して Frequency が 10kHz に 設 定 されると 損 失 はスイッチング 周 期 の 値 になりま す しかしながら Frequency を 60Hz に 設 定 すると 損 失 は 60Hz 周 期 の 値 になります Pcond_Q Calibration Factorはトランジスタ 導 通 損 失 のための 校 正 係 数 です 例 に 関 して 修 正 の 前 に 計 算 された 伝 導 損 失 はPcond_Q_calより P cond_ Q Kcond_ Q * P cond_ Q_ cal 同 様 に Psw_Q Calibration Factorはトランジスタ スイッチング 損 失 のための 校 正 係 数 で す 例 に 関 して 修 正 の 前 に 計 算 されたスイッチング 損 失 はPsw_Q_calより P sw_ Q Ksw_ Q * P sw_ Q _ cal Pcond_D Calibration Factor と Psw_D Calibration Factor はトランジスタ 損 失 と 同 様 に 働 きます が これらはダイオードの 損 失 に 関 係 します 複 数 の 同 一 な 動 作 をするIGBTデバイスが 並 列 に 接 続 される 場 合 回 路 図 上 にIGBTブロックを1つだけ 設 置 し にデバイスの 個 数 を 設 定 してください 同 一 なデバイスブロックが 回 路 内 で 複 数 個 並 列 接 続 されている 場 合 シミュレーション 中 で 僅 かな 差 が 発 生 し それが 原 因 となりデバイスの 電 流 が 正 確 に 一 致 しない 可 能 性 が 有 るからです Number of Parallel Devicesが1より 大 きい 値 に 設 定 されている 場 合 並 列 接 続 されているデバイスを 流 れる 電 流 は 各 デバイスに 均 等 に 分 割 されて 流 れるようになりま す よって 合 計 損 失 は 各 デバイスの 損 失 をNumber of Parallel Devicesの 値 で 乗 算 して 算 出 されます 出 力 端 子 Pcond_D Psw_D Pcond_Q Psw_Qから 流 れる 電 流 は 並 列 接 続 されている 全 てのデバイスの 合 計 損 失 に なります Page. 63/49

65 第 章 電 気 回 路 素 子 下 図 のように 導 通 損 失 端 子 Pcond_Q またはスイッチング 損 失 端 子 Psw_Q の 電 圧 は 算 出 されたトランジ スタの 接 合 温 度 Tj_Q を 表 し 導 通 損 失 端 子 Pcond_D またはスイッチング 損 失 端 子 Psw_D の 電 圧 は 算 出 され た 逆 並 列 ダイオードの 接 合 温 度 Tj_D 表 します データベースの 曲 線 から 損 失 を 算 出 する 際 に 算 出 された 接 合 温 度 Tj_Q および Tj_D は 使 用 されます 算 出 された 接 合 温 度 が つの 曲 線 の 接 合 温 度 の 間 にある 場 合 値 の 補 間 をします 算 出 された 接 合 温 度 が 曲 線 の 最 低 接 合 温 度 よりも 低 い 場 合 や 曲 線 の 最 高 接 合 温 度 よりも 高 い 場 合 曲 線 は 最 低 または 最 高 接 合 温 度 に 対 応 する 物 が 使 用 されます 曲 線 が 一 つだけの 場 合 は その 曲 線 は 算 出 された 接 合 部 温 度 に 関 係 なく 使 用 されます 導 通 損 失 : トランジスタ 伝 導 損 失 は 次 のように 計 算 されます トランジスタ 伝 導 損 失 =Vce(sat) * Ic ここで Vce(sat)はトランジスタのコレクタ エミッタ 間 飽 和 電 圧 及 び Ic はコレクタ 電 流 です トランジス タがオンデューティサイクルである D で 周 期 的 に 導 通 しているとき, 伝 導 損 失 は 次 のように 計 算 されます トランジスタ 伝 導 損 失 =Vce(sat) * Ic * D スイッチング 損 失 : トランジスタターンオン 損 失 は 次 のように 計 算 されます トランジスタターンオン 損 失 =Eon * f * Vcc / Vcc_datasheet ここで Eon はトランジスタターンオンエネルギー 損 失 f は 入 力 Frequency で 定 義 された 周 波 数 Vcc は 実 際 の DC バス 電 圧 です Vcc_datasheet はデバイスデータシート 内 の Eon および Eoff の 特 性 の Test Conditions にて DC バス 電 圧 (V) として 定 義 されている 物 です トランジスタターンオフ 損 失 は 次 のように 計 算 されます トランジスタターンオフ 損 失 =Eoff * f * Vcc / Vcc_datasheet ここで Eoff はトランジスタターンオフエネルギー 損 失 です 逆 並 列 ダイオードまたはフリーホイールダイオードの 損 失 の 計 算 方 法 は セクション.8.3 に 述 べたも のと 同 じ 方 法 です Pcond_Q Psw_Q Pcond_D Psw_D 端 子 の 損 失 はワットですが ノードから 流 れる 電 流 の 形 式 で 表 現 されます 損 失 を 表 示 または 測 定 するには ノードとグランドの 間 に 電 流 計 を 接 続 する 必 要 があります ノードを 使 用 しない 場 合 は 浮 遊 にせずグランドに 接 続 してください Page. 64/49

66 第 章 電 気 回 路 素 子 例 :IGBT 損 失 計 算 下 記 の 回 路 は Powerexの6パックIGBTモジュールCM100TU-1H(600V 100A)を 使 用 するサンプル 回 路 を 示 します トランジスタとダイオードの 導 通 損 失 及 びスイッチング 損 失 は 別 々に 加 えられます ま た 熱 等 価 回 路 は 温 度 上 昇 を 計 算 するためのものです 熱 モジュールを 利 用 すると 様 々な 条 件 でデバイ スの 熱 伝 導 能 力 を 迅 速 に 確 認 することができるので 異 なる 複 数 種 類 のデバイスを 比 較 することができま す.8.6 データベースの MOSFET デバイス データベースには MOSFET デバイスの 以 下 の 情 報 が 定 義 されています 一 般 情 報 : Manufacturer: Part Number: Package: デバイスメーカー メーカーの 部 品 番 号 ディスクリートパッケージ デュアルパッケージ 6-パックパッケージ Page. 65/49

67 第 章 電 気 回 路 素 子 図 では MOSFETとダイオード 端 子 以 外 に 上 部 から 下 部 まで4つノードがあります(または 6パック のパッケージの 場 合 左 側 から 右 側 ) それらは トランジスタ 伝 導 損 失 Pcond_Qの 端 子 ( 円 のドッドがあ る) トランジスタ スイッチング 損 失 Psw_Qの 端 子 ダイオード 伝 導 損 失 Pcondの 端 子 ( 正 方 形 のドッドが ある) ダイオードスイッチング 損 失 Pswの 端 子 です 絶 対 最 大 定 格 : VDS,max (V): ID,max (A): Tj,max ( ): 最 大 ドレイン ソース 間 電 圧 最 大 ドレイン 電 流 最 大 接 合 部 温 度 電 気 的 特 性 トランジスタ: RDS(on) (ohm): 試 験 時 のドレイン ソース 間 オン 抵 抗 RDS(on)_b ( 試 験 条 件 :ジャンクション 温 度 Tj_b( 通 常 は5 ) ゲート ソース 間 電 圧 VGS (V); 及 びドレイ ン 電 流 ID (A)) Temperature Coefficient: オン 抵 抗 の 温 度 係 数 KT(1/ ) VGS(th) (V): gfs (S): ゲート 閾 値 電 圧 VGS(th) ( 測 定 条 件 :ドレイン 電 流 ID A) 順 伝 達 コンダクタンスgfs ( 測 定 条 件 : ドレイン ソース 間 電 圧 VDS V; 及 びドレイン 電 流 ID A) tr (ns) and tf (ns): 上 昇 時 間 tr 及 び 下 降 時 間 tf 測 定 条 件 :ドレイン ソース 間 電 圧 VDS V; ドレイ ン 電 流 ID A; 及 びゲート 抵 抗 Rg Ω) Qg, Qgs, and Qgd: Total gate charge Qg, ゲート ソース 間 電 荷 量 Qgs, とゲート ドレイン 間 電 荷 量 ( ミラー ")Qgd nc ( 測 定 条 件 : ドレイン ソース 間 電 圧 VDS V; ゲー ト ソース 間 電 圧 VDS V; 及 びドレイン 電 流 ID A) Ciss, Coss, and Crss: 入 力 容 量 Ciss, 出 力 容 量 Coss, と 逆 伝 達 容 量 Crss pf ( 測 定 条 件 : ドレイン ソ ース 間 電 圧 VDS V;ゲート ソース 間 電 圧 VDS V; 及 びテスト 周 波 数 MHz) Page. 66/49

68 第 章 電 気 回 路 素 子 電 気 的 特 性 ダイオード: Vd v.s. IF: trr and Qrr: 順 伝 導 電 圧 降 下 Vd v.s. 順 電 流 IF 逆 回 復 時 間 trr ns 及 び 逆 回 復 電 荷 量 Qrr, μc ( 測 定 条 件 : 順 電 流 IF A; 電 流 の 変 化 率 di/dt A/μs;およびと 接 合 部 温 度 Tj ) 熱 的 特 性 : Rth(j-c): Rth(c-s): 接 合 ケース 間 熱 抵 抗 /W ケース シンク 間 熱 抵 抗 /W 寸 法 と 質 量 : Length (mm): Width (mm): Height (mm): デバイスの 長 mm デバイスの 幅 さ mm デバイスの 高 さ mm Weight (g): デバイスの 質 量 g 絶 対 最 大 定 格 熱 的 特 性 寸 法 と 質 量 の 上 昇 時 間 tr 下 降 時 間 tf なは 損 失 計 算 で 使 用 されないため 自 由 に 入 力 することが 可 能 です MOSFET オン 抵 抗 は 接 合 トランジスタ 温 度 の 関 数 です MOSFET の Pcond_Q と Psw_Q での 電 圧 は 接 合 トランジスタ 温 度 Tj になります 例 : 電 圧 5V は 接 合 温 度 5 です MOSFET オン 抵 抗 は 以 下 のと おりです R (DS)on = R (DS)on_b (1 + K T (T j T jb )) 温 度 係 数 は 次 のように 精 算 されます K T = R (DS)on R (DS)on_b 1 T j T j_b 基 準 値 はテスト 条 件 である 5 が 採 用 されます 基 準 値 にもとづき RDS(on)の 正 規 化 された 値 を 使 用 し 下 記 の 様 に 計 算 します K T = R (DS)on_normalized 1 T j 5 オン 抵 抗 RDS(on) は 各 時 間 ステップで 計 算 され シミュレーションに 用 いられます さらに 順 方 向 導 通 電 圧 降 下 Vd は 電 流 変 化 応 じ 変 更 されます 新 たな 導 通 電 圧 値 はシミュレーション で 使 用 されます.8.7 MOSFET 損 失 計 算 損 失 計 算 にシミュレーションでデータベースの MOSFET デバイスを 選 択 して 使 用 することができま す 熱 モジュールのライブラリの MOSFET には 次 のがあります Page. 67/49

69 第 章 電 気 回 路 素 子 Device デバイスデータベースから 選 択 された 特 定 デバイス Frequency 損 失 が 計 算 される 周 波 数 (Hz) VGG+ (upper level) ゲート ソース 間 電 圧 の 上 位 レベル V VGG- (lower level) ゲート ソース 間 電 圧 の 下 位 レベル V Rg_on (turn-on) ターンオンの 時 ゲート 抵 抗 ターンオフの 時 ゲート 抵 抗 ほとんどの 場 合 ターンオンゲート 抵 Rg_off (turn-off) 抗 Rg_on とターンオフゲート 抵 抗 Rg_off は 同 一 です しかし いくつ かの 場 合 これらのつの 抵 抗 は 異 なることがありえます RDS(on) CalibrationFactor オン 抵 抗 RDS(on)の 較 正 係 数 gfs Calibration Factor Pcond_Q 順 伝 達 コンダクタンスgfsの 較 正 係 数 Pcond_Q CalibrationFactor トランジスタ 伝 導 損 失 Pcond_Qの 較 正 係 数 Kcond_Q Psw_Q CalibrationFactor トランジスタ スイッチング 損 失 Psw_Qの 較 正 係 数 Ksw_Q Pcond_D CalibrationFactor ダイオード 伝 導 損 失 Pcond_Dの 較 正 係 数 Kcond_D Psw_D CalibrationFactor ダイオードスイッチング 損 失 Psw_Dの 較 正 係 数 Ksw_D Frequency は 損 失 が 計 算 される 周 波 数 です 例 えば 装 置 が 10kHz のスイッチング 周 波 数 で 作 動 して Frequency が 10kHz に 設 定 されると 損 失 はスイッチング 周 期 の 値 になります し かしながら Frequency を 60Hz に 設 定 すると 損 失 は 60Hz 周 期 の 値 になります Pcond_Q Calibration Factorはトランジスタの 導 通 損 失 の 修 正 係 数 です 例 えば 修 正 前 の 算 出 された 導 通 損 失 をPcond_Q_calとすると 以 下 の 式 の 様 になります P cond _ Q Kcond _ Q * P cond _ Q _ cal 同 様 に Psw_Q Calibration Factorはトランジスタのスイッチング 損 失 の 修 正 係 数 です 例 え ば 修 正 前 の 算 出 されたスイッチング 損 失 をPsw_Q_calとすると 以 下 の 式 の 様 になります P sw_ Q K sw_ Q * P sw_ Q _ cal Pcond_D Calibration Factor と Psw_D Calibration Factor はダイオードの 損 失 に 対 して 同 様 の 働 きをします 複 数 の 同 一 な 動 作 をする MOSFET デバイスが 並 列 に 接 続 される 場 合 回 路 図 上 に MOSFET ブロックを 1 つだけ 設 置 し にデバイスの 個 数 を 設 定 してください 同 一 なデバイスブロックが 回 路 内 で 複 数 個 並 列 接 続 されている 場 合 シミュレーション 中 で 僅 かな 差 が 発 生 し それが 原 因 となりデバイスの 電 流 が 正 確 に 一 致 しない 可 能 性 が 有 るからです Number of Parallel Devices が 1 より 大 きい 値 に 設 定 されて いる 場 合 並 列 接 続 されているデバイスを 流 れる 電 流 は 各 デバイスに 均 等 に 分 割 されて 流 れるようにな ります よって 合 計 損 失 は 各 デバイスの 損 失 を Number of Parallel Devices の 値 で 乗 算 して 算 出 されます 出 力 端 子 Pcond_D Psw_D Pcond_Q Psw_Q から 流 れる 電 流 は 並 列 接 続 されている 全 てのデバイスの 合 計 損 失 になります Page. 68/49

70 第 章 電 気 回 路 素 子 ダイオードの 導 通 損 失 端 子 Pcond_D またはスイッチング 損 失 端 子 Psw_D の 電 圧 は 算 出 された 逆 並 列 ダイ オードの 接 合 温 度 Tj 表 し データベースの 曲 線 からダイオードの 順 方 向 電 圧 降 下 を 算 出 する 際 に 使 用 され ます 算 出 された Tj が つの 曲 線 の 接 合 温 度 の 間 にある 場 合 値 の 補 間 をします 算 出 された 接 合 温 度 が 曲 線 の 最 低 接 合 温 度 よりも 低 い 場 合 や 曲 線 の 最 高 接 合 温 度 よりも 高 い 場 合 曲 線 は 最 低 または 最 高 接 合 温 度 に 対 応 する 物 が 使 用 されます 曲 線 が 一 つだけの 場 合 は その 曲 線 は 算 出 された 接 合 部 温 度 に 関 係 な く 使 用 されます 導 通 損 失 : トランジスタ 伝 導 損 失 は 次 のように 計 算 されます トランジスタ 伝 導 損 失 =ID *RDS(on) ここで ID はドレイン 電 流 及 び RDS(on)はオン 抵 抗 です スイッチング 損 失 : トランジスタターンオン 損 失 は 次 のように 計 算 されます トランジスタターンオン 損 失 =Eon*f ここで Eon はトランジスタターンオンエネルギー 損 失 f は 入 力 Frequency で 定 義 された 周 波 数 です トランジスタターンオフ 損 失 は 次 のように 計 算 されます トランジスタターンオフ 損 失 =Eoff*f ここで Eoff はトランジスタターンオフエネルギー 損 失 です エネルギー 損 失 Eon と Eoff は MOSFET のゲート 電 流 に 基 づいた 電 圧 および 電 流 波 形 の 立 上 り 立 下 り 時 間 入 力 / 出 力 / 逆 伝 達 容 量 およびゲート 電 荷 量 を 使 用 して 計 算 されます ゲート 電 荷 による 損 失 は 上 記 のスイッチング 損 失 に 含 まれていない 事 に 注 意 してください ゲート 電 荷 による 損 失 は 通 常 ターンオン ターンオフスイッチング 損 失 に 比 べて 非 常 に 微 量 で 全 負 荷 状 態 では 無 視 することが 出 来 ます しかし 軽 負 荷 状 態 では 十 分 な 量 になります ゲート 電 荷 損 失 Ploss_Qg の 計 算 は 以 下 のとおりです P Q * V * f loss_ Qg g GG sw ここで Qg は 総 ゲート 電 荷 量 VGG はゲート 電 源 電 圧 fsw はスイッチング 周 波 数 です さらに MOSFET デバイスは 十 分 な 定 格 導 通 電 流 を 保 証 するように 確 実 に 選 択 されなければなりませ ん MOSFET の 定 格 電 流 がとても 低 い 場 合 PSIM はスイッチングの 立 上 り 立 下 り 時 間 の 計 算 が 出 来 ず エラーメッセージを 表 示 します シミュレーション 中 は MOSFET デバイスを 導 通 できる 最 大 ドレイン ソース 間 電 流 は 以 下 のとおりです I o,max g * V fs GG V GS th 電 流 が Io,max を 超 えている 場 合 ゲート 電 源 電 圧 を 上 げるか より 大 きな 順 伝 達 コンダクタンスを 持 つ 他 の MOSFET デバイスを 選 択 してください Page. 69/49

71 第 章 電 気 回 路 素 子 逆 並 列 ダイオードまたはフリーホイールダイオードの 損 失 の 計 算 方 法 はセクション.7.3 に 述 べた 方 法 と 同 じです 損 失 Pcond_Q, Psw_Q, Pcond_D, Psw_D の 単 位 はワットで 端 子 から 出 力 される 電 流 の 形 式 で 表 わされます よ って 損 失 を 測 定 し 表 示 するには 電 流 プローブを 端 子 とグラウンドの 間 に 設 置 してください 損 失 の 値 を 使 用 しない 場 合 は 端 子 を 浮 いた 状 態 にせず グラウンドに 接 続 しなければなりません 計 算 された 損 失 特 にスイッチング 損 失 の 結 果 は 近 似 値 で 求 められます 結 果 の 正 確 さは 装 置 データベ ースのデータの 正 確 さと 実 際 の 回 路 の 動 作 条 件 に 依 存 します ハードウェアによる 測 定 結 果 で 設 計 値 と 実 際 の 損 失 を 確 認 することが 必 要 です.9 モータ 駆 動 モジュール モータ 駆 動 モジュール(Motor Drive Module)は PSIM のアドオン オプションで モータモデルと 機 械 負 荷 のモデルを 提 供 します.9.1 機 械 系 の 基 準 方 向 モータはマスタかスレーブのいずれかのモードに 設 定 します 機 械 系 に 1 台 だけのモータがある 場 合 このモータはマスタモードに 設 定 しなければなりません 台 以 上 のモータが 系 統 にある 場 合 1 台 だけを マスタモードに その 他 はスレーブモードに 設 定 してください マスタモードのモータはマスタモータと 呼 ばれ 機 械 系 の 基 準 方 向 を 定 義 します 基 準 方 向 は 以 下 に 示 すようにマスタモータのシャフトノードから シャフトに 沿 って 機 械 系 の 他 のモータへ 向 かう 方 向 と して 定 義 されます この 機 械 系 では 左 側 のモータがマスタで 右 側 がスレーブです それゆえ 機 械 系 の 基 準 方 向 は 機 械 シ ャフトに 沿 って 左 側 から 右 側 に 定 義 されます さらに 基 準 方 向 が 素 子 のドットで 表 した 側 に 入 ると そ の 素 子 は 基 準 方 向 に 沿 っていると 言 えます そうでなければ 基 準 方 向 に 対 して 逆 ということになります 例 えば 負 荷 1 スピードセンサ 1 トルクセンサ 1 は 基 準 方 向 に 沿 っています そして 負 荷 スピード センサ トルクセンサ は 基 準 方 向 に 対 して 逆 となっています Page. 70/49

72 第 章 電 気 回 路 素 子 さらにマスタモータの 電 機 子 と 界 磁 電 流 の 両 方 が 正 のとき 機 械 速 度 は 正 と 仮 定 します この 記 述 に 基 づけば スピードセンサが 機 械 系 の 基 準 方 向 に 沿 っていれば マスタモータにより 発 生 した 正 の 速 度 は 正 のスピードセンサ 出 力 を 与 えます そうでなければ スピードセンサの 出 力 は 負 になりま す 例 えば 上 の 例 のマスタモータのスピードが 正 の 場 合 スピードセンサ 1 の 読 値 は 正 で スピードセ ンサ の 読 値 は 負 です 基 準 方 向 は 機 械 負 荷 がモータとどのように 反 応 するかも 決 定 します この 系 統 では つの 定 トルク 機 械 負 荷 大 きさがそれぞれ TL1 TL があります 負 荷 1 は 基 準 方 向 に 沿 っており 負 荷 は 基 準 方 向 と 逆 で す そのため マスタモータに 対 する 負 荷 1 の 負 荷 トルクは TL1 で マスタモータに 対 する 負 荷 の 負 荷 トルクは -TL です その 他 の 機 械 系 エレメントの 基 準 方 向 は 以 下 のようになります.9. 直 流 機 直 流 機 のとは 以 下 のようになります DCM Armature Winding + - Shaft Node + Field Winding - Page. 71/49

73 第 章 電 気 回 路 素 子 Ra(armature) 電 機 子 巻 線 抵 抗 (Ω) La(armature) 電 機 子 巻 線 インダクタンス(H) Rf(field) 界 磁 巻 線 抵 抗 (Ω) Lf(field) 界 磁 巻 線 インダクタンス(H) Moment of Inertia モータの 慣 性 モーメント(kg*m ) Vt(rated) 定 格 電 機 子 電 圧 (V) Ia(rated) 定 格 電 機 子 電 流 (A) n(rated) 定 格 回 転 数 (rpm) If (rated) 定 格 界 磁 電 流 (A) Torque Flag 内 部 トルク Temの 出 力 フラグ Master/Slave Flag マスタ/スレーブモードのフラグ(1:マスタ,0:スレーブ) トルクフラグを 1 に 設 定 すると モータによって 発 生 される 内 部 トルクが 表 示 用 のデータファイルに 保 存 されます 直 流 機 の 動 特 性 は 以 下 の 方 程 式 で 記 述 されています v E i R L di a t a a a a dt di f v f i f R f Lf dt E k a m Tem k i a dm J Tem T dt vt,vf,ia,if はそれぞれ 電 機 子 電 圧 界 磁 電 圧 電 機 子 電 流 界 磁 電 流 です Ea は 内 部 誘 起 電 圧 ωm は 機 械 系 の 回 転 速 度 (rad/sec)です Tem は 内 部 発 生 トルクで TL は 負 荷 トルクです 内 部 誘 起 電 圧 と 内 部 ト L ルクは 以 下 のようにも 記 述 できます E a L af i f m T em L af i f i a ここで Laf は 電 機 子 と 界 磁 巻 線 間 の 相 互 インダクタンスです これは 定 格 運 転 条 件 より 以 下 のように 算 出 されます L af Vt Ia Ra I f m 直 流 機 モデルは 線 形 磁 化 特 性 を 仮 定 しています 磁 気 飽 和 は 考 慮 されていません Page. 7/49

74 第 章 電 気 回 路 素 子 例 : 定 トルク 負 荷 と 直 流 機 以 下 に 定 トルク 負 荷 TL とシャント 励 磁 直 流 機 の 回 路 を 示 します 負 荷 は 機 械 系 統 の 基 準 方 向 に 沿 ってい るので 負 荷 トルクは TL です またスピードセンサも 基 準 方 向 に 沿 っています これは 正 の 速 度 に 対 して 正 の 出 力 を 与 えます 電 機 子 電 流 と 速 度 のシミュレーション 波 形 は 以 下 の 右 側 に 示 されています Speed Sensor Armature current Constant- Torque Load Speed (in rpm) 例 : 直 流 モータと 発 電 機 の 組 み 合 わせ 以 下 に 直 流 モータと 発 電 機 の 組 み 合 わせを 示 します 左 側 のモータはマスタモードに 設 定 されており 右 側 の 発 電 機 はスレーブモードに 設 定 されています モータ 電 機 子 電 流 と 発 電 機 電 圧 のシミュレーション 波 形 は 始 動 過 渡 特 性 を 表 しています Motor Generator Motor armature current Generator voltage.9.3 誘 導 機 かご 型 誘 導 機 と 巻 線 型 誘 導 機 のそれぞれに 線 形 および 非 線 形 の つのモデルが 備 わっています 線 形 モ デルはさらに 汎 用 タイプと 対 称 タイプに 分 かれます この 節 では 線 形 モデルのみ 説 明 します 線 形 モデルには 以 下 の 5 つがあります - 対 称 三 相 かご 型 誘 導 機 - 対 称 三 相 中 性 点 付 かご 型 誘 導 機 Page. 73/49

75 第 章 電 気 回 路 素 子 - 汎 用 三 相 かご 型 誘 導 機 - 対 称 三 相 巻 線 型 誘 導 機 - 汎 用 三 相 巻 線 型 誘 導 機 Rs( 固 定 子 ) Ls( 固 定 子 ) Rr( 回 転 子 ) Lr( 回 転 子 ) Lm( 磁 化 ) Ns/Nr Turns Ratio 固 固 定 子 巻 線 抵 抗 (Ω) 固 定 子 巻 線 漏 れインダクタンス(H) 回 転 子 巻 線 抵 抗 (Ω) 回 転 子 巻 線 漏 れインダクタンス(H) 磁 化 インダクタンス(H) 定 子 と 回 転 子 の 巻 線 比 ( 巻 線 型 のみ) No. of Poles モータの 極 数 ( 偶 数 ) Moment of Inertia モータの 慣 性 モーメント J(kg*m ) Torque Flag Master/Slave Flag 内 部 トルク Temの 出 力 フラグ フラグが 1 に 設 定 されると 内 部 トルクの 出 力 が 要 求 される マスタ/スレーブモードのフラグ(1:マスタ;0:スレーブ) すべてのは 固 定 子 側 に 換 算 した 値 を 使 用 します Master/Slave Flag は 機 械 系 の 基 準 方 向 を 定 義 するために 使 用 します 詳 細 は.9.1 を 参 照 してください また モータは 相 順 通 りに 励 磁 したときに 正 の 速 度 で 回 転 します 対 称 三 相 中 性 点 付 かご 型 誘 導 機 は 対 称 三 相 かご 型 誘 導 機 に 固 定 子 中 性 点 端 子 を 追 加 したものです PSIM の 三 相 誘 導 機 は 以 下 の 式 で 表 されています ここで Page. 74/49

76 第 章 電 気 回 路 素 子 かご 型 機 では va,r = vb,r = vc,r =0 です ここで 行 列 は 以 下 のように 定 義 されています ここで M sr は 固 定 子 と 回 転 子 巻 線 間 の 相 互 インダクタンスで θ は 機 械 角 です 相 互 インダクタンスは 磁 化 インダクタンスと 以 下 の 関 係 があります 機 械 系 方 程 式 は 以 下 のように 表 されます ここで 発 生 トルク Tem は 以 下 のように 定 義 されます 対 称 かご 型 誘 導 機 では モータの 定 常 状 態 での 等 価 回 路 は 以 下 のように 示 されます s はすべりです R s L s R r L r L m R r (1-s)/s 例 :VSI 誘 導 電 動 機 ドライブシステム 下 の 図 にオープンループ 誘 導 電 動 機 ドライブシステムを 示 します 誘 導 電 動 機 は 6 極 で 正 弦 波 PWM により 電 圧 源 インバータから 供 給 されています 直 流 母 線 はダイオードブリッジを 通 じて 電 源 を 供 給 され ています シミュレーション 波 形 は 機 械 系 回 転 速 度 (rpm) 発 生 トルク Tem 負 荷 トルク Tload 三 相 入 力 電 流 の 始 動 時 の 過 渡 特 性 を 表 しています Page. 75/49

77 第 章 電 気 回 路 素 子 Diode Bridge VSI Induction Motor Speed Sensor Torque Sensor Speed SPWM T em Tloa d 3-phase currents.9.4 飽 和 付 かご 型 誘 導 機 飽 和 特 性 付 誘 導 機 には 以 下 の 種 類 があります - 非 線 形 三 相 かご 型 誘 導 機 (Squirrel-cage Ind. Machine (nonlinear)) - 非 線 形 三 相 巻 線 型 誘 導 機 (Wound-rotor Ind. Machine (nonlinear)) Page. 76/49

78 第 章 電 気 回 路 素 子 Rs( 固 定 子 ) Ls( 固 定 子 ) Rr( 回 転 子 ) Lr( 回 転 子 ) Lm( 磁 化 ) Ns/Nr 固 定 子 巻 線 抵 抗 (Ω) 固 定 子 巻 線 漏 れインダクタンス(H) 回 転 子 巻 線 抵 抗 (Ω) 回 転 子 巻 線 漏 れインダクタンス(H) 磁 化 インダクタンス(H) 固 定 子 と 回 転 子 の 巻 線 比 ( 巻 線 型 のみ) Number of Poles モータの 極 数 ( 偶 数 ) Moment of Inertia モータの 慣 性 モーメント J(kg*m ) Torque Flag Master/Slave Flag Im v.s. Lm (Im1, Lm1)... 内 部 トルク Temの 出 力 フラグ フラグが 1 に 設 定 されると 内 部 トルクの 出 力 が 要 求 される マスタ/スレーブモードのフラグ(1:マスタ;0:スレーブ) 励 磁 電 流 と 励 磁 インダクタンスの 関 係 を 区 分 線 形 の 点 の 組 で 与 えます[(Im1, Lm1), (Im, Lm),...] 全 てのは 固 定 子 側 に 換 算 した 値 で 表 されています 飽 和 付 き 三 相 誘 導 機 の 動 特 性 は 以 下 の 方 程 式 で 記 述 されています ここで この 場 合 インダクタンス M sr は 定 数 ではなく 励 磁 電 流 I m の 関 数 になります.9.5 ブラシレス 直 流 機 三 相 ブラシレス 直 流 機 は 永 久 磁 石 を 使 った 同 期 機 の 一 種 と 考 えることができます 固 定 子 には 三 相 巻 線 を 固 定 子 には 永 久 磁 石 を 持 っています PSIM のブラシレス 直 流 機 のモデルでは 誘 導 起 電 力 が 台 形 状 の 波 形 となります 三 相 ブラシレス 直 流 機 のとを 以 下 に 示 します Page. 77/49

79 第 章 電 気 回 路 素 子 R (Stator Resistance) 固 定 子 の 相 抵 抗 (Ω) L (Stator self ind.) 固 定 子 の 自 己 インダクタンス(H) 固 定 子 の 相 互 インダクタンス(H) 相 互 インダクタンス M は 負 の 値 です 巻 線 の 構 成 により 相 互 インダクタ M (Stator mutual ind.) ンス M と 自 己 インダクタンス L の 比 は 通 常 -1/3 から -1/ の 間 になります もし M が 不 明 の 場 合 は M = -0.4*L としたものが 無 難 なデフォルト 値 とし て 使 えます Vpk / krpm 線 間 のピーク 誘 起 電 圧 定 数 単 位 は V/krpm ( 機 械 系 の 回 転 速 度 )です 線 間 の 実 効 誘 起 電 圧 定 数 単 位 は V/krpm ( 機 械 系 の 回 転 速 度 )です Vpk/krpm と Vrms/krpm の 値 はモータのデータシートから 得 られるはずで Vrms / krpm す これらの 値 が 不 明 の 場 合 は ブラシレス 機 を 1000rpm で 発 電 機 として 運 転 し 線 間 電 圧 のピーク 値 と 実 効 値 を 測 ることでわかります No. of poles 極 数 P Moment of Inertia モータの 慣 性 モーメント J (kg*m ) Shaft Time Constant 軸 の 時 定 数 (Tshaft) 回 転 角 の 初 期 値 θr( 電 気 角 度 ) 回 転 角 の 初 期 値 とは 時 刻 t=0 の 時 の 回 転 角 です 回 転 角 0 の 位 置 は 回 転 数 theta_0 (deg.) が 正 の 値 のとき A 相 の 誘 起 電 圧 が( 負 から 正 へ) 零 点 を 横 切 るときの 位 置 として 定 義 できます 位 置 センサの 進 み 角 θadvance ( 電 気 角 度 ) 進 み 角 とは A 相 の 上 側 のスイッチが 10 導 通 モードのとき ターンオン 角 theta_advance (deg.) と 30 の 角 度 の 差 として 定 義 できます たとえば A 相 が 5 でオンになっ た 場 合 は 進 み 角 は 5 です(30-5 = 5) 位 置 センサの 導 通 パルス 幅 ( 電 気 角 度 ) Conduction Pulse Width 導 通 パルスが 正 のとき 全 波 ブリッジ インバータの 下 側 スイッチがオンに なります 10 導 通 モードのときは 導 通 パルス 幅 が 10 となります Torque Flag 内 部 発 生 トルク Tem の 出 力 フラグ(1: 出 力 あり;0:なし) マスタ/スレーブモードのフラグ (1:マスタ,0:スレーブ) マスタ/スレ Master/Slave Flag ーブのフラグの 設 定 により モータの 動 作 モードが 変 わります 詳 しくは.9.1 を 参 照 ください の 端 子 は 以 下 のとおりです a,b,c はそれぞれ a,b,c 相 の 固 定 子 巻 線 端 子 ; 固 定 子 巻 線 はY 結 線 され n は 中 性 点 端 子 です 軸 端 子 は 機 械 軸 を 接 続 するためのもの これらはすべてパワー 端 子 なの で パワー 回 路 に 接 続 しなければなりません Page. 78/49

80 第 章 電 気 回 路 素 子 Sa,Sb,Sc はそれぞれ a,b,c 相 のホール 効 果 6 パルス 位 置 センサの 端 子 センサ 出 力 は 3 値 の 転 流 パ ルス(1,0,-1)です センサ 出 力 の 端 子 はすべて 制 御 端 子 なので 制 御 回 路 に 接 続 して 下 さい 三 相 ブラシレス 直 流 機 の 方 程 式 は 以 下 の 通 りです v v a b dia Ri a( L M ) E dt dib Ri b( L M ) Eb dt dic vc Ri c( L M ) Ec dt ここで va,vb,vc は 相 電 圧 ia,ib,ic は 相 電 流 R,L,M はそれぞれ 固 定 子 の 各 相 抵 抗 自 己 インダ クタンス 相 互 インダクタンスです また Ea,Eb,Ec はそれぞれ a,b,c 相 の 誘 起 電 圧 です 誘 起 電 圧 は 回 転 子 の 機 械 回 転 速 度 θm と 回 転 角 θr の 関 数 で 次 のようになります E a k e_ a m a E b k e_ b m E c k e_ c m 係 数 ke_a,ke_b,ke_c は 回 転 角 θr によって 決 まります このモデルでは 下 図 に 示 す 理 想 的 な 台 形 波 形 を 想 定 しています 同 じ 図 に A 相 の 電 流 を 示 します この 図 で Kpk は 台 形 のピーク 値 (V/(rad./sec.))で k pk v pk / krpm / 60 により 定 義 されます Vpk/krpm と Vrms/krpm の 値 を 与 えると 角 度 θ は PSIM により 自 動 的 に 決 まり ます モータの 発 生 トルクは 機 械 系 の 方 程 式 は T em ( E i E i E i a d m J dt a T em b b m c B T c ) / load m Page. 79/49

81 第 章 電 気 回 路 素 子 d r P m dt ここで B は 係 数 Tload は 負 荷 トルク および P は 極 数 です この 係 数 B は 慣 性 モーメント J と 機 械 系 の 時 定 数 Tshaft から 以 下 のように 計 算 されます J B T shaft シャフト 時 定 数 Tshaft は したがって 摩 擦 や 機 械 の 風 損 の 影 響 を 反 映 している シャフトの 時 定 数 は 0 に 設 定 されている 場 合 摩 擦 を 表 す 項 は B *ωm はあるが 無 視 されることに 留 意 してください 定 数 シャフト 時 間 の 定 義 を 良 く 理 解 するために 我 々は 次 の 等 価 回 路 との 機 械 式 を 表 すことができます この 回 路 は 軸 の 時 定 数 Tshaftが 抵 抗 1/B とキャパシタJによるRC 時 定 数 と 等 しいことを 示 します した がって 軸 の 時 定 数 は 以 下 の 試 験 によって 測 定 することが 可 能 です - モータを 外 部 の 機 械 的 動 力 源 に 接 続 します 固 定 子 側 をオープン 回 路 にし モータを 一 定 の 速 度 で 駆 動 します - 機 械 的 動 力 源 を 削 除 します 軸 の 時 定 数 は モータの 初 期 速 度 を36.8% 遅 らせた 時 間 と 等 しくな ります ホール 効 果 センサについての 追 加 説 明 ホール 効 果 位 置 検 出 センサはホール スイッチとトリガ 磁 石 から 構 成 されています ホール スイッチ は 半 導 体 スイッチで(たとえば MOSFET や BJT) 磁 界 がある 閾 値 よりも 高 いか 低 い 場 合 に 開 閉 します これはホール 効 果 の 応 用 で スイッチに 外 部 から 電 流 を 流 すと 磁 束 密 度 に 比 例 した 電 圧 が 誘 起 されます ホール スイッチと 一 体 になった(もしくは 近 接 した) 信 号 条 件 回 路 により 誘 起 電 圧 を 検 出 するのが 一 般 的 です この 回 路 により 立 ち 上 がりが 鋭 くノイズ 耐 性 が 高 い TTL レベルのパルスを 発 生 し シールドケ ーブルにより 制 御 回 路 に 接 続 することができます 三 相 ブラシレス 直 流 モータの 場 合 3 つのホール 素 子 を 電 気 角 で 10 ずつずらして 固 定 子 に 配 置 します トリガ 磁 石 は 別 の 磁 石 でも あるいは 回 転 子 の 永 久 磁 石 も 使 うことができます 別 置 のトリガ 磁 石 を 使 う 場 合 回 転 子 の 極 から 十 分 に 離 して 配 置 する 必 要 があります そして ホール 素 子 に 充 分 近 くなるよう に 軸 に 取 り 付 けます 回 転 子 の 磁 石 を 兼 用 する 場 合 は ホール 素 子 を 回 転 子 の 磁 石 に 充 分 近 く 取 り 付 けま す これは 適 正 な 回 転 子 の 位 置 で 漏 れ 磁 束 により 励 起 されるようにするためです 例 : 開 ループ ブラシレス 直 流 モータの 始 動 Page. 80/49

82 第 章 電 気 回 路 素 子 以 下 の 図 に 開 ループのブラシレス 直 流 モータの 駆 動 回 路 を 示 します モータには 三 相 電 圧 型 インバータ により 電 源 を 供 給 しています ホール 素 子 位 置 センサの 出 力 を 使 って インバータのゲート 信 号 を 調 整 し 結 果 として 6 パルス 運 転 を 実 現 しています シミュレーション 波 形 はモータ 始 動 時 の 機 械 系 回 転 速 度 (rpm) 発 生 トルク Tem および 三 相 入 力 電 流 を 示 します 例 : 速 度 フィードバック 付 きブラシレス 直 流 モータ 以 下 の 図 は 速 度 フィードバック 付 きブラシレス 直 流 モータの 駆 動 回 路 です センサの 転 流 パルス(この 場 合 A 相 に 対 して Vgs)ともうひとつの 高 周 波 パルス(A 相 に 対 する Vgfb)を 調 整 することにより 速 度 制 御 を 実 現 しています 高 周 波 パルスは 直 流 電 流 フィードバックにより 発 生 させています シミュレーション 波 形 は 基 準 および 実 際 の 機 械 系 回 転 速 度 (rpm) A 相 の 電 流 および Vgs と Vgfb の 制 御 信 号 を 示 しています ここでは 表 現 上 Vgfb は 実 際 の 半 分 の 大 きさで 描 いてあります Page. 81/49

83 第 章 電 気 回 路 素 子.9.6 他 励 式 同 期 機 従 来 型 の 同 期 機 の 構 造 は 三 相 固 定 子 巻 線 と 突 極 または 円 筒 型 の 回 転 子 の 界 磁 巻 線 それに 機 種 により 制 動 巻 線 からなります 同 期 機 モデルは 固 定 子 回 路 の 内 部 モデルによって 電 圧 型 (SYNM3)と 電 流 型 (SYNM3_I)の 通 り のモデルが 存 在 します 電 圧 型 インタフェースのモデルは 固 定 子 側 に 置 かれた 制 御 付 き 電 圧 源 からなり このモデルは 同 期 機 が 発 電 機 として 動 作 している 場 合 および 固 定 子 外 部 回 路 が 誘 導 性 ブランチに 直 列 接 続 されているときに 適 します 一 方 電 流 型 インタフェースは 固 定 子 側 に 置 かれた 制 御 付 電 流 源 により このモデルは 同 期 機 が 電 動 機 として 動 作 している 場 合 および 固 定 子 回 路 が 容 量 性 のブランチと 並 列 接 続 されているときに 効 果 的 です このモデルのと を 以 下 に 示 します Rs(Stator) Ls(Stator) Ldm(d-axis mag. ind.) Lqm(q-axis mag. ind.) Rf (field) Lfl(field) Rdr(damping cage) Ldrl(damping cage) Rqr(damping cage) Lqrl(damping cage) Ns/Nf (effective) 固 定 子 巻 線 抵 抗 (Ω) 固 定 子 巻 線 漏 れインダクタンス(H) d 軸 磁 化 インダクタンス(H) q 軸 磁 化 インダクタンス(H) 界 磁 巻 線 抵 抗 (Ω) 界 磁 巻 線 漏 れインダクタンス(H) 制 動 巻 線 d 軸 抵 抗 (Ω) 制 動 巻 線 d 軸 漏 れインダクタンス(H) 制 動 巻 線 q 軸 抵 抗 (Ω) 制 動 巻 線 q 軸 漏 れインダクタンス(H) 固 定 子 と 界 磁 回 路 の 実 効 巻 線 比 Number of Poles モータの 極 数 ( 偶 数 ) Moment of Inertia モータの 慣 性 モーメント J(kg*m ) Torque Flag Master/Slave Flag 内 部 トルク Tem の 出 力 フラグ フラグが 1 に 設 定 されると 内 部 トルクの 出 力 が 要 求 される マスタ/スレーブモードのフラグ(1:マスタ;0:スレーブ) 全 てのは 固 定 子 側 に 参 照 した 値 で 表 されています 三 相 同 期 機 の 動 特 性 は 以 下 の 方 程 式 で 記 述 されています [V] = [R] [I] + d dt [λ] Page. 8/49

84 第 章 電 気 回 路 素 子 ここで [V] = [v a v b v c v f 0 0] T [R] = diag[r s R s R s R f R dr R qr ] ここで インダクタンス 行 列 は 以 下 のように 定 義 しています [L 11 ] = L s + L o + L cos (θ r ) [L] = [ [L 11 ] [L 1 ] [L 1 ] T [L ] ] [I] = [i a i b i c i f i dr i qr ] T [λ] = [λ a λ b λ c λ f λ dr λ qr ] T L o + L cos (θ r π 3 ) L o + L cos (θ r + π 3 ) L o + L cos (θ r π 3 ) L s + L o + L (θ r + π 3 ) L o + L cos (θ r ) [ L o + L cos (θ r + π 3 ) L o + L cos(θ r ) L s + L o + L cos (θ r π 3 ) ] L sf cos (θ r ) L sd cos(θ r ) L sq sin(θ r ) [L 1 ] = L sf cos (θ r π 3 ) L sdcos (θ r π 3 ) L sqsin (θ r π 3 ) [ L sf cos (θ r + π 3 ) L sdcos (θ r + π 3 ) L sq (θ r + π 3 ) ] L f L fdr 0 [L ] = [ L fdr L dr 0 ] 0 0 L qr ここで θr は 回 転 子 角 度 です また 発 生 トルクは 以 下 の 通 りです T = P [I] d [L] [I] dθ r 機 械 系 の 方 程 式 は 以 下 のように 表 されます J dω m dt = T em T load dθ r dt = P ω m 入 力 と 方 程 式 のの 関 係 は 以 下 のように 示 されます L dm = 1.5 (L 0 + L ) L qm = 1.5 (L 0 L ) L sf = ( N f ) L N dm s L sd = L dm L sq = L qm L fl = L f L sf L fdr = L dm L drl = L dr L dm L qrl = L qr L qm Page. 83/49

85 第 章 電 気 回 路 素 子.9.7 永 久 磁 石 同 期 機 三 相 の 永 久 磁 石 を 使 った 同 期 機 は 固 定 子 に 三 相 巻 線 を 回 転 子 には 永 久 磁 石 を 使 っています ブラシレ ス 直 流 機 と 違 い 同 期 機 は 誘 起 電 圧 が 正 弦 波 です 永 久 磁 石 同 期 機 のとを 以 下 に 示 します Rs (Stator Resistance) Ld (d-axis ind.) Lq (q-axis ind.) Vpk / krpm No. of poles 固 定 子 の 巻 線 抵 抗 (Ω) 固 定 子 の d 軸 インダクタンス(H) 固 定 子 の q 軸 インダクタンス(H) d 軸 は 磁 石 の 中 心 を 通 り q 軸 はふたつの 磁 石 の 中 間 を 通 ります q 軸 は d 軸 に 比 べて 進 んでいます 線 間 のピーク 誘 起 電 圧 定 数 単 位 は V/krpm ( 機 械 系 の 回 転 速 度 )です Vpk/krpm の 値 はモータのデータシートから 得 られるはずです これらの 値 が 不 明 の 場 合 は 同 期 機 を 1000rpm で 発 電 機 として 運 転 し 線 間 電 圧 のピ ーク 値 を 測 ることでわかります 極 数 P Moment of Inertia モータの 慣 性 モーメント J (kg*m ) Shaft Time Constant Torque Flag Master/Slave Flag 軸 の 時 定 数 (Tshaft) 内 部 発 生 トルク Tem の 出 力 フラグ(1: 出 力 あり;0:なし) マスタ/スレーブモードのフラグ (1:マスタ,0:スレーブ) マスタ/スレ ーブのフラグの 設 定 により モータの 動 作 モードが 変 わります 詳 しくは.9.1 を 参 照 ください の 端 子 は 以 下 のとおりです a,b,c はそれぞれ a,b,c 相 の 固 定 子 巻 線 端 子 ; 固 定 子 巻 線 はY 結 線 され n は 中 性 点 端 子 です 軸 端 子 は 機 械 軸 を 接 続 するためのもの これらはすべてパワー 端 子 なの で パワー 回 路 に 接 続 しなければなりません マスター/スレーブフラグの 定 義 と 使 用 についての 詳 細 は.8.1 章 を 参 照 してください 永 久 磁 石 同 期 機 の 方 程 式 は 以 下 で 表 されます v a R s 0 0 i a [ v b ] = [ 0 R s 0 ] [ ib ] + d λ a v c 0 0 R s ic dt [ λ b ] λ c ここで va,vb,vc は 相 電 圧 ia,ib,ic は 相 電 流 RS は 固 定 子 の 各 相 抵 抗 です また λa,λb,λc はそ れぞれ a,b,c 相 の 交 鎖 磁 束 です 交 鎖 磁 束 は 以 下 の 式 で 表 せます Page. 84/49

86 第 章 電 気 回 路 素 子 Page. 85/49 3 cos 3 cos cos r r r pm c b a cc cb ca bc bb ba ac ab aa c b a i i i L L L L L L L L L ここで θr は 回 転 子 の 電 気 角 λpm は 以 下 の 式 で 決 まる 係 数 です pm 60 λ π pk V krpm P P は 極 数 です 固 定 子 の 自 己 および 相 互 インダクタンスは 回 転 子 の 位 置 により 変 化 し, 以 下 の 式 で 決 まります r o cb bc r o ca ac r o ba ab r o sl cc r o sl bb r o sl aa L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L cos 1 3 cos 1 3 cos 1 3 cos 3 cos cos ここで Ls は 固 定 子 の 漏 れインダクタンスです abc フレームの 変 数 は 以 下 の 式 により dq0 フレームに 変 換 することができます c b a r r r r r r q d x x x x x x sin 3 sin ) sin( 3 cos 3 cos ) cos( 3 0 また 逆 変 換 は 以 下 の 式 で 表 せます sin 3 cos 1 3 sin 3 cos 1 ) sin( ) cos( x x x x x x q d r r r r r r c b a また d 軸 および q 軸 インダクタンスは 以 下 のように 書 けます L L L L L L L L o s q o s d 発 生 トルクは 次 の 式 で 計 算 されます

87 第 章 電 気 回 路 素 子 Page. 86/49 3 sin 3 sin sin 3 sin ) sin( 3 sin ) sin( 3 sin 3 sin 3 sin 3 sin ) sin( r r r c b a pm c b a r r r r r r r r r c b a em i i i P i i i i i i L P T dq0 フレームでは 発 生 トルクは 以 下 の 式 で 表 されます ) ) ( ( 3 q d q d q pm em i i L L i P T 一 方 機 械 系 の 方 程 式 は load m em m T B T dt d J m r P dt d ここで B は 係 数 Tload は 負 荷 トルク および P は 極 数 です この 係 数 B は 慣 性 モーメント J と 機 械 系 の 時 定 数 Tshaft から 以 下 のように 計 算 されます shaft J B τ.9.8 飽 和 付 永 久 磁 石 同 期 機 三 相 の 飽 和 付 永 久 磁 石 同 期 機 は d 軸 /q 軸 インダクタンスを d 軸 /q 軸 電 流 の 関 数 として 設 定 すること ができる 永 久 磁 石 同 期 機 です d 軸 /q 軸 インダクタンスと d 軸 /q 軸 電 流 の 関 係 は 別 ファイルに 記 述 した ルックアップテーブルによって 決 定 されます 飽 和 付 永 久 磁 石 同 期 機 のとを 以 下 に 示 します

88 第 章 電 気 回 路 素 子 Rs (stator Resistance) 固 定 子 の 巻 線 抵 抗 (Ω) Ls (stator leakage ind.) 固 定 子 の 漏 れインダクタンス(H) 線 間 のピーク 誘 起 電 圧 定 数 単 位 は V/krpm ( 機 械 系 の 回 転 速 度 )です Vpk / krpm Vpk/krpm の 値 はモータのデータシートから 得 られるはずです これらの 値 が 不 明 の 場 合 は 同 期 機 を 1000rpm で 発 電 機 として 運 転 し 線 間 電 圧 のピ ーク 値 を 測 ることでわかります No. of poles 極 数 P Moment of Inertia モータの 慣 性 モーメント J (kg*m ) Shaft Time Constant 軸 の 時 定 数 Tshaft(s) 摩 擦 係 数 B と 関 係 する ただし B=J / Tshaft Ld Lookup Table File Ldm 用 ルックアップテーブルのファイル 名 Lq Lookup Table File Lqm 用 ルックアップテーブルのファイル 名 dq Flag ル ッ ク ア ッ プ テ ー ブ ル 用 の フ ラ グ (0: Ldm, Lqm は Id, Iq の 関 数 ; 1: Ldm, Lqm は 電 流 ベクトル Im と 角 度 の 関 数 ) Transformation Flag 変 換 係 数 フラグ( 詳 細 は 以 下 を 参 考 のこと) Torque Flag 内 部 発 生 トルク Tem の 出 力 フラグ(1: 出 力 あり;0:なし) マスタ/スレーブモードのフラグ (1:マスタ,0:スレーブ) マスタ/スレ Master/Slave Flag ーブのフラグの 設 定 により モータの 動 作 モードが 変 わります 詳 しくは.9.1 を 参 照 ください d 軸, q 軸 のインダクタンス Ld, Lq と 磁 化 インダクタンス Ldm, Lqm との 関 係 は 以 下 の 通 りになります L d = L s + L dm L q = L s + L qm ただし Ls は 固 定 子 の 漏 れインダクタンスです 通 常 は Ls が 非 常 に 小 さいので Ld を Ldm そして Lq を Lqm と 見 なすことができます Transformation Flagはabcの 三 相 静 止 座 標 からdqの 回 転 座 標 への 座 標 変 換 の 変 換 係 数 を 決 定 します Transformation Flagが0の 時 : π [ I d Iq ] = cos(θ r ) cos (θ r 3 [ 3 ) cos (θ r + π 3 ) sin(θ r ) sin (θ r π 3 ) sin (θ r + π ] [ 3 ) i a ib ] ic I m = I d + I q θ m = atan(i q, I d ) 電 流 ベクトルの 位 相 角 の 単 位 は degree で 範 囲 は-180 から 180 になっています Page. 87/49

89 第 章 電 気 回 路 素 子 また Transformation Flag が 1 の 時 : [ I d I q ] = 3 [ cos(θ r ) π cos (θ r 3 ) cos (θ r + π 3 ) sin(θ r ) sin (θ r π 3 ) sin (θ r + π ] [ 3 ) i a ib ] ic I m = 3 I d + I q θ m = atan( I q, I d ) 電 流 ベクトルの 位 相 角 の 単 位 は degree で 範 囲 は 0 から 360 になっています L dm と L qm のルックアップテーブルは 以 下 のフォーマットを 持 っています: m, n Vr,1, Vr,,..., Vr,m Vc,1, Vc,,..., Vc,n L1,1, L1,,..., L1,n L,1, L,,..., L,n Lm,1, Lm,,..., Lm,n ただし m は 行 の 数 n は 列 の 数 Vr は 行 のベクトル Vc は 列 のベクトル そして Lij は i 行 目 と j 列 目 における Ldm 或 いは Lqm の 値 [H]であります ベクトル Vr と Vc は 単 調 増 加 である 必 要 があります dq Flag が 0 の 場 合 ベクトル Vr には Iq のデータを ベクトル Vc には Id のデータを 設 定 し Lij には 該 当 する Id, Iq の 場 合 のインダクタンス 値 を 設 定 します dq Flag が 1 の 場 合 ベクトル Vr には θm のデータを ベクトル Vc には Im のデータを 設 定 し Lij には 該 当 する Im, θm の 場 合 のインダクタンス 値 を 設 定 します 入 力 がルックアップテーブルで 定 義 された 二 つのポイントの 間 にあるとき 補 間 された 値 が 計 算 に 使 わ れます また 入 力 が 最 小 値 より 小 さいまたは 最 大 値 より 大 きいとき 入 力 に 最 小 値 または 最 大 値 が 代 入 されます ルックアップテーブルの Ldm と Lqm を Id と Iq の 線 形 関 数 として 定 義 すれば この 飽 和 付 永 久 磁 石 同 期 機 モデルは 線 形 永 久 磁 石 同 期 機 モデルとして 使 うことが 可 能 です 以 下 にルックアップテーブルの 例 を 示 します: 4, Page. 88/49

90 第 章 電 気 回 路 素 子.9.9 スイッチトリラクタンスモータ 三 相 4 相 5 相 の 3 つのタイプのスイッチトリラクタンスモータモデルが 用 意 されました Resistance 固 定 子 各 相 抵 抗 (Ω) Inductance Lmin 各 相 インダクタンスの 最 小 値 (H) Inductance Lmax 各 相 インダクタンスの 最 大 値 (H) Theta_min θmin インダクタンスが 最 低 にある 期 間 ( 度 ) Theta_max θmax インダクタンスが 最 大 にある 期 間 ( 度 ) Stator Pole Number 固 定 子 極 数 Rotor Pole Number 回 転 子 極 数 Moment of Inertia モータの 慣 性 モーメント J (kg*m ) Torque Flag 内 部 トルク Tem の 出 力 フラグ Master/Slave Flag マスタ/スレーブモードのフラグ (1:マスタ,0:スレーブ) マスタ/スレーブのフラグの 設 定 により モータの 動 作 モードが 変 わります (.8.1 参 照 ) ノードの 役 割 は 以 下 のとおりです a+,a-,b+,b-,c+,c- はそれぞれ a,b,c 相 の 固 定 子 巻 線 端 子 軸 ノード(shaft node)は 機 械 軸 の 接 続 端 子 これらの 端 子 はパワー 端 子 なのでパワー 回 路 に 接 続 しなけれ ばなりません スイッチトリラクタンスモータの 方 程 式 は 各 相 あたり 次 のようになります v d( Li) i R dt ここで v は 相 電 圧 i は 相 電 流 R は 相 回 路 抵 抗 L は 相 回 路 インダクタンスです 相 回 路 インダクタ ンス L は 以 下 の 図 に 示 すように 回 転 の 関 数 です インダクタンスプロフィールは 半 波 対 称 で 180 度 の 後 は 繰 り 返 しとなります Page. 89/49

91 第 章 電 気 回 路 素 子 回 転 角 は 固 定 子 と 回 転 子 の 歯 が 完 全 にかみ 合 っていない 場 合 を θ = 0 とします インダクタンスの 値 は 上 昇 (rising) 頂 上 (flat-top) 降 下 (falling) 底 (flat-bottom)の 4 段 階 のいずれかになります ここで 定 数 k を L max L k min と 定 義 すると インダクタンス L を 以 下 のように 回 転 角 の 関 数 として 表 現 できます L = L max for 0 θ θ max L = L max k (θ θ max ) for θ max θ L = L min for max L = L min + k (θ θ max θ rf θ min ) L = L max 各 相 の 発 生 トルクは 以 下 により 求 めています T em for for 1 i θ max θ max dl d θ θ max + θ rf + θ rf θ θ max 上 記 のようなインダクタンスの 表 現 により 各 段 階 での 発 生 トルクは T em i [ 上 昇 ] T 0 [ 頂 上 ] em k T em i [ 降 下 ] T 0 [ 底 ] k なお このモデルでは 飽 和 を 考 慮 していません em + θ rf + θ min + θ rf + θ min θ θ max + θ rf + θ min θ θ rf + θ min.9.10 非 線 形 スイッチトリラクタンスモータ 以 前 のセクションのスイッチトリラクタンスモータモデルでは インダクタンスは 回 転 子 位 置 にだけに 依 存 します 更 に インダクタンスは 頂 上 (flat-top) と 底 (flat-bottom)の 時 は 固 定 です この 三 相 モデ ルでは インダクタンスと 回 転 子 位 置 の 関 係 だけではなく インダクタンスと 電 流 の 関 係 も 非 線 形 に 定 義 することができます インダクタンスと 回 転 子 位 置 の 関 係 及 びインダクタンスと 電 流 の 関 係 は 次 元 のルッ Page. 90/49

92 第 章 電 気 回 路 素 子 クアップテブールを 通 して 定 義 されます Resistance 固 定 子 各 相 抵 抗 (Ω) Stator Pole Number 固 定 子 極 数 Rotor Pole Number 回 転 子 極 数 Inductance Table File ローター 位 置 と 電 流 に 対 してインダクタンスの 次 元 のテーブルを 保 存 す るファイル 名 Moment of Inertia モータの 慣 性 モーメント J (kg*m ) Torque Flag 内 部 トルク Tem の 出 力 フラグ フラグを 1 に 設 定 すると 内 部 トルクの 出 力 を 要 求 できます Master/Slave Flag マスタ/スレーブモードのフラグ (1:マスタ,0:スレーブ) インダクタンステブールファイルのフォーマットは 以 下 の 通 りです: m, n θ1, θ,..., θm I1, I,..., In L1,1, L1,,..., L1,n L,1, L,,..., L,n Lm,1, Lm,,..., Lm,n ここで m は 行 の 数 n は 列 の 数 θ1~θm は 回 転 子 位 置 ( 単 位 :degree)の 行 のベクトル I1~In は 相 電 流 ( 単 位 :A)の 列 のベクトル そして Lij は I 行 目 と j 列 目 におけるインダクタンス 値 [H]です 例 えば 回 転 子 位 置 θ 相 電 流 I1 の 場 合 インダクタンスは L,1 です 半 波 対 称 のために 0~180 度 のインダクタンス 値 だけ が 必 要 です また 行 ベクトルと 列 ベクトルは 増 加 である 必 要 があります Page. 91/49

93 第 章 電 気 回 路 素 子.9.11 モータ 制 御 ブロック 以 下 の 制 御 ブロックが 提 供 されています - 最 大 トルク 制 御 (IPM) - 最 大 トルク 制 御 ( 非 線 形 IPM) - 弱 め 磁 束 制 御 (IPM) - 弱 め 磁 束 制 御 (SPM) - 弱 め 磁 束 制 御 ( 非 線 形 IPM) - 弱 め 磁 束 制 御 ( 誘 導 機 ) 最 大 トルク 制 御 (IPM) 線 形 特 性 を 持 つ 埋 込 磁 石 型 永 久 磁 石 同 期 機 (IPM) 用 の 最 大 トルク 制 御 (MTPA)ブロックを 以 下 に 記 載 しま す IPM では d 軸 と q 軸 のインダクタンス 値 が 異 なります Ld (d-axis inductance) PMSM の d 軸 インダクタンス(H) Lq (q-axis inductance) PMSM の q 軸 インダクタンス(H) Vpk/ krpm 線 間 のピーク 誘 起 電 圧 定 数 単 位 は V/krpm ( 機 械 系 の 回 転 速 度 )です Number of Poles 極 対 数 Maximum Inverter Current 最 大 インバータ 出 力 電 流 の 振 幅 (ピーク 値 )(A) Base Voltage Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 圧 Vb(V) Base Current Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 流 Ib(A) Base Mechanical Speed 単 位 システムあたりの 基 底 速 度 Wmb(rad/sec) IPM 用 の 最 大 トルク 制 御 ブロックには 以 下 の 入 出 力 があります Is: Id: Iq: インバータ 電 流 の 振 幅 指 令 d 軸 電 流 指 令 q 軸 電 流 指 令 基 底 値 Vb Ib Wmb が 全 て 1 に 設 定 されている 場 合 全 ての 入 出 力 量 は 実 際 の 値 になります Page. 9/49

94 第 章 電 気 回 路 素 子 電 流 振 幅 指 令 が 決 まれば モータにより 最 大 トルクが 生 成 されるように このブロックは d 軸 と q 軸 の 電 流 指 令 である Id と Iq を 計 算 します 最 大 トルク 制 御 ( 非 線 形 IPM) 非 線 形 特 性 を 持 つ 埋 込 磁 石 型 永 久 磁 石 同 期 機 (IPM) 用 の 最 大 トルク 制 御 (MTPA)ブロックを 以 下 に 記 載 し ます Maximum Inverter Current インバータ 最 大 出 力 電 流 振 幅 (ピーク 値 )(A) Base Current Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 流 Ib(A) 非 線 形 IPM 用 の 最 大 トルク 制 御 ブロックには 以 下 の 入 出 力 があります Is: Ld: Lq: インバータ 電 流 の 振 幅 指 令 d 軸 インダクタンス q 軸 インダクタンス Lambda: 固 定 子 鎖 交 磁 束 のピーク(Wb) +/- Te: トルク 指 令 の 符 号 ( 指 令 がプラスの 時 は 1 マイナスの 時 は-1) Id: Iq: d 軸 電 流 指 令 q 軸 電 流 指 令 基 底 値 Ib が 1 に 設 定 されている 場 合 電 流 の 入 出 力 量 は 実 際 の 値 になります 非 線 形 IPM では d 軸 および q 軸 インダクタンス 誘 起 電 圧 定 数 はモータの 電 流 の 関 数 になります 電 流 振 幅 指 令 とインバータの 定 格 電 流 が 決 まれば モータにより 最 大 トルクが 生 成 されるように このブロ ックは d 軸 と q 軸 の 電 流 指 令 である Id と Iq を 計 算 します Page. 93/49

95 第 章 電 気 回 路 素 子 弱 め 磁 束 制 御 (IPM) 線 形 特 性 を 持 つ 埋 込 磁 石 型 永 久 磁 石 同 期 機 (IPM) 用 の 弱 め 磁 束 制 御 ブロックを 以 下 に 記 載 します このブ ロックは 表 面 磁 石 型 永 久 磁 石 同 期 機 (SPM) 用 に 使 用 することは 出 来 ません Rs (stator resistance) 固 定 子 の 巻 線 抵 抗 (Ω) Ld (d-axis inductance) PMSM の d 軸 インダクタンス(H) Lq (q-axis inductance) PMSM の q 軸 インダクタンス(H) Vpk/krpm 線 間 のピーク 誘 起 電 圧 定 数 単 位 は V/krpm ( 機 械 系 の 回 転 速 度 )です Number of Poles 極 対 数 Maximum Inverter Current インバータ 最 大 出 力 電 流 の 振 幅 (ピーク)(A) Maximum Inverter Voltage インバータ 最 大 出 力 電 圧 の 振 幅 ( 位 相 ピーク)(V) Base Voltage Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 圧 Vb(V) Base Current Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 流 Ib(A) Base Mechanical Speed 単 位 システムあたりの 基 底 速 度 Wmb(rad/sec) 線 形 IPM 用 の 弱 め 磁 束 制 御 ブロックには 以 下 の 入 出 力 があります Is: Vdc: Wm: Id: Iq: インバータ 電 流 の 振 幅 指 令 DC バスの 電 圧 フィードバック モータの 機 械 系 の 回 転 速 度 ( rad/sec) d 軸 電 流 指 令 q 軸 電 流 指 令 基 底 値 Vb Ib Wmb が 全 て 1 に 設 定 されている 場 合 全 ての 入 出 力 量 は 実 際 の 値 になります 機 械 速 度 が 一 定 の 値 より 高 くなると モータは 最 大 トルクを 出 力 できなくなります 代 わりに モータ の 定 格 出 力 により 制 限 されます DC バス 電 圧 とモータ 速 度 電 流 振 幅 指 令 が 決 まれば 最 大 出 力 を 得 る 為 に 弱 め 磁 束 ブロックが d 軸 と q 軸 の 電 流 指 令 である Id と Iq を 計 算 します ロック 内 部 にある 遮 断 周 波 数 1kHz 減 衰 比 0.7 の 次 ローパスフィルタは 内 部 で Id 出 力 を 滑 らかに 変 化 させる 為 に 使 用 されます また このフィルタはアナログフィルタとなります しかしコード 生 成 用 の 回 路 の 中 では サンプリング 周 波 数 fs と 同 じ 遮 断 周 波 数 減 衰 比 を 持 つデジタルフィルタとして 使 用 され ます Page. 94/49

96 第 章 電 気 回 路 素 子 弱 め 磁 束 制 御 (SPM) 線 形 特 性 を 持 つ 表 面 磁 石 型 永 久 磁 石 同 期 機 (IPM) 用 の 弱 め 磁 束 制 御 ブロックを 以 下 に 記 載 します SPM では d 軸 および q 軸 のインダクタンス 値 が 等 しくなります Rs (stator resistance) 固 定 子 の 巻 線 抵 抗 (Ω) Ld (d-axis inductance) PMSM の d 軸 インダクタンス(H) Lq (q-axis inductance) PMSM の q 軸 インダクタンス(H) Vpk/krpm 線 間 のピーク 誘 起 電 圧 定 数 単 位 は V/krpm ( 機 械 系 の 回 転 速 度 )です Number of Poles 極 対 数 Maximum Inverter Current インバータ 最 大 出 力 電 流 の 振 幅 (ピーク)(A) Maximum Inverter Voltage インバータ 最 大 出 力 電 圧 の 振 幅 ( 位 相 ピーク)(V) Base Voltage Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 圧 Vb(V) Base Current Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 流 Ib(A) Base Mechanical Speed 単 位 システムあたりの 基 底 速 度 Wmb(rad/sec) 線 形 SPM 用 の 弱 め 磁 束 制 御 ブロックには 以 下 の 入 出 力 があります Is: Vdc: Wm: Id: Iq: インバータ 電 流 の 振 幅 指 令 DC バスの 電 圧 フィードバック モータの 機 械 系 の 回 転 速 度 ( rad/sec) d 軸 電 流 指 令 q 軸 電 流 指 令 基 底 値 Vb Ib Wmb が 全 て 1 に 設 定 されている 場 合 全 ての 入 出 力 量 は 実 際 の 値 になります 機 械 速 度 が 一 定 の 値 より 高 くなると モータは 最 大 トルクを 出 力 できなくなります 代 わりに モータ の 定 格 出 力 により 制 限 されます DC バス 電 圧 とモータ 速 度 電 流 振 幅 指 令 が 決 まれば 最 大 出 力 を 得 る 為 に 弱 め 磁 束 ブロックが d 軸 と q 軸 の 電 流 指 令 である Id と Iq を 計 算 します ロック 内 部 にある 遮 断 周 波 数 1kHz 減 衰 比 0.7 の 次 ローパスフィルタは 内 部 で Id 出 力 を 滑 らかに 変 化 させる 為 に 使 用 されます また このフィルタはアナログフィルタとなります しかしコード 生 成 用 の 回 路 の 中 では サンプリング 周 波 数 fs と 同 じ 遮 断 周 波 数 減 衰 比 を 持 つデジタルフィルタとして 使 用 され ます Page. 95/49

97 第 章 電 気 回 路 素 子 弱 め 磁 束 制 御 ( 非 線 形 IPM) 非 線 形 特 性 を 持 つ 埋 込 磁 石 型 永 久 磁 石 同 期 機 (IPM) 用 の 弱 め 磁 束 制 御 ブロックを 以 下 に 記 載 します Number of Poles 極 対 数 Maximum Inverter Current インバータ 最 大 出 力 電 流 の 振 幅 (ピーク)(A) Maximum Inverter Voltage インバータ 最 大 出 力 電 圧 の 振 幅 ( 位 相 ピーク)(V) Base Voltage Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 圧 Vb(V) Base Current Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 流 Ib(A) Base Mechanical Speed 単 位 システムあたりの 基 底 速 度 Wmb(rad/sec) 非 線 形 IPM 用 の 弱 め 磁 束 制 御 ブロックには 以 下 の 入 出 力 があります Is: Ld: Lq: インバータ 電 流 の 振 幅 指 令 d 軸 インダクタンス q 軸 インダクタンス Lambda: 固 定 子 鎖 交 磁 束 のピーク Vdc: Wm: Id: Iq: DC バスの 電 圧 フィードバック モータの 機 械 系 の 回 転 速 度 ( rad/sec) d 軸 電 流 指 令 q 軸 電 流 指 令 基 底 値 Vb Ib Wmb が 全 て 1 に 設 定 されている 場 合 全 ての 入 出 力 量 は 実 際 の 値 になります 非 線 形 IPM では d 軸 および q 軸 インダクタンス 誘 起 電 圧 定 数 はモータの 電 流 の 関 数 になります 機 械 速 度 が 一 定 の 値 より 高 くなると モータは 最 大 トルクを 出 力 できなくなります 代 わりに モータの 定 格 出 力 により 制 限 されます DC バス 電 圧 とモータ 速 度 電 流 振 幅 指 令 インバータの 定 格 が 決 まれば 最 大 出 力 を 得 る 為 に 弱 め 磁 束 ブロックが d 軸 と q 軸 の 電 流 指 令 である Id と Iq を 計 算 します Page. 96/49

98 第 章 電 気 回 路 素 子 弱 め 磁 束 制 御 ( 誘 導 機 ) 線 形 特 性 を 持 つ 誘 導 機 用 の 弱 め 磁 束 制 御 ブロックを 以 下 に 記 載 します Rs (stator) 固 定 子 巻 線 の 抵 抗 (Ohm) Lls (stator leakage) 固 定 子 漏 れインダクタンス(H) Rr (rotor) 回 転 子 巻 線 の 抵 抗 (Ohm) Llr (rotor leakage) 回 転 子 漏 れインダクタンス(H) Lm (magnetizing) 磁 化 インダクタンス(H) Number of Poles 極 対 数 Rated Speed 定 格 速 度 (rpm) AC Source Frequency 交 流 電 源 の 周 波 数 (Hz) AC Voltage (line-line rms) 交 流 電 源 の 線 間 電 圧 (V) Base Voltage Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 圧 Vb(V) Base Current Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 流 Ib(A) Base Mechanical Speed 単 位 システムあたりの 基 底 速 度 Wmb(rad/sec) 誘 導 機 用 の 弱 め 磁 束 制 御 ブロックには 以 下 の 入 出 力 があります Vdc: We: Id: DC バスの 電 圧 固 定 子 の 電 気 的 な 速 度 ( 基 本 値 は Wmb になります) d 軸 電 流 指 令 基 底 値 Vb Ib Wmb が 全 て 1 に 設 定 されている 場 合 全 ての 入 出 力 量 は 実 際 の 値 になります 機 械 速 度 が 一 定 の 値 より 高 くなると モータは 最 大 トルクを 出 力 できなくなります 代 わりに モータ の 定 格 出 力 により 制 限 されます DC バス 電 圧 とモータ 速 度 電 流 振 幅 指 令 が 決 まれば 最 大 出 力 を 得 る 為 に 弱 め 磁 束 ブロックが d 軸 電 流 指 令 である Id を 計 算 します Page. 97/49

99 第 章 電 気 回 路 素 子.10 MagCoupler モジュール MagCouplerモジュール はPSIM とJMAG の 連 成 シミュレーションを 行 なうためのインタフェースを 提 供 します JMAG は 電 気 機 器 アクチュエータやその 他 電 気 電 子 機 器 または 部 品 の 電 磁 界 解 析 ソフトウ ェアです MagCoupler モジュールを 使 えば PSIMによるパワーエレクトロニクスとその 制 御 そして JMAGの 電 磁 界 解 析 を 同 時 に 実 行 することができます MagCoupler モジュールは MagCoupler ブロックと MagCoupler-DL ブロックの 二 つがあり これらはそ れぞれセクション.11 で 紹 介 する 機 械 素 子 と 速 度 /トルク/ 位 置 のセンサにあたります MagCoupler ブロックと MagCoupler-DL ブロックの 違 いは 以 下 の 通 りです - 全 体 のシミュレーション 時 間 短 縮 可 能 MagCoupler ブロックでは PSIM と JMAG は 同 じ 時 間 ステップで 実 行 します MagCoupler- DL ブロックは 違 う 時 間 ステップで 実 行 させることもできます これにより 比 較 的 時 間 の かかる JMAG 側 の 時 間 ステップだけを 長 くして 全 体 のシミュレーション 時 間 を 短 くする ことも 可 能 です - 電 流 入 力 可 能 MagCoupler ブロックのインタフェースポートは 信 号 ポートであり 電 流 を 入 出 力 すること が 出 来 ません よって 電 流 入 力 をブロックに 接 続 するためには まずこれを 電 圧 信 号 に 変 換 しなければなりません 一 方 MagCoupler-DL ブロックの 入 出 力 は 電 力 の 入 出 力 ポートで あり 通 常 の 電 力 回 路 のノードと 同 様 の 働 きを 持 ちます (つまり 電 圧 が 加 わり 電 流 が ノードに 流 入 流 出 する 現 象 が 表 現 されるということです )この 違 いから MagCoupler- DL ブロックの PSIM と JMAG 間 のインタフェースはさらに 現 実 に 則 したをものになってい るといえます MagCoupler を 使 用 する 場 合 PSIM 上 でJMAG がインストールされているディレクトリか JMAGの DLLファイル( jbdll.dll と RT_Dll.dll )のあるディレクトリのPath を 設 定 する 必 要 があります PSIMにJMAGのディレクトリのPathを 設 定 するには Option Set Path を 選 択 し Add Folder ボタンを 押 して JMAGのディレクトリを 選 択 してください また MagCoupler を 使 用 するためには Internet Explorer Ver.6.0 以 降 が 必 要 なことにご 注 意 くださ い Ver.5.x 以 前 のInternet Explorer がインストールされているコンピュータではMagCoupler は 正 常 に 動 作 しません Page. 98/49

100 第 章 電 気 回 路 素 子.10.1 MagCoupler-DL ブロック PMSM デバイスの MagCoupler-DL ブロックは PMSM デバイスのインタフェースを 分 かり 易 く 表 して います XML ファイルは PSIM と JMAG のインタフェース Netlist XML File を 定 義 しており.xml の 拡 張 子 を 持 っています JMAG の 入 力 ファイルです 拡 張 子.jcf を 持 ってい JMAG Input File ます.xml と.jcf ファイルは 同 じディレクトリに 入 っていなければなりません JMAG Case Text JMAG 回 路 へのコメントです Terminal Names ブロックのノード 名 このブロック 図 内 では 電 源 ノード(A B そして C)はブロックの 一 番 上 に 置 かれており 左 から 右 へ 配 置 されています 機 械 の 軸 ノードはブロックの 左 と 右 に 置 かれており 右 が 最 初 の 軸 ノード ( 上 図 のノード M+) 左 が 二 番 目 の 軸 ノード( 上 図 のノード M-)です 電 力 回 路 と 機 械 軸 ノードは PSIM と JMAG のデータファイル 間 のインタフェースと 同 様 に Netlist XML File 内 に 定 義 されています このファイルは XML 形 式 であり JMAG から 生 成 されます このファイルを 指 定 するためには 編 集 部 分 の 右 のブラウズボタンをクリックしてください JMAG Input File はデバイスをモデル 化 した JMAG のデータファイルです このファイルは.jcf 拡 張 子 を 持 っており ネットリスト XML ファイル 内 に 定 義 されています.jcf ファイルと.xml ファイルは 同 じデ ィレクトリに 入 っていなければなりません JMAG Case Text はユーザが JMAG 回 路 を 識 別 するための 名 前 として 利 用 するテキストであり 自 由 に 設 定 することができます 特 定 の XML ファイルを 選 び.jcf データファイルが 読 み 込 まれると 以 下 のがプロパティウ ィンドウ 内 に 表 示 されます Page. 99/49

101 第 章 電 気 回 路 素 子 dt of JMAG JMAG 内 の 時 間 ステップ Ir 定 格 電 流 です JMAG 内 で 使 われています dl_threshold 電 流 基 準 値 です JMAG 内 で 使 われています dr_threshold 移 動 の 基 準 点 です JMAG 内 で 使 われています Momentoflnertia 装 置 の 慣 性 モーメント MechTimeConstant 装 置 の 機 械 的 時 定 数 (sec) Beck emf Flag 全 ての FEM コイル 電 流 の 表 示 フラグ(1: 表 示 0: 非 表 示 ) Rotor Angle Flag 全 軸 角 の 表 示 フラグ Speed Flag 全 軸 速 度 の 表 示 フラグ Torque Flag 全 軸 トルクの 表 示 フラグ JMAG 側 シミュレーションのセットアップ 方 法 は JMAG のマニュアルとドキュメントを 参 照 してくださ い.10. MagCoupler ブロック PSIM と JMAG との 接 続 を 定 義 する XML ファイル(.xml の 拡 張 Link Table File 子 )です JMAG 用 の JCF 入 力 ファイル(.jcf 拡 張 子 )です.xml ファイル JMAG Input File と.jcf ファイルは 同 じディレクトリ 上 にある 必 要 があります JMAG Case Text JMAG 回 路 用 のコメント IN Nodes PSIM から JMAG に 値 を 渡 すノード OUT Nodes JMAG から PSIM に 値 を 渡 すノード 使 う 回 路 の 入 出 力 ノード 数 によっての 入 出 力 ノード 数 も 変 化 します MagCoupler ブロックは 電 圧 電 流 と 位 置 を 入 力 とし 電 圧 電 流 位 置 トルクと 力 を 出 力 しま す PSIM では MagCoupler ブロックはパワー 回 路 素 子 として 扱 われます MagCoupler と 他 の 回 路 との 連 結 はいずれの 入 力 と 出 力 においても 電 圧 信 号 です( 入 力 ノードに 流 れ 込 む 電 流 は 存 在 しません) このとき 回 路 中 からの 電 流 を 電 圧 信 号 へ 変 換 (あるいはその 逆 の 変 換 )をす るには 電 流 制 御 電 圧 源 あるいは 電 圧 制 御 電 流 源 を 使 うことで 実 現 できます Page. 100/49

102 第 章 電 気 回 路 素 子 Link Table File は 入 出 力 のインタフェースとJMAG に 関 連 する 関 数 を 定 義 します このファイルは JMAG によって 自 動 的 に 生 成 されます 編 集 フィールドの 右 側 にあるブラウズボタンをクリックしてこの ファイルを 設 置 してください JMAG Input File はJMAG のソルバに 読 み 込 まれるJCF 入 力 データファイルです ファイル 名 はLink Table File で 定 義 されます JCF 入 力 ファイル.jcf は 必 ずLink table file.xml と 同 じディレクトリにあることにご 注 意 ください 何 ら かの 素 子 データベースをJMAG で 使 用 している 場 合 それらのファイルも.xml ファイルと 同 じディレクト リに 置 く 必 要 があります 一 方.xml ファイルは 必 ずしも 回 路 図 ファイルと 同 じディレクトリに 入 れる 必 要 はありません ただし 同 じファイル 名 の.xml ファイルが 回 路 図 ディレクトリに 存 在 する 場 合 PSIM は 優 先 的 に 回 路 図 ディレクトリにあるファイルを 読 み 込 みます JMAG Case Text はユーザがJMAG 回 路 を 識 別 するための 名 前 として 利 用 するテキストであり 自 由 に 設 定 することができます IN Nodes はPSIM からJMAG に 値 を 渡 すノードです MagCoupler ブロックの 図 では 入 力 端 子 の 順 番 はIN Nodes の 設 定 と 同 じ 順 序 で 左 上 から 左 下 に 並 びます この 順 番 はノードをハイライト 化 し 上 ある いは 下 矢 印 をクリックすることで 変 えることができます Out Nodes はJMAG がPSIM に 値 を 返 すためのノードです MagCoupler ブロック 図 において 出 力 端 子 の 順 番 はOut Nodes の 設 定 と 同 じ 順 序 で 右 上 から 右 下 に 並 びます この 順 番 はノードをハイライト 化 し 上 あるいは 下 矢 印 をクリックすることで 変 えることができます Edit Image ボタンをクリックしますと MagCoupler ブロック 図 を 編 集 したり カスタマイズしたりす ることができます Display File ボタンを 押 しますと Microsoft Internet Explorer 環 境 にあるLink Table File を 表 示 され そしてRead File ボタンを 押 しますとLink Table Fileが 読 み 込 まれる またはリロードさ れます JMAG PSIM のセットアップ MagCoupler ブロックを 使 った 連 成 シミュレーションに 向 けたJMAG とPSIM 間 のリンクのセットアップ には 大 きく 二 つのステップがあります まずJMAG 上 で 回 路 をセットアップしてLink Table File を 生 成 し そのLink Table FileをPSIM に 読 み 込 む 設 定 をします インダクタを 例 にこの 手 順 について 説 明 します この 例 のPSIM 回 路 において 左 側 の 回 路 はPSIM 素 子 ライブラリに 備 えつきのインダクタを 使 いま す そして 右 側 の 回 路 はJMAG で 計 算 されるインダクタを 使 います この 例 では インダクタはPSIM における 制 御 電 流 源 としてモデル 化 されます インダクタの 端 子 電 圧 はまず 電 圧 制 御 電 圧 源 を 通 じてGND を 基 準 とした 電 圧 に 変 換 され その 値 はMagCoupler ブロックの 入 力 ノードVL に 渡 されます PSIMのシ Page. 101/49

103 第 章 電 気 回 路 素 子 ミュレーションタイムステップごとに 入 力 電 圧 に 基 づいてインダクタ 電 流 を 計 算 するJMAG の 関 数 が 呼 び 出 されます JMAG で 計 算 された 電 流 値 はPSIM に 電 圧 の 形 で 返 され 電 圧 制 御 電 流 源 によってインダ クタの 出 力 電 流 になります この 例 のJMAG 側 の 回 路 は Voltage Function( 左 側 )がPSIM から 渡 された 電 圧 を 受 け 取 り FEM コイル と 直 列 に 繋 がっている 電 流 プローブを 通 過 します 電 流 プローブは 解 析 された 電 流 値 を 観 測 し 観 測 した 値 がPSIM に 返 されます JMAG 環 境 におけるインダクタの 構 造 は 右 下 に 示 されています Page. 10/49

104 第 章 電 気 回 路 素 子 PSIM でMagCoupler ブロックを 通 じて JMAG を 呼 び 出 す 手 順 は 以 下 の 通 りです JMAG 側 の 操 作 手 順 - JMAG 回 路 で FEM Coil(FEM コイル)の 右 側 にVoltage Function( 電 源 電 圧 )を 接 続 し てください プロパティウィンドウのElectrical Potential( 電 位 )に 属 するConstantValue ( 一 定 値 )を 選 択 し Constant Value[V]( 一 定 値 [V])を0にセットしてください - FEMコイルの 左 側 にCurrent Probe( 電 流 プローブ)を 接 続 します - Current Probe( 電 流 プローブ)の 左 側 にもう 一 つのVoltage Function( 電 源 電 圧 )を 接 続 します( 回 路 は 上 図 に 示 す 形 になります) Voltage Function( 電 源 電 圧 )のプロパティウ ィンドウでCooperates with an external circuit simulator( 外 部 シミュレータと 連 成 する) を 選 択 します - インダクタの 構 造 ウィンドウをハイライト 化 し Conditions Create Condi tions( 条 件 条 件 作 成 )に 移 動 します 表 示 されるリストからCoupled External Circuit Simulator( 外 部 回 路 シミュレータ 連 成 )を 選 択 してOK を 押 してください - Coupled External Circuit Simulator( 外 部 回 路 シミュレータ 連 成 )ダイアログウィンドウ 上 に 二 つのリストが 存 在 します 右 側 にあるJMAG というリストにPSIM と 連 動 するために 使 用 できるすべてのファンクションが 含 まれています 一 方 左 側 にあるExternal Circuit Simulator( 外 部 回 路 シミュレータ)というリストにPSIM と 連 動 するために 選 択 されてい るファンクションが 含 まれています このケースでは JMAG リストに 二 つのアイテムが あり Voltage Functioin と 電 流 プローブです - Voltage Functioin をハイライト 化 し ボタンをクリックし 右 側 にあるリストから 左 側 にあるリストにアイテムを 以 降 します 電 流 プローブに 対 しても 同 じ 手 順 で 行 いま す すると これらの 二 つのアイテムは 左 側 のリストに 現 れます - Voltage Functioin をハイライト 化 し 端 末 名 をVL に 変 更 します また 電 流 プローブの 端 子 名 をiL に 変 更 します ダイアログウィンドウを 閉 じます - File Export(ファイル-> 書 き 出 し)に 移 動 し JCF を 選 択 します JCF ファイル 名 を inductor と 設 定 すると JCF ファイル inductor.jcf とリンクテーブルファイ ル inductor_csl.xml が 生 成 されます - 最 後 にファイル 管 理 の 簡 略 化 のために 以 下 の 手 順 を 行 うことをお 勧 めします PSIM 回 路 Page. 103/49

105 第 章 電 気 回 路 素 子 図 ファイル inductor_jmag.sch が 含 まれるフォルダに JCF ファイル inductor.jcf とリン クテーブルファイル inductor_csl.xml をコピーし リンクテーブルファイル を inductor_jmag.xml にファイル 名 を 変 更 します PSIM 側 の 操 作 手 順 - すべての 電 力 回 路 を 作 った 後 Element Power MagCoupler Module に 移 動 し MagCoupler Block を 選 択 してください そのブロックを 回 路 図 に 置 いてください - MagCoupler ブロックをダブルクリックして プロパティウィンドウを 呼 び 出 します Link Table File エディットフィールドの 次 にあるブラウザボタンをクリックしファイルを 選 び ます ここでは inductor_jmag.xml を 選 択 します このファイルが 読 み 込 まれた 後 プロ パティウィンドウはIN ノードVL とOUT ノードiL を 表 示 します - MagCoupler ブロックを 回 路 図 内 の 残 りの 回 路 に 接 続 します これでセットアップは 完 了 です.11 MagCoupler-RT モジュール MagCoupler-RT モジュールは PSIM と JMAG-RT データファイルとのインタフェースを 提 供 します JMAG-RT は 電 磁 デバイスをモデル 化 するためのシミュレータです JMAG-RT データファイルはあらかじ め JMAG 単 体 でシミュレーションを 実 行 して 作 成 します PSIM は JMAG-RT から 出 力 されたデータを 使 用 するため PSIM でシミュレーションする 際 に JMAG を 起 動 させる 必 要 はありません JMAG-RT の 最 大 の 利 点 は PSIM シミュレーションの 実 行 時 に JMAG を 実 行 しないため PSIM シミ ュレーションの 速 度 が 影 響 を 受 けることなく 高 速 シミュレーションが 可 能 になる 点 です しかも JMAG- RT データファイルが JMAG の 動 的 シミュレーションから 得 られるので モデルの 正 確 さも MagCoupler を 使 用 した 場 合 と 近 いレベルになります MagCoupler-RT モジュールは 上 記 の のほか.11 項 に 記 述 されるような 機 械 部 と 速 度 /トルク/ポジ ションセンサを 含 んでいます 以 下 の 4 つの MagCoupler-RT ブロックが 用 意 されています - 三 相 永 久 磁 石 型 同 期 モータ (PMSM) - 相 ステッピングモータ -リニア 同 期 モータ -リニアソレノイド Page. 104/49

106 第 章 電 気 回 路 素 子 各 ブロックのは 以 下 の 通 りです PMSM Step Machine A B C A+ C+ A- C- B+ D+ B- D- M- M+ M- M+ Linear Synchronous Machine A B C Linear Solenoid A+ A- M- M+ M- M+ PSIM と JMAG-RT とのインタフェースを 定 義 する XML ファイル(.xml 拡 張 Netlist XML File 子 ) JMAG-RT データファイル(.rtt 拡 張 子 ).xml ファイルと.rtt ファイルは 同 じデ JMAG-RT Input File ィレクトリ 内 におく 必 要 があります JMAG Case Text ユーザが 自 由 にコメントを 記 述 できます Terminal Names ブロックのノード 名 称 MagCoupler-RT モジュールでは 電 気 ノード(A B C A+ A- B+ B- C+ C- D+ D-)はブロ ックの 上 部 に 配 置 されます ローターシャフトノード(M+,M-)はブロックの 左 右 に 配 置 されます 電 気 ノード ローターシャフトノード および PSIM と JMAG-RT データファイルとのインタフェース は Netlist XML File で 定 義 されています このファイルは XML 形 式 で JMAG-RT マネージャによって 生 成 されます このファイルを 指 定 するにはモジュールを 右 クリックし 設 定 ウィンドウにて.xml ファイルを 参 照 してください このファイル 内 の"NetlistElement"には 使 用 する MagCoupler-RT ブロックのタイプごとに 決 められた 名 称 を 設 定 して 下 さい それぞれのブロックの 名 称 は 以 下 の 通 りです - 三 相 PMSM:"PM Synchronous Machine" - 相 ステッピングモータ:"Step Machine" -リニア 同 期 モータ: "Linear Synchronous Machine" -リニアソレノイド: "Linear Solenoid" Page. 105/49

107 第 章 電 気 回 路 素 子 例 として PMSM のネットリスト XML ファイルの 最 初 の 数 行 は 以 下 のように 記 述 します <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <CircuitElement file="imp.rtt" name="magcoupler-rt"> <NetlistElement type="jmagrt" element="pm Synchronous Machine" pole_number="4"> JMAG-RT Input File は JMAG 上 でシミュレーションし 作 成 した JMAG-RT データファイルです この ファイルは.rtt 拡 張 子 を 持 ちます.rtt ファイルおよび.xml ファイルは 同 じディレクトリにおく 必 要 が あります JMAG Case Text はユーザが 自 由 にコメントを 記 述 することが 可 能 です Terminal Names はインタフェースノードの 名 前 となります ブロック 上 部 の 電 気 ノード(A B C) は 主 回 路 と 接 続 され ブロックの 左 右 のローターシャフトノード(M+,M-)は 機 械 系 と 接 続 されます 三 相 PMSM のは 以 下 の 通 りです shaft1_momentofinitia モータの 慣 性 モーメント(kg* m ) shaft1_mechtimeconst ant 機 械 的 時 定 数 (sec) RU_Resistance U 相 の 抵 抗 値 (Ω) RV_Resistance V 相 の 抵 抗 値 (Ω) RW_Resistance W 相 の 抵 抗 値 (Ω) Offsetangle 初 期 回 転 角 ( ) coef_inductance インダクタンス 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_flux 磁 束 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_torque トルク 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_magnet 磁 気 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_material 物 質 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_inertia1 慣 性 モーメント 1 の 係 数 coef_inertia 慣 性 モーメント の 係 数 turns_coil1 コイル 1 の 巻 き 数 (JMAG-RT で 使 用 ) turns_coil コイル の 巻 き 数 (JMAG-RT で 使 用 ) Current Flag 三 相 FEM コイル 電 流 の 表 示 フラグ(1: 表 示 0: 非 表 示 ) Back emf Flag 三 相 FEM コイルの 逆 起 電 力 の 表 示 フラグ Rotor Angle Flag 回 転 角 ( )の 表 示 フラグ Speed Flag シャフトの 機 械 的 速 度 (rad/sec)の 表 示 フラグ Torque Flag 発 生 したトルク(N*m)の 表 示 フラグ shaft1 Master Flag モータのマスタ/スレーブフラグ(1:マスタ 0:スレーブ) Page. 106/49

108 第 章 電 気 回 路 素 子 相 ステッピングモータのは 以 下 の 通 りです RA+ A+ 相 の 抵 抗 値 (Ω) RA- A- 相 の 抵 抗 値 (Ω) RB+ B+ 相 の 抵 抗 値 (Ω) RB- B- 相 の 抵 抗 値 (Ω) MomentofInertia モータの 慣 性 モーメント(kg* m ) MechTimeConstant 機 械 的 時 定 数 (sec) Offsetangle 初 期 回 転 角 ( ) turns_coil コイル の 巻 き 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_inertia1 慣 性 モーメント 1 の 係 数 coef_inertia 慣 性 モーメント の 係 数 Current Flag 三 相 FEM コイル 電 流 の 表 示 フラグ(1: 表 示 0: 非 表 示 ) Back emf Flag 三 相 FEM コイルの 逆 起 電 力 の 表 示 フラグ Rotor Angle Flag 回 転 角 ( )の 表 示 フラグ Speed Flag シャフトの 機 械 的 速 度 (rad/sec)の 表 示 フラグ Torque Flag 発 生 したトルク(N*m)の 表 示 フラグ shaft1 Master Flag モータのマスタ/スレーブフラグ(1:マスタ 0:スレーブ) リニアソレノイドのは 以 下 の 通 りです RA ソレノイドの 抵 抗 値 (Ω) Mass ソレノイドの 質 量 (kg) MechTimeConstant ソレノイドの 機 械 的 時 定 数 (sec) SpringConstant ソレノイドのバネ 定 数 (JMAG-RT で 使 用 ) DispLimitMax ソレノイドの 変 位 の 上 限 値 (m) DispLimitMin ソレノイドの 変 位 の 下 限 値 (m) OffsetDisp 初 期 値 の 変 位 (m) turns_coil コイル の 巻 き 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_mass1 質 量 1 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_mass 質 量 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) Current Flag 三 相 FEM コイル 電 流 の 表 示 フラグ(1: 表 示 0: 非 表 示 ) Back emf Flag 三 相 FEM コイルの 逆 起 電 力 の 表 示 フラグ Position Flag ソレノイドの 位 置 (m)の 表 示 フラグ Velocity Flag ソレノイドの 速 度 (m/sec)の 表 示 フラグ Force Flag 発 生 する 力 の 表 示 フラグ(N) mass1 Master Flag ソレノイドのマスタ/スレーブフラグ(1:マスタ 0:スレーブ) Page. 107/49

109 第 章 電 気 回 路 素 子 リニア 同 期 モータのは 以 下 の 通 りです RU U 相 の 抵 抗 値 (Ω) RV V 相 の 抵 抗 値 (Ω) RW W 相 の 抵 抗 値 (Ω) Mass モータの 質 量 (kg) MechTimeConstant 機 械 的 時 定 数 (sec) OffsetDisp 初 期 値 の 変 位 (m) coef_inductance インダクタンス 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_flux 磁 束 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_force トルク 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_magnet 磁 気 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_material 物 質 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) turns_coil1 コイル 1 の 巻 き 数 (JMAG-RT で 使 用 ) turns_coil コイル の 巻 き 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_mass1 質 量 1 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) coef_mass 質 量 係 数 (JMAG-RT で 使 用 ) Current Flag 三 相 FEM コイル 電 流 の 表 示 フラグ(1: 表 示 0: 非 表 示 ) Back emf Flag 三 相 FEM コイルの 逆 起 電 力 の 表 示 フラグ Position Flag 位 置 (m)の 表 示 フラグ Velocity Flag 速 度 (m/sec)の 表 示 フラグ Force Flag 発 生 する 力 の 表 示 フラグ(N) mass1 Master Flag モータのマスタ/スレーブフラグ(1:マスタ 0:スレーブ) 上 記 のうち フラグを 除 くすべてのは XML ファイルで 定 義 された.rtt ファイルから 読 み 取 る ことができます 表 中 のすべてのは PSIM 側 で 変 更 することができます また JMAG-RT で 使 用 と 書 かれたを PSIM 側 で 変 更 した 場 合 変 更 後 の 値 は JMAG-RT に 送 られます MagCoupler-RT のサンプル 回 路 が examples/magcoupler-rt フォルダ 内 に 用 意 されています 例 :JMAG-RT でモデル 化 した PMSM の 駆 動 回 路 下 記 は JMAG-RT でモデル 化 した 永 久 磁 石 同 期 電 動 機 (PMSM)の 駆 動 回 路 です Page. 108/49

110 第 章 電 気 回 路 素 子 また 下 記 は MagCoupler-RT PMSM ブロックの 設 定 ウィンドウです この 例 の.xml ファイ ルでは 3 つの 電 気 ノード(U V W) および つのローターシャフトノード(shaft+ shaft-)が 定 義 されて います ローターシャフトノードについては PSIM の 機 械 系 モジュールに 直 接 接 続 することができま す 設 定 ウィンドウでは.rtt ファイルおよび 端 子 名 の 情 報 以 外 に ユーザは JMAG-RT データフ ァイルのの 値 を 変 更 することができます 定 義 と 用 法 については JMAG-RT のドキ ュメントを 参 照 してください ( 最 後 の 5 つの(フラグ)を 1 に 設 定 すると 電 流 逆 起 電 力 角 度 速 度 トルクを 表 示 することができます ).1 機 械 素 子 及 びセンサ この 章 では Motor Drive Module MagCoupler Module MagCoupler-RT Module に 共 通 する 素 子 について 説 明 します これらの 素 子 には 機 械 負 荷 ギアボックス メカニカル カップリング ブロック 機 械 系 - 電 気 系 インタフェース ブロック および 様 々な 速 度 /トルク/ポジションセンサが 含 まれます.1.1 機 械 負 荷 PSIM には 機 械 負 荷 モデルが 標 準 で 備 わっています 定 トルク 負 荷 定 電 力 負 荷 定 速 度 負 荷 一 般 負 荷 及 び 外 部 コントロール 負 荷 です Page. 109/49

111 第 章 電 気 回 路 素 子 定 トルク 負 荷 定 トルク 負 荷 のは 以 下 のようになります MLOAD_T Constant Torque トルク 定 数 Tconst(N*m) Moment of Inertia 負 荷 の 慣 性 モーメント(kg*m ) 機 械 系 の 基 準 方 向 が ドットの 付 いた 端 子 に 入 る 場 合 は 負 荷 は 基 準 方 向 に 沿 っているといえ マスタ モータに 対 する 負 荷 トルクは Tconst です そうでない 場 合 負 荷 トルクは-Tconst です 詳 細 な 説 明 は.9.1 を 参 照 してください 定 トルク 負 荷 は 以 下 のように 表 されます TL T const この 場 合 負 荷 トルクは 回 転 方 向 に 依 存 しません.1.1. 定 電 力 負 荷 定 電 力 負 荷 のを 以 下 に 示 します MLOAD_P Maximum Torque 負 荷 の 最 大 トルク Tmax(N*m) Base Speed 負 荷 の 基 本 速 度 (nbase) Moment of Inertia 負 荷 の 慣 性 モーメント(kg*m ) Page. 110/49

112 第 章 電 気 回 路 素 子 T ma x Torque (N*m) 0 n base Speed (rpm) 定 電 力 負 荷 のトルク- 速 度 曲 線 は 以 下 のようになります 機 械 速 度 が 基 準 速 度 nbase 以 下 のとき 負 荷 トルクは T L T max 機 械 速 度 が 基 準 速 度 nbase 以 上 のとき 負 荷 トルクは ここで base T L P P T * および * n / 60 です max base base 機 械 系 の 回 転 速 度 ωm は rad/sec で 表 されています m 定 速 度 負 荷 定 速 度 負 荷 のは 以 下 のようになります MLOAD_WM Constant Speed (rpm) 速 度 定 数 (rpm) Moment of Inertia 負 荷 の 慣 性 モーメント(kg*m ) 定 速 度 負 荷 では 機 械 系 の 回 転 速 度 を 指 定 します 速 度 は 速 度 定 数 に 指 定 したとおりの 一 定 速 度 になりま す Page. 111/49

113 第 章 電 気 回 路 素 子 一 般 負 荷 PSIM には その 他 に 一 般 負 荷 が 備 わっています MLOAD Tc 定 トルク 項 k1(coefficient) 1 次 項 係 数 k(coefficient) 次 項 係 数 k3(coefficient) 3 次 項 係 数 Moment of Inertia 負 荷 の 慣 性 モーメント(kg*m ) 一 般 負 荷 は 以 下 のように 表 されます T L sign ここで ωm は 機 械 系 の 回 転 速 度 rad/sec です 一 般 負 荷 のトルクは 回 転 方 向 に 依 存 します 3 m T c k1 m k m k3 m 外 部 コントロール 負 荷 外 部 コントロール 負 荷 は 負 荷 量 を 制 御 ノードから 任 意 に 設 定 するために 使 用 します 速 度 依 存 性 のフラグ Speed Flag Flag =0 のとき 負 荷 は 摩 擦 方 向 ( 回 転 を 妨 げる 方 向 )に 働 きます Flag =1 のとき 負 荷 は 回 転 方 向 に 依 存 しません Moment of Inertia 負 荷 の 慣 性 モーメント kg*m Page. 11/49

114 第 章 電 気 回 路 素 子 機 械 負 荷 の 大 きさは 制 御 ノードの 電 圧 値 (1V は 1 N*m に 対 応 する)によって 定 義 されます このノード は 制 御 回 路 として 取 扱 います.1. ギアボックス ギアボックスのを 以 下 に 示 します Gear Ratio ギア 比 a Shaft 1 Master/Slave Flag シャフト 1 のマスタ/スレーブフラグ Shaft Master/Slave Flag シャフト のマスタ/スレーブフラグ より 大 きいドット 付 きシャフトがシャフト 1 です 1 段 目 と 段 目 のギアの 歯 数 をそれぞれ n1 および n とすると ギア 比 は a = n1 / n となります ここで つのギアの 半 径 トルク 回 転 速 度 をそれぞれ r1, r, T1, T, ω1, ω とすると 次 の 関 係 が 成 り 立 ちます T1 / T = r1 / r =ω / ω1 = a.1.3 メカニカル カップリング ブロック つの 機 械 システムをつなぐためにメカニカル カップリング ブロックが 使 用 されます このブロックは 両 方 の 機 械 システムがマスタモードのデバイスを 持 っている 状 況 で 使 用 されます 機 械 システムを 形 成 するためにはそれらを 一 緒 に 接 続 する 必 要 がありますが PSIM の 機 械 システムでは 1 台 のマスタモードのデバイスしか 持 つことができません この 場 合 中 間 にメカニカル カップリング ブロ ックを 追 加 することで 解 決 できます Page. 113/49

115 第 章 電 気 回 路 素 子.1.4 機 械 系 - 電 気 系 インタフェース ブロック このブロックを 使 うことにより 機 械 系 の 内 部 等 価 回 路 にアクセスできます Master/Slave Flag マスタ/スレーブモードのフラグ(1:マスタ,0:スレーブ) モータと 同 じように 機 械 系 - 電 気 系 インタフェース ブロックはマスタ/スレーブモードのフラグにより 基 準 方 向 を 指 定 することができます インタフェース ブロックをマスタに 設 定 すると 基 準 方 向 は 機 械 軸 に 沿 って 機 械 系 の 端 子 から 残 りの 機 械 系 の 素 子 に 向 かっての 方 向 になります ひとつの 機 械 系 の 中 では インタフェース ブロックはひとつだけマスタに 設 定 できます マスタ/スレーブフラグの 詳 細 については.9.1 を 参 照 してください 駆 動 系 は 1 台 のモータ( 発 生 トルク Tem および 慣 性 モーメント J1)と 機 械 負 荷 ( 負 荷 トルク Tload と 慣 性 モーメント J)からなると 仮 定 すると 機 械 系 の 運 動 方 程 式 は 次 のようになります (J 1 + J ) dω m dt = T em T load ここで ωm は 機 械 軸 の 回 転 速 度 です PSIM では この 方 程 式 は 以 下 に 示 す 等 価 回 路 でモデル 化 されて います ) この 回 路 では つの 電 流 源 を Tem と Tload の 値 に 設 定 し キャパシタで J1 と J を 表 現 しています ま た ノ ー ド 対 地 電 圧 ( 速 度 ノ ー ド 電 圧 ) は 機 械 系 の 回 転 速 度 ωm に 対 応 し ま す こ れ は C J,, 1 J V m i Tem T とすればキャパシタの 方 程 式 C*dV/dt = i に 等 価 です load PSIM では モータと 機 械 負 荷 を 表 す 等 価 回 路 はキャパシタに 基 づく 回 路 モデルを 使 っています 機 械 系 - 電 気 系 インタフェース ブロックを 使 えば この 機 械 系 の 等 価 回 路 の 内 部 にアクセスすることができま す 機 械 系 - 電 気 系 インタフェース ブロックの 機 械 系 側 (MECH の 表 示 )が 機 械 軸 に 接 続 されると 電 気 系 側 (ELEC の 表 示 )は 機 械 系 等 価 回 路 の 速 度 ノードに 対 応 します そこでどのような 電 気 回 路 もこの 端 子 に 接 続 することができます このブロックを 使 えば PSIM 内 蔵 モータや 機 械 負 荷 をユーザが 作 成 した 負 荷 やモータにつなぐことができます Page. 114/49

116 第 章 電 気 回 路 素 子 例 :カスタム 負 荷 モデルと 誘 導 機 以 下 の 図 にユーザが 定 義 した 機 械 負 荷 を 機 械 系 - 電 気 系 インタフェース ブロックで 誘 導 機 モデルに 接 続 した 例 を 示 します すでに 示 したように 電 気 系 側 の 端 子 電 圧 は 機 械 軸 の 回 転 速 度 を 示 します また この 端 子 に 接 続 したキャパシタは 慣 性 モーメントを 示 します 例 :カスタムモータモデルと 定 トルク 機 械 負 荷 上 の 例 とは 逆 に ユーザが 作 成 したカスタムモータモデルを PSIM ライブラリの 機 械 負 荷 につなげるこ とができます 下 の 図 にその 例 を 示 します カスタムモータは 上 記 キャパシタの 等 価 回 路 の 考 え 方 を 使 っ て 機 械 系 の 運 動 方 程 式 をモデル 化 しています 機 械 系 の 回 転 速 度 を 表 すノードは 機 械 系 - 電 気 系 インタ フェース ブロックの 電 気 系 側 に 接 続 します.1.5 速 度 トルクセンサ 機 械 系 の 速 度 とトルクを 測 定 するために 速 度 センサとトルクセンサが 用 意 されています Gain センサのゲイン 機 械 系 の 基 準 方 向 がドットの 側 からセンサに 入 っていく 方 向 であるとすると センサは 基 準 方 向 に 沿 っ ていると 言 えます 基 準 方 向 の 詳 細 は.9.1 を 参 照 してください なお 速 度 センサの 出 力 は rpm です Page. 115/49

117 第 章 電 気 回 路 素 子 以 下 の 図 で 速 度 センサ 1 は 基 準 方 向 に 沿 っており 速 度 センサ は 基 準 方 向 の 逆 向 きに 付 いています モータが 正 方 向 に 回 転 している 場 合 速 度 センサ 1 の 出 力 は 正 の 値 (positive)を 読 み 出 し 速 度 センサ の 出 力 は 負 の 値 (negative)を 読 み 出 します トルクセンサはセンサのドットが 付 いた 端 子 とドットが 付 いていない 端 子 との 間 のトルク 差 を 計 測 しま す この を 下 図 を 使 って 説 明 します 左 側 の 図 は 10(N*m)の 負 荷 が 付 いたトルクセンサで 機 械 系 の 基 準 方 向 は 左 から 右 へ 向 かう 方 向 です 右 図 は 実 際 のシステムに 置 き 換 えた 場 合 を 示 しています このケースでは 正 方 向 の 回 転 とトルクは 時 計 回 りの 方 向 になります センサのドットの 付 いた 方 向 は 左 側 にあり 負 荷 はシャフトを 減 速 させる 働 きをします( 負 荷 トルクは 反 時 計 回 りの 方 向 になります) トルクセンサは センサのドット 側 が 接 続 されていない 場 合 ドットの 付 いていない 側 のトルクテンショ ンを 計 測 し センサ 出 力 が 正 の 値 であればトルクが 速 度 の 基 準 方 向 と 反 対 であることを 意 味 します した がって 下 図 の 例 では 正 方 向 の 回 転 は 時 計 回 りであり 負 荷 トルクは 反 時 計 回 りになります またトル ク 値 は 10(N*m)となります 同 様 に ドット 側 が 接 続 されているとき センサはドット 側 のトルク 強 度 を 計 測 し 回 転 速 度 方 向 は 正 方 向 となります 例 として 以 下 の 図 のように 左 右 が 反 転 しているトルクセンサを 考 えます ドット 側 が 接 続 されているとき 負 荷 トルクはセンサのドット 側 に 回 転 速 度 方 向 と 逆 向 きにかかります トルクセン サ 出 力 は-10(N*m)になります Page. 116/49

118 第 章 電 気 回 路 素 子 トルクセンサが 機 械 系 の 等 価 回 路 でどのようにモデリングされるかを 以 下 の 図 を 使 って 説 明 します 機 械 系 の 基 準 方 向 Load 1 Load Sensor 1 Sensor T em T L1 T L J J L1 J L この 機 械 系 は 1 つのモータ つのトルクセンサ つの 負 荷 からなります モータと 負 荷 のトルク(T) と 慣 性 モーメント(J)は 図 に 示 すとおりです 基 準 方 向 はこの 場 合 左 から 右 です この 系 の 運 動 方 程 式 は 次 のようになります d dt m J J L1 J L Tem TL 1 TL この 運 動 方 程 式 を 等 価 回 路 で 表 すと 以 下 のようになります ωm Sensor1 Sensor Tem J TL1 JL1 TL JL Machine Load1 Load 等 価 回 路 のノード 電 圧 が 機 械 系 の 速 度 ωm に 対 応 します 左 側 の 電 流 プローブがトルクセンサ 1(Sensor 1)の 出 力 に 相 当 します 同 様 に 右 側 の 電 流 プローブはトルクセンサ (Sensor )の 計 測 値 を 示 します 右 側 の 電 流 プローブは 極 性 が 反 転 していることに 注 意 してください( 右 から 左 ) これはトルクセンサ が 機 械 系 の 基 準 方 向 と 反 対 の 方 向 を 計 測 しているからです 等 価 回 路 により 機 械 出 力 が 伝 わる 様 子 もわかります 電 圧 と 電 流 の 積 を 取 ることにより トルクと 回 転 速 度 の 積 をとったことと 同 等 になり これは 機 械 出 力 に 相 当 します 出 力 が 正 ならば 回 転 速 度 と 同 じ 方 向 に 伝 わります Page. 117/49

119 第 章 電 気 回 路 素 子.1.6 位 置 センサ 位 置 センサとして アブソリュートエンコーダ インクリメンタルエンコーダ レゾルバとホールセン サの 4 種 類 が 提 供 されています これらのセンサは 速 度 センサ トルクセンサと 同 様 に 機 械 的 なシャフ トに 接 続 されていて その 出 力 は 電 圧 信 号 ( 電 圧 プローブを 接 続 すると 波 形 表 示 できます)であり また 制 御 信 号 になります アブソリュートエンコーダ アブソリュートエンコーダは 360 ( 機 械 角 )の 範 囲 におけるシャフトの 位 置 を 出 力 する 位 置 センサで す ABS_ENCODER COUNT POSITION Initial Position (deg.) シャフト 位 置 の 初 期 値 (deg.) No. of Bit of Resolution 分 解 能 のビット 数 N エンコーダの 出 力 の 分 解 能 はビット 数 N によって 決 定 されます エンコーダからはカウント 数 ( 範 囲 は 0 から N -1)と 位 置 としての 機 械 角 ( 範 囲 は 0 から 360 )が 出 力 されます アブソリュートエンコーダを 使 った 例 として 永 久 磁 石 同 期 機 ドライブシステムのサンプルファイル Absolute Encoder PMSM Drive.sch に 示 しています.1.6. インクリメンタルエンコーダ インクリメンタルエンコーダは 速 度 位 相 角 とシャフトの 方 向 を 示 すパルス 信 号 を 出 力 します INC_ENCODER A A B B Z Z Page. 118/49

120 第 章 電 気 回 路 素 子 Initial Position (deg.) シャフト 位 置 の 初 期 値 (deg.) No. of Lines 1 回 転 あたりのパルス 数 出 力 信 号 A, B はパルス 出 力 であり A が B に 対 して 90 位 相 が 進 んでいます また Z は 基 準 位 置 信 号 であり 通 常 は 0 が 出 力 され シャフト 角 度 が 0 になったときに 1 が 出 力 されます A, B, Z はそれ ぞれ A, B, Z を 反 転 した 信 号 です インクリメンタルエンコーダを 使 った 例 として 誘 導 機 ドライブシステムのサンプルファイルを Incremental Encoder INDM Drive.sch に 示 しています レゾルバ レゾルバは 主 に 一 つの 回 転 子 巻 線 と 二 つの 固 定 子 巻 線 を 持 つ 回 転 式 変 圧 器 です 二 つの 固 定 子 巻 線 は COS 巻 線 と SIN 巻 線 と 呼 ばれ 互 いに 90 離 れています シャフトが 回 転 すると COS 巻 線 と SIN 巻 線 の 出 力 電 圧 はシャフトの 角 度 に 対 して cos と sin の 関 数 と して 変 化 します RESOLVER cos+ cos sin+ sin Initial Position (deg.) シャフト 位 置 の 初 期 値 (deg.) No. of Pole レゾルバの 極 数 レゾルバは 4 つの 出 力 それぞれが cos+ cos-(cos+の 反 転 ) sin+ sin-(sin+の 反 転 )を 持 っていま す すべての 出 力 のピーク 値 は 1 です レゾルバを 使 った PMSM ドライブシステムの 例 を サンプルファイル Resolver PMSM Drive.sch に 示 しています ホールセンサ ホールセンサはシャフトの 位 置 に 依 存 する 三 つのパルス 信 号 を 出 力 する 位 置 センサです このセンサは 一 セットの 半 導 体 スイッチとトリガ 磁 石 によって 構 成 されています 磁 場 の 強 さが 閾 値 より 高 い 時 或 い は 低 い 時 に 半 導 体 スイッチは 開 放 或 いは 導 通 の 状 態 に 変 わります Page. 119/49

121 第 章 電 気 回 路 素 子 HALL_EFFECT_SENSOR A B C Initial Position (deg.) シャフト 位 置 の 初 期 値 (deg.) No. of Pole センサの 極 数 ホールセンサは 三 つのロジック 信 号 A,B と C を 出 力 します それぞれの 信 号 は 電 気 角 的 に 10 離 れて います ホールセンサはブラシレス 直 流 機 に 内 蔵 されているホールセンサと 同 等 です ( 一 般 的 なホールセンサ IC の 出 力 と 異 なり 出 力 を 直 接 ブラシレス 直 流 機 の 駆 動 に 使 用 できるようになっています ) ホールセンサを 使 ったブラシレス 直 流 機 ドライブシステムの 例 として サンプルファイル"Hall-Effect Sensor BDCM_Drive.sch" を 提 供 しています.13 Renewable Energy Models ここには 新 エネルギーアプリケーションに 関 連 する 要 素 が 含 まれています.13.1 太 陽 電 池 モジュール 詳 細 モデル(physical model)と 簡 易 モデル(functional model)の 種 類 の 太 陽 電 池 モジュール 用 モデルが 用 意 されています これら つの 違 いは 詳 細 モデルは 太 陽 電 池 の 実 際 の 挙 動 をより 正 確 にシミュレーショ ンでき 光 強 度 や 周 囲 の 温 度 を 考 慮 することができる 点 にあります 一 方 で 簡 易 モデルは 光 強 度 や 温 度 変 化 を 考 慮 することはできませんが 最 小 限 の 入 力 のみでシミュレーションできるため 容 易 に 使 う ことができます Physical Model Functional Model 光 強 度 周 囲 の 温 度 Page. 10/49

122 第 章 電 気 回 路 素 子 詳 細 モデル(Physical Model)の Number of Cells Ns Standard Light Intensity S0 Ref. Temperature Tref Series Resistance Rs Shunt Resistance Rsh Short Circuit Current Isc0 Saturation Current Is0 Band Energy Eg Ideality Factor A Temperature Coefficient Ct Coefficient ks 簡 易 モデルの (Functional Model) Open Circuit Voltage Voc Short Circuit Current Isc Maximum Power Voltage Vm Maximum Power Current Im 太 陽 電 池 のセル 数 Ns 太 陽 電 池 モジュールは Ns 個 の 連 続 した 太 陽 電 池 から 構 成 されます 試 験 環 境 下 での 光 強 度 S0(W/m ) この 値 は 通 常 1000 W/m です (データシートによる) 試 験 環 境 下 の 温 度 Tref( ) 各 太 陽 電 池 の 直 列 抵 抗 Rs(Ω) 各 太 陽 電 池 の 並 列 抵 抗 Rsh(Ω) 試 験 温 度 Tref 時 の 各 太 陽 電 池 の 短 絡 回 路 電 流 Isc0(A) 試 験 温 度 Tref 時 の 各 太 陽 電 池 のダイオード 飽 和 電 流 Is0(A) 各 太 陽 電 池 のバンドエネルギー(eV) 結 晶 シリコンでは 約 1.1 アモルファスシリコンでは 約 1.75 です 各 太 陽 電 池 の 理 想 係 数 A 放 射 係 数 ともよばれ 結 晶 シリコンでは 約 アモルファスシリコンでは より 小 さい 値 になります 温 度 係 数 Ct(A/ または A/K) 光 強 度 が 太 陽 電 池 の 温 度 に 影 響 を 及 ぼす 係 数 ks 太 陽 電 池 の 端 子 を 開 放 したときの 測 定 電 圧 (V) 太 陽 電 池 の 端 子 を 短 絡 したときの 測 定 電 流 (A) 最 大 出 力 電 力 時 の 太 陽 電 池 モジュールの 端 子 電 圧 (V) 最 大 出 力 電 力 時 の 太 陽 電 池 モジュールの 端 子 電 流 (A) 太 陽 電 池 モジュール 詳 細 モデルので "+"と"-"のノードはそれぞれ 正 と 負 の 端 子 を 表 していま す "S"で 示 したノードは 光 強 度 入 力 (W/m )を "T"で 示 したノードは 周 囲 温 度 入 力 ( )を 表 します 上 部 のノードは この 動 作 条 件 で 与 えられる 理 論 上 の 最 大 電 力 (W)になります 正 負 端 子 のノードがパワ ー 回 路 用 なのに 対 し その 他 のノードはすべて 制 御 回 路 用 になります 同 様 に 太 陽 電 池 モジュール 簡 易 モデルのでは"+"と"-"のノードはそれぞれ 正 と 負 の 端 子 を 表 します 上 部 のノードはこの 動 作 条 件 で 与 えられる 理 論 上 の 最 大 電 力 になります Ns 個 のセルからなる 太 陽 電 池 モジュールの 1 つのセルの 詳 細 モデルの 等 価 回 路 を 以 下 の 図 に 示 します Page. 11/49

123 第 章 電 気 回 路 素 子 太 陽 電 池 (セル)の 方 程 式 は 以 下 の 通 りです i ph I i i ph i d i S C ( T T sc0 t ref S0 i d qvd AkT I 0 e 1 r ) I 0 I s0 T T ref 3 v ir R e d sh T T k S a s qe g 1 1 Ak T Tref ここで q: 電 子 の 電 荷 (q =1.6x10-19 C) k:ボルツマン 定 数 (k = x10-3 ) S: 光 強 度 TA: 周 囲 の 温 度 v: 太 陽 電 池 モジュールの 端 子 電 圧 i: 太 陽 電 池 モジュールの+ 端 子 から 流 出 する 電 流 を 表 し ます 詳 細 モデルのの 一 部 はデータシートから 得 ることができますが 残 りは 実 験 データから 決 定 します 詳 細 モデルのをデータシートから 得 るためのツールとして Utilities メニュー 内 に Solar Cell (Physical Model)が 用 意 されています このツールの 画 面 は 以 下 の 通 りです このツールでを 決 定 する 方 法 については PSIM インストールフォルダの doc フォルダ 内 に ある Tutorial- Solar Module (Physical model).pdf( 英 文 )をご 参 照 ください 一 方 太 陽 電 池 モジュールの 簡 易 モデルでは 以 下 の 4 つの( 開 放 電 圧 短 絡 電 流 最 大 電 力 時 の 電 圧 電 流 )を 用 いて 生 成 した i-v 特 性 に 基 づいて 太 陽 電 池 を 模 擬 します この 4 つのはデ ータシートから 得 られます Page. 1/49

124 第 章 電 気 回 路 素 子 以 下 の 図 は 太 陽 電 池 モジュールの 電 圧 vs 電 流 および 電 圧 vs 電 力 のグラフを 示 しています 図 に 示 すように 電 圧 が 増 加 するのに 従 って 太 陽 電 池 モジュールの 出 力 電 力 が 増 加 し あるポイントで 出 力 電 力 が 最 大 になることがわかります 異 なった 運 転 条 件 の 下 で 最 大 出 力 点 (Maximum PowerPoint Tracking ま たは MPPT)を 追 従 するために 多 くの 制 御 方 式 が 提 案 されました いくつかの MPPT の 例 が PSIM サンプ ルにあらかじめ 用 意 されています.13. 風 車 風 車 のとは 以 下 の 通 りです Nominal Output Power Base Wind Speed Base Rotational Speed Initial Rotational Speed ピッチ 角 が 0 時 の 風 車 の 最 大 出 力 電 力 (W) このモデルはピッチ 角 が 0 の 時 に 最 も 高 い 電 力 を 出 力 できるよう 設 計 されています この 値 は 発 電 機 の 定 格 出 力 を 超 えない 値 に 設 定 し て 下 さい 風 車 の 最 大 出 力 電 力 を 発 生 させる 基 本 風 速 (m/s) 風 車 の 最 大 出 力 電 力 を 発 生 させる 基 本 回 転 数 (rpm) 風 車 の 初 期 回 転 数 (rpm) Moment of Inertia 風 車 羽 根 の 慣 性 モーメント(kg*m ) Torque Flag 風 車 の 内 部 トルクを 表 示 させるフラグ(0: 非 表 示 1: 表 示 ) Master/Slave Flag 接 続 された 機 械 系 のマスタ/スレーブフラグ(0:スレーブ 1:マスタ) Page. 13/49

125 第 章 電 気 回 路 素 子 この 中 で"w"のノードは 風 速 (m/s)を 表 し "p"のノードは 羽 根 のピッチ 角 (deg)を 表 します これらのノードはいずれも 制 御 回 路 用 です 風 車 によって 生 成 される 電 力 は 以 下 の 方 程 式 で 表 されます 1 3 P Av wind C p ここで A は 回 転 羽 根 の 面 積 vwind は 風 速 ρ は 空 気 密 度 Cp は 出 力 係 数 です 出 力 係 数 Cp は 周 速 比 λ と 羽 根 のピッチ 角 β の 関 数 で 以 下 のように 表 されます C p c x c6 c c3 c4 c5 e 7 1 c ここで c1=0.5 c=116*λ c3=0.4 c4=0 c5=5 c6=1*λ' c7=0.014*λ また となります この 出 力 係 数 Cp と 周 速 比 λ 羽 根 のピッチ 角 β との 関 係 は 以 下 のグラフに 表 されます この 図 は 周 速 比 λ が 8.18 の 時 に 出 力 係 数 Cp が 最 大 値 0.49 をとることを 示 しています Cp が 最 大 値 のと きの Cp と λ の 値 を 公 称 値 とするため この 図 より Cp_nom=0.49 λnom=8.18 と 決 定 されます 風 車 を 制 御 す る 一 つの 方 法 は 公 称 値 で(または 公 称 値 付 近 で) 周 速 比 を 維 持 することであり このとき 風 車 が 生 成 す る 電 力 は 最 大 値 となります Page. 14/49

126 第 章 電 気 回 路 素 子.13.3 リチウムイオンバッテリモデル リチウムイオンバッテリモデルが 提 供 されています 二 つのから 構 成 されています 一 つは バッテリ もう 一 つは バッテリセルです No. of Cells in Series No. of Cells in Parallel Voltage Derating Factor Capacity Derating Factor Rated Voltage Discharge Cut-off Voltage Rated Capacity Internal Resistance Full Voltage Exponential Point Voltage Nominal Voltage Maximum Capacity Exponential Point Capacity Nominal Capacity Initial State of Charge バッテリパック 内 の 直 列 のセルの 個 数 Ns バッテリパック 内 の 並 列 のセルの 個 数 Np 電 圧 の 定 格 ディレーティング 係 数 Ks 0( 100%の 定 格 低 減 )から 1( 定 格 低 減 なし)まで 設 定 できます 容 量 の 定 格 ディレーティング 係 数 Kp 0( 100%の 定 格 低 減 )から 1( 定 格 低 減 なし)まで 設 定 できます バッテリセルの 定 格 電 圧 (Erated) (V) 最 大 容 量 に 対 応 したバッテリ 電 圧 (Ecut) (V) バッテリセルの 定 格 容 量 (Qrated) (Ah) バッテリセルの 内 部 抵 抗 (Ohm) バッテリセルのフル(または 最 大 ) 電 圧 (Efull) (V) 放 電 曲 線 における 指 数 領 域 の 終 端 のバッテリ 電 圧 (Etop)(V) 放 電 曲 線 における 公 称 領 域 の 終 端 のバッテリ 電 圧 (Enom)(V) バッテリセルの 最 大 容 量 (Qmax) (Ah) 放 電 曲 線 における 指 数 領 域 の 終 端 のバッテリ 容 量 (Qtop) (Ah) 放 電 曲 線 における 公 称 領 域 の 終 端 のバッテリ 容 量 (Qnom)(Ah) 充 電 状 態 (SOC) ( 0 から 1 まで) バッテリイメージの 上 側 や バッテリセルイメージの 横 に 描 かれているノードは SOC 出 力 用 のものです これは 制 御 回 路 ノードです バッテリは 一 つのバッテリセルに 対 して 使 用 します 一 方 モデルは 直 列 または 並 列 の セルが 一 つでない 場 合 のバッテリパックを 定 義 するために 使 用 します バッテリパックでは 全 ての 電 圧 は Ns*Ks 倍 で 乗 算 する 必 要 があります 同 様 に 全 ての 容 量 は Np*Kp で また 抵 抗 は Ns/Np で 乗 算 する 必 要 があります 例 えば バッテリパック 全 体 では 以 下 の 通 りとなります E rated _ total E E E cut _ total full _ total top_ total N K E s N K E s s s s s rated cut N K E N K E s s full top Page. 15/49

127 第 章 電 気 回 路 素 子 Q E nom_ total rated _ total Q max_ total Q Q top_ total nom_ total R N K E N N N N s battery_ total battery N p リチウムイオンバッテリモデルの 定 義 及 び 使 用 方 法 についての 詳 細 な 説 明 は Tutorial how to use lithium-ion battery mode.pdf を 参 照 してください s p p p p s K K K K N p p p p R Q Q Q Q nom rated max top nom Page. 16/49

128 第 3 章 制 御 回 路 素 子 第 3 章 制 御 回 路 素 子 3.1 伝 達 関 数 ブロック 伝 達 関 数 ブロックは 以 下 のように 多 項 式 で 表 現 します G s Bn s k A s n n n B s A s B1 s B A s A 伝 達 関 数 ブロックには 次 の 種 類 があります: 一 つは 初 期 値 0 を 持 つもの(s-domain Transger Function) でもう 一 つは 任 意 の 初 期 値 を 持 つもの(s-domain Transger Function (initial value) )です Order n Gain Coeff. Bn... Bo Coeff. An... Ao Initial Values xn... x1 伝 達 関 数 の 次 数 伝 達 関 数 のゲイン k 伝 達 関 数 の 分 子 の 係 数 伝 達 関 数 の 分 母 の 係 数 状 態 変 数 xn... x1 の 初 期 値 入 力 U(s)と 出 力 Y(s)の 関 係 を Y(s)= U(s)*U(s)のように 表 すと 周 波 数 領 域 の 表 現 を 以 下 のような 微 分 方 程 式 に 変 換 することができます x A 0 /A n B 0 A 0 B n /A n x d A 1 /A n x 3 = A dt /A n + k B 1 A 1 B n /A n B A A B n /A n u n [ x n ] [ A n 1 /A n ] [ B n 1 A n 1 B n /A n ] 出 力 は 以 下 となります y = x n + k B n A n u 状 態 変 数 の 初 期 値 xn... x1 は s-domain Transger Function (initial value)の 設 定 時 に 入 力 します 例 : ここでは 次 の 次 の 伝 達 関 数 を 考 えます 3 400e G s s 100 s 400e PSIM では を 以 下 のように 指 定 します 次 数 n ゲイン k 1.5 係 数 Bn... Bo 0, 0, 400.e 係 数 An... Ao 1, 100., 400.e3 Page. 17/49

129 第 3 章 制 御 回 路 素 子 比 例 制 御 器 比 例 (P) 制 御 器 の 出 力 は 入 力 にゲインを 掛 けた 値 になります Gain 伝 達 関 数 のゲイン K 3.1. 積 分 器 積 分 器 には 3 種 類 あります: 通 常 の 積 分 器 外 部 リセット 付 き 積 分 器 もうひとつは 内 部 リセット 機 能 付 き 積 分 器 です 積 分 器 の 場 合 : Time Constant 積 分 器 の 時 定 数 T(sec) Initial Output Value 出 力 の 初 期 値 外 部 リセット 付 き 積 分 器 の 場 合 : Time Constant Initial Output Value 積 分 器 の 時 定 数 T(sec) 出 力 の 初 期 値 Reset Flag リセットフラグ(0:エッジリセット;1:レベルリセット) 内 部 リセット 付 き 積 分 器 の 場 合 : Time Constant Initial Output Value Lower Output Limit 積 分 器 の 時 定 数 T(sec) 出 力 の 初 期 値 出 力 の 下 限 値 Upper Output Limit 出 力 の 上 限 値 積 分 器 の 伝 達 関 数 は 以 下 の 通 りです 1 Gs st 振 幅 G と 位 相 Φのボード 線 図 は 以 下 の 通 りです G 0 1/T -0dB /dec (rad/sec) 0-90 o Page. 18/49

130 第 3 章 制 御 回 路 素 子 リセット 付 き 外 部 積 分 器 の 出 力 は 制 御 信 号 によりリセットすることができます エッジリセット(リセッ トフラグ=0)の 場 合 制 御 信 号 の 立 ち 上 がりエッジで 積 分 器 の 出 力 は 0 にリセットされます レベルリセ ット(リセットフラグ=1)の 場 合 制 御 信 号 を High(1)にすると 積 分 器 の 出 力 は 0 にリセットされます リセット 付 き 内 部 積 分 器 は 出 力 が 下 限 値 か 上 限 値 のどちらかに 達 するとき 出 力 が 0 にリセットされま す これは エッジリセット 付 き 外 部 積 分 器 と 同 じ 動 作 をしますがこの 場 合 外 部 のリセット 回 路 を 設 定 す る 必 要 はありません 積 分 結 果 が 過 大 にならないように 積 分 器 の 出 力 にはリミッタを 接 続 する 必 要 があります また PSIM の として 積 分 器 とリミッタを 接 続 したとき リミッタの 出 力 だけでなく 積 分 器 の 出 力 自 体 もリミ ットされます ご 注 意 ください ( 下 図 参 照 )PI 制 御 器 も 同 様 の になっています 例 : リセット 付 き 積 分 器 の 使 用 例 を 以 下 に 示 します V d v o v ctr l 上 の 図 で 積 分 器 の 入 力 は 直 流 です 積 分 器 の 制 御 信 号 にパルス 波 形 を 入 力 し 積 分 器 の 出 力 を 各 サイ クルの 終 わりにリセットしています 微 分 器 微 分 器 の 伝 達 関 数 は 以 下 になります 微 分 は 以 下 のように 計 算 しています v o t s G st v T in t v t t ここで Δt はシミュレーションタイムステップ v in (t) と v in (t-δt) はそれぞれ 現 在 時 刻 の 入 力 と 1 ステ ップ 前 の 入 力 です in t Time Constant 微 分 器 の 時 定 数 T(sec) 入 力 が 急 変 すると 出 力 がスパイク 状 になるので 微 分 器 の 前 にローパス フィルタを 置 くことをお 勧 め します Page. 19/49

131 第 3 章 制 御 回 路 素 子 比 例 積 分 (PI) 制 御 器 比 例 積 分 (PI) 制 御 器 は 以 下 のように 定 義 されます Gain 伝 達 関 数 のゲイン K Time Constant PI 制 御 器 の 時 定 数 T(sec) 比 例 積 分 (PI) 制 御 器 の 伝 達 関 数 は 以 下 の 通 りです 1 st Gs k st 振 幅 G と 位 相 Φのボード 線 図 は 以 下 の 通 りです G o -0dB/de c 1/T (rad/sec) 積 分 結 果 が 過 大 になるのを 防 ぐために PI 制 御 器 のあとに 必 ずリミッタを 使 用 してください 単 極 制 御 器 単 極 制 御 器 は 一 つの 極 を 持 つ 比 例 制 御 器 です Gain Pole Frequency 伝 達 関 数 のゲイン K 極 の 周 波 数 fc (Hz) 単 極 の 伝 達 関 数 は 以 下 の 通 り 定 義 されます G( s) c k s ここでωc=πfc です 振 幅 G と 位 相 Φ のボード 線 図 は 以 下 の 図 の 通 りです c G 0 c -0dB/de c (rad/sec) 0-90 o Page. 130/49

132 第 3 章 制 御 回 路 素 子 二 極 比 例 積 分 (PI) 制 御 器 (Type - ) 二 極 比 例 積 分 制 御 器 (modified PI controller)は 極 を 持 った PI で 構 成 されています Gain Time Constant Pole Frequency 伝 達 関 数 のゲイン K PI 制 御 器 の 時 定 数 T(sec) 極 の 周 波 数 fc(hz) この 伝 達 関 数 は 以 下 の 通 り 定 義 されます 1 st 1 G( s) k st 1 st c ここで Tc=1/ωc ωc=πfc です 振 幅 G と 位 相 Φ のボード 線 図 は 以 下 の 図 の 通 りです G -0dB /dec 0 1/T 1/T c (rad/sec) -0dB/de c 0-90 o Type-3 制 御 器 Type-3 制 御 器 は つの 零 点 と つの 極 で 構 成 されています Gain PI 制 御 器 のゲイン K Frequency fz1 1 つ 目 の 零 点 の 周 波 数 fz1(hz) Frequency fz つ 目 の 零 点 の 周 波 数 fz(hz) Frequency fp1 1 つ 目 の 極 の 周 波 数 fp1(hz) Frequency fp つ 目 の 極 の 周 波 数 fp(hz) この 伝 達 関 数 は 以 下 の 通 り 定 義 されます ここで T 1 z1 f, z1 1 st G( s) k st T 1 z1 z1 z f, z 1 stz (1 st ) (1 st T p1 1 p1 f, p1 T p p ) 1 f p です Page. 131/49

133 第 3 章 制 御 回 路 素 子 振 幅 G と 位 相 Φ のボード 線 図 は 以 下 の 図 の 通 りです G -0dB /dec 0dB /dec 0 1/T z1 1/T z 1/T p1 1/T p (rad/sec) 90 o 0-90 o 組 み 込 みフィルタ ブロック PSIM に は 次 の 4 つの 次 フィルタと 1 つの 1 次 フィルタがあります ( 次 フィルタ): Gain 伝 達 関 数 のゲイン K Dumping Ratio 減 衰 係 数 ξ ( 減 衰 比 ) Cut-off Frequency Center Frequency Passing Band; Stopping Band (1 次 フィルタ): Gain Cut-off Frequency ローパスおよびハイパス フィルタの 遮 断 周 波 数 (fc = ωc/π,hz) バンドパスおよびバンドストップ フィルタの 中 心 周 波 数 (fo = ωo/π,hz) バンドパスおよびバンドストップ フィルタの 周 波 数 バンド 幅 (fb = B/π, Hz) 伝 達 関 数 のゲイン K これらの 伝 達 関 数 は 以 下 の 通 りです 次 ローパス フィルタ 次 ハイパス フィルタ 次 バンドパス フィルタ 次 バンドストップ フィルタ 1 次 ローパス フィルタ ローパス フィルタの 遮 断 周 波 数 (fc = ωc/π,hz) c k G s s cs c k G s s s c cs B s k G s s B s o k G s s s B s c Gs k s c o c Page. 13/49

134 第 3 章 制 御 回 路 素 子 3. 数 値 演 算 関 数 ブロック 3..1 加 算 器 1 入 力 加 算 器 (SUM1)または 入 力 加 算 器 (SUM および SUMP)の 入 力 はスカラーでもベクトルで も 可 能 です 3 入 力 の 加 算 器 はスカラー 入 力 のみです SUM1 SUM SUMP SUM3 Input1 Input1 Input1 Input Gain_i i 番 目 の 入 力 のゲイン k i 3 入 力 加 算 器 (SUM3)では ドット 印 の 付 いた 入 力 が 最 初 の 入 力 となります 入 力 がスカラーの 場 合 は n 入 力 加 算 器 の 出 力 は 次 のようになります V o k V k V k V 入 力 がベクトルにする 場 合 は 入 力 加 算 器 の 出 力 も 同 じくベクトルになります 1 1 以 下 に 定 義 式 を 示 します V1 [ a1 a an] V [ b1 b bn ] V0 V1 V [ a1 b1 a b a n bn ] 1 入 力 の 加 算 器 では 入 力 がベクトルでも 出 力 はスカラーになります この 場 合 スカラー 出 力 は 入 力 のベ クトル 要 素 をすべて 足 したものです すなわち 以 下 のようになります V 0 a 1 a a n Input n v Input Input3 3.. 乗 算 器 と 除 算 器 乗 算 器 (Multiplier) と 除 算 器 (Divider)の 出 力 はそれぞれ つの 入 力 の 積 および 商 です Multiplier MULT Divider DIVD 被 除 数 除 数 除 算 器 ではドット 印 のついた 入 力 が 被 序 数 となります 乗 算 器 の 入 力 はベクトルでもスカラーでも 可 能 です 入 力 ともベクトルの 場 合 ベクトルの 次 元 は 同 じ でなければなりません たとえば 入 力 を 以 下 のようにした 場 合 V a a a ] 1 [ 1 n [ b1 b bn スカラーの 出 力 は 以 下 のようになります T V V V a * b a * b a * b V 0 1 * 1 1 ] n n Page. 133/49

135 第 3 章 制 御 回 路 素 子 3..3 平 方 根 ブロック 入 力 の 平 方 根 を 計 算 します SQROT SQRT 3..4 指 数 / 累 乗 / 対 数 ブロック 指 数 (EXP) 累 乗 (POWER) および 対 数 (LOG)の 計 算 をおこないます Coefficient k 1 係 数 k 1 Coefficient k 係 数 k 指 数 関 数 ブロック(EXP)は 出 力 を 次 のように 計 算 します V V in o k 1 k たとえば k1 = 1 k = および Vin =.5 とすると 出 力 は Vo =e.5 となります(e は 自 然 対 数 の 基 数 ) 累 乗 ブロック(POWER)は 出 力 を 以 下 で 計 算 します V k o k1 V in LOG ブロックは 入 力 の 自 然 対 数 を LOG10 ブロックは 常 用 対 数 を 出 力 します 3..5 二 乗 平 均 平 方 根 (RMS)ブロック 二 乗 平 均 平 方 根 ブロックは 指 定 された 基 本 周 波 数 (fb)により 入 力 の 二 乗 平 均 平 方 根 を 計 算 します 出 力 は 次 のようになります ここで T = 1/fb 出 力 は 各 平 均 周 期 の 始 めにのみ 更 新 されます V rms 1 T T vin 0 t dt Base Frequency 基 本 周 波 数 f b (Hz) Page. 134/49

136 第 3 章 制 御 回 路 素 子 3..6 絶 対 値 ブロック 絶 対 値 ブロック(ABS)は 入 力 の 絶 対 値 を 与 えます 符 号 関 数 ブロック(SIGN)は 入 力 の 符 号 を 与 えま す たとえば 入 力 が 正 のときに 出 力 は 1 入 力 が 負 のときに 出 力 は -1 です 3..7 三 角 関 数 ブロック つのサイン(sin) つのコサイン(cos) アークサイン(sin -1 ) アークコサイン(cos -1 ) タン ジェント(tan) およびアークタンジェント(tan -1 ) アークタンジェント (atan)の 9 つの 三 角 関 数 ブロックが 利 用 可 能 です 出 力 は 入 力 にそれぞれ 対 応 する 三 角 関 数 値 となります SIN COS TAN ブロ ックの 場 合 は 入 力 が 度 (deg)になり SIN -1 COS -1 TG -1 ブロックの 場 合 は 出 力 が 度 (deg)になります 左 上 に"r"が 付 いているサイン/コサインブロックおよび atan ブロックは 入 力 がラジアン(rad)になります tan -1 ブロックの 出 力 は 実 数 値 入 力 (real)と 虚 数 値 入 力 (imaginary)の 比 で 計 算 されます arc tangent ブロックでは ドットの 付 いた 入 力 が 実 数 値 の 入 力 もうひとつの 入 力 が 虚 数 値 です つまり 以 下 のよ うな 式 になります V tg 1 V imaginary real 3..8 高 速 フーリエ 変 換 (FFT)ブロック 高 速 フーリエ 変 換 (FFT)ブロックにより 入 力 信 号 の 基 本 波 成 分 を 計 算 できます FFT の 演 算 アルゴリズムは radix-/decimation-in-frequency 方 法 によります 基 本 周 期 の 1 周 期 間 のサンプリング 数 は N (N は 自 然 数 ) となるようにします サンプリング 数 の 上 限 は 104 です FFT ブロックの 出 力 は 入 力 の 基 本 波 の 振 幅 ( 最 大 値 )と 位 相 角 です 出 力 は 以 下 の 式 で 計 算 しています N n 1 o N n0 v v in n v FFT in N n e n j N Amplitude [peak] Phase Angle [degree] No. of Sampling Points Fundamental Frequency サンプリング 数 N 基 本 波 周 波 数 f b (Hz) Page. 135/49

137 第 3 章 制 御 回 路 素 子 つの 出 力 のうち ドットのついたものが 振 幅 の 値 です 位 相 は 内 部 で Vm sin ωt が 位 相 0 になるよう に 調 整 しています FFT ブロックは 入 力 信 号 が DC 基 本 波 基 本 波 の 高 調 波 ( 基 本 波 周 波 数 の 整 数 倍 の 信 号 )を 持 つ 場 合 の み 正 しく 動 作 します 入 力 信 号 が 基 本 波 の 整 数 倍 ではない 成 分 を 持 っている 場 合 FFT ブロックは 正 しい 結 果 を 計 算 できません また FFT ブロックは 基 本 波 成 分 を 計 算 しますので 例 えば 入 力 信 号 が 60Hz( 基 本 波 )と 180Hz の 成 分 を 持 っている 場 合 Fundamental Frequency を 180 にすると 正 しい 結 果 を 計 算 できません 例 : 以 下 の 回 路 で 入 力 電 圧 Vin は 基 本 波 V1 (100V, 60Hz) 5 次 高 調 波 V5 (5V, 300Hz) 7 次 高 調 波 V7 (5V, 40Hz)を 含 みます 1 サイクル 後 FFT の 出 力 は 振 幅 100V の 定 常 値 となります v 1 v in v amp v 1 v 5 Angle v in v 7 v am p Angle 3..9 最 大 / 最 小 ブロック 最 大 / 最 小 ブロック(maximum/minimum function block)はそれぞれの 入 力 で 最 も 大 きな 値 を 持 つも の または 小 さな 値 をもつものの 値 を 出 力 します Number of Inputs 入 力 数 N Block Function Type ブロックの 関 数 型 で Maximum または Minimum を 選 択 入 力 数 N はドロップダウンメニューで 選 択 可 能 です Page. 136/49

138 第 3 章 制 御 回 路 素 子 3.3 その 他 の 関 数 ブロック 比 較 器 正 の 入 力 が 負 の 入 力 よりも 大 きくなると 比 較 器 は High の 信 号 を 出 力 します 正 の 信 号 が 小 さい 場 合 出 力 は 0 になります つの 入 力 が 等 しい 場 合 には 出 力 は 不 定 となり 前 回 の 値 を 維 持 します COMP 比 較 器 のはオペアンプのと 似 ているので 注 意 してください 比 較 器 では 非 反 転 入 力 は 左 上 で 反 転 入 力 が 左 下 になります オペアンプではこれが 逆 になります 3.3. リミッタ Lower/Upper リミッタ Lower リミッタ Upper リミッタ Range リミッタの 4 種 類 のリミッタがあり ます Lower Limit リミッタの 下 限 Upper Limit リミッタの 上 限 Range リミッタ 以 外 では 入 力 が 指 定 範 囲 を 越 えるとリミッタ 出 力 は 上 下 限 に 固 定 されます 入 力 が 上 下 限 の 範 囲 内 であれば 出 力 は 入 力 と 同 じ 値 になります Range リミッタの 出 力 は 上 限 と 下 限 を 超 えない 範 囲 に 制 限 されます リミッタの 範 囲 は Vrange=Vupper- Vlower になります 入 力 が 上 下 限 の 範 囲 内 であれば 出 力 は 入 力 と 同 じ 値 になります 出 力 が 上 限 より 高 い 場 合 出 力 は 範 囲 に 収 まるまで Vrange の 値 が 引 かれます 出 力 が 下 限 より 低 い 場 合 範 囲 に 収 まるまで Vrange の 値 が 足 されます 注 意 :PI 素 子, 積 分 素 子,フィルタ 素 子 の 出 力 にリミッタ 素 子 を 接 続 した 場 合,リミッタ 素 子 の 入 力 が 指 定 範 囲 を 超 えるとリミッタ 出 力 は 上 下 限 に 固 定 されるだけでなく,リミッタ 素 子 の 入 力,すなわち PI 素 子 等 の 出 力 が 上 下 限 に 固 定 されます 微 分 (dv/dt)リミッタ 微 分 リミッタは 入 力 の 変 化 率 (dv/dt)を 制 限 します 変 化 率 が 上 下 限 の 範 囲 内 の 場 合 出 力 は 入 力 と 同 じです Page. 137/49

139 第 3 章 制 御 回 路 素 子 dv/dt Limit 入 力 変 化 率 の 上 限 (dv/dt) 台 形 および 方 形 波 ブロック 台 形 波 形 ブロック(LKUP_TZ)および 方 形 波 ブロック(LKUP_SQ)はルックアップテーブルの 特 殊 なも のです 入 力 と 出 力 の 関 係 は 台 形 もしくは 方 形 の 波 形 となります LKUP_TZ LKUP_SQ 台 形 波 ブロックの は 以 下 のとおりです Rising Angle theta 立 ち 上 がり 角 度 θ( 度 ) Peak Value 波 形 のピーク 値 Vpk 方 形 波 ブロックの は 以 下 のとおりです Pulse Width (deg.) 半 周 期 のパルス 幅 ( 度 ) これらのブロックの 波 形 を 以 下 に 示 します ここで 入 力 v in は 角 度 ( )で -360 から 360 の 間 でと ることができます いずれの 波 形 も 半 波 および 1/4 波 で 対 称 です LKUP_TZ LKUP_SQ サンプル ホールド ブロック サンプル ホールド ブロックは 制 御 信 号 が Low から High に(0 から 1 に) 変 わったときに 入 力 を サンプルし サンプル 周 期 のあいだその 値 を 保 持 します SAMP の 下 のノードが 制 御 信 号 です Page. 138/49

140 第 3 章 制 御 回 路 素 子 ゼロ 次 ホールド ブロック(ZOH)と 違 って このブロックは 連 続 要 素 として 扱 われ サンプリングを 外 部 信 号 で 制 御 することができます 一 方 ゼロ 次 ホールドでは 離 散 要 素 で サンプリングは 固 定 かつ 等 間 隔 となります 離 散 系 にはゼロ 次 ホールド ブロックを 使 って 下 さい 例 : 以 下 の 例 では 正 弦 波 をサンプル 化 します 制 御 信 号 には 振 幅 1 の 方 形 波 を 使 っています v in v o v ctr l 丸 めブロック 丸 めブロックのを 以 下 に 示 します ROUNDOFF No. of Digids 小 数 点 以 下 の 桁 数 N Truncution Flag 切 り 捨 てフラグ(1: 切 り 捨 て; 0: 四 捨 五 入 ) 丸 めブロックの 入 力 を Vin とすると 入 力 はまず 以 下 の 式 で 変 換 されます N V V 10 in, new in 切 り 捨 てフラグが 1 のとき まず Vin, new を 切 り 捨 て これを 10 N で 割 ったものを 出 力 とします そう でない 場 合 は Vin, new に 最 も 近 い 整 数 に 等 しいとおき これを 10 N で 割 ったものを 出 力 とします 例 : Vin = ; N = 0, 切 り 捨 てフラグ = 0 のとき 出 力 は Vout= 35. Vin = ; N = 0, 切 り 捨 てフラグ = 1 のとき 出 力 は Vout= 34. Vin = ; N = 1, 切 り 捨 てフラグ = 1 のとき 出 力 は Vout= Vin = ; N = -1, 切 り 捨 てフラグ = 1 のとき 出 力 は Vout= 30. Page. 139/49

141 第 3 章 制 御 回 路 素 子 時 間 遅 れブロック 指 定 時 間 を 遅 らせる 時 間 遅 れブロック(Time delay block)と 1 タイムステップだけ 遅 らせる 単 位 時 間 遅 れブロック(Unit time delay block)の 計 種 類 の 時 間 遅 れブロックがあります 時 間 遅 れブロックは 指 定 の 時 間 間 隔 分 入 力 信 号 を 遅 らせます 例 として 論 理 素 子 の 伝 搬 遅 れをモデリン グできます 単 位 時 間 遅 れブロックは 1 タイムステップ 分 入 力 信 号 を 遅 らせます シミュレーションのタイムステッ プが 変 更 された 場 合 遅 れ 時 間 もこれに 従 って 変 更 されます 単 位 時 間 遅 れブロック(Unit time delay block)と Digital Control Module の 単 位 遅 れブロック(Unit delay block)の 違 いは こちらが 連 続 要 素 で 遅 れ 時 間 が 1 タイムステップなのに 対 し 単 位 遅 れブロックは 離 散 的 な 要 素 であり 遅 れ 時 間 はサンプリング 周 期 と 同 じになる 点 です Time Delay 時 間 遅 れ(sec) Time Delay ブロックのみ 例 : この 例 では 最 初 の 時 間 遅 れブロックは 1ms の 遅 れ つめの 時 間 遅 れは 4ms と 設 定 しています この 例 に 示 すとおり 時 間 遅 れブロックの 入 力 はアナログでもデジタルでも 可 能 です v in1 1 ms v o1 v in v o 4 ms v in v o マルチプレクサ マルチプレクサの 出 力 は 制 御 信 号 により 選 択 された 入 力 の 値 となります PSIM のライブラリには 3 つの タイプのマルチプレクサが 提 供 されています - バイナリ 制 御 入 力 ; - 個 別 制 御 入 力 - 単 独 制 御 入 力. Page. 140/49

142 第 3 章 制 御 回 路 素 子 バイナリ 制 御 入 力 マルチプレクサ 図 で d0...d7 はデータ 入 力 でありアナログ デジタルどちらも 入 力 する 事 が 出 来 ます そして s0...s は 制 御 入 力 でありブールの 論 理 信 号 で 制 御 します バイナリ 制 御 入 力 マルチプレクサの 真 理 値 表 は 以 下 のとおりです 入 力 4 入 力 8 入 力 s0 Y s1 s0 Y s s1 s0 Y 0 d0 0 0 d d0 1 d1 0 1 d d1 1 0 d d 1 1 d d d d d d 個 別 制 御 入 力 マルチプレクサ 図 で d0...d3 はデータ 入 力 でありアナログ デジタルどちらも 入 力 する 事 が 出 来 ます そして s0...s は 制 御 入 力 でありブブールの 論 理 信 号 で 制 御 します 個 別 制 御 入 力 マルチプレクサの 真 理 値 表 は 以 下 のとおりです 3 入 力 4 入 力 s1 s0 Y s s1 s0 Y x 1 d0 x x 1 d0 1 0 d1 x 1 0 d1 その 他 d d その 他 X: Do not care d3 Page. 141/49

143 第 3 章 制 御 回 路 素 子 例 : 以 下 の 回 路 は 入 力 のうち 最 大 の 値 を 選 択 します 入 力 Va が Vb よりも 大 きいときは 比 較 器 の 出 力 は 1 および Vo = Vb ;そうでない 場 合 は Vo = Va となります 単 独 制 御 入 力 マルチプレクサ 図 で d0...d7 はデータ 入 力 でありアナログ デジタルどちらも 入 力 する 事 が 出 来 ます そして s は 制 御 入 力 であり 最 も 近 似 している 整 数 に 丸 められた 単 独 のアナログの 信 号 で 制 御 します 単 独 制 御 入 力 マルチプレクサの 真 理 値 表 は 以 下 のとおりです 4 入 力 8 入 力 s Y s Y 0 d0 0 d0 1 d1 1 d1 d d 3 d3 3 d3 4 d4 5 d5 6 d6 7 d 高 調 波 歪 み(THD)ブロック 基 本 波 成 分 と 高 調 波 成 分 を 含 む 交 流 波 形 で 高 調 波 ひずみは 以 下 の 式 で 計 算 できます V THD V V h rms 1 V1 V 1 Page. 14/49

144 第 3 章 制 御 回 路 素 子 ここで V1 は 基 本 波 成 分 (rms) Vh は 高 調 波 成 分 (rms) また Vrms は 交 流 波 形 の 全 体 の rms 値 で す PSIM では 高 調 波 ブロックは 以 下 のようにモデル 化 されています THD THD ブロックの 回 路 モデル v in (t) THD v 1 (t) v in (t) V rms V 1 V h THD v 1 (t) THD は 基 本 波 を 取 り 出 すのに 次 のバンドパス フィルタを 使 っているので 中 心 周 波 数 とバンド 幅 を 指 定 する 必 要 があります Fundamental Frequency Passing Band Freq. 入 力 の 基 本 波 周 波 数 (Hz) バンドパス フィルタのバンド 幅 (Hz) 例 : 以 下 に 示 す 単 相 のサイリスタ 回 路 では 高 調 波 歪 み(THD)ブロックを 使 って 入 力 の 高 調 波 歪 みを 測 定 しています サイリスタ ブリッジの 位 相 遅 れは 30 とします また THD ブロックの 基 本 周 波 数 は 60Hz バンドパス フィルタのバンド 幅 は 0Hz としています シミュレーション 結 果 を 回 路 図 の 右 に 示 します v s alpha=30 deg. i s THD i s 1 THD ブロックの 出 力 の 一 方 は 入 力 電 流 の 基 本 波 成 分 is1 です 入 力 電 圧 vs と 電 流 is1 の 位 相 を 比 べるこ とにより 入 力 の 等 価 力 率 を 計 算 することができます この 値 を 高 調 波 の 値 (THD)と 組 み 合 わせること により 入 力 の 力 率 を 求 めることができます 空 間 ベクトル PWM ブロック 空 間 ベクトル PWM ブロックは マイコン 等 のキャリア 比 較 コントローラで 空 間 ベクトル 変 調 を 実 現 す る 際 に 用 いられるのと 同 様 の 手 法 で 三 相 変 調 率 信 号 を 空 間 ベクトル 変 調 に 相 当 する 値 に 変 換 します 二 つの 空 間 ベクトル PWM ブロックは キャリア 波 を 基 にした PWM 生 成 方 式 で 動 作 します 一 つは Va, Vb, Vc の 三 相 の 入 力 をする 物 もう 一 つはクラーク 変 換 による V αと V βの 二 相 を 入 力 する 物 になります このブロックの 出 力 は 三 相 変 調 信 号 であり デジタル 実 装 された 空 間 ベクトル PWM と 同 じ 様 な PWM 変 調 利 得 となります Page. 143/49

145 第 3 章 制 御 回 路 素 子 3.4 デジタル 素 子 論 理 ゲート 基 本 論 理 ゲートには AND OR XORGATE(exclusiveOR)NOT NAND および NOR があります ANDGATE ORGATE NOTGATE XORGATE ANDGATE3 ORGATE 3 NANDGATE NORGATE 3.4. セット リセット フリップフロップ セット リセット フリップフロップにはエッジ トリガとレベル トリガの 種 類 があります Trigger Flag トリガ フラグ(0:エッジ トリガ;1:レベル トリガ) エッジ トリガ フリップフロップは 立 ち 上 がりのときのみ 状 態 が 変 わります エッジ トリガ フリッ プフロップの 真 理 値 表 を 以 下 に 示 します S R Q Q 0 0 不 変 不 使 用 一 方 レベル トリガ フリップフロップは 入 力 レベルにより 状 態 が 変 わります レベル トリガ フリ ップフロップの 真 理 値 表 を 以 下 に 示 します Page. 144/49

146 第 3 章 制 御 回 路 素 子 セット リセット フリップフロップの 真 理 値 表 を 以 下 に 示 します S R Q Q 0 0 不 変 不 使 用 J-K フリップフロップ セット/リセット 入 力 が 無 いタイプと 有 るタイプの 種 類 の J-K フリップフロップが 用 意 されています 前 者 の 場 合 セット/リセット 入 力 ともに high(1)が 入 力 されていると 仮 定 します J-K フリップフロップはクロック 入 力 の 立 ち 上 がりでトリガされます J-K フリップフロップの 真 理 値 表 を 以 下 に 示 します S R J K Clock Q Q 0 1 x x x x x x x x x 不 変 トグル X:Do not care D フリップフロップ セット/リセット 入 力 が 無 いタイプと 有 るタイプの 種 類 の D フリップフロップが 用 意 されています 前 者 の 場 合 セット/リセット 入 力 ともに high(1)が 入 力 されていると 仮 定 します D フリップフロップはクロック 入 力 の 立 ち 上 がりでトリガされます D フリップフロップの 真 理 値 表 を 以 下 に 示 します Page. 145/49

147 第 3 章 制 御 回 路 素 子 S R D クロック Q Q 0 1 x X x x x x 単 安 定 マルチバイブレータ 単 安 定 マルチバイブレータは 入 力 信 号 の 立 ち 上 がり(または 立 ち 下 がり)でトリガされます マルチバ イブレータにより 指 定 された 幅 のパルスを 生 成 できます 出 力 パルス 幅 は 固 定 または 外 部 入 力 により 可 変 です 可 変 出 力 マルチバイブレータは 制 御 付 きマルチ バイブレータ(MONOC)と 呼 び 固 定 出 力 型 と 区 別 します パルス 幅 (sec)は 制 御 入 力 により 決 まります Pulse Width オン 時 間 パルス 幅 (sec) 制 御 付 きマルチバイブレータではの 下 側 からの 入 力 が 制 御 信 号 になります パルス 幅 カウンタ パルス 幅 カウンタはパルスの 幅 を 測 ります カウンタは 入 力 の 立 ち 上 がり 信 号 により 起 動 します 入 力 の 立 ち 下 がりを 検 出 して パルスの 幅 (sec)を 測 ります 次 の 立 ち 下 がりを 検 出 するまで カウンタは 前 回 の 値 を 保 持 します Up/Down カウンタ Up/down カウンタはクロックの 立 ち 上 がりエッジのたびに 1 を 増 大 するか 減 少 します COUNTER Preset Enable Preset Value Clock Up/Down Reset Page. 146/49

148 第 3 章 制 御 回 路 素 子 No. of Bits ビット N の 数 字 Up/Down の 入 力 が 0 のとき カウンタは 減 少 します 入 力 が 1 の 時 カウンタは 増 大 します Reset 入 力 は High(1)のときカウンタを 0 にリセットします Preset Enable 入 力 は High のときカウンタを 予 め 設 定 された 値 にセットします 以 下 はカウンタの 真 理 表 です Up/Down Preset Enable Reset Clock 動 作 x 0 0 x カウントしない カウントアップ カウントダウン x 1 0 x プリセット x x 1 x リセット x: Do not care A/D および D/A 変 換 器 A/D 変 換 器 はアナログ 入 力 信 号 をデジタルへ また D/A 変 換 器 はデジタル 信 号 をアナログへ 変 換 します 8 ビットと 10 ビットの 変 換 器 があります ADC8 ADC10 DAC8 Vref DAC10 ビット 数 を N とすると A/D 変 換 器 の 入 力 は 次 の 式 で 計 算 されます たとえば Vref = 5V Vin = 3.V N =8bits とすると Vo = 56/5*3. = = (バイナリ) となります また D/A 変 換 器 の 出 力 は 以 下 の 式 で 計 算 されます たとえば Vref = 5V Vin = (バイナリ) N =8bits とすると Vo = 163/56*5 = V とな ります Page. 147/49

149 第 3 章 制 御 回 路 素 子 3.5 デジタル 制 御 モジュール デジタル 制 御 モジュールを 標 準 の PSIM プログラムにアドオンとして 追 加 することで ゼロ 次 ホールド z 領 域 伝 達 関 数 デジタル フィルタなどといったデジタル 制 御 が 利 用 可 能 になります 連 続 時 間 のs 領 域 回 路 に 比 べて z 領 域 の 回 路 は 離 散 型 です したがって 計 算 は 離 散 サンプル 点 でのみ 行 われ サンプリングの 間 は 計 算 が 実 行 されません ゼロ 次 ホールド ゼロ 次 ホールドは 入 力 を 指 定 された 周 期 の 時 点 でサンプルし 次 のサンプル 点 が 来 るまで 出 力 を 保 持 し ます Sampling Frequency サンプリング 周 波 数 (Hz) 他 のデジタル 素 子 同 様 ゼロ 次 ホールドは 内 部 のタイマーでサンプル 時 刻 を 決 めます したがって サ ンプル 時 刻 はシミュレーションの 開 始 時 刻 と 同 期 しています たとえば サンプリング 周 波 数 を 1000 Hz と 指 定 すると サンプリングは 0, 1 msec, msec,... という 具 合 に 実 行 されます 例 : 以 下 の 回 路 ではサンプリング 周 波 数 を 1000 Hz としています 右 の 図 に 入 力 と 出 力 の 波 形 を 示 します 上 の 回 路 では 入 力 の 正 弦 波 に 連 続 型 の 積 分 器 が 接 続 されています このため この 回 路 は 連 続 離 散 混 合 回 路 となり 連 続 系 のシミュレーションタイムステップにより 計 算 が 行 われます こうしたシミュレー ションタイムステップにより ゼロ 次 ホールド 素 子 の 出 力 は 上 に 示 すように 階 段 状 となります 一 方 この 積 分 器 がないと 回 路 は 離 散 型 となります 計 算 はサンプル 時 刻 でのみ 実 行 されるので シミ ュレーションタイムステップはサンプル 周 期 と 同 じになり 計 算 結 果 はサンプル 時 刻 でのみ 得 られます 下 の 波 形 は 一 見 連 続 波 形 のように 見 えますが 実 は 離 散 値 で サンプル 点 を 結 んだ 線 のみで 構 成 されてい ます Page. 148/49

150 第 3 章 制 御 回 路 素 子 3.5. z 領 域 伝 達 関 数 ブロック z 領 域 伝 達 関 数 ブロックは 以 下 の 多 項 式 で 示 されます N N-1 b 0 z b 1 z... bn_ 1 z b H ( z) N N-1 a z a z... a z a [a y(n-1) a y(n- )... a y(n- N)] ここで a0 = 1 のとき Y(z) = H(z) * U(z) は 別 の 式 で 表 現 できます y( n) b u(n) b u(n -1)... b u(n - N) N N N N N Order N Coeff. b0,..., bn Coeff. a0,..., an Sampling Frequency 伝 達 関 数 の 次 元 N 分 子 の 多 項 式 の 係 数 分 母 の 多 項 式 の 係 数 サンプリング 周 波 数 (Hz) 例 : 以 下 は 次 の 伝 達 関 数 です e H(z) 3 z 100 z 400.e サンプリング 周 波 数 は 3kHz とします PSIM では 以 下 のように 指 定 します Order N Coeff. b0,..., bn Coeff. a0,..., an Sampling Frequency e e 積 分 器 ( 離 散 型 ) 積 分 器 (Integrator)には 3 種 類 あります: 通 常 の 積 分 器 外 部 リセット 付 き 積 分 器 内 部 リセット 付 き 積 分 器 です リセット 付 き 積 分 器 の 場 合 の 下 の 入 力 が 制 御 信 号 になります Page. 149/49

151 第 3 章 制 御 回 路 素 子 Algorithm Flag Initial Output Value Reset Flag Lower Output Limit Upper Output Limit Sampling Frequency 積 分 アルゴリズムの 切 替 フラグ 0: 台 形 法 1: 後 退 オイラー 法 : 前 進 オイラー 法 出 力 の 初 期 値 リセットフラグ(0:エッジリセット; 1:レベルリセット) (リセット 付 き 外 部 積 分 器 のみ) 出 力 の 下 限 値 ( 内 部 リセット 付 き 積 分 器 のみ) 出 力 の 上 限 値 ( 内 部 リセット 付 き 積 分 器 のみ) サンプリング 周 波 数 (Hz) 外 部 リセット 付 き 積 分 器 の 出 力 は 制 御 信 号 によりリセットすることができます エッジリセット(リセッ トフラグ=0)の 場 合 制 御 信 号 の 立 ち 上 がりエッジで 積 分 器 の 出 力 は 零 にリセットされます レベルリセ ット(リセットフラグ=1)の 場 合 制 御 信 号 を High(1)にすると 積 分 器 の 出 力 は 零 にリセットされます 内 部 リセット 付 き 積 分 器 の 出 力 は 出 力 によりリセットされます 出 力 が 下 限 値 か 上 限 値 のどちらかに 達 するとき 内 部 リセット 付 き 積 分 器 の 出 力 は 0 にリセットされます これは 外 部 エッジリセット 付 き 積 分 器 と 同 じ 動 作 をしますがこの 場 合 外 部 のリセット 回 路 を 設 定 する 必 要 はありません 入 力 を u(t) 出 力 を y(t) サンプリング 周 期 を T 離 散 型 伝 達 関 数 を H(z) とすると 積 分 器 の 入 出 力 関 係 は 以 下 のように 表 現 できます 台 形 法 : T z 1 H ( z) z -1 T y( n) y( n 1) ( u( n) u( n 1)) 後 退 オイラー 法 : z H ( z) T z -1 前 進 オイラー 法 y( n) y( n 1) T u( n) z H ( z) T z -1 y ( n) y( n 1) T u(n -1) 微 分 器 ( 離 散 型 ) 離 散 型 微 分 器 (Differentiator)の 伝 達 関 数 を 以 下 に 示 します 1 z -1 H ( z) T z ここで T はサンプリング 周 期 です 入 出 力 関 係 は 差 分 方 程 式 を 使 って 次 のように 表 すこともできます 1 y( n) ( u( n) u( n 1)) T Page. 150/49

152 第 3 章 制 御 回 路 素 子 Sampling Frequency サンプリング 周 波 数 (Hz) デジタル PI コントローラ デジタル PI コントローラは 以 下 のように 定 義 されています Gain PI コントローラのゲイン k Time Constant PI コントローラの 時 間 定 数 T Lower Output Limit 出 力 の 下 限 V_lower Upper Output Limit 出 力 の 上 限 V_upper Sampling Frequency サンプリング 周 波 数 fs (Hz) s 領 域 におけるアナログ PI コントローラの 伝 達 関 数 は 以 下 のように 定 義 されています 1 st G( s) k st デジタル PI コントローラは 後 退 オイラー 法 を 用 いてアナログ PI コントローラを 離 散 化 することによ り 得 られます コントローラの 実 装 例 を 以 下 に 示 します デジタル フィルタ 1 次 のローパス フィルタ 次 のローパス フィルタ 一 般 型 のデジタル フィルタ 一 般 型 の FIR フィルタの 4 種 類 のデジタルフィルタブロックが 提 供 されています 一 般 型 のフィルタについては フィルタ 係 数 をそれぞれの 素 子 のプロパティウィンドウを 介 し て 直 接 入 力 するか あるいはテキストファイルを 通 して 指 定 する 必 要 があります Page. 151/49

153 第 3 章 制 御 回 路 素 子 1 次 ローパス フィルタおよび 次 ローパス フィルタの 場 合 : Gain フィルタの 利 得 k Cut-off Frequency カットオフ 周 波 数 fc (fc = ωc/π) (Hz) Damping Ratio フィルタの 減 衰 比 ( 次 ローパス フィルタのみ) Sampling Frequency サンプリング 周 波 数 (Hz) 一 般 型 デジタル フィルタおよび FIR フィルタの 場 合 : Order N 伝 達 関 数 の 次 元 N Coeff. b0,..., bn 分 子 の 多 項 式 の 係 数 Coeff. a0,..., an 分 母 の 多 項 式 の 係 数 Sampling Frequency サンプリング 周 波 数 (Hz) 次 に 示 すのはフィルタの 係 数 を 外 部 ファイルで 指 定 する 場 合 です (file) (file) File for Coefficients Sampling Frequency 係 数 格 納 ファイル 名 サンプリング 周 波 数 (Hz) 低 域 通 過 フィルタの 伝 達 関 数 は 以 下 の 通 りです s 領 域 における 1 次 ローパス フィルタの 場 合 : ωc G ( s) k s ω s 領 域 における 次 ローパス フィルタの 場 合 : G ( s) k s ω c ζω s ω 1 次 と 次 のデジタル フィルタは 後 退 オイラー 法 によってアナログフィルタを 離 散 化 することで 得 る ことが 出 来 ます c c 一 般 型 デジタル フィルタの 伝 達 関 数 を 以 下 の 多 項 式 で 示 します b H ( z) a 0 0 b z 1 a z b... a N-1 z N-1 z c -(N-1) -(N-1) b z N a z a 0 =1 のときは 出 力 y と 入 力 u は 以 下 の 差 分 形 式 を 使 って 表 わすこともできます y( n) b u(n) b u(n -1).. b u(n - N) - 0 a y(n-1) a y(n- )... a y(n- N) 1 1 伝 達 関 数 の 分 母 の 係 数 が 零 でない 場 合 このタイプのフィルタは 無 限 インパルス 応 答 (Infinite Impulse Response = IIR)フィルタと 呼 ばれます 一 方 FIR フィルタの 伝 達 関 数 は 以 下 の 多 項 式 で 表 わすことができます H(z) b -1 -(N-1) -N 0 b 1 z... bn-1 z bn z a 0 =1 のときは 出 力 y と 入 力 u は 以 下 の 差 分 形 式 を 使 って 次 のように 表 わせます y(n) b u(n) b u(n -1)... b u(n - N) 0 1 N N N N -N -N Page. 15/49

154 第 3 章 制 御 回 路 素 子 フィルタの 係 数 は 直 接 指 定 するか 外 部 ファイルを 使 って 指 定 します 以 下 にデジタル フィルタ 素 子 のと( 直 接 指 定 する 場 合 )を 示 します 係 数 格 納 ファイルの は 以 下 のとおりです FIR フィルタ( 外 部 ファイル)の 場 合 N b0 b1 bn デジタルフィルタ( 外 部 ファイル) の 場 合 N または N b0 b1 b0, a0 b1, a bn a0 a an bn, an 例 : ここでは 例 として 次 の Butterworth 型 ローパスデジタル フィルタを 設 計 します 遮 断 周 波 数 fc =1kHz サンプリング 周 波 数 fs = 10kHz として MATLAB * で 計 算 すると ナイキスト 周 波 数 は fn = fs/ =5 khz 正 規 化 遮 断 周 波 数 は fc* = fc/fn = 0. [B,A] = butter (, fc*) となり B = [ ] = [b 0 b 1 b ] A = [ ] = [a 0 a 1 a ] を 得 ます したがって 伝 達 関 数 は 入 出 力 差 分 式 は z z H(z) z z - y(n) u(n) u(n -1) y(n-1) y(n- ) PSIM では を 以 下 のように 指 定 します Order N Coeff. b0,..., bn Coeff. a0,..., an サンプリング 周 波 数 係 数 がファイルに 保 存 されている 場 合 そのファイルの 内 容 は 以 下 のようになります Page. 153/49

155 第 3 章 制 御 回 路 素 子 また 以 下 のような 内 容 の 場 合 もあります 0.001, , , 単 位 遅 れブロック 単 位 遅 れブロック(Unit delay)は 入 力 信 号 を 1 サンプリング 周 期 だけ 遅 らせます Initial Output Value Sampling Frequency ブロックの 出 力 の 初 期 値 サンプリング 周 波 数 (Hz) 離 散 素 子 の 単 位 遅 れブロックが 標 本 化 信 号 を 1 サンプル 時 刻 だけ 遅 らせるのに 対 して 連 続 素 子 の 時 間 遅 れブロック(TDELAY)は 波 形 全 体 を 指 定 時 間 だけ 遅 らせます 離 散 化 ブロック 離 散 化 ブロック(Quantization block)は A/D 変 換 プロセスの 離 散 化 誤 差 を 模 擬 するのに 使 います 1LSB (least significant bit 最 下 位 ビット)の 離 散 化 誤 差 をもったものと 0.5LSB の 入 力 オフセットをもったも のと 計 種 類 の 離 散 化 ブロックがあります Quantization Block Quantization Block (with offset) No. of Bits Vin_min Vin_max Vo_min Vo_max Sampling Frequency ビット 数 N 入 力 値 の 下 限 Vin,min 入 力 値 の 上 限 Vin,max 出 力 値 の 下 限 Vo,min 出 力 値 の 上 限 Vo,max サンプリング 周 波 数 (Hz) 離 散 化 ブロックの 動 作 を 理 解 するために 次 のような 例 (N=3 Vin,min=0 Vin,max=1)を 考 えます この 入 力 値 は 3 (または 8 つ)のステージに 分 割 されます 入 力 レベルに 応 じて 出 力 は 3-bit の 離 散 値 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 のいずれかを 取 ります 出 力 は 3 (または 8)のレベルと 3-1(または 7)のステップをもちます 進 数 の 000 が 10 進 数 の 0 に 進 数 の 111 が 10 進 数 の に 一 致 し Vin,min=0 Vin,max=1 のとき 入 力 と 出 力 の 波 形 をプロットすることができます Page. 154/49

156 第 3 章 制 御 回 路 素 子 また つの 離 散 化 ブロックの 離 散 化 誤 差 Vin-Vo は 以 下 のようになります 左 の 波 形 はオフセットなしの 離 散 化 ブロックのもので 右 の 波 形 はオフセット 付 きの 離 散 化 ブロックの 波 形 です Quantization block Binary numbers (111) Quantization block (with offset) Binary numbers (111) (110) (110) (101) (101) (100) (100) (011) (011) (010) (010) (001) (001) (000) (000) 左 の 波 形 に 示 すように 離 散 化 ブロックの 離 散 化 誤 差 は 0~1LSB または 1/ 3 (または 0.15)となり ます オフセット 付 きの 離 散 化 ブロックでは 離 散 化 される 前 に 0.5*LSB の 値 が 入 力 に 付 加 されます こ れは 右 の 波 形 に 見 られるように 離 散 化 誤 差 を-0.5LSB から+0.5LSB まで 減 らします( 入 力 が 最 大 値 に 近 い 場 合 を 除 く) 以 下 の 図 は 一 般 のオフセット 付 き 離 散 化 ブロックの 入 出 力 関 係 を 示 しています V o,max Actual output limit N N -1 Binary numbers V o V o 1 V o,min V in,min ビット 数 は 出 力 の 解 像 度 を 決 定 します 入 力 幅 Vin,max-Vin,min は N ステージに 分 割 されます 各 ステージ の 幅 は 以 下 のように 表 されます: V in V in V V in in, max N V in,min 0 V in,max Page. 155/49

157 第 3 章 制 御 回 路 素 子 ただし 1 つ 目 のステージの 幅 は 0.5* Vin となり 最 後 のステージは 1.5* Vin となります オフセット なしの 離 散 化 ブロックでは 1 つ 目 のステージと 最 後 のステージでその 幅 が Vin となることにご 注 意 くだ さい 入 力 が k 番 目 のステージで 減 少 した 場 合 出 力 は 次 のように 計 算 されます V o V ( k 1) V o, min ここで k は 1 から N の 値 をとり, 出 力 ステップは 以 下 の 通 り 計 算 されます V o V o, max N この 値 Vo,max は 入 力 が Vin,max の 時 に 出 力 される 値 と 一 致 します しかし 離 散 化 によって 出 力 は N レベ ルで 0 から N -1 の 間 の 値 で 表 されます 結 果 として 出 力 の 実 際 の 上 限 は 上 図 で 表 される 通 り Vo,max では なく Vo,max- Vo となります 例 : オフセット 付 きの 離 散 化 ブロックで N=3, Vin,min=0, Vin,max=1, Vo,min=0, Vo,max=1 とすると Vin= Vo=1/8 となります よって Vin=0.5 のとき 3 番 目 のステージ(k=3)で Vo=0+(3-1)*1/8=0.5 となります また Vin=0.6 のとき 6 番 目 のステージ(k=6)で Vo=0+(6-1)*1/8=0.65 となります V o,min o 循 環 バッファ 循 環 バッファ(Circular Buffer)はデータ 配 列 を 保 存 するメモリです Buffer Length Sampling Frequency バッファの 長 さ サンプリング 周 波 数 (Hz) 循 環 バッファはデータをバッファに 格 納 し ポインタがバッファの 最 後 まで 達 したときには 始 めに 戻 り ます 単 出 力 (single output)の 循 環 バッファは first-in-first-out のメモリ 格 納 デバイスで 出 力 は 押 し 出 され る 値 と 等 しい 値 を 取 ります ベクトル 出 力 の 循 環 バッファはバッファの 長 さと 等 しい 長 さのベクトル 配 列 を 出 力 します 個 別 のメモリの 内 容 を 参 照 するには メモリ 読 み 出 しブロック MEMREAD を 使 って 下 さ い 例 : 長 さ 4 とサンプリング 周 波 数 10Hz の 循 環 バッファを 考 えましょう サンプリング 時 刻 によって バッ ファの 内 容 は 以 下 のように 変 化 します メモリ 位 置 による 値 出 力 ( 単 出 時 刻 入 力 力 バッフ ァ) Page. 156/49

158 第 3 章 制 御 回 路 素 子 畳 込 みブロック 畳 込 みブロックは つの 入 力 ベクトルの 畳 込 み 積 分 を 実 行 します 出 力 もベクトル 値 です つの 入 力 ベクトルを A = [am am-1 am-... a1] B = [bn bn-1 bn-... b1] とすると A と B の 畳 込 み 積 分 は C = A x B = [cm+n-1 c m+n-... c1] ここで c i = Σ [ak+1 *bj-k], k = 0,..., m+n-1; j = 0,..., m+n-1; i = 1,..., m+n-1 例 : 入 力 を A = [1 3] および B = [4 5] とすると m=3, n= で 出 力 は C = [ ] となります メモリ 読 み 出 しブロック メモリ 読 み 出 しブロックは 指 定 された 位 置 のメモリの 内 容 (ベクトル 要 素 )を 読 みだします Memory Index Offset メモリの 先 頭 位 置 からのオフセット 距 離 このブロックにより ユーザは 畳 込 みブロック ベクトル 配 列 循 環 バッファなどの 要 素 をメモリ 位 置 に よりアクセスできます オフセット 指 標 はメモリの 先 頭 位 置 からの 距 離 を 示 します 例 : ベクトル A = [ 4 6 8] を 考 えましょう オフセットが 0 のとき メモリ 読 み 出 しブロックの 出 力 は オ フセットが のときは 出 力 は 6 になります データ 配 列 これは 1 次 元 配 列 です 出 力 はベクトルとなります データ 入 力 は 直 接 入 力 するもの(Array)とファイル により 指 定 するもの(Array(file))があります Page. 157/49

159 第 3 章 制 御 回 路 素 子 Array Length Values File for Coefficients データ 配 列 N の 長 さ(Array のみ) 配 列 要 素 の 値 (Array のみ) データ 配 列 を 格 納 しているファイル 名 (Array (file)のみ) あるファイルから 配 列 が 読 み 込 まれる 場 合 そのファイルは 以 下 のような 形 式 です N A1 AN ここで N は 配 列 の 長 さで A1 AN は 配 列 要 素 の 値 です 例 : 配 列 A = [ 4 6 8] を 定 義 するには Array Length = 4; Values = と 指 定 します あるファイルか ら 配 列 が 読 み 込 まれる 場 合 そのファイルは 以 下 のような 形 式 です スタック スタックは first-in-last-out のレジスタです Stack Depth スタックの 深 さ push または pop の 操 作 を 行 うには 立 ち 上 がり 信 号 を 与 えます スタックが 空 のときに pop 操 作 をおこ なった 場 合 は 出 力 は 不 変 です スタックが 一 杯 のときに push 操 作 をおこなうと スタックの 一 番 下 にあ るデータはレジスタから 押 し 出 されてなくなります 多 重 サンプリングシステム PSIM の 離 散 系 はサンプリング 周 期 を 複 数 持 つことができます 以 下 に 例 を 示 します 次 のシステムは 3 つの 部 分 に 別 れています 最 初 の 部 分 システムはサンプリング 周 波 数 が 10Hz です その 出 力 Vo はシステムのフィードバック 信 号 として 使 っています 次 の 部 分 システムはサンプリング 周 波 数 が 4Hz です 3 番 目 の 部 分 システムは 同 じ 信 号 を 周 波 数 Hz でサンプリングして 表 示 しています Page. 158/49

160 第 3 章 制 御 回 路 素 子 つのサンプリング 周 波 数 が 異 なる 要 素 の 間 にはゼロ 次 ホールドを 使 わなければなりません 3.6 SimCoupler モジュール SimCoupler は PSIM のアドオン オプションで PSIM と MATLAB/Simulink とのあいだのインタフェー スを 提 供 します SimCoupler を 使 うことで シミュレーションの 一 部 は PSIM で 残 りは Simulink で 実 行 す る こ と が で き ま す PSIM の パ ワ ー 回 路 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を フ ル に 活 用 し な が ら MATLAB/Simulink の 制 御 シミュレーション を 補 助 的 に 使 う ということが 可 能 です SimCoupler は PSIM の Link ノードと Simulink の SimCoupler ブロックからなります 以 下 にを 示 します (PSIM 側 ) (Simulink 側 ) SLINK_IN SLINK_OUT SimCoupler Model Block PSIM 内 では SLINK_IN のノードが Simulink からの 信 号 を 受 け 取 ります また SLINK_OUT のノードか ら Simulink へ 信 号 を 送 ります これらはいずれも 制 御 素 子 ですから PSIM の 制 御 回 路 内 でのみ 使 用 可 能 です Simulink 内 では SimCoupler ブロックの 入 出 力 端 子 を 経 由 して 他 の Simulink 内 のシステムと 接 続 す ることができます PSIM と Simulink での 設 定 SimCoupler の 使 用 法 は 簡 単 かつ 明 瞭 です 以 下 の 例 は 永 久 磁 石 同 期 機 (PMSM)の 駆 動 システムで パワー 回 路 には PSIM を 使 い 制 御 回 路 は Simulink で 構 成 しています Page. 159/49

161 第 3 章 制 御 回 路 素 子 PSIM での 主 回 路 部 Simulink での 制 御 部 以 下 にこの 例 題 にもとづいて SimCoupler を 使 って PSIM と MATLAB/Simulink の 連 成 シミュレーション を 構 成 する 手 順 を 説 明 します SimulinkライブラリへSimCouplerブロックを 追 加 : HASPキーを 備 えたPSIMバージョンを 使 用 している 場 合 は このステップをスキップしてください プ ログラム SetSimPath.exe は PSIMインストール 中 に 既 に 自 動 的 に 実 行 されます PSIMデモバージョンあるいはPSIMトライアルバージョン( 期 日 限 定 )を 使 用 している 場 合 は PSIMディ レクトリから プログラム SetSimPath.exe を 実 行 してください これは MATLAB/Simulinkを 備 えた SimCouplerモジュールをセットアップし SimulinkライブラリブラウザへSimCouplerブロックを 加 えます このステップが 必 要 であることに 注 意 してください そうでなければ SimulinkはPSIMを 見 つけること ができません これで MATLABパスに 手 動 でPSIMフォルダを 加 えることは 必 要 ではありません PSIMフ ォルダかMATLABフォルダが 変 わった 場 合 のみ 再 び SetSimPath.exe を 実 行 する 必 要 があります PSIM 側 の 操 作 : 1) パワー 回 路 を 構 成 したあと A,B,C 相 の 電 流 をローパス フィルタを 介 して 3 つの SLINK_OUT のノー ドに 接 続 し 端 子 名 を Ia, Ib, Ic と 指 定 します また 速 度 センサの 出 力 を 同 様 に 別 の SLINK_OUT ノード に 接 続 し Wrpm と 名 前 を 付 けます ) 3 つの SLINK_IN の 入 力 ノードを 比 較 器 の 正 の 入 力 に 接 続 し それぞれ 端 子 名 を Va, Vb, Vc と 指 定 しま す 3) Simulate メニューから Arrange SLINK Nodes を 選 びます ダイアログウィンドウが 表 示 されるので SLINK_IN と SLINK_OUT の 端 子 の 並 びが Simulink の SimCoupler ブロックでの 入 出 力 の 順 番 ( 上 か ら 下 )と 同 じになるように 並 び 替 えてください この 例 では SLINK_IN のノードは Va, Vb, Vc の 順 で SLINK_OUT のノードは Ia, Ib, Ic, Wrpm の 順 になります Page. 160/49

162 第 3 章 制 御 回 路 素 子 4) 回 路 図 ファイルを 保 存 します この 例 では ファイルは C:\PSIM\pmsm_psim.sch に 保 存 されます Simulink 側 の 操 作 : 1) MATLAB を 起 動 します ) Simulink を 起 動 し 既 存 のファイルを 開 くか 新 規 ファイルを 作 成 します システムを 作 成 した 後 Simulink のライブラリブラウザのメニュー S-function SimCoupler に 行 き SimCoupler のブロッ クを 選 択 し 回 路 図 に 置 いてください 3) PMSMファイルでは SimCouplerブロックをダブルクリックしてから Browserボタンをクリックして C: \PSIM\pmsm_psim.sch というPSIMの 回 路 図 ファイルを 選 択 してください Applyをクリックする と SimCouplerブロックの 入 出 力 の 数 はPSIMで 作 成 したものと 自 動 的 に 一 致 します この 例 では3 入 力 4 出 力 になります 4) Simulation メニューから Simulation Parameters を 選 びます Solver Options の 項 で Type を Fixed Step に 設 定 します Fixed step size は PSIM のタイムステップと 同 じか できる 限 り 近 い 値 に 設 定 し てください この 例 ではタイムステップは 0.1ms です Solver Option とタイムステップの 設 定 につい ての 詳 細 は 次 節 で 述 べます 5) 設 定 が 完 了 しました Simulink でシミュレーションを 開 始 します また SimCoupler ブロックがフィードバックループの 一 部 になるようなシステムでは SimCoupler ブ ロックが 代 数 ループ(algebraic Loop)の 一 部 になってしまうことがあります( 代 数 ループについてのより 詳 細 な 情 報 は MATLAB のヘルプをご 覧 ください) MATLAB/Simulink のバージョンによっては 代 数 ループ が 存 在 するシステムのシミュレーションができないことがあり シミュレーションができる 場 合 にもシミ ュレーション 速 度 が 著 しく 低 下 することがあります 代 数 ループを Break するためには SimCoupler ブ ロックの 各 出 力 端 子 に Memory ブロックを 接 続 します Memory ブロックは 1 積 分 ステップ 分 の 時 間 遅 れ を 挿 入 します 3.6. Simulink における Solver Type とタイムステップの 設 定 PSIM と MATLAB/Simulink で 同 時 にシミュレーションをおこなう 場 合 Simulink では Solver Type とタ イムステップについていくつかの 制 約 があります このことを 以 下 に 示 すチョッパ 回 路 を 例 題 に 説 明 しま す 左 側 の 回 路 はすべて PSIM で 構 成 し 右 側 の 回 路 はパワー 回 路 を PSIM で 制 御 回 路 を Simulink で 構 成 しています いずれの 回 路 も PSIM のシミュレーションタイムステップは μs です Simulink の 設 定 はいくつか 異 なる 方 法 があります 推 奨 の 方 法 は Solver Type を Fixed-step に 設 定 し て Fixed step size を PSIM のタイムステップと 同 じに 指 定 することです Page. 161/49

163 第 3 章 制 御 回 路 素 子 Simulink のタイムステップは PSIM と 同 一 であることを 推 奨 しますが Simulink の 側 のタイムステップ がわずかに PSIM のタイムステップよりも 長 い 場 合 にも 充 分 な 精 度 でシミュレーション 結 果 が 得 られる ことがわかっています 上 の 例 では Simulink のタイムステップは PSIM よりも 10 倍 も 長 い 0μs になっ ています しかし Simulink の Solver Type を Variable-step に 設 定 すると シミュレーション 結 果 は 正 しくなりま せん 下 の 図 はこのような 場 合 を 示 します Simulink の Solver Type を Variable-step に 設 定 した 場 合 は 正 しい 結 果 を 得 るには SimCoupler の 入 力 にゼロ 次 ホールドを 使 う 必 要 があります さらに ゼロ 次 ホールドのサンプル 時 間 は PSIM のタイムステ ップと 同 じに 設 定 する 必 要 があります 下 の 図 にこのような 構 成 を 示 します まとめとして PSIM と MATLAB/Simulink で 同 時 シミュレーションをおこなう 場 合 は Simulink の Solver Type は Fixed-step に 設 定 して タイムステップを PSIM と 同 じか 近 い 値 に 設 定 してください また Solver Type を Variable-step にした 場 合 はゼロ 次 ホールドを 使 って サンプル 時 間 を PSIM のタイムステ ップと 同 じに 設 定 するようにしてください Page. 16/49

164 第 3 章 制 御 回 路 素 子 PSIM から Simulink へのの 受 け 渡 し の 値 は Simulink で 設 定 し PSIM に 渡 すことができます 例 えば インダクタンス L1 を Simulink で 設 定 し その 値 varl1 を PSIM で 変 更 する 場 合 は 以 下 のように 行 います まず Simulink 上 で SimCoupler ブロックをダブルクリックしてプロパティダイアログを 開 き Add Variable ボタンをクリックします そして 下 図 のように リストに 新 しく 追 加 された 行 をクリックし 変 数 名 と 値 を 入 力 します 変 数 varl1 は PSIM からアクセスすることができるようになります 3.7 ModCoupler Module ModCopuler Module は ModCoupler-VHDL および ModCoupler-Verilog から 構 成 されます これらは PSIM と ModelSim 間 の 連 成 シミュレーション 用 のインターフェースを 提 供 します 例 えば システムの 電 気 的 な 部 分 は PSIM でモデリングやシミュレーションを 行 い システムの 制 御 アルゴリズムの 部 分 は ModelSim で VHDL または VerilogHDL を 用 いてコーディングやシミュレーションを 行 う 事 が 可 能 です よって FPGA 実 装 を 行 う 制 御 コードの 確 認 を 手 早 く 行 う 事 が 可 能 です ModCoupler Module の 使 い 方 についての 詳 細 は PSIM インストールフォルダ 内 の doc フォルダ 内 に マニュアルありますので 参 照 してください Page. 163/49

165 第 3 章 制 御 回 路 素 子 3.8 Design Suite 制 御 ブロック Motor Control Design Suite と HEV Design Suite 用 に 以 下 の 制 御 ブロックが 提 供 されます -トルク 制 御 (PMSM) - ダイナミックトルクリミット 制 御 (PMSM) - ダイナミックトルクリミット 制 御 ( 非 線 形 PMSM) - 電 圧 制 御 (PMSM) - DC-DC 充 電 制 御 - DC-DC 放 電 制 御 - DC-DC 回 生 制 御 トルク 制 御 ブロック ダイナミックトルクリミット 制 御 ブロックは Motor Control Design Suite および HEV Design Suite の 両 方 で 使 用 できます 電 圧 制 御 ブロック DC-DC 充 電 放 電 回 生 制 御 ブロックは HEV Design Suite のみで 使 用 できます トルク 制 御 (PMSM) トルク 制 御 (PMSM)ブロックは 線 形 または 非 線 形 PMSM 向 けです 以 下 のように 定 義 されています Ld (d-axis inductance) Lq (q-axis inductance) Vpk/krpm Number of Poles Integrator Gain Maximum Motor Torque Base Current Value Base Torque Value Sampling Frequency モータの d 軸 インダクタンス(H) モータの q 軸 インダクタンス(H) 線 間 のピーク 誘 起 電 圧 定 数 単 位 は V/krpm ( 機 械 系 の 回 転 速 度 )です モータの 極 対 数 トルクループの 積 分 器 コントローラのゲイン モータの 最 大 トルク(N*m) 単 位 システムあたりの 基 底 電 流 Ib(A) 単 位 システムあたりの 基 底 トルク Tb(N*m) トルクループの 積 分 器 コントローラのサンプリング 周 波 数 (Hz) トルク 制 御 ブロックは 以 下 の 入 出 力 があります Id: d 軸 電 流 フィードバック Iq: q 軸 電 流 フィードバック Tcmd: トルク 指 令 値 入 力 Te: トルク 指 令 値 出 力 Tes: モータによって 発 生 された 推 定 トルク 基 底 値 Ib Tb が 全 て 1 に 設 定 されている 場 合 全 ての 入 出 力 量 は 実 際 の 値 になります Page. 164/49

166 第 3 章 制 御 回 路 素 子 このブロックは 電 流 フィードバックとモータからモータ 発 生 トルクを 推 定 します モータ トルクを 制 御 し モータ 電 流 基 準 を 生 成 するために 離 散 積 分 器 に 基 づく 制 御 ループが 使 用 されます このブロックでは PMSM 制 御 とインバータ 定 格 電 流 が 必 要 となります 3.8. ダイナミックトルクリミット 制 御 (PMSM) ダイナミックトルクリミット 制 御 (PMSM)ブロックは 線 形 PMSM のみが 対 象 となります Ld (d-axis inductance) PMSM の d 軸 インダクタンス(H) Lq (q-axis inductance) PMSM の q 軸 インダクタンス(H) Vpk/krpm 線 間 のピーク 誘 起 電 圧 定 数 単 位 は V/krpm( 機 械 系 の 回 転 速 度 )です Number of Poles 極 対 数 Maximum Motor Torque 最 大 モータトルク (N*m) Maximum Motor Speed (rpm) 最 大 モータ 速 度 ( rpm ) Maximum Motor Power 最 大 モータ 出 力 (W) Base Voltage Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 圧 Vb(A) Base Current Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 流 Ib(A) Base Mechanical Speed 単 位 システムあたりの 基 底 速 度 Wmb(rad/sec) Base Torque Value 単 位 システムあたりの 基 底 トルク Tb(N*m) ダイナミックトルクリミット 制 御 (PMSM)には 以 下 の 入 出 力 があります Id: d 軸 電 流 フィードバック Iq: q 軸 電 流 フィードバック Vdc: DC バス 電 圧 フィードバック Wm: モータ 機 械 速 度 (rad/sec) Tcmd: トルク 指 令 値 入 力 Te: トルク 指 令 値 出 力 Wm_th: 定 トルク 領 域 における 計 算 された 閾 値 速 度 ( rpm ) FW: 弱 め 磁 束 のフラグ( 1: 弱 め 磁 束 領 域 内 0: 弱 め 磁 束 領 域 内 ではない ) このブロックは 定 トルク 領 域 における 閾 値 速 度 を 計 算 します モータ 速 度 がこの 閾 値 速 度 より 低 い 場 合 は モータは 定 トルク 領 域 内 で 駆 動 します そうでない 場 合 は 弱 め 磁 束 制 御 により 定 出 力 領 域 内 で 駆 動 します Page. 165/49

167 第 3 章 制 御 回 路 素 子 ダイナミックトルクリミット 制 御 ( 非 線 形 PMSM) ダイナミックトルクリミット 制 御 ( 非 線 形 PMSM)ブロックは 非 線 形 PMSM のみが 対 象 となります Rs (stator resistance) 固 定 子 の 巻 線 抵 抗 (Ω) Number of Poles 極 対 数 Filter Cut-Off Frequency 内 部 次 ローパスフィルタの 遮 断 周 波 数 fc(hz) Maximum Motor Torque 最 大 モータトルク (N*m) Maximum Motor Speed (rpm) 最 大 モータ 速 度 ( rpm ) Maximum Motor Power 最 大 モータ 出 力 (W) Base Voltage Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 圧 Vb(A) Base Current Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 流 Ib(A) Base Mechanical Speed 単 位 システムあたりの 基 底 速 度 Wmb(rad/sec) Base Torque Value 単 位 システムあたりの 基 底 トルク Tb(N*m) Sampling Frequency 内 部 デジタルフィルタのサンプリング 周 波 数 (Hz) ダイナミックトルクリミット 制 御 ( 非 線 形 PMSM)には 以 下 の 入 出 力 があります Id: d 軸 電 流 フィードバック Iq: q 軸 電 流 フィードバック Ld: d 軸 インダクタンス Lq: q 軸 インダクタンス Vdc: DC バス 電 圧 フィードバック Wm: モータ 機 械 速 度 (rad/sec) Tcmd: トルク 指 令 値 入 力 Te: トルク 指 令 値 出 力 Wm_th: 定 トルク 領 域 における 計 算 された 閾 値 速 度 ( rpm ) FW: 弱 め 磁 束 のフラグ( 1: 弱 め 磁 束 領 域 内 0: 弱 め 磁 束 領 域 内 ではない ) このブロックは 定 トルク 領 域 における 閾 値 速 度 を 計 算 します モータ 速 度 がこの 閾 値 速 度 より 低 い 場 合 は モータは 定 トルク 領 域 内 で 駆 動 します そうでない 場 合 は 弱 め 磁 束 制 御 により 定 出 力 領 域 内 で 駆 動 します ブロック 内 部 にある 遮 断 周 波 数 1kHz 減 衰 比 0.7 の 次 ローパスフィルタは 計 算 された 閾 値 速 度 出 力 を 滑 らかに 変 化 させる 為 に 使 用 されます Page. 166/49

168 第 3 章 制 御 回 路 素 子 電 圧 制 御 (PMSM) 電 圧 制 御 ブロックは 線 形 PMSM のみが 対 象 となります PI Gain 電 圧 ループ PI コントローラのゲイン PI Time Constant 電 圧 ループ PI コントローラの 時 定 数 (sec) Maximum Motor Torque 最 大 モータトルク(N*m) Base Voltage Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 圧 Vb(A) Base Current Value 単 位 システムあたりの 基 底 電 流 Ib(A) Base Mechanical Speed 単 位 システムあたりの 基 底 速 度 Wmb(rad/sec) Base Torque Value 単 位 システムあたりの 基 底 トルク Tb(N*m) Sampling Frequency 電 圧 PI コントローラのサンプリング 周 波 数 (Hz) 電 圧 制 御 ブロックには 以 下 の 入 出 力 があります Vdc*: DC バス 電 圧 指 令 Vdc: DC バス 電 圧 フィードバック Wm: モータ 機 械 速 度 (rad/sec) Te: トルク 指 令 値 出 力 基 底 値 Vb Ib Wmb Tb が 全 て 1 に 設 定 されている 場 合 全 ての 入 出 力 量 は 実 際 の 値 になります このブロックは DC バス 電 圧 を 制 御 するために デジタル PI コントローラを 使 用 します DC バス 電 流 と 機 械 速 度 とともに このブロックは 機 械 電 流 基 準 を 生 成 します DC-DC 充 電 制 御 DC-DC 充 電 制 御 ブロックは 以 下 のように 定 義 されています Page. 167/49

169 第 3 章 制 御 回 路 素 子 Battery Charging Power バッテリ 充 電 時 に 適 用 可 能 な 最 大 電 力 (W) Battery-side Rated Voltage バッテリ 側 のコンバータ 定 格 電 圧 (V) Number of Cells in Series バッテリパックの 直 列 のセルの 個 数 Ns Number of Cells in Parallel バッテリパックの 並 列 のセルの 個 数 Np Voltage Derating Factor 電 圧 の 定 格 ディレーティング 係 数 Ks 0( 100%の 定 格 低 減 )から 1( 定 格 低 減 なし)まで 設 定 できます Full Battery Voltage バッテリセルのフル(または 最 大 ) 電 圧 (V) Battery Resistance バッテリセルの 内 部 抵 抗 (Ohm) Current PI Gain 電 流 ループ PI コントローラのゲイン Current PI Time Constant 電 流 ループ PI コントローラの 時 定 数 (sec) Voltage PI Gain 電 圧 ループ PI コントローラのゲイン Voltage PI Time Constant 電 圧 ループ PI コントローラの 時 定 数 (sec) Control Block Output Limit 制 御 ブロック 出 力 の 上 限 (vm) 下 限 は 0 になります Sampling Frequency 電 圧 と 電 流 PI コントローラのサンプリング 周 波 数 (Hz) DC-DC 充 電 制 御 ブロックには 以 下 の 入 出 力 があります Vbatt: バッテリ 側 の 電 圧 Ibatt: バッテリに 流 れ 込 む 電 流 Vm: 変 調 信 号 出 力 このブロックは バッテリに 対 する 定 電 圧 定 電 流 充 電 制 御 を 実 装 します バッテリ 端 子 電 圧 がバッテリ フロート 電 圧 より 小 さい 場 合 は 一 定 の 電 流 で 充 電 します その 場 合 電 圧 は 無 効 となり 電 流 ループは 一 定 の 電 流 レートでバッテリを 充 電 します なお バッテリフロート 電 圧 は 内 部 バッテリのフル 電 圧 と バッテリ 抵 抗 の 電 圧 降 下 を 加 算 した 値 です 充 電 電 流 の 振 幅 は バッテリ 側 変 換 器 の 定 格 電 流 に 設 定 され ています 一 方 バッテリの 端 子 電 圧 がフロート 電 圧 に 達 したときは 定 電 圧 で 充 電 します 電 圧 ループは 電 流 ループ 用 の 指 令 値 を 生 成 します デジタル PI コントローラは 電 圧 および 電 流 ループに 使 用 されます DC-DC 放 電 制 御 DC-DC 放 電 制 御 ブロックは 以 下 のように 定 義 されます Page. 168/49

170 第 3 章 制 御 回 路 素 子 Current/Voltage Mode 放 電 制 御 の 運 転 モード( 0: 電 流 モード 1: 電 圧 モード) Battery Discharging Power バッテリ 放 電 時 に 適 用 可 能 な 最 大 電 力 (W) Battery-side Rated Voltage バッテリ 側 のコンバータ 定 格 電 圧 (W) DC Bus Voltage Reference DC バス 電 圧 基 準 (V) Current PI Gain 電 流 ループ PI コントローラのゲイン Current PI Time Constant 電 流 ループ PI コントローラの 時 定 数 (sec) Voltage PI Gain 電 圧 ループ PI コントローラのゲイン Voltage PI Time Constant 電 圧 ループ PI コントローラの 時 定 数 (sec) Control Block Output Limit 制 御 ブロック 出 力 の 上 限 (Vm) 下 限 は 0 になります Sampling Frequency 電 圧 と 電 流 の PI コントローラのサンプリング 周 波 数 (Hz) DC-DC 放 電 制 御 ブロックには 以 下 の 入 出 力 があり 全 て 実 際 の 値 になります Vbatt: バッテリ 側 電 圧 Ibatt: バッテリに 流 れ 込 む 電 流 Vm: 変 調 信 号 出 力 このブロックは バッテリに 対 する 定 電 圧 もしくは 定 電 流 の 放 電 制 御 を 実 装 します 運 転 モードが 電 圧 モード(1)に 設 定 されている 場 合 は コンバータは DC バス 電 圧 を 制 御 します そして 電 圧 ループは 電 流 ループ 用 の 指 令 値 を 生 成 します 運 転 モードが 電 流 モード(0)に 設 定 されている 場 合 は コンバータは DC バスに 流 れ 込 む 電 流 が 最 大 になるように 電 流 を 制 御 します デジタル PI コントローラは 電 圧 および 電 流 のループに 使 用 されます DC-DC 回 生 制 御 DC-DC 回 生 制 御 ブロックは 以 下 のように 定 義 されます Regen Power Threshold モータ 電 力 レベルの 閾 値 閾 値 を 超 えると 回 生 が 有 効 になります Regen Enable Time 回 生 が 有 効 化 できる 時 間 の 指 定 この 時 間 より 前 は 回 生 が 無 効 化 されています Sampling Frequency スピードフィードバック 用 のローパスフィルタのサンプリング 周 波 数 (Hz) DC-DC 回 生 制 御 ブロックには 以 下 の 入 出 力 があります Vdc: DC バス 電 圧 フィードバック Tes: トラクションモータの 推 定 発 生 トルク Wm: トラクションモータの 機 械 速 度 (rad/sec) Rgn: 回 生 フラグ (0: 回 生 でない; 1: 回 生 ) Page. 169/49

171 第 3 章 制 御 回 路 素 子 このブロックは DC バス 電 圧 とトラクションモータ 電 力 に 基 づいて 回 生 フラグを 生 成 します モータ 電 力 が 負 の 場 合 ( 発 電 モード)かつ 電 力 の 振 幅 の 大 きさが 閾 値 を 超 える 場 合 は 回 生 フラグが 1 に 設 定 さ れ 回 生 が 可 能 になります 起 動 時 の 過 渡 状 態 で 誤 ったトリガを 検 出 しないようにするため 回 生 有 効 可 能 な 時 間 を 定 義 します 回 生 は この 時 間 が 経 過 した 後 にのみ 有 効 になります 3.9 CosiMate リンク CosiMate リンクは PSIM と CosiMate 間 のリンクを 提 供 します CosiMate は さまざまなソフトウェ アをサポートする 連 成 シミュレーションのプラットフォームです リンクを 通 して PSIM と CosiMate がサポートするソフトウェアとの 間 の 連 成 シミュレーションを 行 うことができます CosiMate についての 詳 細 な 情 報 は を 参 照 してください リンクは 入 力 ポートと 出 力 ポートの 二 つのパートから 構 成 されています 入 力 ポートは CosiMate か ら PSIM への 制 御 信 号 入 力 を 意 味 します 出 力 ポートは PSIM から CosiMate への 制 御 信 号 出 力 を 意 味 し ます 連 成 シミュレーションでは データはこれらのポートを 通 して PSIM と 他 のソフトウェアの 間 でや り 取 りされます CosiMate がインストールされている 場 合 にのみ リンクは するようになります リンクのセットアップ 方 法 についての 詳 細 な 情 報 は CosiMate に 関 連 したドキュメントを 参 照 してくだ さい Page. 170/49

172 その 他 の 素 子 第 4 章 その 他 の 素 子 4.1 ファイル ファイル 素 子 (.FILE)は 素 子 のやリミッタの 設 定 を 保 存 するファイルの 名 前 を 指 定 します たとえば 抵 抗 の 抵 抗 値 を 変 数 R1 と 指 定 して ファイルの 中 で 実 際 の 値 を 記 述 する ことができます ファイルはユーザが 作 成 するテキスト ファイルです ファイルのフォーマット は 以 下 のとおりです // //から 行 末 までは コメントとして 扱 われます k1=1.3 // 変 数 k1 の 値 を 定 義 k1=a+b*c // 数 式 で k1 を 定 義 (global)k1=1.3 // k1 をグローバル 変 数 として 定 義 (SimCoder で 使 用 ) L1=3m // 10 の 累 乗 をサポート L1=3e-3 を 表 しています C1=100μF // C1=100e-6 を 表 しています F は 無 視 されます Version9.1 と 比 較 して 以 下 のフォーマットはサポートされなくなりました LIMIT var1 Vlow Vupper // これは if else if 文 に 置 き 換 えてください % コメントとして%は サポートされません コメントは ダブルスラッシュ( // )で 始 めてください %は 剰 余 演 算 として 使 用 されます var1 value ( 例 えば R1.5 ) // 変 数 を 定 義 するためには 等 号 を 使 用 する 必 要 があります (grobal) 定 義 は SimCoder で 自 動 コード 生 成 を 行 う 際 にのみ 使 用 します この 使 い 方 に 関 しては SimCoder のマニュアルをご 参 照 ください PSIM でのシミュレーションの 際 には この 定 義 は 無 視 されま す よって を (grobal)kp=1. と 定 義 した 場 合 シミュレーション 時 は Kp=1. と 同 様 に 扱 わ れます Page. 171/49

173 その 他 の 素 子 また 条 件 文 とエラー/ワーニングメッセージ が 以 下 のようにサポートされました if (k1 > 10) { a = 10 b = 1 } else if (k1 <= 0) { a = 0 b = } else { Error {"Error: The value of k1 is out of the range. k1 = %f", k1} } if (k1 == 0) { Warning {"Warning: The value of k1 is equal to %.0f", k1) } 条 件 文 if else if else が 記 述 されると 標 準 的 な C の 文 法 が 適 用 されます (ただし 各 ステートメ ントの 最 後 にセミコロン( ; )は 付 きません ) ファイルにおいて サポートされる 演 算 子 と 数 学 関 数 は 以 下 の 通 りです + - * / % (modulo) ^(to the power of) = ==!= > >= < <=! && sin(r), cos(r), tan(r), asin(x), acos(x), atan(x), atan(x,y), sinh(x), cosh(x), tanh(x) pow(x,y) (x to the power of y), sqrt(x), exp(x), ln(x) (or log(x)), log10(x), abs(x), sign(x) if {...} else if {...} else {...} iif (comparison, value1, value) // インライン if 文 ( if ではなく "iif" となります ) error ("Error text %f, %f", var1, var) // 5 個 の 変 数 までサポートされます warning ("Warning text %f, %f", var1, var) // 5 個 の 変 数 までサポートされます 全 ての 三 角 関 数 の 入 出 力 は ラジアンで 扱 われます また エラーやワーニングのレポート 関 数 は 以 下 のとおり 変 数 の 数 値 表 記 をコントロールできます Error {"Error message"} Error {"Error message %.nf", k1} Warning {"Warning message"} Warning {"Warning message %.nf", k1} // k1の 値 を 表 示 します // nは 小 数 点 の 後 の 数 字 の 個 数 を 指 定 します // 例 えば k1=1.34の 場 合 %.1fと 指 定 すると // 1.3と 表 示 されます // k1の 値 を 表 示 します // nは 小 数 点 の 後 の 数 字 の 個 数 を 指 定 します // 例 えば k1=1.34の 場 合 %.1fと 指 定 すると // 1.3 と 表 示 されます エラー はシミュレーションを 中 断 させます 一 方 ワーニング はシミュレーションを 継 続 しま す ファイルの 変 数 の 値 を 表 示 するためには Edit >> Show Values を 実 行 してください 下 図 では 左 側 にファイルを 右 側 に 変 数 とその 値 を 示 しています Page. 17/49

174 その 他 の 素 子 Show Values は 計 算 のチェックするためにとても 便 利 な です 回 路 図 内 のファイル: 回 路 図 内 でファイルの 要 素 が 使 用 されている 場 合 ファイルの 階 層 は 回 路 図 と 同 じ 次 元 になります 高 次 元 の 回 路 図 内 のファイルで 定 義 された 変 数 は 低 次 元 の 回 路 図 で 使 用 できますが その 逆 はできません また 同 じ 次 元 の 他 の 回 路 図 内 で 使 用 することはできません 例 えば メイン 回 路 に main_param.txt というファイルがあるとします そしてメイン 回 路 に は S1 と S というサブ 回 路 があり それぞれファイル sub1_param.txt と sub_param.txt に 対 応 し て い る と し ま す こ の 場 合 main_param.txt で 定 義 さ れ て い る 変 数 は sub1_param.txt と sub_param.txt でも S1 と S でも 使 用 できます しかし sub1_param.txt も しくは sub_param.txt で 使 用 されている 変 数 は より 高 次 元 であるメイン 回 路 や main_param.txt で 使 用 することはできません 同 様 に サブ 回 路 S1 と S が 同 次 元 のため sub1_param.txt で 定 義 された 変 数 は S と sub_param.txt で 使 用 することはできません その 逆 もまた 同 様 です PSIM がファイルを 含 んだ 回 路 を 保 存 する 際 ファイルの 内 容 を 保 存 すると 同 時 に 相 対 パスと 絶 対 パスの 両 方 の 情 報 を 保 存 します PSIM がファイルを 含 んだ 回 路 を 読 み 込 む 際 以 下 の 順 序 でファイルを 検 索 します 1. 相 対 パス( 回 路 が 保 存 されているフォルダとの 相 対 位 置 ). 絶 対 パス 3.ローカルパス( 回 路 が 保 存 されているフォルダ) 1~3 内 にファイルが 存 在 しない 場 合 は 回 路 が 保 存 されているフォルダに 自 動 的 に 作 成 され ます ツール: 変 数 の 値 を 表 示 し 条 件 文 を 処 理 するための を 使 用 すると ファイルの 素 子 は それ 自 体 で 非 常 に 便 利 な 計 算 ツールになります 使 いやすくするため 回 路 図 なしでファイルを 開 け るように この は 提 供 されています この を 使 うには Utilities >> Parameter Toll を 実 行 してくだ さい 4. 電 圧 源 電 流 源 PSIM では いくつかの 電 圧 源 電 流 源 が 用 意 されています 電 流 源 の 方 向 は 次 のように 定 義 します 電 流 は 高 電 位 のノードから 出 て 外 部 回 路 を 流 れ 低 電 位 のノードに 戻 ります 電 流 源 はタイプにかかわら ずパワー 回 路 でのみ 使 用 できます Page. 173/49

175 その 他 の 素 子 4..1 時 間 時 間 要 素 は 区 分 線 形 電 圧 源 の 特 殊 な 場 合 です これは 接 地 された 電 圧 源 として 扱 われ シミュレーショ ン 時 刻 (sec)と 同 じ 値 を 出 力 します 4.. 定 数 定 数 素 子 で ユーザは 定 数 を 定 義 できます これは 接 地 した 電 圧 源 として 作 用 します Value 定 数 の 値 4..3 直 流 電 源 直 流 源 は 出 力 一 定 です また Grounded DC の 一 方 の 端 子 は 接 地 されています Amplitude 電 源 の 出 力 値 4..4 正 弦 波 電 源 (Sinusoidal Source) 正 弦 波 電 源 は 以 下 のように 定 義 されています v o V 下 の 図 に 正 弦 波 電 源 の を 示 します m sin f t Voffset V m V of fset /f 1/f t Page. 174/49

176 その 他 の 素 子 Peak Amplitude Frequency 正 弦 波 の 最 大 値 Vm 周 波 数 f (Hz) Phase Angle 初 期 位 相 角 θ( 度 ) DC Offset Tstart 直 流 オフセット Voffset 開 始 時 刻 ;この 時 刻 以 前 は 電 源 は 0 になります 三 相 回 路 の 構 成 に 便 利 なように 対 称 三 相 Y 結 線 正 弦 波 電 圧 源 が 用 意 されています ドットのついた 相 が a 相 です VSIN3 a b c V(line-line, Vrms) 線 間 の 実 効 値 (V) Frequency 周 波 数 f (Hz) Init.Angle(Phase a) a 相 の 初 期 位 相 角 θ( 度 ) 4..5 方 形 波 電 源 (Square-Wave Source) 方 形 波 電 圧 源 および 電 流 源 は peak-to-peak の 振 幅 周 波 数 デューティ 比 および DC オフセットにより 指 定 できます 通 電 周 期 は 1 周 期 に 対 する 高 電 位 が 出 力 される 時 間 の 比 で 定 義 されます Vpeak-peak Frequency Duty Cycle DC Offset ピーク 間 の 振 幅 Vpp 周 波 数 f (Hz) デューティ 比 D 直 流 オフセット Voffset Phase Delay 波 形 の 位 相 遅 れ θ( 度 ) 下 の 図 に 方 形 波 電 源 の を 示 します Page. 175/49

177 その 他 の 素 子 4..6 三 角 波 電 源 /のこぎり 波 電 源 三 角 波 電 圧 源 および 電 流 源 はピーク 間 振 幅 周 波 数 デューティ 比 および DC オフセットにより 指 定 で きます デューティ 比 は 1 周 期 に 対 する 立 ち 上 がり 時 間 の 比 で 定 義 されます ( 三 角 波 電 源 ) ( 三 角 波 電 源 ) Vpeak-peak Frequency Duty Cycle DC Offset ピーク 間 の 振 幅 Vpp 周 波 数 f (Hz) デューティ 比 D 直 流 オフセット Voffset Phase Delay 波 形 の 位 相 遅 れ θ( 度 ) 下 の 図 に 三 角 波 電 源 の を 示 します (のこぎり 波 電 源 ) (のこぎり 波 電 源 ) Vpeak Frequency ピークの 振 幅 周 波 数 (Hz) 4..7 ステップ 電 源 ステップ 電 圧 源 および 電 流 源 は 指 定 された 時 間 に 出 力 がある 設 定 値 から 別 の 設 定 値 に 変 化 します 種 類 のステップ 電 源 があります:1 つは 0 からある 値 まで 変 化 するタイプ(Step)で もう 1 つはある 値 から 別 の 値 へ 変 化 するタイプ(Step(-level))です Page. 176/49

178 その 他 の 素 子 Step type の 場 合 : Vstep Tstep Step (-level) type の 場 合 : Vstep1 Vstep ステップ 変 化 の 後 の 出 力 値 Vstep ステップ 変 化 を 発 生 させる 時 刻 Tstep ステップ 変 化 の 前 の 値 Vstep1 ステップ 変 化 の 後 の 値 Vstep Tstep T_transition 下 の 図 にステップ 電 圧 源 の を 示 します ステップ 変 化 を 発 生 させる 時 刻 Tstep Vstep1 から Vstep までの 遷 移 時 間 Ttransition 4..8 区 分 線 形 電 源 (Piecewise Linear) 区 分 線 形 電 源 は 多 くの 線 分 で 波 形 を 構 成 します 線 分 は 接 点 の 数 電 圧 電 流 値 およびそのときの 時 刻 (sec)で 指 定 できます 値 や 時 刻 は 独 立 して またはペアで 入 力 することができます 値 と 時 刻 を 独 立 で 定 義 するモデル(Piecewise linear)の 場 合 : Frequency No. of Points Values V1,..., Vn Time T1,..., Vn 周 波 数 f (Hz) 接 点 の 数 各 接 点 における 電 圧 または 電 流 値 各 接 点 の 時 刻 (sec) Page. 177/49

179 その 他 の 素 子 値 と 時 刻 をペアで 定 義 するモデル(Piecewise linear (in pair))の 場 合 : Frequency Time, Values (t1,v1)... 周 波 数 f (Hz) 各 接 点 の 時 刻 と 値 時 刻 と 値 のペアは 必 ずカッコで 囲 んでください カッコ 内 の 時 刻 と 値 はカンマで 区 切 るか( 例 : 1.m,5.5) スペースで 区 切 るか( 例 :1.m 5.5) あるいはその 両 方 を 同 時 に 使 用 できます( 例 :1.m, 5.5) 例 : 区 分 線 形 電 源 の 設 定 以 下 に 非 周 期 的 区 分 線 形 電 源 の 例 を 示 します 区 分 数 は 3 で 図 に 示 すとおり 4 つの 接 点 により 定 義 することができます Piecewise linear の 場 合 は 以 下 のように 指 定 します 周 波 数 0. 接 点 数 n 4 値 V1,..., Vn 時 刻 T1,..., Tn , Piecewise linear (in pair)の 場 合 は 以 下 のように 指 定 します 周 波 数 0. 時 刻, 値 (t1,v1) (0., 1) (0.1, 1) (0., 3) (0.3, 3) Time (sec.) 4..9 ランダム 電 源 ランダム 電 圧 源 (VRAND)と 電 流 源 (IRAND)の 出 力 はシミュレーションの 各 時 刻 においてランダムに 決 まります ランダム 電 圧 源 は 以 下 のように 定 義 されています v o V m n V ここで V m は 電 源 のピーク 間 振 幅 n は 0 と 1 のあいだのランダムな 数 V offset は dc オフセットです offset Peak-peak Amplitude DC Offset ピーク 間 の 振 幅 直 流 オフセット 数 式 関 数 電 源 数 式 関 数 電 源 はユーザが 任 意 の 関 数 を 数 式 で 指 定 できる 電 源 です Page. 178/49

180 その 他 の 素 子 Expression Tstart 関 数 の 数 式 表 現 電 源 の 動 作 開 始 時 刻 数 式 のなかで T または t は 時 刻 を 示 します たとえば 正 弦 波 関 数 の 電 源 を 指 定 するには 数 式 表 現 は sin(* *60*t+.09) などとなります 制 御 付 き 電 圧 源 電 流 源 PSIM では 次 の 6 種 類 の 制 御 付 き 電 源 が 使 用 可 能 です 電 圧 制 御 電 圧 源 (Voltage controlled voltage source) 電 流 制 御 電 圧 源 (Current controlled voltage source) 電 圧 制 御 電 流 源 (Voltage controlled current source) 電 流 制 御 電 流 源 (Current controlled current source) 可 変 ゲイン 電 圧 制 御 電 圧 源 (Variable-gain voltage controlled voltage source) 可 変 ゲイン 電 圧 制 御 電 流 源 (Variable-gain voltage controlled current source) 電 流 制 御 の 場 合 RLC ブランチの 電 流 を 制 御 電 流 とする 必 要 があります また 電 流 源 の 場 合 は 制 御 電 圧 または 電 流 は 独 立 の 電 源 から 取 ることはできません 制 御 付 き 電 圧 電 流 源 はパワー 回 路 でのみ 使 用 可 能 です Gain 電 源 のゲイン 電 圧 制 御 の 電 源 において 電 圧 は 正 (+)のノードから 負 (-)のノードに 向 かいます 一 方 電 流 制 御 の 電 源 で は 制 御 端 子 を RLC ブランチに 直 列 に 接 続 し 電 流 の 方 向 は 図 の 矢 印 に 示 すようにします もう 一 組 の 電 流 制 御 の 電 源 においては 制 御 電 流 は 一 方 の 端 子 から 入 り 他 方 の 端 子 から 出 ます 制 御 電 流 を 検 出 するために 10μΩ の 抵 抗 を 使 っています ゲインが 連 続 で 制 御 可 能 な 電 圧 電 流 源 は Input1 を 乗 算 記 号 の 側 に また Input は k の 文 字 がある 側 に 加 えます 制 御 付 き 電 圧 電 流 源 では 出 力 は 制 御 入 力 の 電 圧 電 流 をゲイン 倍 したものになります 一 方 可 変 ゲイン 電 圧 電 流 源 では 出 力 は 以 下 の 式 で 決 まります vo = (k vin) vin1 io = (k vin) vin1 Page. 179/49

181 その 他 の 素 子 次 節 に 述 べる 非 線 形 電 源 と 可 変 ゲイン 電 源 の 違 いは 非 線 形 電 源 の 出 力 は 現 在 時 刻 の vin1 および vin を 使 って 計 算 し 各 反 復 で 更 新 されるという 点 です 一 方 可 変 ゲイン 電 源 では 隣 り 合 った 時 刻 での vin の 変 化 は 小 さいと 見 積 もって 前 の 時 刻 での vin を 現 在 時 刻 の 計 算 に 使 います この 仮 定 は vin が vin1 に 較 べてかなりゆっくりと 変 化 し vin の 変 化 に 較 べてタイムステップが 充 分 小 さい 場 合 に 成 り 立 ちます 可 変 ゲイン 電 源 は 非 線 形 電 源 では 収 束 の 問 題 があるような 場 合 に 使 えます 例 : 下 の 図 に 電 流 制 御 電 圧 源 の 回 路 を 示 します 左 の 回 路 では 電 流 制 御 電 圧 源 をインダクタ 電 流 is によって 制 御 しています このように 電 流 制 御 電 圧 源 を 使 うことにより 電 流 値 を 電 圧 値 に 変 換 することができます 右 の 回 路 では 左 の 回 路 と 異 なる 電 流 制 御 型 電 圧 源 を 使 っています 4..1 非 線 形 電 圧 制 御 電 源 非 線 形 の 電 圧 制 御 電 源 (Nonlinear Voltage-Controlled Source)は 入 力 の 乗 算 除 算 平 方 根 のいずれ かを 出 力 します 次 に 出 力 の 式 による 定 義 を 示 します 非 線 形 ( 乗 算 ) 出 力 v0 k v in 1 vin または i0 k v in 1 vin 非 線 形 ( 除 算 ) 出 力 v v in1 0 k または vin i 0 v k v k in1 in 非 線 形 ( 平 方 根 ) 出 力 v0 k vin 1 または o v in 1 非 線 形 ( 電 力 ) 出 力 v 0 sign( v ) k ( k1 i ) k in v in 非 線 形 電 源 ( 以 下 の 図 で Power)では sign(vin)は vinが 正 のときは 1 負 のときは-1 となります 非 線 形 電 圧 制 御 電 源 はパワー 回 路 でのみ 使 用 できます Page. 180/49

182 その 他 の 素 子 Power を 除 くすべての 電 源 : Gain Power: Gain 電 源 のゲイン k 電 源 のゲイン k Coefficient k1 係 数 k1 Coefficient k 係 数 k 非 線 形 ( 除 算 ) 電 源 では Input1 は 除 算 記 号 の 側 に 加 えます 4.3 電 圧 電 流 センサ 電 圧 電 流 センサはパワー 回 路 の 電 圧 電 流 を 計 測 し 制 御 信 号 に 計 測 値 を 送 ります 電 流 センサは 1μΩ の 内 部 抵 抗 を 考 えています Gain センサのゲイン 4.4 プローブとメーター PSIM では 電 圧 電 流 等 を 測 定 するのに プローブとメーターを 使 います 以 下 の 図 に 電 圧 プローブ 電 流 プローブ DC 電 圧 計 AC 電 圧 計 DC 電 流 計 AC 電 流 計 単 相 及 び 三 相 のワットメーター kwh メーター VAR メーター VA 力 率 メーターを 示 しています 電 圧 プローブ は 接 続 された 端 子 と 基 準 電 位 (GND)の 間 の 電 圧 を 測 ります 端 子 間 の 電 圧 を 測 るには 端 子 用 のプロ ーブを 使 います 電 流 プローブ/メーターは ドットの 付 いた 側 から 流 入 する 電 流 を 測 定 します 同 様 に パワーメーターはドットの 付 いた 側 から 流 入 する 電 力 を 測 定 します グラウンド 接 地 型 のプローブを 除 き すべてのプローブとメーターはパワー 回 路 でのみ 使 うことができます プローブが 電 圧 や 電 流 を 瞬 時 値 で 測 定 するのに 対 し メーターは 直 流 または 交 流 の 電 圧 電 流 あるい は 有 効 無 効 電 力 を 実 際 のメーターと 同 じように 計 測 します すなわち 直 流 は 平 均 値 を 交 流 は 実 効 値 を 示 します 電 流 プローブには 1μΩ の 小 さな 内 部 抵 抗 があります Page. 181/49

183 その 他 の 素 子 Operating Frequency Cut-off Frequency kwh Meter Start Time kwh Meter Stop Time VA Display Flag PF Display Flag 交 流 メーターの 動 作 周 波 数 または 基 本 波 周 波 数 (Hz) ローパス フィルタまたはハイパス フィルタの 遮 断 周 波 数 kwh メーターが 測 定 を 開 始 する 時 刻 (sec) ワット/kWh メーターのみ kwh メーターが 測 定 を 停 止 する 時 刻 (sec) ワット/kWh メーターのみ 皮 相 電 力 の 表 示 フラグ(0: 表 示 しない;1: 表 示 する) VA 力 率 メーター のみ 力 率 の 表 示 フラグ(0: 表 示 しない;1: 表 示 する) VA 力 率 メーターのみ 等 価 力 率 の 表 示 フラグ(0: 表 示 しない;1: 表 示 する) VA 力 率 メーター DPF Display Flag のみ 単 相 / 三 相 ワットメーターおよび kwh メーターの 図 で W と 表 示 されたノードは 有 効 電 力 の 出 力 (W) で kwh のノードは kwh 出 力 (kwh)になります 電 力 計 と 直 流 メーターには 高 周 波 成 分 を 除 くためローパス フィルタを 使 っています 一 方 交 流 メー ターと 無 効 電 力 計 には 直 流 分 を 除 くためハイパス フィルタを 使 います 遮 断 周 波 数 により 各 フィルタの 過 渡 応 答 が 決 まります 電 圧 電 流 プローブを 除 いて メーターの 指 示 値 は 定 常 状 態 でのみ 有 効 です また VA/PF メーター 素 子 のについて,Operating Frequency は 測 定 対 象 信 号 の 基 本 波 周 波 数 を 設 定 してください 測 定 対 象 信 号 に 高 調 波 が 含 まれる 場 合,Cut-off Frequency の 設 定 値 に 注 意 して 下 さ い 単 相 の 回 路 では 有 効 電 力 P 無 効 電 力 Q 皮 相 電 力 S 総 合 力 率 PF および 基 本 波 力 率 DPF(displacement power factor)は 以 下 のように 定 義 されます 電 圧 電 流 が 高 調 波 を 含 むと 仮 定 すると v ( t) V 1sin( 1t 1) V sin( t )... i t) I sin( t ) I sin( t )... ( ここで ω 1 は 基 本 波 の 周 波 数 その 他 の ω はすべて 高 調 波 の 周 波 数 です 電 圧 と 電 流 の 実 効 値 は V rms I rms V I 1 V 1 I 有 効 電 力 (または 平 均 電 力 )P は 次 のように 定 義 します 1 T P ( v( t) i( t)) dt T 0 ここで T は 基 本 波 の 周 期 です 無 効 電 力 Q は 以 下 のように 定 義 します Q V I sin( 1) 無 効 電 力 は 基 本 波 成 分 のみであることに 注 意 して 下 さい 皮 相 電 力 S は 以 下 で 定 義 できます S V I rms rms すると 総 合 力 率 PF および 基 本 波 力 率 DPF は 以 下 のようになります P PF S DPF cos( 1) 1 三 相 回 路 についても 同 様 の 定 義 になります ただし 三 相 VA 力 率 メーター は 三 相 3 線 回 路 用 です 従 って 三 相 電 圧 または 三 相 電 流 の 総 和 は 零 に 等 しくなければなりません すなわち v v v 0 a b c i i i 0 a b c Page. 18/49

184 その 他 の 素 子 単 相 三 相 のメーターの 使 用 方 法 を 以 下 に 示 します 例 : 左 の 回 路 は 単 相 有 効, 無 効 電 力 メーターの 使 用 方 法 を 示 しています そして 右 の 回 路 は 三 相 有 効 電 力, 無 効 電 力 メーターの 使 用 方 法 を 示 しています 4.5 電 圧 / 電 流 スコープ 電 圧 / 電 流 のプローブとメーターはシミュレーション 終 了 後 の 波 形 表 示 のために シミュレーション 結 果 を 蓄 えるだけでしたが 電 圧 / 電 流 のスコープを 用 いて ユーザはシミュレーション 実 行 途 中 でシミュレー ション 波 形 を 見 ることができます PSIMには 次 の4つのスコープがあります: 1チャンネル 電 圧 スコープ チャンネル 電 圧 スコープ 4チャンネル 電 圧 スコープおよび 電 流 スコープ 下 記 にこれらの 電 圧 電 流 スコープの 要 素 および 波 形 表 示 ウィンドウを 示 します 1チャンネル 電 圧 スコープ 4チャンネル 電 圧 スコープと 電 流 スコープの 波 形 表 示 ウィンドウの 下 に 表 示 される 操 作 パネルは 同 一 です 実 際 のオシロスコープと 同 じように 操 作 できるようになっており 次 の3つ の 主 な があります:Timebase Channel 及 びTrigger Timebase は 時 間 (x 軸 )のスケールを 定 義 することができます Channel は 波 形 のY 軸 のスケール オフセット および 色 を 定 義 することができます チャンネル Page. 183/49

185 その 他 の 素 子 表 示 モードはDC AC またはGNDのいずれかに 設 定 できます 表 示 モードがDCのとき 全 体 の 波 形 が 表 示 されます 表 示 モードをACにすると 波 形 の 交 流 部 分 だけが 表 示 されます 表 示 モードがGNDにある 時 波 形 は0を 示 します Trigger は トリガ 状 態 を 定 義 することができます ONまたはOFFのどちらかにトリガを 設 定 しま す トリガがオフである 場 合 波 形 は 勝 手 に 更 新 されます トリガがオンである 場 合 トリガ 条 件 が 満 た された 時 だけ 波 形 の 表 示 更 新 を 行 い 安 定 した 波 形 表 示 ができます トリガモードは 次 の 3 つがあります 立 ち 上 がりエッジ トリガ 立 ち 下 がりエッジ トリガとワンシ ョット トリガ once チェックボックスをチェックするとワンショット トリガが 選 択 されます ワンシ ョット トリガは 一 回 だけ 波 形 を 取 り 込 みます 過 渡 現 象 を 捕 らえる 場 合 に 有 効 です トリガ レベルは トリガ 検 出 するレベルを 設 定 します 例 えば チャンネル A は 立 ち 上 がりエッジ トリガで 選 択 されて おり トリガ レベルを 0V とします チャンネル A の 入 力 が マイナスから 0 を 超 える 時 にトリガが 発 生 します そして 波 形 表 示 はその 瞬 間 から 開 始 されます 電 力 回 路 ノードまたは 制 御 回 路 ノードのどちらでも 電 圧 スコープをつなげることができます スコープ はこれらのノードにおけるGNDに 対 する 電 圧 を 表 示 します 電 流 スコープは 電 流 フラグのを 持 っている 要 素 の 電 流 を 表 示 することができます 電 流 ス コープには 接 続 端 子 がありません 電 流 を 表 示 させたい 要 素 の 上 にマウスポインタを 置 き 右 ボタンをク リックしてください そして Current Scopes のブランチ 電 流 を 選 択 することによって 以 下 に 示 されるよ うに 電 流 スコープが 有 効 になります ブランチ 電 流 が 選 択 された 後 に チェックマークはブランチ 電 流 名 の 正 面 に 現 れます 要 素 がCurrent Scopesメニューの 複 数 の 電 流 フラグを 持 っていると 複 数 のブランチ 電 流 が 表 示 されま す それぞれのブランチはそれぞれの 電 流 のフラグに 対 応 するようになります 例 えば 三 相 抵 抗 R1に 関 して Current Scopes メニューで3つのブランチ 電 流 が 表 示 されます I(R1) A I(R1) B I(R1) C 文 字 A B および C はそれぞれチャンネルA B およびCについて 言 及 します 例 えば I(R1)A I(R1)B 及 び I(R1) C はすべて 選 択 されたら 電 流 スコープでは ChannelセクションのChannelプ ルダウンメニューに 行 って チャンネルの 一 つを 表 示 のために 使 うことができます Channel Aが 選 択 され ると スコープはA 相 のブランチ 電 流 I(R1)を 示 します Page. 184/49

186 その 他 の 素 子 4.6 初 期 値 この 素 子 を 利 用 してパワー 系 制 御 系 回 路 の 初 期 ノード 電 圧 の 定 義 ができます Initial Value ノード 電 圧 の 初 期 値 4.7 スイッチ 制 御 器 スイッチ 制 御 器 は 実 際 のゲートあるいはベース 駆 動 回 路 と 同 じ を 実 現 します スイッチ 制 御 器 は 制 御 回 路 から 信 号 を 受 け 取 り パワー 回 路 のスイッチを 制 御 します ひとつのスイッチ 制 御 器 で 複 数 のス イッチを 同 時 に 制 御 できます オンオフ 制 御 器 オンオフ 制 御 器 は 制 御 回 路 のゲート 信 号 とパワー 回 路 のスイッチ 動 作 とのインタフェースとして 使 いま す 制 御 回 路 からの 入 力 は 0 か 1 の 論 理 信 号 で 出 力 をパワー 回 路 にゲート 信 号 として 加 えることにより スイッチ 素 子 の 開 閉 を 制 御 します 例 : 下 に 示 すのは 負 荷 のステップ 変 化 を 実 現 する 回 路 です オンオフ 制 御 器 が 双 方 向 スイッチを 開 閉 するの に 使 われています 制 御 器 の 入 力 に 加 えたステップ 電 圧 源 が 時 刻 1ms で 0 から 1 に 変 化 すると スイッ チ 素 子 が 閉 となり スイッチに 並 列 に 接 続 された 抵 抗 をショートするので 電 流 が 増 加 します Page. 185/49

187 その 他 の 素 子 4.7. 点 弧 角 制 御 器 点 弧 角 制 御 器 (α-controller)はサイリスタ スイッチまたはブリッジの 点 弧 遅 れ 角 を 制 御 するのに 使 い ます この 制 御 器 への 入 力 は 点 弧 角 (α)の 値 同 期 信 号 ゲート 使 用 不 使 用 (enable/disable) 信 号 の 3 種 類 です 同 期 信 号 が Low(0)から High(1)に 変 わるときに 点 弧 角 が 零 になるように 同 期 をおこないます 点 弧 角 制 御 器 は α 度 の 遅 れ 角 を 調 整 して サイリスタにゲート 信 号 を 送 ります 点 弧 角 α の 値 は 瞬 時 に 更 新 されます Frequency 制 御 対 象 のスイッチの 動 作 周 波 数 (Hz) Pulse Width スイッチのオン 時 間 のパルス 幅 ( 度 ) 遅 れ 角 の 入 力 値 は 度 で 与 えます 例 : 下 の 図 に 遅 れ 角 制 御 を 使 ったサイリスタ 回 路 を 示 します v s のゼロクロス 時 点 を 同 期 に 使 っています この 時 点 でサイリスタは 自 然 点 弧 するはずですが ここでは 遅 れ 角 を 30 に 設 定 しているので ゲート 信 号 は 同 期 信 号 の 立 ち 上 がりから 30 遅 れます v s i RL1 v sync PWM ルックアップテーブル 制 御 器 PWM ルックアップテーブル 制 御 器 の 入 力 は 変 調 指 標 遅 れ 角 同 期 信 号 およびゲート 使 用 不 使 用 の 4 種 類 です 変 調 指 標 によりゲート パターンが 変 わります 同 期 信 号 はゲート パターンの 同 期 に 使 います 同 期 信 号 が 低 から 高 に 変 わるとき ゲート パターンが 更 新 されます 遅 れ 角 はゲート パターン と 同 期 信 号 の 相 対 的 な 角 度 を 与 えます たとえば 遅 れ 角 が 10 のとき ゲート パターンは 同 期 信 号 から 10 進 んでいることになります Page. 186/49

188 その 他 の 素 子 Frequency Update Angle File Name 基 本 波 周 波 数 (Hz) ゲート 信 号 を 内 部 的 に 更 新 する 角 度 ( 度 ) この 角 度 が 360 のとき ゲート 信 号 は 毎 サイクルごとに 更 新 されます また 60 に 設 定 すると 60 ごとの 更 新 になります PWM ゲート パターンを 格 納 するファイル 名 ゲート パターンを 示 すルックアップテーブルは 外 部 ファイルに 格 納 されます フォーマットは 以 下 の とおりです n, m1, m,..., mn k1 G1,1, G1,,..., G1,k1, kn Gn,1, Gn,,..., Gn,kn, ここで n はゲート パターンの 数 mi は パターン i に 対 応 した 変 調 指 数 ki はパターン i のスイッチ 点 数 です 変 調 指 数 の 配 列 m1... mn は 単 調 増 加 となるように 指 定 してください 入 力 が mi 以 下 であると 出 力 は 自 動 的 に i 番 目 のパターンになります 入 力 が mi を 越 えると 最 後 のパターンが 選 ばれます 次 の 表 に PWM パターン ファイルの 例 を 示 します 変 調 指 数 は 5 で スイッチング 点 数 は 14 です このルックアップテーブルの 例 で 変 調 指 数 の 入 力 が 0.8 のとき 最 初 のゲート パターンが 選 ばれま す 変 調 指 数 が であると 3 番 目 のパターンが 選 ばれます 例 : 以 下 の 回 路 図 に 三 相 電 圧 源 インバータ(ファイル:vsi3pwm.sch に 格 納 )を 示 します コンバータ 用 の PWM は 高 調 波 消 去 をおこないます 上 記 のゲート パターンが vsi3pwm.tbl にあらかじめ 格 納 してあり 変 調 指 標 の 値 に 応 じたゲート パターンが 選 ばれます 線 間 電 圧 と 三 相 負 荷 電 流 の 波 形 を 下 に 示 します Page. 187/49

189 その 他 の 素 子 4.8 ファンクションブロック 制 御 パワー 変 換 ブロック 制 御 パワー 変 換 ブロックは 制 御 回 路 の 値 をパワー 回 路 に 伝 えます このブロックは 制 御 回 路 とパワー 回 路 のバッファとして 使 います PSIM がパワー 回 路 を 解 析 するとき 変 換 ブロックの 出 力 は 定 電 圧 源 とし て 扱 います このブロックを 使 うことで 制 御 回 路 でのみ 得 られる をパワー 回 路 で 使 うことができます 例 : 定 電 力 負 荷 モデル 定 電 力 の 直 流 負 荷 では 電 圧 V 電 流 I および 電 力 P のあいだに P = V*I の 関 係 が 成 り 立 ちます した がって 電 力 と 電 圧 が 決 まれば 電 流 は I = P/V から 計 算 できます この 特 性 は 次 のような 回 路 で 実 現 でき ます 負 荷 の 両 端 の 電 圧 を 電 圧 センサで 測 り 除 算 器 に 入 力 すると 除 算 器 の 出 力 は 電 流 I を 示 します 初 期 状 態 では 電 圧 が 零 または 非 常 に 低 い 値 になる 可 能 性 があるので 電 流 の 値 をリミッタでおさえています こ の 値 を 制 御 パワー 変 換 ブロックを 使 って 負 荷 の 電 流 として 電 圧 制 御 電 流 源 を 通 じてパワー 回 路 に 戻 し ています LOAD V I k=1 P 例 : 以 下 に 示 す 回 路 は 制 御 回 路 の 信 号 をパワー 回 路 に 伝 える 例 です パワー 回 路 の 構 成 からわかるように 制 御 パワー 変 換 ブロック(CTOP)は 接 地 された 電 圧 源 として 働 きます Control Circuit Power Circuit 4.8. 変 換 ブロック PSIM は 以 下 の 変 換 ブロックを 提 供 します: abc-dqo 変 換 ブロック abc-αβ 変 換 ブロック αβ-dq 変 換 ブロック 直 交 座 標 系 - 極 座 標 系 変 換 ブロック これらのブロックは 制 御 回 路 だけでなく パワー 回 路 でも 使 用 することができます Page. 188/49

190 その 他 の 素 子 Page. 189/ abc-dqo 変 換 ブロック abc-dqo 変 換 ブロックは abc 座 標 と dqo 座 標 間 の 変 換 を 行 います この 変 圧 は パーク 変 換 と 呼 ばれ ます Transformation Flag 変 換 フラグ (0: q 軸 は d 軸 より 進 んでいる 1: q 軸 は d 軸 より 遅 れる) ブロックの 下 部 にある 端 子 から 入 力 する 角 度 (θ)はラジアンです パワー 回 路 では 軸 変 換 の 前 に 電 流 値 は 電 圧 値 ( 電 流 制 御 電 圧 源 を 使 用 )に 変 換 しなければなりません また 使 用 しない 入 力 端 子 ( 例 :dqo-to-abc 変 換 ブロックで 位 相 d, q, または o が 使 用 されてない)は グ ランドに 接 続 して 下 さい 変 換 フラグの 値 による 変 換 方 程 式 は 下 記 の 通 りです abc から dqo への 変 換 で 変 換 フラグを 0 に 設 定 した 場 合 : c b a o q d v v v v v v sin 3 sin sin 3 cos 3 cos cos 3 abc から dqo への 変 換 で 変 換 フラグを 1 に 設 定 した 場 合 : c b a o q d v v v v v v sin 3 sin sin 3 cos 3 cos cos 3 変 換 行 列 前 の /3 の 係 数 は 変 換 が 振 幅 不 変 であることを 指 します 電 力 振 幅 は 不 変 ではありません dq ベクトルの 振 幅 と 三 相 正 弦 波 形 のピーク 振 幅 が 同 じであることを 示 します 同 じ 電 力 を 得 るには dq フ レームでの 電 力 に 3/ を 乗 算 すなわち Power = va*ia + vb*ib + vc*ic = 3/ *(vd*id+vq*iq)としなければなりま せん 電 力 不 変 な 変 換 をする 為 には /3 を 3 に 交 換 し 1/ を 1 に 置 き 換 えます dqo から abc への 変 換 で 変 換 フラグを 0 に 設 定 した 場 合 : o q d c b a v v v v v v 1 3 sin 3 cos 1 3 sin 3 cos 1 sin cos

191 その 他 の 素 子 dqo から abc への 変 換 で 変 換 フラグを 0 に 設 定 した 場 合 : cos sin va vb cos sin 3 3 v c cos sin v 1 v v 1 d q o 例 : この 例 では 対 称 三 相 の 電 圧 波 形 を dqo 系 の 値 に 変 換 しています 角 度 θ は ω = π*60 を 使 って θ = ωt と 定 義 しています 角 度 θ は 時 間 に 対 して 線 形 に 変 化 するので θ を 表 現 するのに 区 分 線 形 電 源 で ランプ 波 (のこぎり 波 )を 設 定 します シミュレーション 波 形 は 三 相 交 流 ( 上 ) 角 度 θ ( 中 ) dqo 出 力 ( 下 )を 示 しています この 例 では q 軸 成 分 が 定 数 で d 軸 と o 軸 の 成 分 はどちらも 零 になっていま す abc-αβ 変 換 ブロック abc-αβ 変 換 ブロックは abc 表 現 から αβ 表 現 に 軸 変 換 及 び 逆 変 換 します イメージでは 文 字 al は α を be は β を 示 します αβ-dq 変 換 ブロックと 本 ブロックを 組 み 合 わせて 変 換 を 行 った 結 果 は abc-dqo 変 換 ブロックの 結 果 とは 変 換 スケールおよび 回 転 方 向 (q 軸 の 方 向 )が 異 なります 詳 細 は 下 記 の 数 式 を 参 照 してください abc 座 標 系 から αβ 座 標 系 への 変 換 公 式 は 以 下 の 通 りです: [ v α v ] = 1 β 3 [ ] [ v a v b v c ] Page. 190/49

192 その 他 の 素 子 ab 座 標 系 から αβ 座 標 系 への 変 換 公 式 は 以 下 の 通 りです: [ v α v β ] = 3 [ 0 ] [ v a v b ] ac 座 標 系 から αβ 座 標 系 への 変 換 公 式 は 以 下 の 通 りです: [ v α v β ] = 3 [ 0 ] [ v a v c ] αβ 座 標 系 から abc 座 標 系 への 変 換 公 式 は 以 下 の 通 りです: 1 0 v a [ v b ] = v c [ 1 3 ] [ v α v β ] ab-αβ 及 び ac-αβ 座 標 変 換 の 時 va+vb+vc=0 が 仮 定 されています αβ-dq 変 換 ブロック αβ-dq 変 換 ブロックは αβ 表 現 から dq 表 現 に 軸 変 換 及 び 逆 変 換 します イメージでは 文 字 al は α を be は β を 示 します abc-αβ 変 換 ブロックと 本 ブロックを 組 み 合 わせて 変 換 を 行 った 結 果 は abc-dqo 変 換 ブロックの 結 果 と は 変 換 スケールおよび 回 転 方 向 (q 軸 の 方 向 )が 異 なります 詳 細 は 下 記 の 数 式 を 参 照 してください αβ 座 標 系 から dq 座 標 系 への 変 換 公 式 は 以 下 の 通 りです: [ v d cos θ sin θ v ] = [ q sin θ cos θ ] [v α ] β dq 座 標 系 から αβ 座 標 系 への 変 換 公 式 は 以 下 の 通 りです: [ v α cos θ sin θ v ] = [ β sin θ cos θ ] [v d v ] q 直 交 座 標 - 極 座 標 変 換 ブロック 直 交 座 標 - 極 座 標 変 換 ブロックは 直 交 座 標 表 現 から 極 座 標 表 現 に 軸 変 換 及 び 逆 変 換 します Page. 191/49

193 その 他 の 素 子 イメージでは 文 字 r は 振 幅 を 表 します また 文 字 a は 位 相 角 θ( 単 位 rad)を 表 します 直 交 座 標 系 から 極 座 標 系 への 変 換 公 式 は 以 下 の 通 りです: r = x + y θ = atan ( y x ) 極 座 標 系 から 直 交 座 標 系 への 変 換 公 式 は 以 下 の 通 りです: x = r cos θ y = r sin θ 数 式 関 数 ブロック 数 式 関 数 ブロックの 出 力 は 入 力 変 数 の 関 数 として 表 現 されます このブロックを 使 うことにより 複 雑 かつ 非 線 形 の 入 出 力 関 係 を 簡 単 に 実 現 できます 入 力 数 が 1,,3,5,10 のブロックが 用 意 されています Expression f(x1,x,...,xn) 入 出 力 関 係 を 与 える 数 式 表 現 ;n は 入 力 の 数 です Expression df/dxi 関 数 f の i 番 目 の 入 力 xi に 関 する 微 分 の 数 式 表 現 微 分 はゼロに 設 定 してもかまいません 関 数 のなかで 使 える 変 数 は 時 刻 T または t および 入 力 変 数 xi(i は 1 から n まで)です ここで 変 数 xi は i 番 目 の 入 力 を 示 します たとえば 3 入 力 の 数 式 関 数 ブロックを 使 用 した 場 合 変 数 は T, t, x1, x, x3 と なります 1 入 力 の 数 式 関 数 ブロックでは 入 力 x も 変 数 とみなされます ルックアップテーブル(Look-up Table) 四 種 類 のルックアップテーブルが 存 在 します 1 次 元 ルックアップテーブル Simview グラフからのデー タを 読 み 込 める 1 次 元 ルックアップテーブル そして 整 数 入 力 及 び 浮 動 小 数 点 入 力 の 次 元 ルックアップ テーブルです これら 四 つのルックアップテーブルは 電 気 回 路 でも 制 御 回 路 でも 使 用 できます Page. 19/49

194 その 他 の 素 子 (1 次 元 ルックアップテーブル(Simview グラフ)の 場 合 ) Graph File Input Column Output Column ルックアップテーブルのデータとして 使 用 される SimView ファイル 名 ルックアップテーブルの 入 力 欄 の 指 定 グラフファイルがロードされた 後 に ドロップダウンメニューから 選 択 さ れます ルックアップテーブルの 出 力 欄 の 指 定 グラフファイルがロードされた 後 に ドロップダウンメニューから 選 択 さ れます 次 元 のルックアップテーブルブロックの 左 側 の 端 子 は 行 のインデックス 入 力 用 で 上 部 にある 端 子 は 列 のインデックス 入 力 用 です 1 次 元 のルックアップテーブルには 入 力 と 出 力 が 一 つずつあります 入 力 と 出 力 の 配 列 に 対 応 した 二 つのデータ 配 列 が ルックアップテーブルに 保 存 されます 整 数 入 力 の 二 次 元 ルックアップテーブルには 二 つの 入 力 があります 一 方 出 力 データは 次 元 の 行 列 の 形 で 保 存 されています 二 つの 入 力 は 行 列 の 行 と 列 を 指 しています 例 えば 行 のインデックスが3 で 列 のインデックスが4の 場 合 出 力 はA(3,4)になります ただし Aは 行 列 のデータを 意 味 します 浮 動 小 数 入 力 用 二 次 元 ルックアップテーブルは 整 数 入 力 用 二 次 元 ルックアップテーブルに 似 た を 持 ちます 両 者 の 違 いとしては 入 力 が 浮 動 小 数 であることと 出 力 の 計 算 に 補 間 が 使 われることです データがSimview 内 で 定 義 される1 次 元 ルックアップテーブル(Simview グラフ)を 除 き ルックアップテ ーブルのデータを 定 義 する 方 法 は 二 つあります ひとつは ルックアップテーブルタブ 内 のダイアログか ら 直 接 に 入 力 する 方 法 もうひとつは テキストエディタを 使 用 してルックアップテーブルを 外 部 で 用 意 し ダイアログ 内 でファイルを 定 義 する 方 法 です ダイアログ 内 で 直 接 データを 入 力 するには 行 の 数 を 定 義 し( 次 元 ルックアップテーブルの 場 合 は 列 の 数 も 定 義 します) Set をクリックします そして データセルに 値 を 入 力 します 浮 動 小 数 点 入 力 の 次 元 ルックアップテーブルでは 最 も 左 側 の 列 にある 行 の 入 力 配 列 と 最 も 上 側 の 行 にある 列 の 入 力 配 列 に 入 力 します テキストファイルによりデータを 外 部 で 用 意 する 場 合 は 以 下 に 示 すフォーマットでデータを 定 義 しま す その 後 Open File をクリックして ファイルをロードします ロード 後 にテキストファイルが 修 正 された 場 合 は Reload Data をクリックします データを 外 部 ファイルにセーブルする 場 合 は Save As をクリックします 外 部 テキストファイルは オプションです よって 外 部 テキストファイルが 定 義 されていない 場 合 は 内 部 データが 使 用 されます しかし 外 部 テキストファイルが 定 義 されている 場 合 は テキストファ イルが 優 先 され 内 部 データは 上 書 きされます ダイアログウィンドウが 閉 じられるとき 外 部 ファイル は 自 動 的 に 保 存 されますので 注 意 してください (ダイアログは 右 上 のX 印 をクリックすることにより 閉 じ ます ) また 外 部 ファイルのコピーは 回 路 図 のファイル 内 に 保 存 されます 回 路 図 のファイルが 他 のPCに 移 動 され 外 部 ファイルが 存 在 しない 場 合 は PSIMは 前 回 からのテキストファイルを 再 作 成 します 1 次 元 のルックアップテーブルのデータフォーマットは 以 下 の 通 りです Vin(1), Vo(1) Vin(), Vo()... Vin(N), Vo(N) 左 のカラムのVinは 単 調 に 増 加 する 必 要 があります 入 力 がつのデータの 間 の 値 の 場 合 出 力 値 は 線 形 Page. 193/49

195 その 他 の 素 子 補 完 された 値 になります また 入 力 がVin(1)より 小 さい 場 合 およびVin(n)より 大 きい 場 合 は 出 力 はVo(1) または Vo(N)にクランプされます 整 数 入 力 の 次 元 ルックアップテーブルのデータフォーマット: M, N A11, A1,..., A1N A1, A,..., AN AM1, AM,..., AMN ただし M と N がそれぞれ 行 と 列 の 番 号 です 行 または 列 のインデックスは 必 然 的 に 整 数 である 必 要 が ありますので 入 力 値 は 自 動 的 に 整 数 に 変 換 されます 行 または 列 のインデックスのいずれかが 有 効 範 囲 から 外 れた( 例 えば 行 のインデックスが 1 より 小 さいまたは M より 大 きい) 場 合 出 力 はゼロになります 浮 動 小 数 点 入 力 の 次 元 ルックアップテーブルのデータフォーマット: M, N Vr1, Vr... VrM Vc1, Vc... VcN A11, A1,..., A1N A1, A,..., AN AM1, AM,..., AMN ただし M は 行 の 番 号 N は 列 の 番 号 Vr は 行 のベクトル Vc は 列 のベクトル A(i,j)は i 行 目 と j 列 目 に おける 出 力 の 値 です ベクトル Vr と Vc は 単 純 増 加 になるように 指 定 してください 入 力 が 二 つのポイントの 区 間 内 にある 場 合 値 の 計 算 に 補 間 が 使 われます 入 力 が 最 小 値 より 小 さいか または 最 大 値 より 大 きい 場 合 入 力 は 最 小 値 ないし 最 大 値 にセットされます 例 : 以 下 では 1 次 元 ルックアップテーブルを 示 します 1., 10.., , 0. 4., , 50. 入 力 が 0.99 であるとき 出 力 は 10 になります また 入 力 が 1.5 である 場 合 出 力 は になります 1 以 下 に 整 数 入 力 用 二 次 元 ルックアップテーブルを 示 します 3, 4 1., -., 4., 1.., 3., 5., 8. 3., 8., -., 9. 行 のインデックスが で 列 のインデックスが 4 の 場 合 出 力 は 8 になります 行 のインデックスが 5 の 場 合 列 のインデックスに 関 係 なく 出 力 が 0 になります 以 下 では 浮 動 小 数 入 力 用 二 次 元 ルックアップテーブルを 示 します 3, , -., 4., 1.., 3., 5., 8. 3., 8., -., 9. Page. 194/49

196 その 他 の 素 子 行 の 入 力 が.0 で 列 の 入 力 が 3.0 である 場 合 入 力 値 を 囲 む 4 つのポイントのデータを 利 用 して 以 下 のように 補 完 計 算 が 行 われ 出 力 は 3.86 になります Column Row C ブロック Cブロックは コードをコンパイルすることなく 直 接 Cコードを 入 れることができます この 点 で 外 部 のコンパイラにより コンパイル 済 みのコードをDLLにする 必 要 のある 外 部 DLLブロックとは 異 なりま す CブロックのCコードは シミュレーション 実 行 時 にPSIM 内 蔵 のCインタプリタによって 解 釈 され 実 行 されます Cブロックダイアログウィンドウのインタフェースを 以 下 に 示 します Number of Input/Output Portsセクションでは 入 力 ポート 及 び 出 力 ポートの 数 を 定 義 します ポートの 数 を 変 えた 後 回 路 図 でのブロック 図 はそれに 従 って 変 化 します Function Typeでは 下 記 4つの 選 択 肢 があります: Variable/Function Definitions: インクルードファイルとグローバル 変 数 の 定 義 を 行 います Simulation Step Function: 各 シミュレーションステップに 呼 ばれる 関 数 を 記 述 します SimulationBegin Function: 初 期 化 のためのシミュレーションの 初 めに 一 度 だけ 呼 ばれる 関 数 を 記 述 します SimulationEnd Function: 終 了 のためのシミュレーションの 終 わりに 一 度 だけ 呼 ばれる 関 数 を 記 述 します Page. 195/49

197 その 他 の 素 子 記 述 したCコードにコンパイラエラーがあるかどうかチェックするためにCheck Codeボタンをクリッ クしてください Cブロックの 図 をカスタマイズするためにEdit Imageボタンをクリックしてください 例 として 入 力 3 出 力 のCブロックを 考 えます 入 出 力 のポート 数 が 決 まったらCブロックの 素 子 画 像 は 以 下 のようになります ノードは 上 から 下 へ 番 号 が 振 られます Cコードでは PSIMからCブロックへ 値 を 受 け 渡 すためin 配 列 が 使 われ Cブロックから 値 を 返 すためout 配 列 が 使 われます この 例 では 最 初 の 入 力 [0]が 左 上 に 位 置 し 最 初 の 出 力 [0]が 右 上 に 位 置 します Cブロ ックと 外 部 DLLブロックの 違 いは Cブロックは 簡 単 に 使 えるものの カスタムコードをデバッグすること ができないという 点 にあります 外 部 DLLブロックでは デバッグするためにVisual Studio 上 でブレークポ イントをセットすることやトレース/ステップを 行 うことが 可 能 です シンプル C ブロック シンプル C ブロックは C ブロックの 簡 易 版 です C ブロックが 変 数 定 義 領 域 などを 持 っているのに 対 し シンプル C ブロックは C コードだけを 含 んでおり C コードはタイムステップごとに 呼 んで 実 行 され ます シンプル C ブロックダイアログウィンドウのインタフェースは 以 下 の 通 りです: Page. 196/49

198 その 他 の 素 子 Number of Input/Output Ports セクションでは 入 出 力 ポートの 数 を 定 義 します ポートの 数 を 変 えると シンプル C ブロックのイメージはそれに 従 って 変 わります 以 下 の 変 数 をコードで 使 用 することが 可 能 です: t: PSIM から 渡 される 時 間 delt: PSIM から 渡 される 刻 み x1, x,.: 入 力 1,,. y1, y, : 出 力 1,,. C ブロックとは 異 なり シンプル C ブロックは 自 動 コード 生 成 に 使 用 することができます 外 部 DLL ブロック 外 部 DLL(Dynamic Link Library)ブロックを 使 うことでユーザ 自 作 のC 言 語 または Fortran のプログラ ムを 追 加 することができます それには Microsoft C/C++ Borland C++ または Digital Visual Fortran を 使 い プログラムを DLL としてコンパイルし PSIM にリンクして 使 います これらのブロックはパワー 回 路 または 制 御 回 路 として 使 うことができます DLL ブロックは PSIM から 入 力 値 を 受 け 取 り 計 算 処 理 後 出 力 を PSIM に 返 します PSIM は DLL を シミュレーションタイムステップごとに 呼 び 出 します ただし DLL ブロックの 入 力 端 子 が 離 散 素 子 (ゼ ロ 次 ホールド 単 位 時 間 遅 れ 離 散 積 分 器 離 散 微 分 器 z- 領 域 伝 達 関 数 およびデジタル フィルタのいず れか)に 接 続 されているときは DLL は 離 散 的 なサンプル 時 刻 にのみ 呼 び 出 されます DLL ブロックでは Simple DLL ブロックと General DLL ブロックの 二 つタイプが 提 供 されます Simple DLL ブロックは 入 出 力 端 子 の 本 数 が 固 定 されていて ブロックで 設 定 する 必 要 があるのは DLL ファイル 名 のみです これに 対 し General DLL ではユーザが 入 出 力 端 子 の 本 数 を 自 由 に 設 定 することが 可 能 で ま たユーザが 設 定 した 任 意 の 追 加 を 使 用 することが 可 能 です また General DLL ブロックはシン ボルをカスタマイズすることも 可 能 です 一 般 的 には Simple DLL ブロックが 簡 単 なプログラミングで 利 用 できて 便 利 です Simple DLL ブロックのモデルと は 下 のようになります File Name DLL ファイルのファイル 名 ドットの 付 いた 端 子 には 最 初 の 入 力 (in[0])を 加 えます 入 出 力 端 子 の 順 番 は 上 から 下 です General DLL ブロックのモデルと は 下 のようになります Page. 197/49

199 その 他 の 素 子 ( 入 力 3 出 力 ブロック) DLL File DLL ファイル 名 Input Data File DLL が 読 む 入 力 データファイル 名 (オプション) Number of Input Nodes 入 力 端 子 の 数 (オプション) Number of Output Nodes 出 力 端 子 の 数 (オプション) In Nodes 入 力 端 子 のリスト(オプション) Out Nodes 出 力 端 子 のリスト(オプション) Parameter 1 PSIM から DLL に 渡 す(オプション) Parameter PSIM から DLL に 渡 す(オプション) Edit Image (button) DLL ブロックモデルを 編 集 作 成 します Display File (button) 入 力 データファイルの 内 容 を 示 します (オプション) Read File (button) 入 力 データファイルが 修 正 されたとき このボタンを 押 すとデータファイ ルを 再 読 み 込 みします (オプション) ドットの 付 いた 端 子 には 最 初 の 入 力 (in[0])を 加 えます 入 出 力 端 子 の 順 番 は 上 から 下 です デフォルトの 設 定 ダイアログでは ユーザは 入 出 力 の 数 を 定 義 します 入 出 力 の 数 と 端 子 名 パラメー タの 数 と 名 は 全 て DLL の 中 で 定 義 できます General DLL ブロックは 強 力 なカスタマイズが 可 能 な 反 面 C 言 語 および Windows プログラミングに 関 する 高 度 な 知 識 を 要 求 されます 必 要 性 に 合 わせ て 通 常 の DLL ブロックと 使 い 分 けることをお 勧 めします 本 に 関 する 詳 細 な 解 説 は PSIM をインス トールしたフォルダの doc フォルダにある Help General DLL Block.pdf ( 英 文 ) およびサンプルファイ ルをご 覧 ください DLL ファイルの 名 前 は 任 意 です DLL ファイルは 優 先 度 の 高 い 順 に つの 場 所 のいずれかに 配 置 する ことができます PSIM ディレクトリもしくは DLL ファイルを 使 用 した 回 路 図 ファイルと 同 じディレクト リです 注 意 :DLL ファイルが 複 数 の DLL ブロックで 使 用 される 場 合 グローバルもしくは 静 的 変 数 が 宣 言 され DLL コード 内 で 使 用 された 際 には これらグローバル 静 的 変 数 は 同 じ 値 になり 全 ての DLL ブロックで 共 用 されます この 動 作 がユーザーが 意 図 したものでない 場 合 DLL の 計 算 が 不 正 確 になりかねません この 様 な 場 合 には コード 内 でグローバル 及 び 静 的 変 数 を 使 用 しないでください 簡 易 な DLL ブロックと 一 般 な DLL ブロックの 使 用 例 は PSIM ディレクトリ 内 の examples\custom DLL サブフォルダです Page. 198/49

200 その 他 の 素 子 組 み 込 みソフトウェアブロック 組 み 込 みソフトウェアブロックは 独 自 モジュール(ユーザが 独 自 に 作 成 を 行 うモジュール) 内 の DLL ブロックの 一 つで を 拡 張 した General DLL ブロックであると 考 えて 下 さい 組 み 込 みソフトウェア ブロックは 制 御 回 路 素 子 で 制 御 回 路 中 でのみ 使 うことができます 以 下 の 条 件 を 満 たすものを 使 用 した い 場 合 に 使 用 して 下 さい 制 御 プログラムを 使 う マイクロコントローラや DSP などのように 各 ポートが 入 力 ポートであるか 出 力 ポートであるかを 自 由 に 変 えたい 場 合 各 の 変 化 に 時 間 を 考 慮 したい 場 合 DLL File DLL ファイル 名 Number of Nodes 入 出 力 端 子 の 合 計 数 組 み 込 みソフトウェアブロックについての 詳 しい 説 明 は PSIM インストールフォルダの Doc フォルダに あります Help Embedded Software Block.pdf( 英 文 ) を 参 照 して 下 さい Page. 199/49

201 解 析 第 5 章 解 析 5.1 過 渡 解 析 PSIM の Simulate メニューから Simulation Control を 選 ぶことにより 以 下 のシミュレーション 設 定 を 変 更 することができます Time Step Total Time Free Run checkbox Print Time Print Step Load Flag Save Flag Hardware Target シミュレーション 設 定 シミュレーションタイムステップ(sec) シミュレーション 総 時 間 (sec) Free Runチェックボックスをチェックしない 時 シミュレーションは 総 時 間 で 止 まります Free Runをチェックすると シミュレーションはフリーランモードで 動 き 手 動 で 停 止 するまで 動 き 続 けます フリーランモードで シミュレーション 中 の 電 圧 と 電 流 をモニタするのに 電 圧 / 電 流 のスコープを 使 用 できます シミュレーション 結 果 の 出 力 ファイルへの 保 存 を 始 める 時 刻 この 時 刻 より 前 のシミ ュレーション 結 果 は 保 存 されません 結 果 保 存 の 周 期 :Print Step = 1 のとき すべてのデータが 出 力 ファイルに 保 存 され ます;Print Step = 10 とすると 10 回 に 1 度 だけ 結 果 が 保 存 されます この 設 定 に より 出 力 ファイルの 大 きさを 制 限 することができます LOAD のフラグ:Load Flag = 1 のとき 前 回 のシミュレーション 結 果 をファイ ル( 拡 張 子 :.ssf)から 初 期 状 態 として 読 み 込 みます SAVE のフラグ:Save Flag = 1 のとき 現 在 のシミュレーションが 終 了 した 時 点 の 数 値 をファイル( 拡 張 子 :.ssf)に 保 存 します これはSimCoderを 使 用 して 自 動 コード 生 成 するためのハードウェアターゲットを 指 定 するものです - None: ハードウェアターゲットの 指 定 なし - TI F8335: TI F8335 ハードウェアターゲット - PE-Pro/F8335: PE-Pro/F8335ハードウェアターゲット - PE_Expert3: PE-Expert3 ハードウェアターゲット - General_Hardware: 汎 用 DSP PE_Expert3を 選 択 した 場 合 ドロップダウンでPE-Viewのバージョンの 指 定 ができます 詳 細 はSimCoderマニュアルをご 参 照 ください SAVE および LOAD を 使 うことにより 回 路 の 電 圧 電 流 その 他 の 値 をひとつのシミュレーション が 終 了 した 時 点 で 保 存 し 次 回 のシミュレーションを 実 行 するときに 初 期 状 態 として 読 み 込 むことができ ます この により 長 時 間 のシミュレーションをいくつかの 短 いシミュレーションに 分 け タイムス テップとを 変 えて 実 行 できます 素 子 の 変 数 およびはシミュレーションごとに 設 定 を 変 えることができますが 回 路 構 成 は 同 じでなければなりません PSIM では シミュレーションの 実 行 中 のタイムステップは 不 変 です 正 確 な 結 果 を 得 るために タイム ステップを 適 切 に 選 ぶ 必 要 があります 適 切 なタイムステップは スイッチの 動 作 時 間 パルス 波 形 の 幅 過 渡 現 象 の 長 さ などにより 決 まります タイムステップは 少 なくともこれらの 現 象 のうち 最 も 短 い ものよりも 一 桁 小 さく 設 定 することをお 奨 めします Version6.0 では 補 完 により スイッチングのタイミングに 正 確 に 合 わせて 計 算 を 行 うことができ るようになりました このため スイッチ 時 刻 と 離 散 時 間 のシミュレーションが 同 期 していない 場 合 の 誤 Page. 00/49

202 解 析 差 が 格 段 に 減 少 しました 長 いタイムステップでシミュレーションを 実 行 した 場 合 も 精 度 よい 結 果 が 得 ら れます 許 容 できる 刻 み 時 間 の 最 大 値 は PSIM が 自 動 的 に 計 算 します これをユーザが 設 定 した 刻 み 時 間 と 比 較 し シミュレーションではどちらか 小 さな 値 を 使 います もし PSIM がユーザが 設 定 したタイムステップ よりも 小 さいタイムステップを 使 う 場 合 は message.doc のファイルにコメントを 書 き 込 みます 5. 周 波 数 特 性 解 析 周 波 数 特 性 解 析 により 主 回 路 もしくは 制 御 ループの 周 波 数 応 答 を 求 めることができます PSIM を 使 っ た 周 波 数 特 性 解 析 の 特 徴 は 回 路 がスイッチ 素 子 を 含 む 場 合 も 平 均 値 による 解 析 に 頼 ることなく 実 際 のスイッチ 動 作 を 忠 実 に 模 擬 できることです PSIM で 周 波 数 特 性 解 析 を 行 う 際 の 手 順 を 以 下 に 示 します - 交 流 スィープの 励 起 電 源 に 使 う 正 弦 波 電 源 (VSIN)を 同 定 する - 出 力 を 観 測 したい 位 置 にスィープ 用 のプローブ(ACSWEEP_OUT)を 置 く 閉 ループの 制 御 応 答 を 観 測 するには ノード 間 プローブ(ACSWEEP_OUT)を 使 います - ACSWEEP 素 子 を 回 路 に 置 き を 設 定 する - PSIM のシミュレーションを 実 行 する 以 下 に 交 流 スィープ 用 素 子 のと を 示 します Start Frequency End Frequency No. of Points Flag for Points Source Name Start Amplitude End Amplitude Freq. for extra Points 交 流 スィープの 開 始 周 波 数 (Hz) 交 流 スィープの 終 了 周 波 数 (Hz) データ 数 データ 点 のフラグ: Flag =0 のとき 周 波 数 は LOG10 のスケールで 等 間 隔 に 変 化 します Flag =1 のとき 周 波 数 は 線 形 のスケールで 等 間 隔 に 変 化 します スイープ 対 象 の 励 起 電 源 の 名 称 励 起 電 源 の 開 始 周 波 数 における 振 幅 大 きさ 励 起 電 源 の 終 了 周 波 数 における 振 幅 大 きさ 追 加 データ 点 の 周 波 数 周 波 数 特 性 がある 区 間 で 急 激 に 変 化 する 場 合 は こ の 区 間 にデータ 点 を 追 加 することにより より 詳 細 な 解 像 度 が 得 られます 使 用 しない 場 合 は 空 白 にしてください 0 を 入 れると 計 算 が 終 わらなくな る 可 能 性 があります 周 波 数 特 性 解 析 の 原 理 は 交 流 励 起 信 号 を 回 路 に 抽 入 して 出 力 の 観 測 点 で 同 じ 周 波 数 の 信 号 を 取 り 出 す ことにあります 周 波 数 特 性 解 析 の 結 果 を 正 確 にするには 励 起 電 源 の 振 幅 を 適 切 に 設 定 する 必 要 があり ます 応 答 が 線 形 領 域 にとどまるように 振 幅 は 小 さく 設 定 することが 必 要 です 一 方 出 力 の 精 度 が 数 値 誤 差 の 影 響 を 受 けないように 振 幅 は 充 分 大 きくする 必 要 があります 全 般 に 物 理 系 は 周 波 数 の 低 い 領 域 では 減 衰 が 低 く 周 波 数 の 高 い 領 域 では 高 い 傾 向 があります したが って 励 起 電 源 は 開 始 周 波 数 では 振 幅 が 小 さく 終 了 周 波 数 では 大 きな 設 定 とするのが 良 いでしょう Page. 01/49

203 解 析 場 合 によって 周 波 数 特 性 解 析 の 終 了 後 に 次 の 警 告 メッセージが 表 示 されることがあります: Warning: The program did not reach the steady state after 60 cycles. See File message.doc for more details. この 警 告 メッセージは 交 流 スィープを 開 始 して 60 サイクル 後 になっても 定 常 状 態 を 検 出 できなかった ときにが 表 示 されます この 問 題 を 解 決 するには 回 路 の 制 動 を 増 す(たとえば 抵 抗 を 追 加 する)か 励 起 電 源 の 振 幅 を 調 整 する あるいはシミュレーションのタイムステップを 短 くする などの 対 策 が 考 えられ ます message.txt というファイルには この 現 象 が 起 こった 周 波 数 また 相 対 誤 差 などといった 情 報 が 書 き 込 まれています 相 対 誤 差 はデータ 点 が 定 常 状 態 からどれだけ 離 れているかを 示 しています 例 : 並 列 フィルタのインピーダンス 以 下 に 示 す 回 路 は 基 本 波 周 波 数 60Hz に 対 して 5 次 と 7 次 の 高 調 波 フィルタを 構 成 しています 励 起 電 源 として 電 流 を 抽 入 し 電 圧 を 測 定 することで このフィルタのインピーダンス 特 性 を 得 ることができます 図 の 左 に 示 す 周 波 数 特 性 解 析 の 波 形 はあきらかに 300Hz と 40Hz に 谷 があることを 示 しています 例 :コンバータの 開 ループ 応 答 以 下 に 示 す 回 路 は 直 流 チョッパ 回 路 で 変 調 率 信 号 に 周 波 数 特 性 解 析 のための 正 弦 波 電 圧 を 加 算 し 出 力 電 圧 を 測 定 しています 右 に 示 すのは 周 波 数 特 性 解 析 の 結 果 で 変 調 率 入 力 に 対 する 出 力 電 圧 の 周 波 数 応 答 を 示 しています Page. 0/49

204 解 析 例 : 閉 ループ 回 路 の 一 巡 伝 達 関 数 周 波 数 特 性 解 析 はまた 閉 ループ 回 路 の 応 答 を 調 べるのに 使 うことができます 以 下 に 示 す 回 路 は 平 均 電 流 制 御 付 きのコンバータ 回 路 です 電 流 フィードバック 回 路 に 励 起 電 源 を 抽 入 し ノード 間 プローブ (ACSWEEP_OUT)により 観 測 することにより このループの 一 巡 伝 達 関 数 を 直 接 得 ることができます こうして 得 られた 一 巡 伝 達 関 数 から ユーザはさらにバンド 幅 と 位 相 角 余 裕 を 求 めることができます 交 流 スィープ 用 のプローブはドットの 付 いた 側 が 励 起 電 源 の 抽 入 点 よりも 後 に 接 続 されているところに ご 注 意 ください 例 :スイッチ モード 電 源 の 伝 達 関 数 PWM 用 IC を 制 御 に 使 ったスイッチ モード 電 源 の 伝 達 関 数 も 同 様 にして 求 めることができます 以 下 の 回 路 ではコンバータの 制 御 に Unitrode UC384 を 使 っています 励 起 電 源 はフィードバック 回 路 の 中 で オペアンプの 出 力 の 前 に 接 続 しています Page. 03/49

205 解 析 5.3 のスイープ PSIM では 次 のに 関 してスイープ 解 析 をおこなうことができます: - RLC ブランチ 回 路 の 抵 抗 インダクタンス キャパシタンス - 比 例 制 御 ブロック(P)のゲイン - 積 分 器 (I)の 時 定 数 - PI( 比 例 積 分 ) 制 御 器 のゲインと 時 定 数 - 次 のローパスまたはハイパスフィルタ(FILTER_LP FILTER_HP)のゲイン カットオフ 周 波 数 およびダンピング 比 - 次 のバンドパスまたはバンド 阻 止 フィルタ(FILTER_BP FILTER_BS)のゲイン 中 心 周 波 数 およびバンド 幅 スイープ 用 素 子 のと を 以 下 に 示 します Start Value End Value Increment Step Parameter Name スイープの 開 始 値 スイープの 終 了 値 刻 み 幅 スイープするの 名 称 たとえば 抵 抗 器 の 抵 抗 を Ro とします この 抵 抗 器 を Ohm から 10 Ohm までスイープするには 以 下 のように 設 定 します Start Value End Value 10 Increment Step Parameter Name Ro Page. 04/49

206 PSIM による 回 路 図 入 力 第 6 章 PSIM による 回 路 図 入 力 PSIM には 回 路 図 設 計 用 の 対 話 的 で 使 いやすいインタフェースが 備 わっています 次 の 図 に PSIM 環 境 での 整 流 器 回 路 を 示 します 全 ての PSIM の 構 成 要 素 は Elements というメニューの 下 にまとめられています 要 素 は 4 つのグループ に 分 かれます:パワー 回 路 (Power;パワー 回 路 用 素 子 ) 制 御 回 路 (Control; 制 御 回 路 用 素 子 ) その 他 (Other;スイッチ 制 御 器 センサ プローブ インタフェース 機 器 その 他 パワーと 制 御 に 共 通 する 要 素 ) および 電 源 (Sources; 電 圧 源 と 電 流 源 )です 6.1 回 路 の 作 成 PSIM では 回 路 作 成 のために 以 下 のような が 備 わっています Get Element 要 素 ライブラリから 要 素 を 取 り 出 すために Elements メニューをクリックします サブメニューを 選 択 し 選 択 する 要 素 をハイライトしてください 例 えば 直 流 電 圧 源 を 得 るには Elements Sources Voltages をクリックして Vdc をハイライト してください 更 に View->Library Browser をクリックすることで ライブラリブラウザを 利 用 して 要 素 を 選 択 することができます Page. 05/49

207 PSIM による 回 路 図 入 力 Place Rotate メニューから 要 素 を 選 択 すると 要 素 のが 画 面 上 に 現 れ マウスとともに 移 動 します 要 素 の 位 置 を 決 めるにはマウスの 左 ボタンをクリックしてください 要 素 を 配 置 する 前 に 回 転 する 場 合 は 要 素 を 選 択 した 後 右 クリックすると 回 転 しま す 配 置 後 に 回 転 する 場 合 は をクリックします Wire つのノードを 接 続 するために をクリックしてください ペンのが 現 れます 結 線 を 描 くには マウスの 左 ボタンを 押 し 続 けてドラッグしてください 結 線 は 常 にグリッドの 交 点 に 始 まり 交 点 に 終 わります 視 認 性 を 良 くするために 接 続 されていないノードは で 表 され 接 続 されたノードは で 表 されます Label 複 数 のノードが 同 一 のラベルに 接 続 している 場 合 それらは 結 合 され ワイヤによ Assign Move Move Schematic る 接 続 と 同 等 のものになります ラベルを 使 うことにより クロスワイヤリング( 混 線 )が 減 少 し 回 路 図 のレイアウトが 改 善 されます ラベルのテキストは 移 動 可 能 です テキストを 選 択 するには ラベルを 左 クリック して Tab キーを 押 します 要 素 のを 割 り 当 てるために 要 素 をダブルクリックしてください ダイア ログ ボックスが 現 れます 値 を 明 記 してリターンキーを 押 すか OK をクリックして ください 要 素 や 回 路 のブロックを 移 動 するには 要 素 回 路 ブロックを 選 択 して マウスの 左 ボタンを 押 し 続 けながらドラッグしてください 回 路 全 体 を 選 択 してマウスの 左 ボタンを 押 し 続 けながらドラッグすると 選 択 した 範 囲 を 移 動 することができます 6. ファイルメニュー ファイルメニューには 以 下 の が 提 供 されています: New 新 しい 回 路 図 を 作 成 します Page. 06/49

208 PSIM による 回 路 図 入 力 Open Close Close All Save Save As Save All Save with Password Save in Package File Save as Older Versions Print Print Preview Print Selected Print Selected Preview Print Page Setup Printer Setup Exit すでに 作 成 した 回 路 図 ファイルを 開 きます 回 路 図 ファイルを 閉 じます すべての 回 路 図 ファイルを 閉 じます 現 在 の 回 路 図 ファイルを 保 存 します 現 在 の 回 路 図 ファイルを 別 の 名 前 で 保 存 します すべての 回 路 図 ファイルを 保 存 します パスワードで 回 路 図 ファイルを 保 存 します パスワードで 保 護 されたファイル を 利 用 してシミュレーションは 可 能 ですが 回 路 図 の 内 容 を 見 るために 正 しい パスワードを 入 力 する 必 要 があります 回 路 図 とすべての 関 連 ファイルを 1 個 のパッケージに 保 存 するには この を 選 択 してください 複 数 のサブ 回 路 含 む 回 路 図 を 誰 かに 送 る 必 要 ある 場 合 この は 役 に 立 ちます バージョン 8.0 か 7.1 フォーマットでファイルを 保 存 します ファイルがバー ジョン 9.0 特 有 な 要 素 を 使 用 すると これらの 要 素 が 省 略 されることに 注 意 し てください 回 路 図 を 印 刷 します プリントアウトをプレビューします 回 路 図 の 選 択 した 部 分 だけ 印 刷 します 回 路 図 の 選 択 した 部 分 だけプレビューします 印 刷 ページの 位 置 を 調 整 と 印 刷 ページの 凡 例 を 設 定 します プリンタを 設 定 します PSIM 回 路 図 プログラムを 終 了 します 6.3 回 路 の 編 集 (Edit) 要 素 の 上 にマウスカーソルを 置 いてマウスの 左 ボタンをダブルクリック または 右 ボタンをクリックす ると 要 素 のプロパティウィンドウが 表 示 されます また マウスの 右 ボタンを 押 しながらドラッグする と 画 面 をスクロールすることができます 回 路 の 編 集 用 に Edit メニューと View メニューには 以 下 のような が 備 わっています Undo 以 前 の 変 更 を 取 消 すことができます Redo 以 前 の 変 更 をやり 直 すことができます Cut 要 素 回 路 のブロック 結 線 を 消 去 するためには 対 象 を 選 択 して Cut を 選 んで 下 さい Cut を 使 用 すると 最 後 に 消 去 された 図 形 をペーストできます 要 素 または 回 路 の 一 部 を 削 除 するには<Delete>キーを 押 してください Copy 選 択 した 要 素 や 回 路 のブロックをコピーすることができます Paste コピーした 要 素 や 回 路 を 貼 りつけることができます Select All 回 路 全 体 を 選 択 できます 回 路 の 一 部 を 選 択 するために マウスの 左 ボタンをクリ Copy to Clipboard Draw Place Text Place Wire ックしてドラッグしてください 回 路 図 イメージを 別 のソフトウェアでペーストするときこの を 選 択 してくだ さい 3 種 類 のフォーマットを 選 ぶことができます: メタファイルフォーマット カラービットマップ 白 黒 ビットマップ メタファイルフォーマットはベクトル ベースであり イメージがスケーリングされているとき きれいに 表 示 されます 黒 白 ビットマップの 場 合 はカラービットマップより 小 さいイメージファイルのサ イズで 起 因 します 表 示 を 分 かり 易 くする 為 に 回 路 図 にイメージを 追 加 する 場 合 にこれを 選 択 してく ださい 次 のイメージが 使 用 できます: ライン 長 円 長 方 形 および 半 円 ビットマップイメージのオプションが 選 択 されている 場 合 マウスを 左 クリックし て ビットマップイメージを 表 示 させる 領 域 を 定 義 するためにマウスをドラッグし ます その 後 ビットマップファイルを 選 択 します テキストを 画 面 上 に 置 くには Text を 選 んでください ダイアログ ボックスにテ キストを 入 力 し マウスの 左 ボタンをクリックして 位 置 を 決 めてください つのノードを 接 続 するために Wire をクリックして 下 さい ペンのが 現 れます Page. 07/49

209 PSIM による 回 路 図 入 力 Place Label Edit Attributes Add/Remove Current Scope Show/Hide Runtime Variables Disable Enable Rotate Flip Left/Right Flip Top/Bottom Find Find Next Edit Library Image Editor Escape 複 数 のノードが 同 一 のラベルに 接 続 している 場 合 それらは 結 合 されてワイヤによ る 接 続 と 同 等 のものになります ラベルを 使 うことにより クロスワイヤリング( 混 線 )が 減 少 し 回 路 図 のレイアウトが 改 善 されます 選 択 した 素 子 のプロパティダイアログウィンドウを 使 用 します 電 流 フラグ 付 き 要 素 の 電 流 スコープを 追 加 と 削 除 するためにこの を 使 用 しま す が 選 ばれた 後 電 流 スコープを 表 示 するために 要 素 の 上 にクリックしてブ ランチ 電 流 名 を 選 んでください 電 流 スコープを 削 除 するために またブランチ 電 流 名 を 選 択 してください シミュレーション 中 に 素 子 のを 変 更 する 方 法 の 一 つです これを 選 択 後 素 子 をクリックするとその 素 子 の 可 変 の 値 が 現 われます この 値 を ダブルクリックして 現 れる 入 力 フィールドに 書 き 込 むことで 素 子 の 変 更 ができます 要 素 または 回 路 の 一 部 を 無 効 にします 要 素 または 回 路 が 無 効 状 態 のとき こ のオプションはグレー 表 示 になり 現 在 のシミュレーションが 関 係 している 限 り 使 用 できなくなります この は 要 素 または 回 路 を 削 除 ではなく 除 外 す る 必 要 がある 場 合 に 便 利 です 無 効 になっている 要 素 または 回 路 を 有 効 にします 要 素 または 回 路 の 一 部 を 時 計 回 り 90 回 転 させるために Rotate をクリックします 要 素 を 水 平 にフリップします 要 素 を 垂 直 にフリップします タイプと 名 前 に 基 づく 特 定 の 要 素 を 見 つけるために 選 択 してください 以 前 の Find 操 作 を 振 り 替 えすために 選 択 して 下 さい PSIM イメージライブラリを 編 集 するために Edit Library を 選 択 して 下 さい イメージエディタを 起 動 します 詳 細 は 6.10 を 参 照 してください 編 集 を 中 止 します 6.4 View メニュー 回 路 の 編 集 用 に View メニューには 以 下 のような が 備 わっています Status Bar ステータス バーの 表 示 / 非 表 示 を 切 替 えます Toolbar ツールバーの 表 示 / 非 表 示 を 切 替 えます Element Bar 要 素 バーの 表 示 / 非 表 示 を 切 替 えます Recently Used Element List 最 近 ライブラリから 使 用 された 要 素 をドロップダウンリストボックスに 示 し ます Library Browser ライブラリブラウザを 起 動 します Zoom In 回 路 図 を 拡 大 します Zoom Out 回 路 図 を 縮 小 します Fit to Page 回 路 全 体 はスクリーンに 合 うようにズームを 調 節 します Zoom In Selected 選 択 したブロック 図 に 拡 大 します Element List 回 路 図 の 部 品 リストを 作 成 します Element Count 回 路 図 の 要 素 をカウントします 電 圧 電 流 プローブ 及 び 計 測 器 は 要 素 カウン Refresh トに 含 まれていません 画 面 表 示 をリフレッシュします 6.5 デザインスイート(Design Suite) HEV 設 計 テンプレートの 使 用 や 回 路 図 を 作 成 するための が Design Suites に 提 供 され ています HEV Design Suite の 詳 細 は Tutorial - HEV Design Suite を 参 照 してください 以 下 の が 提 供 されています Generate Circuit 的 でシミュレーションに 適 しているデザインテンプレートから 回 路 図 を 生 成 します Page. 08/49

210 PSIM による 回 路 図 入 力 HEV Design Suite HEV デザインスイートでデザインテンプレートを 実 行 します 以 下 の 四 つのデザインテンプレートが 提 供 されています HEV パワートレインシ ステム PHEV( プラグイン ハイブリッド 電 気 自 動 車 )パワートレイン システム HEV ジェネレーター HEV トラクションモータ 6.6 サブ 回 路 (Subcircuit) サブ 回 路 の 編 集 および 操 作 用 に 以 下 のような が 備 わっています 以 下 の は 主 回 路 (サブ 回 路 外 )に 適 用 されます: New Subcircuit 新 しいサブ 回 路 を 作 成 します Load Subcircuit 既 存 のサブ 回 路 をロードします サブ 回 路 は 画 面 上 にブロックとして 現 れます Edit Subcircuit サブ 回 路 のサイズとファイル 名 を 編 集 します Display Subcircuit Name サブ 回 路 の 名 前 を 表 示 します Show Subcircuit Ports メイン 回 路 でサブ 回 路 の 端 子 を 表 示 します Hide Subcircuit Ports メイン 回 路 でサブ 回 路 の 端 子 を 隠 します Subcircuit List メイン 回 路 とサブ 回 路 のファイル 名 のリストを 見 るために 使 います 以 下 の はサブ 回 路 内 に 適 用 されます: Set Size サブ 回 路 のサイズを 設 定 します Place Bi-directional Port サブ 回 路 に 双 方 向 接 続 ポートを 置 きます Place Input Signal Port サブ 回 路 に 入 力 信 号 ポートを 置 きます Place Output Signal Port サブ 回 路 に 出 力 信 号 ポートを 置 きます Display Ports サブ 回 路 の 接 続 端 子 を 表 示 します Edit Default Variable List サブ 回 路 用 のデフォルト 変 数 を 編 集 します Edit Image サブ 回 路 のを 作 成 編 集 します One Page up メイン 回 路 に 戻 ります サブ 回 路 は 自 動 的 に 保 存 されます Top Page 低 レベルのサブ 回 路 から 最 上 位 のメイン 回 路 にジャンプするために 使 います これはサブ 回 路 が 多 層 になっている 場 合 に 有 効 です Set Size, Display Port, Edit Default Variable List, Edit Imageの 設 定 を 主 回 路 で 行 った 場 合 主 回 路 側 でも 適 用 されます 主 回 路 とサブ 回 路 を 接 続 するために3タイプのサブ 回 路 ポートがあります: パワー 回 路 と 機 械 システム 用 の 双 方 向 ポート そして 制 御 回 路 用 の 入 力 ポートと 出 力 ポートです 双 方 向 ポートは 制 御 回 路 で 使 用 できますが 明 快 にするために 制 御 回 路 の 入 力 か 出 力 信 号 ポートを 使 用 することをお 勧 めします また サブ 回 路 を 利 用 してコード 生 成 するときは 入 力 か 出 力 信 号 ポートしか 使 用 できません サブ 回 路 ブロックの 上 をマウスの 右 ボタンをクリックしてAttributesを 選 択 するとサブ 回 路 のプロパテ ィダイアログウィンドウを 表 示 します 3つタブがあります:Subcircuit Info Subcircuit Variables 及 び Colorです. Subcircuit Infoタブ: このタブでは サブ 回 路 の 名 前 を 編 集 することができます Change Subcircuit File ボタンをクリッ クして 他 のサブ 回 路 を 選 択 することができます Subcircuit Variables タブ: このタブでは サブ 回 路 の 変 数 の 編 集 は 可 能 です 例 えば 1mΩ Rparasitic という 名 前 の 抵 抗 のラ ベルを Parasitic Resistance ある 場 合 以 下 のように 記 入 できます: Variable Label: Parasitic Resistance Variable Name: Rparasitic Variable Value: 1m Parasitic Resistance ラベルの 次 のチェックボックスをチェックすると この 変 数 は 主 回 路 に 以 下 の ように 表 示 されます: Parasitic Resistance = 1m サブ 回 路 の 変 数 のリストは 編 集 できますので 現 在 の 変 数 のリストはデフォルト 変 数 のリストと 異 なる 可 能 性 があります Set As Default Variablesボタンをクリックして 現 在 の 変 数 リストをデフォルト 変 数 Page. 09/49

211 PSIM による 回 路 図 入 力 リストとして 設 定 することができます または Reload Default Variablesボタンをクリックしてデフォ ルトの 変 数 のリストを 変 更 になっている 場 合 デフォルト 変 数 リストをリロード 可 能 です SimCoderを 利 用 してサブ 回 路 の 自 動 コードを 生 成 することができます サブ 回 路 のコードを 生 成 する ために Generate Codeボタンをクリックします Replace subcircuit with generated code for simulation のチェックボックスをチェックすると サブ 回 路 の 回 路 図 の 変 わりに 生 成 されたコードを 取 り 替 えられます Color Tab: このタブでは サブ 回 路 の 色 を 変 えることができます 以 下 のチョッパ 回 路 でサブ 回 路 の 利 用 の 例 を 示 します Subcircuit Inside the subcircuit: File: chop.sch File: chop_sub.sch サブ 回 路 作 成 メイン 回 路 から メイン 回 路 でサブ 回 路 を 作 成 するステップは 以 下 の 通 りです - Subcircuit メニューから New Subcircuit を 選 んでください - サブ 回 路 ブロック( 長 方 形 )が 画 面 上 に 現 れます ここにサブ 回 路 を 置 いてください - サブ 回 路 のサイズとファイル 名 を 指 定 するために Subcircuit メニューの Edit Subcircuit を 選 んでく ださい この 例 では ファイル 名 は chop_sub.sch でサイズは 4*7( 幅 4 目 盛, 高 さ 7 目 盛 )です サブ 回 路 は 適 当 な 大 きさで 結 線 が 容 易 になるようにサイズを 選 択 しなければなりません サブ 回 路 を 置 いたら サブ 回 路 の 周 辺 へ 結 線 してください サブ 回 路 ブロックの 4 つの 角 のノードは 結 線 には 使 用 できません 6.6. サブ 回 路 作 成 サブ 回 路 内 部 から サブ 回 路 に 入 るためには サブ 回 路 をダブルクリックしてください いったんサブ 回 路 の 中 へ 入 れば メイン 回 路 と 同 様 に 回 路 を 作 成 編 集 できます サブ 回 路 が 完 成 すれば サブ 回 路 の 接 続 端 子 は メイン 回 路 の 端 子 に 対 応 するサブ 回 路 の 端 子 に 接 続 す るように 指 定 しなければなりません Subcircuit メニューにある Place Port を 選 ぶと 端 子 のが 現 れます 回 路 上 に 端 子 が 置 かれた 後 ポップアップウィンドウが( 左 下 に 示 すように) 現 れます Page. 10/49

212 PSIM による 回 路 図 入 力 Subcircuit port assignments 4 辺 にある 菱 形 は 接 続 端 子 とサブ 回 路 の 位 置 を 表 します それらは 右 側 のサブ 回 路 ブロックの 接 続 端 子 に 対 応 します 角 への 接 続 はできないので 4 つの 角 には 菱 形 はありません 菱 形 が 選 択 されると 色 が 赤 に 変 わります デフォルトでは 左 上 の 菱 形 が 選 択 され 赤 色 になります 希 望 の 菱 形 をクリックして 端 子 名 を 指 定 してください この 例 では メイン 回 路 chop.sch の 中 で サブ 回 路 の 左 側 に つ 右 側 に つの 全 4 つの 接 続 端 子 が あります 端 子 の 相 対 的 位 置 は 上 部 つの 端 子 は 上 端 より 1 目 盛 下 で 下 部 つの 端 子 は 下 端 より 1 目 盛 上 です 左 上 部 の 接 続 端 子 を 指 定 するためには 左 一 番 上 の 菱 形 をクリックして in+ とタイプしてください テ キスト in+ が 菱 形 の 内 部 に 入 り 端 子 に in+ とラベルが 付 きます 端 子 を 左 上 部 の 端 子 に 接 続 してくださ い 端 子 in-, out+, out- を 接 続 するには 同 様 の 手 続 きを 繰 り 返 してください 4 つの 端 子 が 置 かれた 後 端 子 の 割 り 当 てとサブ 回 路 が PSIM に 以 下 のように 現 れます Page. 11/49

213 PSIM による 回 路 図 入 力 サブ 回 路 の 接 続 メイン 回 路 で サブ 回 路 を 作 成 し 接 続 端 子 を 設 定 したら サブ 回 路 ブロックをメイン 回 路 に 接 続 します - メイン 回 路 上 でサブ 回 路 ブロックの 接 続 端 子 が 境 界 上 で 白 抜 きの 丸 として 現 れます - サブ 回 路 ブロックを 指 定 し Subcircuit メニューにある Show Subcircuit Ports を 選 ぶと 端 子 名 がサブ 回 路 内 で 設 定 したとおりに 表 示 されます - 接 続 端 子 にメイン 回 路 を 接 続 します サブ 回 路 のその 他 の この 節 ではサブ 回 路 のその 他 の を 以 下 の 例 題 で 説 明 します メイン 回 路 からサブ 回 路 への 変 数 値 の 受 け 渡 し この 例 題 では メイン 回 路 main.sch がサブ 回 路 sub.sch を 使 います サブ 回 路 内 では インダクタンス は L キャパシタンスは C と 定 義 されています L と C のデフォルト 値 は Subcircuit メニューから Set Default Variable List を 選 ぶことで 設 定 できます この 例 題 の 場 合 L は 5mH に C は 100uF に 設 定 して います サブ 回 路 が 最 初 にメイン 回 路 に 組 み 込 まれたとき メイン 回 路 (main.sch)から Subcircuit メニューの Edit Subcircuit を 選 ぶと Subcircuit Variables のタブにデフォルト 値 のリストが 表 示 されます ここで 新 しい 変 数 を 追 加 したり 値 を 変 更 したりすることができます この 例 題 では L は mh に 変 更 し C は デフォルトのままにしています 変 数 とその 値 は netlist ファイルに 保 存 され シミュレーションに 使 われます サブ 回 路 内 のデフォルト 値 は netlist ファイルには 保 存 されません この を 使 えば サブ 回 路 のをメイン 回 路 から 設 定 できます 同 じサブ 回 路 をひとつのメ イン 回 路 で 何 度 も 使 う 場 合 は 同 じ 変 数 に 違 う 値 を 設 定 することができます たとえば 上 の 例 題 ではサ ブ 回 路 sub.sch を 度 使 っていますが L は 1 回 目 は 3mH 次 は 1mH として 使 っています また この 例 題 ではは 変 数 (たとえば 直 流 電 圧 源 の Vin)あるいは 数 式 ( 負 荷 抵 抗 の R1+R) として 使 っています 変 数 Vin R1 R はファイル para-main.txt にて 設 定 しています パラ メータファイルの 詳 細 は 4.1 を 参 照 してください Page. 1/49

214 PSIM による 回 路 図 入 力 サブ 回 路 の 作 成 以 下 にサブ 回 路 sub.sch のを 作 成 する 手 順 を 示 します Subcircuit のメニューから Edit Image を 選 びます すると 下 のようなウィンドウが 開 きます ウィンド ウのなかで 赤 のダイアモンドはサブ 回 路 の 接 続 端 子 を 示 します 位 置 はメイン 回 路 に 表 示 されるものと 同 じです 描 画 ツールを 使 ってサブ 回 路 のを 作 成 編 集 します 描 画 ツールがまだ 表 示 されていない 場 合 は View メニューから Drawing Tools を 選 んでください Zoom In または Zoom Out のアイコンをクリッ クすることで 作 成 領 域 の 大 きさを 調 整 することができます を 作 成 すると 以 下 のよ うなウィンドウが 開 きます サブ 回 路 のウィンドウ(sub.sch)に 戻 ってサブ 回 路 を 保 存 します 作 成 されたサブ 回 路 のがメ イン 回 路 に 表 示 されます Page. 13/49

215 PSIM による 回 路 図 入 力 サブ 回 路 を PSIM の 素 子 リストに 追 加 する PSIM のディレクトリ 内 に User Defined という 名 前 でディレクトリを 作 り このディレクトリにサブ 回 路 ファイルを 入 れると サブ 回 路 が 他 の PSIM の 素 子 と 同 じように Elements メニューから User Defined を 選 ぶことで 表 示 できます さらに User Defined ディレクトリの 中 にサブ ディレクトリを 作 成 して その 中 にサブ 回 路 ファイルを 入 れることができます たとえば Elements のメニューは 以 下 のよ うに 整 理 できます - Power - Control - Other - Sources - Symbols - User Defined - Subcircuit 1 - Project A - Subcircuit - Subcircuit 3 - Project B - Subcircuit 4 このように 共 通 に 使 うサブ 回 路 はグループに 分 けて 保 存 しておくと 便 利 です 6.7 Simulate メニュー シミュレーションを 実 行 するために Simulate メニューには 以 下 の を 提 供 します: Simulation Control タイムステップ 合 計 時 間 プリントタイム 等 シミュレーションを 設 定 します これを 選 択 するとカーソルのイメージは 時 計 のイメージに 変 わり ます 時 計 をダブルクリックすると シミュレーション 制 御 を 指 定 できます Run Simulation シミュレーションを 実 行 します Cancel Simulation 現 在 進 行 中 であるシミュレーションを 中 止 します Pause Simulation 現 在 進 行 中 であるシミュレーションを 一 時 停 止 (ポーズ)します Restart Simulation ポーズされたシミュレーションを 再 開 します Simulate Next Time 次 のタイムステップまでシミュレーション 実 行 して 停 止 します Step Run SIMVIEW 波 形 表 示 プログラム SIMVIEW を 実 行 します Generate Netlist File 回 路 図 の Netlist ファイルを 生 成 します View Netlist File 生 成 された Netlist ファイルを 表 示 します Show Warning シミュレーションから 警 告 メッセージがあれば 表 示 します Arrange SLINK SLINK ノードを 再 配 列 します SimCoupler モジュールを 利 用 して PSIM と Nodes MATLAB/Simulink との 共 同 シミュレーションを 行 う 際 この を 利 用 します Generate Code Runtime Graphs その 他 の 詳 細 についてセクション 3.6 を 参 考 にしてください 回 路 図 のコードを 生 成 します この は SimCoder モジュールを 利 用 して 自 動 コード 生 成 のためです その 他 の 詳 細 について SimCoder のユーザスマニュ アルを 参 考 にしてください ユーザはシミュレーションの 実 行 時 に 必 要 な 波 形 だけを 選 んで 表 示 することが できます この はシミュレーション 結 果 を 実 行 中 に 確 認 し 途 中 でシミュ レーションを 中 止 するときなどに 便 利 です 実 行 中 に 表 示 される 波 形 は 回 路 で 指 定 された 出 力 のリストから 選 ばれます Page. 14/49

216 PSIM による 回 路 図 入 力 シミュレーションを 実 行 するためには Simulate メニューから Run Simulation を 選 んでください PSIM シミュレータが 起 動 します シミュレーションの 実 行 形 態 として Total time を 指 定 するワンタイムモード と 指 定 しないフリーランモードがあります フリーランモードで 実 行 する 場 合 Simulation Control のウ ィンドウで Free Run チェックボックスをチェックします シミュレーション 終 了 後 結 果 を 見 るには Simulate メニューから Run SIMVIEW を 選 んでください シミュレーション 途 中 で 結 果 を 見 るためには 次 の つの 方 法 があります 1)Simulate -> Runtime Graphs に 行 き 波 形 を 選 択 してください( 複 数 選 択 可 能 ) または ) 見 たい 波 形 のノードに 電 圧 / 電 流 のオシロス コープ(Elements-> Other-> Probes の)を 接 続 してください 電 圧 / 電 流 のスコープは ワンタイムモードと フリーランモードにおいて 使 用 することができます ランタイムグラフはワンタイムモードにおいて 使 用 できます Runtime Graphs(ランタイム グラフ)で 表 示 できる 変 数 は SIMVIEW で 表 示 するために 接 続 した 電 圧 プローブ 電 流 プローブ 等 で 定 義 した 変 数 です 電 圧 スコープは どんなノードにも 接 続 するこ とができます ノードと 接 地 間 の 電 圧 波 形 を 表 示 します 電 流 スコープは 電 流 のフラグ(R-L-C ブランチや スイッチなどの)を 持 っている 要 素 に 利 用 できます フリーランモードで ランタイムの 間 シミュレーションの 途 中 で 素 子 の 値 を 変 えることが できます この を 用 いて 電 圧 / 電 流 スコープで 波 形 を 観 測 しながら 所 望 の 性 能 が 得 られるように 調 整 することができます フリーランモードでのシミュレーション 例 : 降 圧 コンバータ 回 路 を 用 いてフリーランモードでのシミュレーションを 示 します 下 記 左 側 の 回 路 ではワンタイムモードのシミュレーションを 行 うため Simulation Control の Free Run チ ェックボックスがチェックしません Total time(シミュレーション 時 間 )が 有 効 になります シミュレーシ ョン 結 果 はシミュレーション 終 了 後 しか 見 ることはできません 下 記 右 側 の 回 路 では フリーランモードのシミュレーションを 実 行 するため Simulation Control の Free Run チェックボックスをチェックします シミュレーション 途 中 で 結 果 を 見 るためには 次 のようにします - Elements -> Other ->Scopesに 行 き チャンネルの 電 圧 スコープを 選 択 してください - 右 側 の 回 路 のようにスコープをつなげます - スコープをダブルクリックすると スコープウィンドウが 現 れます - シミュレーションを 開 始 します スコープにシミュレーション 結 果 としての 波 形 が 表 示 され 連 続 的 に 更 新 されます - 波 形 が 見 やすいように 時 間 軸 と 垂 直 軸 のscale, offset 設 定 を 変 えます Page. 15/49

217 PSIM による 回 路 図 入 力 フリーランモードでは ブランチ 電 流 も 表 示 することができます 例 えば インダクタ 電 流 を 表 示 する ためには 次 のようにします 下 図 を 参 照 ください - インダクタの 上 にマウスの 右 ボタンをクリックしてください メニューが 現 われます - Current Scopes 観 測 したいブランチ 電 流 名 を 選 択 してください - 電 流 スコープのブロックが 現 れます 電 圧 オシロスコープブロックと 同 様 の 図 ですが 接 続 端 子 がありません - インダクタ 電 流 波 形 を 見 るためには スコープをダブルクリックするとオシロスコープの 運 動 が 開 きます 同 様 の 方 法 で 他 のブランチ 電 流 例 えば コンデンサ 電 流 負 荷 電 流 ダイオード 電 流 またはMOSFET スイッチ 電 流 を 表 示 することができます シミュレーションの 途 中 で 要 素 を 調 整 することができます 例 えば PI コントローラのゲイ ンを 調 整 するためには 次 のようにします 下 図 を 参 照 して 下 さい - PI ブロックを 右 クリックすると メニューが 表 示 されます - Runtime Variables-> Gain を 選 んでください - ゲインの Display チェックボックスが 自 動 的 にチェックされ 現 在 設 定 されているゲイン 0.6 が 表 示 されます - 表 示 された 数 字 0.6 をクリックすると 小 さいダイアログウィンドウが 現 れます - このダイアログウィンドウに 直 接 キーボードから 数 字 を 入 力 するか またはアップ/ダウン 矢 印 キー 押 すことにより 数 字 を 変 更 することができます - Apply をクリックすることにより シミュレーションに 設 定 されたゲインが 反 映 されます - ゲインの 変 更 後 の 波 形 の 変 化 はオシロスコープのブロックで 確 認 できます Page. 16/49

218 PSIM による 回 路 図 入 力 同 様 の 方 法 で 他 の 例 えば 電 流 指 令 直 流 入 力 電 圧 インダクタンス キャパシタンス 及 び 負 荷 抵 抗 を 変 更 することができます コマンドラインオプションでシミュレーションの 実 行 : プログラムPsimCmd.exeの 実 行 によりコマンドラインオプションでシミュレーションも 起 動 することが できます 例 えば フォルダ c:\psim\examples に 格 納 される chop.sch 回 路 をシミュレートするた めには PSIMフォルダに 行 き 下 記 コマンドを 実 行 します: PsimCmd.exe -i c: \psim\examples\chop.sch -o c:\psim\examples\chop.smv コマンドラインのフォーマットは 以 下 の 通 りです PsimCmd.exe -i [input file] -o [output file] -v VarName1=VarValue1 -v VarName=VarValue -t TotalTime -s TimeStep -g 値 のまわりの 引 用 が 存 在 するに 違 いないことに 注 意 してください コマンドラインパラメー タは 以 下 の 通 りです -i: 入 力 回 路 図 のファイル 名 -o: 出 力 ファイル 名 (.txt か.smv エクステンション) -v: 変 数 名 及 び 値 このは 複 数 の 回 使 用 することができます 例 えば 抵 抗 R1 を1.5とインダクタンスL1を0.001として 定 義 するためには: -v "R1=1.5" -v "L1=0.001" -t: シミュレーション 総 時 間 -s: シミュレーションタイムステップ -g シミュレーションの 完 了 後 SIMVIEWを 実 行 します コマンドラインで 定 義 することができる 変 数 の 数 は30に 制 限 されることを 留 意 してください コマンドラインオプションで バッチランで 自 動 的 にいくつかの 回 路 を 動 かすことができます Page. 17/49

219 PSIM による 回 路 図 入 力 6.8 Options メニュー Optionsメニューを 利 用 して 色 々な 設 定 が 可 能 になります: Settings Auto-run SIMVIEW Set Path... Enter Password Disable Password Customize Toolbars Customize Keyboard Save Custom Settings Load Custom Settings Deactivate Change Softkey Password Check for Software Updates 回 路 図 のテキストフォント 設 定 SIMVIEW 波 形 表 示 フォーマットの 選 択 バッフ ァサイズの 設 定 などの 変 更 をします これをチェックするとシミュレーション 完 了 後 SIMVIEW 画 面 が 自 動 的 に 立 ち 上 がります 熱 モジュールのデバイスファイル MagCoupler モジュールのパスなどを 設 定 しま す パスワードで 保 護 された 回 路 図 を 表 示 するためにパスワードを 入 力 します パスワードで 保 護 された 回 路 図 の 保 護 を 無 効 にします カスタマイズツールバーを 作 成 します キーボードをカスタマイズします 要 素 またはコマンドにショートカットキーを 追 加 することができます カスタマイズした 設 定 のうち 保 存 する 項 目 を 選 択 します カスタマイズした 設 定 を 保 存 ファイルから 読 み 込 みます PSIM ライセンスを 無 効 にします この はソフトキー(Softkey)バージョンのみ に 有 効 です PSIM ソフトキーバージョンのログインのパスワードを 変 更 します この はソ フトキー(Softkey)バージョンのみに 有 効 です Powersim 社 のサーバへアップデート 可 能 なソフトウェアがあるかどうかチェック します 新 しいアップデートがあれば このアップデート 情 報 をダウンロードして インストールができます (サポート 契 約 に 加 入 している 方 のみ) OptionsメニューのSettings では 以 下 の 設 定 ができます: 編 集 に 関 して: Display grid Enable rubber band Show print page borders Zoom factor PSIM 回 路 図 にグリッドを 表 示 します これをチェックして 要 素 か 回 路 の 一 部 を 動 かすと 回 路 図 と 接 続 されます チェックすると プリントアウトの 境 界 が 表 示 されます 回 路 図 の 拡 大 と 縮 小 ファクターを 定 義 します テキストフォントに 関 して: Default Text Font Runtime Graph Font 回 路 図 のデフォルトテキストフォントを 設 定 します ランタイムグラフのテキストフォントを 設 定 します プリントに 関 して: Line thickness プリントアウトの 時 のラインの 太 さを 設 定 します ラインの 太 さは 1( 最 小 ) から 4( 最 大 )まで 設 定 することができます ラインの 太 さはプリントアウトした 時 のみ 影 響 し スクリーンには 反 映 され ません Page. 18/49

220 PSIM による 回 路 図 入 力 シミュレーションに 関 して: Save simulation result in: Limit ouput buffer size to ** MB Disable simulation warning messages Save all voltages and current Maximum number of points for oscilloscope シミュレーション 結 果 の 保 存 形 式 をバイナリフォーマット(デフォルト)かテキスト フォーマットか 選 択 できます バイナリフォーマットの 場 合 ファイルサイズが 小 さく ロード 時 間 が 速 くなります このオプションをチェックすると シミュレーションデータはセグメントで 結 果 フ ァイルに 書 かれます 例 えば バッファサイズを0MBに 設 定 する 場 合 シミュレ ーションデータは 最 初 にバッファに 保 存 され そして 0MBに 達 すると 全 体 の 0MBのデータは 結 果 ファイルに 書 かれます ランタイムグラフはバッファのデータを 利 用 してグラフをプロットします した がって 古 いデータがファイルに 保 存 されて 新 しいデータがバッファに 記 録 され ます 更 に ランタイムグラフは 新 しいデータの 波 形 だけを 示 します ランタイムグラフですべての 波 形 を 保 有 するためには バッファサイズを 増 加 させ るか またはこのオプションのチェックを 外 します しかしながら このオプションを 選 択 しないと PSIM は 最 初 に 必 要 なメモリバッ ファを 割 り 当 てます シミュレーション 刻 みが 小 さく 総 合 時 間 が 長 く 多 くの 出 力 データがある 場 合 非 常 に 大 きいメモリが 必 要 になります この 場 合 十 分 なメ モリ 容 量 がないと シミュレーションが 中 断 されます このチェックボックスをチェックすると 警 告 メッセージが 表 示 されなくなります このオプションがチェックされていると 回 路 のすべての 電 圧 と 電 流 は 表 示 のた めに 保 存 されます 電 圧 や 電 流 を 表 示 させるためには シミュレーションが 完 了 し 結 果 が SIMVIEW にロードされた 後 に [View] -> [Display Voltage/Current]と 選 択 し ます(または 対 応 するアイコンをクリック) カーソルがノードまたはブランチの 上 にあるとき 電 圧 プローブまたは 電 流 クランププローブの 画 像 に 変 わります マ ウスの 左 ボタンをクリックすると 対 応 する 電 圧 または 電 流 が SIMVIEW で 表 示 さ れます 差 動 電 圧 を 表 示 するには [View] -> [Display Differential Voltage]と 選 択 し ます その 後 最 初 のノード 番 目 のノードの 順 にクリックします 差 動 電 圧 の 波 形 が SIMVIEW で 表 示 されます オシロスコープの 最 大 ポイント 数 を 設 定 します 10,000 から 100,000,000 まで 設 定 できます アップデートに 関 して: Check for Software Updates every month ソフトウェアのサポート 契 約 に 加 入 した 場 合 Powersim 社 のサーバから 最 新 のア ップデートファイルをダウンロードすることが 可 能 になります ここをチェックす ると 毎 月 アップデート 情 報 を 自 動 的 に 確 認 します バックアップに 関 して: Create backup files every ** minutes 設 定 した 時 間 ごとにファイルのバックアップが 行 われます アイドリング 時 間 に 関 して(ネットワーク 版 のみ): Release license if PSIM is idle for ** minutes このオプションをチェックすると プログラムが 指 定 された 時 間 に 使 用 されてい なかった 後 にPSIMはタイムアウトされます このオプションは PSIMネットワ ークバージョンのみに 有 効 です PSIMがタイムアウトされる 場 合 そのライセンスが 解 放 され 他 のユーザはこのラ イセンスを 使 用 することができます ユーザがライセンスを 無 意 識 にホールドすることを 防 きます コード 生 成 に 関 して: Show image next to elements that can be used for code このオプションは SimCoder モジュールがある 場 合 にのみ 有 効 です このオプショ ンをチェックすると イメージはコード 生 成 に 使 用 することができる 要 素 の 横 に 現 Page. 19/49

221 PSIM による 回 路 図 入 力 れます これは コード 生 成 に 使 用 できる 要 素 と 使 用 できない 要 素 を 差 別 化 するの に 使 用 されます PSIM Helpファイルに 関 して: Use alternate PSIM help file path デフォルトでは PSIM は PSIM フォルダからヘルプファイル psim.chm を 読 み 込 みます このオプションをチェックすると PSIM は 指 定 の 場 所 からヘルプファイ ルを 読 み 込 みます Simviewファイルの 自 動 保 存 に 関 して: Delete Simview files on exit ここをチェックすると Simview の 出 力 ファイルをユーザが 保 存 しない 状 態 で PSIM を Exit した 場 合 出 力 ファイルを 自 動 的 に 削 除 します カラーに 関 して: Colors Wire color グリッド 要 素 サブ 回 路 ポート ワイヤ テキスト ノード ラベルのカラーを 設 定 します Wire Color タブでは ワイヤのカラーはデフォルトか 回 路 タイプで 設 定 することが できます Options メニューの Set Path では 外 部 DLL ファイルを 読 み 込 む 際 の 検 索 パスを 設 定 することが できます 例 えば 回 路 に DLL ブロックが 含 まれていて そこで 使 用 する DLL ファイルが.sch ファイル の 存 在 するフォルダおよび PSIM フォルダ 以 外 のフォルダに 置 かれているときに DLL ファイルが 存 在 す るフォルダを Set Path で 設 定 しておくことで 正 しくシミュレーションすることができるようになり ます PSIM は 以 下 の 順 序 で 外 部 DLL ファイルを 検 索 します PSIM をインストールしたフォルダ(PSIM.exe が 存 在 するフォルダ) 回 路 図 ファイル(.sch ファイル)が 存 在 するフォルダ Options -> Set Path で 設 定 したフォルダ 例 えば PSIM をインストールしたフォルダが C: PSIM で シミュレーションする 回 路 図 ファイルが C:\TEMP にあり Set Path で C: TEMPDLL フォルダが 設 定 されているとき DLL ファイルは 以 下 の 3 つのフォルダのいずれかに 置 くことができます また DLL ファイルは 以 下 の 順 序 で 検 索 されます C:\PSIM C: \TEMP C: \TEMPDLL PSIM は 以 下 の 順 序 で Thermal Module のデバイスファイルを 検 索 します PSIM ディレクトリの device サブフォルダ Device File Path で 設 定 されたディレクトリ PSIM のデバイスサブフォルダおよび Device File Path 内 のすべてのデバイスファイルが 読 み 込 まれま す Page. 0/49

222 PSIM による 回 路 図 入 力 ツールバーのカスタマイズ: AND Gate をカスタマイズツールバーで 作 成 する 方 法 を 説 明 します: Options -> Custom Toolbars を 選 択 します New Toolbar を 選 択 するとカスタムツールバー ダイアログウィンドウが 起 動 します Add button を 選 択 すると 以 下 の 画 面 が 表 示 されます アイコン 編 集 エリアの AND gate のアイコンを 描 くか Elements から 選 択 します Elements から 選 択 する 場 合 Edit Command セクションの Elements オプションを 選 択 して AND Gate をハイライトします 次 に OK ボタンを 押 してカスタムツールバーウィンドウに 戻 ります AND Gate のアイコンがカスタムツールバーダイアログウィンドウに 表 示 されま す Page. 1/49

223 PSIM による 回 路 図 入 力 キーボードのカスタマイズ: 抵 抗 要 素 をキーボード r キーで 選 択 する 例 を 説 明 します: Options -> Custom Keyboard を 選 択 します カスタムキーボードダイアログウィンドウを 表 示 します Add Shortcut Key では Elements オプションを 選 択 します 次 に 抵 抗 要 素 Resistor を 発 見 してハイライトします Press new shortcut key の 入 力 フィールドにカーソルを 移 動 してキーボードの r キーを 押 し ます 次 に Assign をクリックします r キーが 要 素 Resistor にアサインされ 定 義 は Current Shortcut List に 表 示 されます 6.9 Utilities メニュー UtilitiesメニューからはPSIMの 便 利 な 補 助 ツールを 使 用 することができます: Parameter Tool sz Converter Device Database Editor B-H Curve Solar Cell (physical model) SimCoupler Setup DSP Oscilloscope Launch/Export to SmartCtrl Unit Converter Calculator この は 回 路 図 なしでファイルを 開 きます ファイルのロードや 計 算 をするための 式 を 入 力 するダイアログを 起 動 し ます このプログラムは s 領 域 の 関 数 を z 領 域 の 関 数 に 変 換 します デジタル 制 御 モジュー ルのライセンスがある 場 合 だけ このプログラムは 有 効 になります 熱 モジュールの PcdEditor.exe というデバイスデータベースエディタを 起 動 します このプログラムは 可 飽 和 コア 要 素 の B-H カーブプロッタを 起 動 します このプログラムは 太 陽 電 池 ブロックの i-v カーブをプロットします この は Renewable Energy Models に 含 まれています PSIM と MATLAB/Simulink との 連 成 シミュレーションのセットアップを 行 うためにプ ログラム SetSimPath.exe を 起 動 します DSP オシロスコープを 起 動 します この は TI F8335 Target の 一 部 として 利 用 可 能 です リアルタイムで DSP の 波 形 を 表 示 するには SCI と 一 緒 に 使 用 されま す DSP オシロスコープを 使 用 する 方 法 の 詳 細 については "Tutorial -Using SCI for Real- Time Monitoring in TI F8335 Target.pdf"を 参 照 してください SmartCtrl ソフトウェアを 起 動 します また ac スイープの 結 果 があるときにはこの 結 果 を SmartCtrl に 出 力 します SmartCtrl は 制 御 ループ 設 計 のための 独 立 したソフトウ ェアです 詳 細 については SmartCtrl のマニュアルを 参 照 して 下 さい このプログラムは 長 さ 面 積 重 さ および 温 度 における 単 位 変 換 を 実 行 します PSIM の 電 卓 を 起 動 します 使 い 方 の 詳 細 は 7.7 章 をご 参 照 ください Page. /49

224 PSIM による 回 路 図 入 力 6.10 PSIM ライブラリの 管 理 PSIMライブラリは 種 類 のデータからなります イメージライブラリ(psimimage.lib)とnetlistライブラ リ(psim.lib)です このうち netlist ライブラリはユーザ 自 身 で 編 集 することはできませんが イメージラ イブラリは 編 集 または 新 規 追 加 ができます イメージライブラリを 新 規 作 成 または 更 新 するには Edit -> Edit Library -> Edit Library Filesを 選 んで 画 面 の 指 示 に 従 ってください PSIMディレクトリのどんなイメージライブラリでも PSIMに 自 動 的 にロ ードされます 標 準 の 画 像 ライブラリはpsimimage.libで 与 えられています ユーザはこれを 編 集 すること はできませんが Edit->Edit Library->Edit library filesで 画 像 を 表 示 してコピーすることができます ユーザはEdit->Edit Library->Edit library filesでnew libraryを 選 択 することで 新 しい 画 像 ライブラリを 作 ることができます その 後 ライブラリ 名 を 決 定 するとその 名 前 がPSIMのElementsメニューに 表 示 されま す このライブラリファイルはPSIMフォルダ 内 に 作 成 されます PSIMライブラリリストにカスタムモデルを 追 加 するためには つ 方 法 があります 一 つの 方 法 は モ デルをサブ 回 路 の 形 をして 次 に PSIMディレクトリのUser definedと 呼 ばれるフォルダあるいはUser definedのサブフォルダのうち 1つにこの 回 路 図 のファイルをおくことです User definedフォルダのど んな 回 路 図 ファイルおよびサブフォルダも PSIMライブラリリストに 現 れます もう 一 つの 方 法 は イメージライブラリにカスタムモデルを 直 接 加 えることです この 方 法 の 利 点 は カスタム 用 素 子 が 標 準 PSIM 素 子 と 同 じ を 持 たせることが 可 能 であることです さらに カスタムモデ ルには ヘルプファイルを 関 連 付 けることも 可 能 です 番 目 のイメージ 図 作 成 1つ 以 上 のイメージ 図 をPSIM 要 素 に 関 連 づけることができます 新 しい 要 素 イメージは 標 準 イメージラ イブラリあるいはユーザのカスタムイメージライブラリで 作 成 することができます 新 しいイメージは 番 目 のイメージライブラリに.lib 拡 張 子 で 保 存 されます 標 準 イメージライブラリ mylib.lib へ Diode の 番 目 のイメージを 作 成 する 方 法 を 以 下 に 説 明 し ます: Edit -> Edit Library -> Edit secondary image library filesへ 行 きNew libraryをクリックしてくださ い ダイアログウィンドウでは 番 目 のイメージライブラリファイル 名 は mylib.lib として 定 義 してください 次 に mylib.lib を 選 択 してEdit selected libraryをクリックしてください 二 次 イメージライブ ラリの 編 集 用 のダイアログウィンドウが 表 示 されます Addボタンをクリックしてください PSIMライブラリリストのPower ->Switchesへ 行 きDiode 選 択 してください 要 素 Diodeは 番 目 のイメージリストに 表 示 されます Diode テキストの 前 のテキスト PSIMIMAGE は 標 準 イメージライブラリpsimimage.libのダイオード 要 素 であるこ とを 示 します Diode をハイライトしてEditボタンをクリックしてイメージを 作 成 してください このイメージをこの 要 素 のデフォルトイメージとして 使 用 したい 場 合 は Set As Default Image をクリックしてください 番 目 のイメージ 図 が 生 成 された 後 このイメージはPSIMの 回 路 図 で 利 用 できます 例 えば ダイオー ドを 回 路 図 に 追 加 してダブルクリックすると ダイアログウィンドウが 表 示 されます このウィンドウの Colorタブを 選 択 してプルダウンを 選 択 するとつイメージが 表 示 されます 標 準 イメージライブラリとカ スタムイメージライブラリmylib.libそれぞれ1つです Page. 3/49

225 PSIM による 回 路 図 入 力 番 目 のイメージ 図 を 選 択 すると 同 じ 要 素 のすべてのイメージが 自 動 的 にこのイメージ 図 に 変 わりま す 選 択 されたイメージ 図 はデフォルトイメージとして 回 路 図 を 作 成 する 時 あるいは 別 の 回 路 図 を 開 く 時 設 定 されます ライブラリへ 新 しいサブ 回 路 要 素 の 追 加 す: サブ 回 路 でモデル 化 された 新 しい 要 素 をPSIMライブラリに 追 加 するために 主 な3つステップがありま - 新 しい 要 素 のサブ 回 路 モデルを 作 成 - PSIMライブラリへこの 要 素 を 追 加 - この 新 しい 要 素 用 のオンライン ヘルプファイルを 作 成 このプロセスを 例 証 するために LCフィルタエレメントは 例 として 使 用 されます サブ 回 路 作 成 : 第 一 歩 は 新 しい 要 素 のサブ 回 路 を 作 ることです まるでサブ 回 路 がもう 一 つの 回 路 で 呼 ばれることに なっているように サブ 回 路 は 同 様 につくられます あたかもサブ 回 路 が 別 の 回 路 によって 呼 ばれること になっているかのように 同 じ 方 法 で 新 しい 要 素 のサブ 回 路 を 作 成 することです 例 えば LC_filter.sch と 呼 ばれる 次 LCフィルタのサブ 回 路 およびその 図 を 以 下 に 示 します Page. 4/49

226 PSIM による 回 路 図 入 力 この 場 合 インダクタンスとキャパシタンスの 価 値 はインタフェースを 通 って 定 義 され 新 しいLCフ ィルタエレメントのプロパティウィンドウに 現 われる 必 要 があります したがって インダクタンスに 対 する 価 値 はこの 場 合 変 数 Lとして 定 義 される 必 要 があります 同 様 に キャパシタンスに 対 す るはCとして 定 義 される 次 に Subcircuit->Edit Default Variable Listから デフォルト 変 数 として 変 数 LおよびCを 加 えてく ださい 新 しい 要 素 がデフォルト 変 数 リストから 情 報 を 得 るとともに このステップは 必 要 で す デフォルト 変 数 リストウィンドウが 以 下 の 通 りに 見 えるはずです ここに Variable Labelはについて 記 述 するテキストで Variable Nameはサブ 回 路 の 中 でパ ラメータ 価 値 として 使 用 され Variable Valueはのデフォルト 値 です 例 えば インダクタン スLについては Variable LabelはInductanceで Variable NameはLで Variable Valueは1mです. PSIMライブラリへ 新 しい 素 子 の 追 加 : PSIMライブラリへサブ 回 路 要 素 を 加 えるためには これらのステップに 従 ってください - Edit -> Edit Library -> Edit Library Filesに 行 き 新 しい 素 子 のために ライブラリを 選 んでくださ い 新 しいイメージライブラリを 作 るために New Libraryをクリックしてくださいあるいは 既 存 のライブラリを 選 んでください そして Edit Selected Libraryをクリックしてくださ い -ライブラリエディタでは New Subcircuitボタンをクリックしてください 以 下 に 示 されるよう なダイアログウィンドウへの 情 報 を 入 力 してください Page. 5/49

227 PSIM による 回 路 図 入 力 各 フィールドの 説 明 は 以 下 の 通 りです Name: PSIMライブラリに 示 される 新 しい 要 素 の 名 前 Description: 新 しい 要 素 の 説 明 File Path: サブ 回 路 の 回 路 図 のファイル LC_filter.sch の 位 置 サブ 回 路 ファイルを PSIMディレクトリの\libサブフォルダに 置 かなければなりません Hide (menu): このボックスはチェックしないでください このボックスがチェックされる と この 要 素 はライブラリには 示 されない Help File: この 要 素 と 関 連 付 けたオンラインヘルプファイル Help ID: 指 定 されたヘルプページをリンクするためにヘルプマップファイルで 使 用 されるID - Save Image Library 及 びUpdate Menuボタンをクリックしてください 新 しい 要 素 はライブラ リに 現 れて 使 用 に 準 備 ができます 新 しい 要 素 用 のオンラインヘルプファイルを 作 成 : 新 しい 要 素 のためにオンラインヘルプファイルを 作 成 することができます プロパティダイアログウィ ンドウのヘルプボタンがクリックされるとき 対 応 するヘルプページが 表 示 されます マイクロソフトヘ ルプWorkshopを 使 用 することでヘルプファイルを 作 成 する 手 順 は 以 下 のようになります - マイクロソフト ワードを 使 用 して.rtfファイル LC_Filter.rtf で ヘルプコンテンツを 準 備 して ください ファイルの 脚 注 が 以 下 のように 見 るべきであることに 注 意 してください # LC_FILTER $ LC_FILTER k LC_FILTER; LC filter ここで #ラベルは PSIMでヘルプページをLCフィルタ 要 素 にリンクするのに 使 用 されます k ラベルはヘルプ ファイルのIndexに 現 れます そして $ラベルが 使 われません -ヘルプマップファイル HelpMap.txt を 作 ってください それはテキストファイルで 次 の 内 容 があります LC_FILTER=1001 ここでは テキスト LC_FILTER は LC_Filter.rtf ファイルの#ラベルと 同 じでなければなり ません そして 数 1001 はLCフィルタ 要 素 のために 定 められるヘルプIDと 同 じでなければ なりません - ヘルプ ワークショップ プロジェクトでは LC_Filter.hpj ファイルは 次 の 設 定 を 持 ってい ます - Filesボタンをクリックして LC_Filter.rtf を 追 加 してください - OptionsボタンおよびFilesタブをクリックして LC_Filter.hlpとしてヘルプ ファイルを 設 定 してください - Mapボタンをクリックし 次 に Includeをクリックして マップファイルHelpMap.txtを 含 んでください Page. 6/49

228 PSIM による 回 路 図 入 力 - ヘルプファイル LC_Filter.hlp を 作 成 するために Save And Compileをクリックしてくだ さい PSIMディレクトリへこのファイルを 置 いてください ライブラリへ 新 規 DLL 要 素 の 追 加 DLLでモデル 化 された 新 しい 要 素 をPSIMライブラリに 追 加 するために 主 な3つステップがあります - DLLファイルのモデルを 作 成 - PSIMライブラリへこの 要 素 を 追 加 - この 新 規 要 素 用 のオンラインヘルプファイルを 作 成 このプロセスを 例 証 するために インダクタは 例 として 使 用 されます DLL 作 成 : 第 一 歩 はDLLのインダクタンスモデルを 作 成 することです カスタムDLLを 作 成 する 方 法 について 関 連 セクションを 参 照 してください ここで インダクタ_model.dll というDLLファイルがパワーモデリングブロックを 使 用 することで 既 に 作 成 されたと 思 われます それには インダクタンス と 呼 ばれる1つの およびつの 接 続 ノードがあります PSIMライブラリへ 新 規 要 素 の 追 加 : PSIMライブラリへDLL 要 素 を 加 えるためには これらのステップに 従 ってください - Edit -> Edit Library -> Edit Library Filesに 行 き 新 しい 要 素 のために ライブラリを 選 んでくださ い 新 しいイメージライブラリを 作 るために New Libraryをクリックしてくださいあるいは 既 存 のライブラリを 選 んでください そして Edit Selected Libraryをクリックしてくださ い -ライブラリエディタでは New DLL Fileボタンをクリックしてください 以 下 に 示 されるような ダイアログウィンドウへの 情 報 を 入 力 してください Page. 7/49

229 PSIM による 回 路 図 入 力 各 フィールドの 説 明 は 以 下 の 通 りです Name: PSIMライブラリに 示 される 新 しいインダクタ 要 素 の 名 前 Description: 新 しいインダクタ 要 素 の 説 明 File Path: 新 規 インダクタ 要 素 をモデル 化 するDLLファイル inductor_model.dll の 位 置 DLLファイルは PSIMディレクトリの\libサブフォルダに 置 かなければ なりません Input Nodes: 新 規 要 素 の 入 力 端 子 の 数 パワー モデル ブロックでは この 値 は 端 子 の 合 計 の 数 で DLLファイルから 自 動 的 に 読 まれます Output Nodes: 新 規 要 素 の 出 力 端 子 の 数 パワーモデリングブロックでは この 値 は0で す Hide (menu): このボックスはチェックしないでください このボックスがチェックされ ると この 要 素 はライブラリには 示 されない Help File: この 要 素 と 関 連 付 けたオンラインヘルプファイル Help ID: 指 定 されたヘルプページをリンクするためにヘルプマップファイルで 使 用 されるID - 次 のダイアログウィンドウで 以 下 として 新 しい 要 素 サイズを 設 定 してください: 幅 =5 及 び 高 さ = 次 に この 要 素 のために 図 を 作 成 するか あるいはデフォルト 図 を 受 理 してください - Save Image Library 及 びUpdate Menuボタンをクリックしてください 新 しい 素 子 がライブラリ に 現 われて 使 用 する 準 備 ができます の 数 および 新 しいインダクタ 要 素 のための 記 述 に 関 する 情 報 は DLLファイルか ら 自 動 的 に 得 られます この 場 合 新 しい 要 素 に インダクタンス として1つのがありま す オンラインヘルプファイルを 作 成 するプロセスは 前 のセクションで 記 述 されている 通 りです 6.11 ライブラリの 作 成 [Edit]メニューの[Image Editor]を 使 うと 良 い 部 品 の 画 像 を 容 易 に また 非 常 に 迅 速 に 作 成 することが できます これらの 画 像 は PSIMライブラリ 要 素 の 第 の 画 像 またはサブサーキットの 画 像 として 使 用 することができます 回 路 の 配 線 図 の 目 的 のためにこれらのイメージをライブラリに 保 存 するこ とができます そのような 回 路 図 の 表 示 が 目 的 であり シミュレートできないことに 注 意 してください 下 図 は SPI A/D 変 換 器 からなるハードウェア 回 路 図 の 例 を 示 します Page. 8/49

230 PSIM による 回 路 図 入 力 F HCT138 および TLV1548 はすべてイメージエディタによって 作 成 されています イメージエディタを 使 用 してイメージを 作 成 し カスタムライブラリにとしてのイメージを 保 存 する 方 法 を 以 下 に 示 すようにデコーダ 74HCT138 用 イメージを 作 成 して 説 明 します - PSIM にて 新 しい 回 路 図 ウィンドウを 作 成 します [Edit] -> [Image Editor]を 選 択 します 長 方 形 が 表 示 されます 回 路 図 上 に 長 方 形 を 配 置 し 脱 出 するために Esc キーを 押 してください - 長 方 形 をダブルクリックすると ダイアログウィンドウが 表 示 されます [Main]タブで 下 の 画 面 で 示 すようにデータフィールドを 入 力 します [Library Part Name]はライブラリに 表 示 される 要 素 の 名 前 です ブロックのサイズは リードの 長 さを 考 慮 せずに 幅 5 高 さ 9 にします - [Pins]タブをクリックします このタブでは 接 続 ピンが 定 義 されます [Add]ボタンをクリックし て [Location]を 1-Left [Name]を A [Number]を 1 と 定 義 します [Dot] [CLK]のチェックボッ クスをそのままにし [Overline]のチェックを 外 します [Dot]がチェックされている 場 合 接 続 ピンとブロックの 間 に 円 があります [clk]がチェックされて いれば クロックであることを 示 すために > がブロックの 内 部 に 追 加 されます;そして [Overline] にチェックが 入 っていれば 名 前 に 上 線 が 追 加 されます Page. 9/49

231 PSIM による 回 路 図 入 力 - [Add]ボタンをクリックし [Location]を -Left [Name]を B [Number]を と 定 義 します 残 り のピンの 設 定 のために 同 じプロセスを 繰 り 返 します 以 下 ダイアログウィンドウはすべての 接 続 ピンの 定 義 を 示 しています - 一 度 すべてのピンを 追 加 してから メインタブに 戻 ります [Save in library]をクリックし [New Library]を 選 択 し ライブラリ 名 を"My Symbol"と 入 力 し ライブラリのファイル 名 を"My Symbol" と 指 定 します "My Symbol"ライブラリは Elements メニューの 下 に 表 示 され このライブラリに は 新 しく 作 成 された 要 素 74HCT138 が 含 まれます Page. 30/49

232 SIMVIEW による 波 形 処 理 第 7 章 SIMVIEW による 波 形 処 理 SIMVIEW は 波 形 の 表 示 とシミュレーション 実 行 後 のデータ 処 理 をおこなうプログラムです 下 の 図 は SIMVIEW により 波 形 を 表 示 した 例 です SIMVIEW はデータを ASCII テキストフォーマットで 読 み 込 みます 以 下 はデータファイルの 例 です 各 メニューから 選 べる を 次 に 説 明 します Page. 31/49

233 SIMVIEW による 波 形 処 理 7.1 File メニュー 説 明 Open ASCII テキスト 形 式 ( 拡 張 子.txt)か SIMVIEW バイナリ 形 式 ( 拡 張 子.smv)のデ ータをファイルから 読 み 込 みます Merge 現 在 表 示 用 に 使 っているファイルに 他 のファイルを 結 合 させます Re-Load Data 現 在 表 示 しているファイルの 元 のデータを 再 度 読 み 込 みます Save Settings 現 在 の 波 形 表 示 環 境 の 設 定 を 保 存 します Save As バイナリ 形 式 かテキスト 形 式 または.csv ファイル(Tab 区 切 り カンマ 区 切 り)の 中 から 選 択 して 波 形 を 保 存 します バイナリ 形 式 で 保 存 する 場 合 現 在 の 設 定 も 保 存 されます FFT 表 示 中 は FFT の 結 果 をテキスト 形 式 でユーザが 指 定 した 名 前 のファイル に 保 存 します Print 波 形 を 印 刷 します Print Setup プリンタの 設 定 をおこないます Print Page Setup ページ 設 定 をおこないます Print Preview 印 刷 画 面 で 確 認 します Exit SIMVIEW を 終 了 します Merge Merge を 使 うことにより 複 数 のファイルから 読 み 込 んだデータをひとつの 波 形 として 表 示 で きます たとえば あるファイルが I1 と I の 波 形 データを 保 存 し また 別 のファイルが V1 と V のデー タを 保 存 しているとき 4 つの 波 形 を 合 成 してひとつの 画 面 に 表 示 することができます 後 から 読 み 込 むフ ァイルに 同 じ I1 という 波 形 データがあった 場 合 は この 波 形 は I1_1 と 自 動 的 に 名 称 が 変 更 されます Re-load Data ファイルから 読 み 込 んだデータを 波 形 として 表 示 中 のとき ( 新 しいシミュレーションにより) 同 じフ ァイル 名 で 内 容 が 更 新 されたデータが 得 られた 場 合 は Re-Load Data を 選 択 することで 新 しいデータ に 基 づいて 波 形 を 書 き 直 します Save settings 現 在 の 波 形 表 示 編 集 の 設 定 を 保 存 することができます この 設 定 情 報 は (SIMVIEWファイル 名 ).ini というファイルに 記 録 され そのSIMVIEWファイルを 立 ち 上 げる 度 に 自 動 的 に 読 み 込 まれます 7. Edit メニュー 説 明 Undo 以 前 の X と Y 軸 設 定 に 戻 ります Copy to Clipboard スクリーンをクリップボードにコピーします View Data Points データをテキスト 形 式 で 表 示 します Copy to Clipboard ウィンドウ 内 のスクリーンを 他 の 場 所 へコピーできます 選 択 しているウィンドウ 内 のスクリーンを ウィンドウの 縁 を 除 いてクリップボードへ 写 します 7.3 Axis メニュー X Axis Y Axis Choose X-Axis Variable 説 明 X 軸 の 設 定 を 変 更 します Y 軸 の 設 定 を 変 更 します X 軸 として 任 意 のデータ 列 を 選 定 することができます デフォルトではデータの 最 初 の 列 時 間 time が X 軸 として 選 定 されます Page. 3/49

234 SIMVIEW による 波 形 処 理 7.4 Screen メニュー 説 明 Add/Delete Curves 選 択 された 画 面 から 波 形 を 追 加 または 削 除 します Add Screen 新 しい 画 面 を 追 加 します Delete Screen 選 択 された 画 面 を 削 除 します 画 面 を 選 択 するには マウスを 選 択 したい 画 面 の 上 において 左 ボタンを 押 します Add/Delete Curves のダイアログ ボックスを 下 に 示 します Select Curves タブにおいて 表 示 できるすべての 変 数 は Variables Available のボックスに 一 覧 表 示 されます 現 在 表 示 中 の 変 数 は Variables for Display のボックスに 示 されています Variables Available のボックスで 変 数 をハイライトしてから Add のボタンを 押 すと Variables for Display の ボックスにこの 変 数 が 追 加 されます 同 様 に Variables for Display の 変 数 をハイライトして Remove のボタンを 押 すと その 変 数 を 削 除 できます Edit Box では 次 の 数 式 表 現 を 使 うことができます + 加 算 - 減 算 * 乗 算 / 除 算 ^ べき 乗 [ 例 :^3=**] SQRT 平 方 根 SIN サイン COS コサイン TAN タンジェント ATAN アークタンジェント EXP 指 数 [ 例 :EXP(x) = e x ] LOG 自 然 対 数 [LOG(x)=ln(x)] LOG10 常 用 対 数 ( 基 底 10) ABS 絶 対 値 SIGN 符 号 関 数 [ 例 : SIGN(1.)=1; SIGN(-1.)=-1] これらの 数 式 を 使 うには 数 式 を Edit Box に 打 ち 込 み Add のボタンを 押 します 数 式 を 変 更 す る 場 合 には 数 式 をハイライトし Remove のボタンを 押 してください すると 数 式 が Edit Box に 表 示 されるので 数 式 を 変 更 することができます Curve タブでは 色 線 の 太 さおよびマーカー などの 曲 線 特 性 を 定 義 することができます Screen タブでは 前 景 / 背 景 色 グリッド カラーおよびフォント サイズ/タイプなどなスクリーン 特 性 を 定 義 することができます Page. 33/49

235 SIMVIEW による 波 形 処 理 7.5 Measure メニュー 説 明 Measure 波 形 の 値 を 表 示 します Mark Data Point 選 択 された 点 の x 軸 y 軸 の 値 を 表 示 します Max 選 択 された 波 形 の 全 領 域 での 最 大 値 を 求 めます Min 選 択 された 波 形 の 全 領 域 での 最 小 値 を 求 めます Next Max 選 択 された 波 形 の 近 傍 で 次 の 最 大 値 を 求 めます Next Min 選 択 された 波 形 の 近 傍 で 次 の 最 小 値 を 求 めます 波 形 の 領 域 を 選 択 するには マウスの 左 ボタンを 押 しながらドラッグしてください Measure に より 波 形 の 値 を 測 ることができます Measure を 選 ぶと Measurement ウィンドウが 表 示 され るので マウスの 左 ボタンを 押 すことで 波 形 の 上 に 線 が 引 かれて その 位 置 での 値 が 表 示 されます 7.6 Analysis メニュー Perform FFT Display in Time Domain Avg Avg( x ) RMS PF (power factor) P (real power) S ( apparent power) THD 説 明 時 間 領 域 で 表 示 中 の 波 形 の FFT 結 果 を 表 示 します 周 波 数 領 域 で 表 示 中 の 波 形 を 時 間 領 域 の 波 形 で 表 示 します 選 択 された 波 形 の 平 均 を 計 算 します 選 択 された 波 形 の 絶 対 値 の 平 均 を 計 算 します 選 択 された 波 形 の 実 効 値 を 計 算 します スクリーンに 表 示 された つの 波 形 の 力 率 を 計 算 します このスクリーンには つの 波 形 のみを 表 示 させておく 必 要 があります 力 率 は cosθで 表 され θ は つの 波 形 の 位 相 差 となります スクリーンに 表 示 された つの 波 形 の 有 効 電 力 を 計 算 します このスクリーン には つの 波 形 のみを 表 示 させておく 必 要 があります スクリーンに 表 示 された つの 波 形 の 無 効 電 力 を 計 算 します このスクリーン には つの 波 形 のみを 表 示 させておく 必 要 があります THD を 計 算 します これらのすべての は 現 在 スクリーンに 表 示 されている 時 間 範 囲 (x 軸 範 囲 )に 適 用 されます Perform FFT を 選 ぶことにより 時 間 領 域 の 波 形 に 含 まれる 高 調 波 の 振 幅 と 位 相 を 計 算 して 表 示 します FFT 結 果 の 位 相 を 表 示 するには スクリーン 上 の 任 意 の 場 所 をダブルクリックするか Add/Delete アイコ ン をクリックして 下 さい Select Curves タブで Angle タブをクリックし 位 相 を 選 択 します 位 相 Page. 34/49

236 SIMVIEW による 波 形 処 理 の 名 称 は 単 位 が 度 (deg)の 場 合 は Angle(D)_{name} ラジアンの 場 合 は Angle(R)_{name}となります ま たここでの{name}には 時 間 領 域 の 波 形 の 名 称 が 入 ります Simview 画 面 に FFT 結 果 を 表 示 している 場 合 Y 軸 アイコンをクリックし db μv のチェックボック スにチェックを 入 れることで Y 軸 を db μv 表 示 に 変 更 することができます Y 軸 が db μv 表 示 されて いる 状 態 で アイコンをクリックし EMI 規 格 タブを 選 択 することにより EMI 規 格 の 波 形 を 重 ねて 表 示 す ることができます 以 下 の EMI 規 格 の 波 形 が 選 択 可 能 です - FCC Class A and FCC Class B - CISPR 5 (Class 3 Quasi-peak) - Mil-Std 461 (8V, 115V, 0V, 70V, and 440V) 下 図 の 左 側 は Add/Delete アイコンをクリックした 際 のダイアログウィンドウです 右 側 はサンプルとし て FCC Class A standard ( 青 )と FCC Class B standard ( 緑 )の 波 形 を 表 示 したものになります Class A Class B ここで 注 意 して 欲 しいことは 正 確 な FFT 結 果 を 得 るには シミュレーションが 定 常 状 態 に 収 束 して データが 基 本 周 期 の 整 数 倍 に 収 まるように 調 整 してから Perform FFT を 実 行 してください(X-Axis の を 使 ってレンジを 調 整 してください) 例 えば 基 本 波 の 周 波 数 が 60Hz の 場 合 は 表 示 するデータの 長 さを 1/60 秒 の 整 数 倍 にしなければいけません 7.7 View メニュー 説 明 Zoom 選 択 された 範 囲 を 拡 大 表 示 します Re-Draw 波 形 を 再 表 示 します 倍 率 は 自 動 で 調 整 されます Escape Zoom または Measure モードから 抜 けます Standard Toolbar Standard ツールバーの 表 示 を 有 効 無 効 にします Measure Toolbar Measure ツールバーの 表 示 を 有 効 無 効 にします Status Bar ステータス バーの 表 示 を 有 効 無 効 にします Calculator Simview の 電 卓 を 起 動 します 電 卓 のインタフェース 画 面 は 以 下 の 通 りです Page. 35/49

237 SIMVIEW による 波 形 処 理 メモリ 計 算 式 計 算 結 果 7.8 Options メニュー Options Color Grid 説 明 Redraw x-axis when loading new data をチェックすると データを 再 読 み 込 み した 際 に x 軸 の 範 囲 設 定 を 新 しいデータのものを 反 映 します Right mouse action では 右 クリックしたときの 動 作 を 選 択 できます 波 形 の 色 を 多 色 (Color;デフォルト), 黒 (Black) または 白 (White)に 切 り 替 えます グリッドを 表 示 消 去 します 7.9 Label メニュー 説 明 Text 文 字 を 画 像 に 追 加 します Line 線 を 引 きます Dotted Line 破 線 を 引 きます Arrow 矢 印 のついた 線 を 引 きます 線 を 引 くには まず Label メニュー から Line を 選 んでください 線 の 始 点 でマウスの 左 ボタン を 押 し 左 ボタンを 押 したままマウスをドラッグします 破 線 や 矢 印 も 同 様 にして 描 けます Zoom または Measure のモードにいるときに 文 字 またはラベルを 編 集 するには まず View メ ニューから Escape を 選 んで Zoom または Measure モードを 抜 けてください Page. 36/49

238 SIMVIEW による 波 形 処 理 7.10 Settings メニュー 説 明 Re-Load Settings.ini ファイルから 設 定 を 再 読 み 込 みし 現 在 の 表 示 に 適 用 します Save Settings 現 在 の 設 定 を.ini ファイルに 保 存 します Save Temporary Settings 現 在 の 設 定 を 一 時 的 に 保 存 します 一 時 設 定 は 他 のファイルには 適 用 され ず ファイルを 閉 じると 無 効 になります Load Temporary Settings 一 時 設 定 を 読 み 込 み 現 在 の 表 示 に 適 用 します Add to Favorites 現 在 の 設 定 をお 気 に 入 り(favorite)に 登 録 します お 気 に 入 りに 登 録 すると き 線 の 色 や 太 さ テキストフォント Log/dB/FFT 表 示 設 定 x 軸 と y 軸 の 幅 の 保 存 が 選 択 できます Manage Favorites お 気 に 入 りを 管 理 します Simview がデータファイル(.txt または.smv ファイル)を 読 み 込 むとき 対 応 する.ini ファイルが 存 在 す る 場 合 はこの 設 定 を 自 動 的 に 読 み 込 みます Load Temporary Settings と Save Temporary Settings の は 設 定 を 一 時 的 に 保 存 したい 場 合 に 使 いま す 例 として 一 つの 波 形 を 他 の 波 形 と 比 較 したい 場 合 ユーザは 最 初 の 波 形 を 表 示 している 時 に 一 時 保 存 を 選 択 します その 後 つ 目 の 波 形 を 表 示 させる 際 一 時 設 定 を 適 用 します Favorite(お 気 に 入 り)は グラフ 設 定 を 後 で 使 用 するために 保 存 しておくのに 便 利 な 方 法 です 例 とし て Simview が つのスクリーンを 表 示 する 場 合 を 考 えます 上 のスクリーンでは V1 を 赤 色 で 特 定 の x 軸 y 軸 幅 で 表 示 させていて 下 のスクリーンでは V を 青 色 で 特 定 の y 軸 幅 で 表 示 させています この 設 定 を 再 度 使 いたい 場 合 は この 設 定 をお 気 に 入 りに 登 録 し 後 で 使 用 することができます 現 在 の 表 示 をお 気 に 入 りに 登 録 する 際 は Setting メニューの favorite を 選 択 して 下 さい お 気 に 入 りに 登 録 するときは 現 在 表 示 しているスクリーンの 番 号 とお 気 に 入 りのスクリーン 番 号 を 一 致 させる 必 要 が あることに 注 意 して 下 さい 7.11 データの 書 き 出 し(Export) FFT の 結 果 はテキスト ファイルに 保 存 できます シミュレーション 結 果 (*.txt)と FFT の 結 果 (*.fft)が 両 方 ともテキスト 形 式 で 保 存 できるので テキスト エディタもしくは 他 のソフトウェア(Microsoft Excel など)で 読 み 込 むことができます たとえば Excel では データファイルを 開 くことにより デー タは 自 動 的 に 表 形 式 に 変 換 されます 7.1 実 際 の SIMVIEW 使 用 の 流 れ ここではSIMVIEWの 基 本 操 作 手 順 の 流 れを 説 明 していきます SIMVIEW の 立 ち 上 げ ここでは SIMVIEW 起 動 時 の 操 作 について 説 明 します SIMVIEWの 起 動 方 法 は 大 きく 分 けて 二 つあります simview.exe から 起 動 する PSIM 内 の Options の Auto-run SIMVIEW にチェックを 入 れた 状 態 で Run Simulation を 行 う 今 回 は 後 者 の 方 法 でSIMVIEWを 起 動 させます 波 形 表 示 する 変 数 指 定 SIMVIEWが 立 ち 上 がり 下 に 示 す Properties ウィンドウが 現 れます ここで どの 変 数 を 波 形 表 示 するのかを 決 めます ( 今 回 は 過 渡 解 析 結 果 の 状 態 になっていますので 自 動 的 にx 軸 はTimeに 設 定 されています ) Variables Available からy 軸 に 設 定 したい 変 Page. 37/49

239 SIMVIEW による 波 形 処 理 数 を 選 び Add をクリックすると その 変 数 が Variables for display の 中 に 移 動 し ます 計 算 また 変 数 を 計 算 処 理 してから 波 形 を 作 ることもできます ウィンドウ 内 左 下 ( Variables Available の 下 )の 欄 に 数 式 を 記 入 して Add を 押 すと その 数 式 を Variables for display の 中 に 移 動 させることもできます 今 回 は 下 図 (Properties 変 数 決 定 )のように I(RL1) I(RL1) I(RL1) を 波 形 表 示 します SIMVIEW Properties SIMVIEW Properties 変 数 決 定 OK を 押 すと 下 図 のようにスクリーン 上 の 波 形 が 表 示 されます SIMVIEW I(RL1) 及 び I(RL1) I(RL1)) 波 形 Page. 38/49

240 SIMVIEW による 波 形 処 理 7.1. 波 形 表 示 次 に スクリーンまたは 波 形 の 追 加 軸 の 設 定 変 更 を 行 います スクリーンの 追 加 ウィンドウ 上 側 の Add one Screen ( 上 図 ( 上 部 ツールバー1)の 黄 丸 内 右 側 )をクリ ックすると 再 び Properties のウィンドウが 現 れますので 波 形 表 示 したい 変 数 を Add して OK をクリックします すると ウィンドウの 中 に 新 しいスクリーンが 作 成 されます スクリーン 内 に 波 形 を 追 加 Add one Screen の 左 横 の Add or Delete Curves to selected Screen をクリックする と 再 び Properties ウィンドウが 現 れますので Add と Remove を 用 いて 波 形 の 追 加 や 削 除 をします 軸 の 設 定 上 図 ( 上 部 ツールバー1)の 赤 丸 内 の X をクリックすると 下 図 の X-Axis ウィンド ウが 現 れ x 軸 の 設 定 を 行 うことができます 図 X-Axis 内 の 赤 丸 内 で x 軸 の 目 盛 をLinear( 線 形 )もしくはLog( 対 数 )に 変 更 でき ます 図 X-Axis 内 の 黄 丸 内 で 表 示 するx 軸 の 目 盛 の 幅 を 決 めることができます 図 X-Axis 内 の 青 丸 内 で 目 盛 を 表 示 するグリッドの 数 の 設 定 ができます 例 えば 図 中 では0から0.4までを5 個 の 目 盛 で 分 割 するという 設 定 になっていますので 上 図 I(RL1) 及 びI(RL1) I(RL1)) 波 形 では に 目 盛 が 表 示 されています y 軸 も Y をクリックすることで 同 様 の 設 定 変 更 が 可 能 です x 軸 の 変 更 Axis Choose X-Axis Variable を 選 びますと 下 図 Set X-Axis のようなウィン ドウがでてきます ここでx 軸 に 設 定 する 変 数 を 変 更 することができます SIMVIEW X-Axis Page. 39/49

241 SIMVIEW による 波 形 処 理 SIMVIEW Set X-Axis 波 形 編 集 Add or Delete Curves to selected Screen をクリックすると Properties ウィンドウ が 現 れますので 上 側 のタブの 内 Curves をクリックすると 下 図 Properties Curves のような 設 定 画 面 が 現 れます Label で 波 形 の 表 示 名 を 変 更 できます また Color で 波 形 の 色 Line Thickness で 波 形 の 太 さ そして Marker Symbol で 波 形 の 軌 跡 を 描 いている 点 の 形 を 選 ぶことができます SIMVIEW Properties Curves スクリーン 編 集 同 じウィンドウ Properties の 上 側 のタブの 内 Screen をクリックすると 下 図 Properties Screen のような 設 定 画 面 が 現 れます Foreground color で スクリーンの 外 枠 の 色 を 編 集 できます また Background color で 背 景 の 色 Grid color でグリッドの 色 そして Font でスクリーン 内 の 文 字 のフォントを 編 集 できます SIMVIEW Properties Screen Page. 40/49

242 SIMVIEW による 波 形 処 理 波 形 観 測 次 に 波 形 の 観 測 を 行 います Zoom Box 上 図 上 部 ツールバー の 赤 丸 内 の 左 の Zoom Box を 使 うと スクリーン 内 の 任 意 の 位 置 をズームインして 観 測 することができます 波 形 の 特 定 の 箇 所 を 拡 大 して 見 たいとき に 使 います Zoom Box をクリックすると マウスカーソルの 形 が 変 わりますので この 状 態 で ス クリーン 上 でズームインしたい 場 所 にマウスを 持 っていき 左 クリックをドラッグしなが ら 四 角 を 描 きます そしてマウスの 左 クリックを 戻 すと 描 いた 四 角 内 部 がズームインさ れます Zoom InとZoom Out 左 から 二 番 目 と 三 番 目 はそれぞれ Zoom In と Zoom Out です これらは クリック する 度 に 少 しずつスクリーンをズームイン またはズームアウトさせることができます 波 形 表 示 を 少 しずつ 変 化 させて 観 測 したいときに 使 います (スクリーンの 中 央 をズーム する ですので ズームする 場 所 を 変 えたい 場 合 は 図 8の 赤 丸 内 の 一 番 右 の Pan を 使 って 波 形 の 中 心 位 置 を 変 えて 下 さい ) Zoom 次 の 左 から 四 番 目 と 五 番 目 は 互 いに Zoom と 名 付 けられていますが 使 用 方 法 が 少 し 違 います 四 番 目 の Zoom は マウスカーソル 位 置 に 対 して スクリーンの 上 下 または 左 右 が 均 等 にズームされます ボタンをクリックすると マウスカーソルの 形 が 変 わります この 状 態 でスクリーン 中 央 にカーソルを 持 っていきます 例 として 左 クリックでドラッグしながらカーソルを 上 にもっていくと 下 図 Zoom1 のようにマウスをドラッグした 位 置 に 対 して y 軸 方 向 上 下 対 称 にズームアウトされてい きます (マウスを 上 : y 軸 方 向 をズームアウト マウスを 下 : y 軸 方 向 をズームアップ マ ウスを 右 : x 軸 方 向 をズームアウト マウスを 左 : x 軸 方 向 をズームアップなど ) 五 番 目 の Zoom は マウスカーソル 位 置 に 対 して スクリーンの 上 下 または 左 右 一 方 向 にスクリーンをズームします ボタンをクリックすると マウスカーソルの 形 が 変 わり ます Page. 41/49

243 SIMVIEW による 波 形 処 理 例 として スクリーン 中 央 より 左 上 にカーソルを 持 って 行 って 左 クリックでドラッグし ながらカーソルを 右 下 にもっていくと 下 図 Zoom のようにマウスをドラッグした 位 置 に 対 してスクリーンが 右 下 に 縮 小 されていき ズームアウトされていきます ( 例 え ば マウスを 右 上 からさらに 右 上 へドラッグしながら 持 っていくと 左 下 方 向 がズームアッ プされる 形 になります ) Pan 一 番 右 側 の Pan は ここを 選 択 した 状 態 で スクリーン 上 の 任 意 の 位 置 をドラッグす ると ドラッグしながらマウスの 動 きに 合 せてスクリーンを 自 由 に 縦 横 に 移 動 させること ができます 測 定 SIMVIEW 上 部 ツールバー3 ここでは 波 形 から 値 の 測 定 をします メジャーカーソル1 SIMVIEW 下 部 ツールバー SIMVIEWウィンドウ 上 側 の 上 図 上 部 ツールバー3 の 赤 丸 内 の Show values of X and Y At the selected curves をクリックすると x 軸 に 垂 直 なメジャーカーソルが 現 れます 左 クリックでドラッグしながらマウスを 動 かすと それに 合 わせてメジャーカーソルも 動 き その 点 での 波 形 のxy 値 が 右 下 のウィンドウに 表 示 されます (また 赤 丸 内 の Place a text[x, Y] at the selected curves をクリックすると その 点 でのxy 値 をスクリー ン 上 にテキストボックスとして 作 ることができます ) メジャーカーソル ここで スクリーン 上 で 右 クリックをすると 新 しいメジャーカーソルが 現 れます 右 クリ ックでドラッグをしながらマウスを 動 かすと それに 合 わせてそのメジャーカーソルも 動 Page. 4/49

244 SIMVIEW による 波 形 処 理 きます このとき Measureウィンドウ には 二 つのメジャーカーソル 間 の 差 の 値 が 表 示 されます ( 下 図 メジャーカーソル 参 照 ) 水 平 方 向 メジャーカーソル 上 図 下 部 ツールバー 緑 丸 内 の 一 番 左 をクリックすると メジャーカーソルが 垂 直 方 向 だけでなく 水 平 方 向 も 現 れます もう 一 度 クリックすると 垂 直 方 向 だけに 戻 ります 最 大 値 上 図 下 部 ツールバー 緑 丸 内 の 左 から 二 番 目 の Find global maximum value をクリッ クすると 波 形 のスクリーン 表 示 範 囲 内 で 最 も 大 きなy 値 を 持 つ 場 所 にメジャーカーソル が 移 動 します 波 形 の 最 大 値 を 求 めたい 時 などに 使 用 します 次 の 最 大 値 その 右 隣 りの Find next maximum value は 現 在 値 から 近 傍 で 最 も 大 きな 値 にカーソル が 移 動 します 最 小 値 上 図 下 部 ツールバー 緑 丸 内 の 右 から 二 番 目 の Find global minimum value をクリッ クすると 波 形 のスクリーン 表 示 範 囲 内 で 最 も 小 さなy 値 を 持 つ 場 所 にメジャーカーソル が 移 動 します 波 形 の 最 小 値 を 求 めたい 時 などに 使 用 します 次 の 最 小 値 その 右 隣 りの Find next minimum value は 現 在 値 から 近 傍 で 最 も 小 さな 値 にカーソル が 移 動 します y 値 の 平 均 値 RMS 絶 対 値 の 平 均 値 次 の 三 つはそれぞれ 波 形 のスクリーン 表 示 範 囲 内 での y 値 の 平 均 値 RMS そして 絶 対 値 の 平 均 値 を 計 算 し Measureウィンドウ に 表 示 してくれます メジャーカーソルの 微 小 ステップ 移 動 右 から 一 二 番 目 はそれぞれ go to next Point と Go to previous point です クリッ クするごとに それぞれ 微 小 ステップでx 軸 の 増 加 方 向 または 減 少 方 向 にメジャーカー ソルを 移 動 させることができます 少 しずつx 値 を 変 えて 波 形 上 をスイープして 値 を 測 定 したいときなどに 使 います 測 定 する 波 形 の 切 り 替 え SIMVIEW メジャーカーソル 最 後 に 一 つのスクリーン 内 に 複 数 の 波 形 がある 場 合 は 上 図 下 部 ツールバー 青 丸 内 によって 波 形 の 切 り 替 えが 行 えます 描 画 最 後 に スクリーン 上 への 描 画 を 使 用 してみます 描 画 はSIMVIEWウィンドウ 上 部 のツールバーの Label 内 に 納 まっています Text Page. 43/49

245 SIMVIEW による 波 形 処 理 スクリーン 内 に 文 字 をテキストボックスとして 配 置 することができる です Label 内 の Text を 選 ぶと 下 図 Text のようなウィンドウが 立 ち 上 がります 空 欄 部 に 配 置 したい 文 字 を 書 き 込 んで 下 さい( 日 本 語 も 可 能 です ) Font では 文 字 のフォント スタイル そして 文 字 の 大 きさを 変 更 可 能 です Text color では 配 置 する 文 字 の 色 の 設 定 ができます Justification では 行 端 の 揃 え 方 を 指 定 することができます Vertical text にチェックを 入 れると 配 置 するテキストを90 度 回 転 させることができま す OK をクリックするとウィンドウが 消 えますので 文 字 を 配 置 したい 場 所 にマウスカー ソルを 持 っていき 左 クリックで 文 字 を 配 置 できます SIMVIEW Text Line Dotted Line Arrow スクリーン 内 に 線 を 引 く です Label 内 から 引 きたい 線 を 選 び スクリーン 内 にマウスカーソルを 持 ってきます 線 の 始 点 としたいところで 左 クリック ドラッグしたまま 線 の 終 点 としたいところへマ ウスを 持 っていき 左 クリックを 離 すことで 線 が 引 けます 一 度 線 を 引 いた 後 でも 線 の 両 端 をドラッグすれば 再 度 線 の 始 点 終 点 の 変 更 が 可 能 です Page. 44/49