複雑なモータードライブシステムの解析と設計

Yamakura
Yamakura
Altair Employee
edited May 2023 in Altair HyperWorks - 日本語

この記事は、Analysis and design of complex motor drive systemsを日本語に翻訳したものです。

モータードライブの設計、シミュレーション、解析には、強力なツールが必要です。Altairはそれを提供します。市場で最も速く、最も正確なシミュレーションを実現し、あなたの仕事をこれまで以上に効率化します。

モータードライブにおいてエンジニアがしばしば直面する主な課題には、以下のようなものがあります。

  • モーター性能評価
  • 電流・速度フィードバックループのコントローラ設計
    • センサ付きまたはセンサレス制御、FOC/DTC
  • パワーコンバータの主要コンポーネントの測定
    • インバータの損失計算とデバイスの比較
    • DCバスサイジングとリンクコンデンササイジング
    • EMIフィルター評価

直感的なユーザーインターフェース、簡単な実装、優れた技術サポートにより、すぐに運用を開始することができます。

モーター性能の評価

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どのようなモーターを使用し、どのような設計パラメータが必要かを評価する必要があります。FEAツールの精度が必要なのか、それともビルトインモデルで大丈夫なのか？

PSIM では、FluxMotor やFluxで生成されたモデルでシミュレーションする機能があります。また、JMAGのモデルでシミュレーションを行うこともできます。

FEAモデルの詳細が必要ない場合、PSIMはモーターモデルの完全なライブラリを提供します。誘導電動機、PMSM、スイッチドリラクタンス、DCなど、あらゆるモータを網羅した様々なタイプの線形および非線形モータモデルを用意しています。サポートされている機械モデルの完全なリストは、こちらをご覧ください。

強力なスクリプトツールを使って、シミュレーションや解析を自動化し、効率的な作業を実現しましょう。

Learn More:

Webinar Drive Efficiency and Silence - How to Design High-Efficiency and Less Noisy Motor Drives
Webinar: Motor Drives with High-Frequency Interactions (53:19)
Tutorial: New Motor Models (3:26)

Motor Control Design

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モータードライブのコントローラを設計することは、マルチループ構造や非線形性のために困難な場合があります。PSIMのモーターコントロール・デザイン・スイートでは、電流ループと速度ループを閉じ、実際に動作するモータードライブ・シミュレーションを提供します。PSIMのデザインスイートは、電力とトルクの適切な動作制限を持つ、最大トルク/電流制御、弱め界磁制御、最大トルク/電圧制御を実装しています。

ループを閉じたり、独自の新しいアルゴリズムを実装したい場合は、PSIMの両方に必要な制御ライブラリ要素がすべて含まれています。シミュレーションにcコードを埋め込んで、そのパフォーマンスを確認することもできます。

また、ActivateやEmbedで制御構造を定義し、PSIMモデルとコ・シミュレーションすることも可能です。制御設計にSimulinkを使用している場合は、Simulinkの制御コンポーネントとPSIMのモータードライブをコ・シミュレーションすることも可能です。

Learn More:

Webinar Drive Efficiency and Silence - How to Design High-Efficiency and Less Noisy Motor Drives
Tutorial: The motor control design suite
Tutorial: Implementing Field Weakening & MTPA Control with PSIM (14:10)
Tutorial: How to Implement Field Oriented Control of PMSM with PSIM & SmartCtrl (18:00)
Tutorial: Co-simulation of Simulink and PSIM with SimCoupler (5:22)
Tutorial: Co-simulation with Activate

Sensorless Control

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モータードライブシステムのセンサレス制御の設計を支援するため、PSIMは、TIのセンサレス制御アルゴリズムInstaSPINを迅速に実装するための便利なツールをユーザーに提供します。アルゴリズムの機能をシミュレーションできるほか、迅速かつ簡単にハードウェアを実装するための組み込みコード生成を実行することもできます。

InstaSPINを使用しない場合は、必要なライブラリ要素、スライディングモードオブザーバ（SMO）、シミュレーションにおけるcコードなどがすべて提供されます。独自のセンサレスアルゴリズムを素早く設計し、シミュレーションできるようにするためです。

Learn More:

Tutorial: InstaSPIN code generation – DRV8305 Quick Start | PMSM control (11:06)
Webinar: Using InstaSPIN for Sensorless PM Motor Drives (57:09)
Webinar: Design of Sensored and Sensorless Motor Drives with PSIM (49:18)

Power Hardware Design

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モータドライブのパワーステージには，システム効率，ヒートシンク，電磁干渉（EMI），およびモータドライブの性能エンベロープに大きく影響するいくつかの重要な設計上の決定事項があります。

インバータの損失計算と異なるデバイスの比較は簡単に行うことができます。異なる動作条件下での伝導損失、スイッチング損失、ジャンクション温度を計算し、熱等価回路を使用してヒートシンク要件をモデル化することができます。これにより、IGBTからSiC MOSFETへの切り替えなど、重要な設計上の意思決定を行うことができます。

SVPWM、DPWM、6パルスなど、さまざまなインバータゲーティング方式を簡単に比較することができます。- 熱効率とモータードライブ性能を比較できます。

電磁干渉（EMI）は、モータードライブが他の敏感な電子機器との接続が増えるにつれて、非常に重要な設計上の考慮事項となっています。当社のEMI Design Suiteを使えば、フィルターの評価と設計を簡単に行うことができます。

DCバスコンデンサーのサイズやリップル電流の定格など、DCリンクの仕様を素早く簡単に理解することができます。

もちろん、これらの調査や比較は、強力なスクリプトツールで自動化することができます。

Learn More:

Webinar: Virtual front loading for minimal conducted EMI
Webinar Drive Efficiency and Silence - How to Design High-Efficiency and Less Noisy Motor Drives
Webinar: Motor Drives with High-Frequency Interactions (53:19)

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