特殊波形機能による任意負荷電流波形の実践活用法

Application note アプリケーションノート 大容量スマート交流・直流安定化電源 PCR-WEA2 シリーズ 定電流出力 / 回生電子負荷機能オプション 実負荷の波形を完全再現 !! OBC・V2H機器評価の試験効率を劇的改善 特殊波形機能による 任意負荷電流波形の実践活用法

はじめに 近年、OBC（On-Board Charger）の役割が大きく変化しています。 従来の「車のバッテリーを充電する」という一方向の機能から、 V2H（Vehicle to Home）や V2L（Vehicle to Load）として「車から家庭や電気製品に電力を供給する」 双方向の役割が求められるようになりました。 この変化により、OBC は多種多様な家電製品が接続される負荷環境に 対応する必要があり、その評価試験も複雑化しています。 本稿で紹介する「特殊波形機能」とは、PCR-WEA2 シリーズにユーザー定義の波形を読み込ませ、 その波形を高い再現性で出力できる機能です。 この機能を活用すれば、OBC や V2H機器の評価試験で必要となる多種多様な負荷環境を 効率的に再現することができます。 本稿では、コンデンサインプット型整流回路の波形を再現する方法を実例とともに解説します。 ！ 　本稿で紹介する特殊波形機能を行うためには、PCR-WEA2 シリーズ本体に加え、PCR-WEA2 シリーズ向け工場オプション 　「定電流出力 / 回生電子負荷機能」及びアプリケーションソフトウェア Wavy for PCR-WE が必要です。 目 次 1. 特殊波形機能の必要性 P3 本機能が活躍する場面について背景を説明します。　 2. 実負荷のコンデンサインプット波形 P4 弊社が所有しているコンデンサインプット治具での測定結果を示します。 3.Wavy for PCR-WE で波形データの書き込み P5 オシロスコープでの波形取得から Wavy for PCR-WE での書き込みまでの手順を示します。 4.PCR-WEA2 本体画面での任意波形の出力設定 P7 3. で書き込んだ任意波形を PCR-WEA2 で出力するための設定手順を示します。 5. 波形の再現確認 P8 コンデンサインプット実負荷の波形と PCR-WEA2（LOAD） の波形を実験で比較しました。 付録：本オプション にプリインストールされている特殊波形 CC LOAD, CC SUPPLY モードでは 21 種類の特殊波形があらかじめ内蔵されています。 P9 Wavy for PCR-WE を使わなくても特殊波形を出力することができます。 21 種類の実際の波形を紹介します。 2 2

1. 特殊波形機能の必要性 ■ OBC・V2H機器評価における 3つの課題 OBC や V2H機器は、多種多様な家電製品が接続されることを想定した評価試験を求められています。 しかし、従来の実負荷を用いた評価試験では以下の課題がありました。 【課題 1】多数の実負荷機器が必要 ・ドライヤー、掃除機、電子レンジ、AC アダプタ ... ・保管スペースとコストの増大 ・国ごとに異なる家電製品の準備 【課題 2】試験の再現性が低い ・負荷の起動タイミングで波形が変化 ・同じ試験を繰り返せない ・試験のやり直しによる工数増加 【課題 3】試験準備の効率が悪い ・電源装置と負荷装置の配線切替 ・複数機器の組み合わせによる複雑な配線 ・セットアップ時間の増大 ■家電製品ごとに異なる電流波形の実態 家電製品の電流波形を観測してみると、正弦波に限らないということが分かります。 正弦波のように緩やかに時間変化する波形の場合は電圧波形への影響は小さいですが、 急峻に時間変化するような特殊な波形の場合は電圧波形に変動や歪を生じることがあります。 ドライヤー 掃除機 AC アダプタ 電動ドライバ 一般的に電圧源の特性を等価回路で示すと、下図のように これらの電圧と電流の関係性を式で表すと、 なります。理想的な電圧源の場合、R（抵抗） や L（インダ クタンス） はゼロですが、現実には必ず存在する要素です。 これらは使用する部品や制御方式によって値が決まります。 流れた電流の大きさや電流の変化率によって、負荷端の電 圧 Vo が変動してしまうことが分かります。 想定されるさまざまな負荷に対して、電源にどこまでの性 能があるのかを検証するうえで、本機能が有効です。 3 3

2. 実負荷のコンデンサインプット波形 下図の環境で、コンデンサインプット型整流回路の波形を取得しました。非常に急峻な電流変化が観測できます。 C 電解コンデンサ 39600 uF 交流電源 240 Vrms 60 Hz R 抵抗負荷装置 65 Ω D1, D2 ブリッジダイオード CH3:U-N 間 電圧 100 V/div CH4: 出力電流 20.0 A/div Crest Factor = 60.503 Apeak / 14.465 Arms = 4.18 拡大 3 A / 24 us -7 A / 24 us = 125 kA/s = -292 kA/s 4 4

3. Wavy for PCR-WE で波形データの書き込み 1. オシロスコープで波形データを CSV 形式 で取得します。 ※ Wavy では 4096 ポイントを扱います。4096 ポイント以上のデータの場合は自動で間引き処理されます。 　　なお、データ数の上限は 1 万ポイントまでです。あらかじめ一周期 4096 ポイントで取得することがおすすめです。 2. オシロスコープで取得した波形データのうち、 　 書き込みたいデータのみを抜き出した CSV ファイル を作成します。 3. Wavy for PCR-WE を起動します。 4. シーケンス > インターフェース 5. USB* > 製造番号 （シリアル）を選択 > 　　機種 PCR-”WEA” > 接続テスト > OK > OK *RS232C, GPIB, Ethernet でも接続できます。 ※ Wavy での書き込みデータ作成は、PCR-WE / WEA と通信状態になくてもできます。 　　書き込みの際には、本ページの通り、接続を行ってください。 5 5

6. シーケンス > 任意波形の作成・編集 7. 任意波形の種類 　　> 任意 > 読み込み 　　> CSV ファイル選択 > 開く 8. 開始位置と終了位置を入力 > 変換 > OK > 戻る 開始 / 終了位置までのデータ数が 4096 ポイント以上の場合は、4096 ポイントを一周期としたデータに間引いて変換されます。 9. 保存 > 保存先の選択 > 保存 シーケンス作成・制御ソフトウェア「ウェーヴィー」 Wavy Wavy for PCR-WE ［ SD032-PCR-WE ］ ●標準価格 : ¥60,000 （税込：¥66,000） Download ! Wavy 体験版あります！ 機能制限なしで プログラミング知識ゼロでも 3 週間お試しいただけます http://www.kikusui.co.jp/ 簡単にシーケンスコントロール！ download/index_j.html シーケンス作成・制御ソフトウェア「ウェーヴィー」は、PCR-WEA/WEA2 の シーケンス作成・実行を支援するためのソフトウェアです。 マウスを使ってお絵かき感覚＆表計算感覚で作成・編集ができます。 コマンド制御 10. 波形バンク > 波形 No. 選択 * > 転送 グラフ表示・条件設定等 直接制御 * 波形 No. とは PCR-WEA2 の画面で 　操作する際に、どの任意波形を Wavy はこんなに便利 　使用するか選択する際の番号となります。 ● シーケンス動作に必要な試験条件データの作成・編集作業が容易 ● 試験条件データファイルを保存可能、定型試験の条件管理が容易 ● 実行シーケンスの経過を「実行グラフ」上に設定値とカーソルで表示 ● 実行中のモニタ値をプロットする「モニタグラフ」で直感的に実出力の観測が可能 ● 取得したモニタデータを試験結果として保存が可能 ●「 波形ビュー」ウインドウで交流信号（AC）の波形を簡単に把握 ● 任意波形の作成や編集が容易。作成した任意波形はすぐに書き込んで出力可能 ● シーケンスのステップ項目の選択 / 未選択をサポート ポーズ機能やトリガ機能、AC 波形等、必要に応じて選択可能 以上で、Wavy for PCR-WE による書き込みが完了しました。 6 6

４．PCR-WEA2 本体画面での任意波形の出力設定 ➀特定の相に設定する場合（U, V, W それぞれに任意波形を設定できます） 1. OTHERS（SHIFT+MEMORY） >WAVE（F2） > 1/2（F6） 2. “U, V, W” WB No. “x” :USER* > APPLY（F4） ➁全相に設定する場合（U, V, W 全ての相に同じ任意波形を設定します） 1. OTHERS（SHIFT+MEMORY） >WAVE（F2） ← 任意波形が設定されていると、 S.WAVE アイコンが表示されます。 2. WB No. “x” :USER* > APPLY（F4） 7 7

5．波形の再現確認 コンデンサインプット実負荷の波形と PCR-WEA2 の波形を実験で比較しました。 右上図は実負荷と PCR-WEA2 の結果 （レスポンス設定 FAST および SLOW）を重ねて比較、 右下図は実負荷との誤差を比較したものです。 ●条件 　PCR12000WEA2R 　15.50 Arms, FAST / SLOW 　 ●結果 　FAST ではおおよそ一致しています。 　SLOW では無効電流と応答による誤差があります。 　 ●推奨 　できるだけ速いレスポンス設定にすることで、任意波形の 　再現性が良くなります。そのほか無効電流抑制機能を使用 　することも、 波形の再現性向上に有効です。 　なお、レスポンス設定を FAST にすると被試験物によって 　は動作が不安定になったり、リンギングが発生したりする 　ことがあります。 　その際はレスポンス設定を MEDFAST、MEDSLOW、 　SLOW などに変えてお試しください。 8 8

付録：本オプションにプリインストールされている特殊波形 No.0 正弦波 No.236 矩形波 No.237 矩形波 上半波 No.238 矩形波 下半波 No.239 三角波 No.240 コンデンサインプット 全波 ① No.241 No.242 No.243 コンデンサインプット 全波 ② コンデンサインプット 全波 ③ コンデンサインプット 全波 ④ No.244 No.245 No.246 コンデンサインプット 上半波 ① コンデンサインプット 上半波 ② コンデンサインプット 上半波 ③ 9 9

付録：本オプションにプリインストールされている特殊波形 No.247 No.248 No.249 コンデンサインプット 下半波 ① コンデンサインプット 下半波 ② コンデンサインプット 下半波 ③ No.250 位相制御 全波 ① No.251 位相制御 全波 ② No.252 位相制御 全波 ③ No.253 位相制御 上半波 ① No.254 位相制御 上半波 ① No.255 位相制御 全波 ③ No.256 10 次高調波重畳 10 % 10 10

●定電流出力／回生電子負荷機能オプション ●標準価格　￥1,200,000（ 税込￥1,320,000） NEW ※工場出荷時オプションとなります。既存の製品に取り付け機能させることはできません。 「定電流出力／回生電子負荷機能オプション」は、PCR- 特長 WEA2 シリーズ（最大電力 6kVA 以上の R 付きモデル）に搭 ■ 追加動作モード： CC SUPPLY、CC LOAD 載できる工場出荷時オプションです。従来の交流・直流安定 ■ AC三相： 最大 120A入力／単相： 最大 360A入力 化電源（CV SUPPLY）機能に加え、新たに「定電流出力（CC ■ 電圧： 160Vrms/320Vrms、DC ± 226V/± 452V SUPPLY）モード」と「回生電子負荷（CC LOAD）モード」の 2 ■ 同期周波数： 45Hz ～ 65Hz つの動作モードを搭載。回生電子負荷モードは、高度な位相 ■ 6kVA ～ 36kVA（6モデル） 設定に加え任意の電流波形を忠実に再現可能です。これによ ■ 単相・単相 3線・三相負荷を 1台で！ ■ 位相制御・急変、任意波形機能など負荷動作を自在に再現 り、負荷力率可変や位相急変をはじめ、負荷急変や高調波電 ■ 対応モデル 流の再現など多彩な波形制御を実現します。 双方向オンボードチャージャーや各種インバータ評価では、 形名 ファームウェア バージョン 入力電圧 現実の負荷に極めて近い動作を再現することができます。 PCR6000WEA2R PCR12000WEA2R PCR18000WEA2R 【ご注意】 本オプション搭載時、並列運転はCV SUPPLYモー バージョン 6.xx 三相３線 200V PCR24000WEA2R ド時のみ可能です。CC SUPPLY モード、CC LOAD モード PCR30000WEA2R では並列運転ができませんのでご注意ください。 PCR36000WEA2R 回生電子負荷モード（CC LOAD） 定電流の AC/DC 回生負荷として動作します。0.1̊ 単位での位相設定が可能で、力率を細かく変更することができます。 また、任意波形機能を活用することで、コンデンサインプット波形や位相制御型の負荷動作も再現できます。 吸収したエネルギーは一次側に構内回生し再利用ができるため、CO2 削減に貢献できます。 ※ CC モード、CC ＋ CR モードの設定が可能です。 ●位相（力率）可変 ●特殊波形 　任意の電圧に対して電流位相を 0̊ ～± 360̊ 設定可能 　21 種類の特殊波形が事前にインストールされています。 ※ユーザ定義の特殊波形を生成したい場合は、別途アプリケーションソフトウェア Wavy for PCR-WE が必要です。 力率 力率 電圧波形 電圧波形 1 0.5 電流波形 電流波形 コンデンサインプット波形 位相制御波形 ●高調波電流重畳 　任意の高調波電流を重畳可能 ●位相急変 　任意のタイミングで位相（力率）の急変が可能 ●負荷急変 　負荷電流の大きさを任意のタイミングで変更可能 ●突入電流模擬 　モータ起動時の突入電流を模擬 ●三相不平衡 10 次高調波 10% 10 次高調波 10% 重畳波形 30 次高調波 5% 重畳波形 　UVW 各相の電流値、位相バランスも任意に設定可能 菊水電子工業株式会社 本 社 〒 224-0023 横浜市都筑区東山田 1-1-3 TEL（. 045）593-0200 首都圏東営業所 〒 224-0032 横浜市都筑区茅ケ崎中央 6-1 サウスウッド 4F TEL（. 045）482-6458 首都圏南営業所 〒 224-0023 横浜市都筑区東山田 1-1-3 TEL（. 045）593-7543 東 北 営 業 所 〒 981-3133 仙台市泉区泉中央 3-19-1リシュルーブル ST TEL（. 022）374-3441 北関東営業所 〒 330-0801 さいたま市大宮区土手町1-49-8 G・M 大宮ビル 5F TEL（. 048）644-0601 東 海 営 業 所 〒 465-0097 名古屋市名東区平和が丘 2-143 TEL（. 052）774-8600 関 西 営 業 所 〒 564-0063 吹田市江坂町 1-12-38 江坂ソリトンビル 2F TEL（. 06）6339-2203 九 州 出 張 所 〒 812-0039 福岡市博多区冷泉町 7-19 NR ビル 2F TEL（. 092）263-3680 ●2025 年 11 月発行