Low-Voltage DC Circuit Breaker Constructed of Power Semi-Conductor: Toward High Current Breaking Ability

• Project/Area Number: 26420229
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Power engineering/Power conversion/Electric machinery
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Yokomizu Yasunobu 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50230652)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松村 年郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90126904)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2016: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2015: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2014: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 大電流 / 直流 / 遮断器 / 限流遮断 / パワー半導体 / 直流遮断 / パワー半導体素子 / 限流

Outline of Final Research Achievements

A model low-voltage DC circuit breaker has been constructed to apply an insulated gate bipolar transistor to the direct-current interruption. The model circuit breaker functions limitation and interruption of the DC through a decrease in a gate-emitter voltage with an elapsed time at a certain time-constant. This research was performed to make the comprehensive elucidation on the current breaking properties.
With regard to a current breaking property, the model circuit breaker designed with the time constant of 5 and 1 ms proved to accomplish the current interruption even for 300 A and even for the circuit inductance of 4.2 mH. Deriving an ohmic heat emerging during a current-limiting period allowed to find out the successful-interruption criterion that the ohmic heat energy is lower than 25 J or the current limiting time is longer than about 5 ms.

Research Products

• [Presentation] 限流抵抗方式を用いたSiC-MOSFET型直流モデル遮断器の直流電流遮断とチップ温度推定 (2017)
  • Author(s): 横水 康伸，玉尾 一真，日比野 真也，松村 年郎
  • Organizer: 平成29年電気学会全国大会講演論文集
  • Place of Presentation: 富山大学 五福キャンパス (富山市五福)
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] SiC-MOSFET型直流用モデル遮断器へのゲート・ソース間電圧2段階方式の 適用と遮断限界測定 (2017)
  • Author(s): 横水 康伸，日比野 真也，玉尾 一真，松村 年郎
  • Organizer: 平成29年電気学会全国大会講演論文集
  • Place of Presentation: 富山大学 五福キャンパス (富山市五福)
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] SiC-MOSFET型直流モデル遮断器へのゲート・ソース間電圧2段階低下方式の適用と 定常電流通電および電流遮断 (2016)
  • Author(s): 横水 康伸，玉尾 一真，日比野 真也，松村 年郎
  • Organizer: 平成28年度電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会講演論文集
  • Place of Presentation: 豊田工業高等専門学校 (愛知県豊田市)
  • Year and Date: 2016-09-12
• [Presentation] IGBT型直流用モデル遮断器の突入電流遮断限界とその要因考察 (2016)
  • Author(s): 横水康伸，大橋亮介，玉尾一真，松村年郎．
  • Organizer: 平成28年電気学会全国大会講演論文集， 6-029．
  • Place of Presentation: 東北大学 川内北キャンパス(仙台市青葉区)
  • Year and Date: 2016-03-16
• [Presentation] Rush-Current Breaking Properties of IGBT-Type DC Model Circuit Breaker with Different Time Constants of Gate-Emitter Voltage (2015)
  • Author(s): Y. Yokomizu, R. Ohashi and T. Matsumura.
  • Organizer: eProceedings of 2015 3rd International Conference on Electric Power Equipment - Switching Technology (ICEPE-ST
  • Place of Presentation: Busan, Korea
  • Year and Date: 2015-10-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] SiC-MOSFET を利用した直流モデル遮断器に関する基礎検討 (2015)
  • Author(s): 横水 康伸，大橋 亮介，松村 年郎
  • Organizer: 平成27年度電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会講演論文集，F1-4
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学 御器所キャンパス (愛知県名古屋市)
  • Year and Date: 2015-09-28
• [Presentation] 電気接点併用IGBT型直流モデル遮断器における定常電流通電および突入電流遮断の特性 (2015)
  • Author(s): 横水 康伸，大橋 亮介，松村 年郎
  • Organizer: 2015年(第33回)電気設備学会全国大会講演論文集, E-11
  • Place of Presentation: 北海道大学 工学部(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2015-09-01
• [Presentation] IGBT型直流モデル遮断器の突入電流遮断特性－ゲート・エミッタ間電圧の時定数10, 5および1 ms－ (2015)
  • Author(s): 横水康伸，大橋亮介，松村年郎
  • Organizer: 電気学会放電/静止器/開閉保護合同研究会資料，ED-15-75/SA-15-74/SP-15-27
  • Place of Presentation: 名古屋大学 （愛知県名古屋市)
  • Year and Date: 2015-07-08
• [Presentation] 電気接点併用IGBT型直流用モデル遮断器の定常電流通電と遮断実験 (2015)
  • Author(s): 横水康伸，大橋亮介，松村年郎
  • Organizer: 平成27年電気学会全国大会講演論文集， 6-049
  • Place of Presentation: 東京都市大学 世田谷キャンパス(東京都世田谷区)
  • Year and Date: 2015-03-24 – 2015-03-26
• [Presentation] 低圧直流システムへの限流器導入による電流抑制効果と遮断器電圧に関する検討 (2015)
  • Author(s): 難波晃平，大橋亮介，横水康伸，松村年郎
  • Organizer: 平成27年電気学会全国大会講演論文集， 6-067
  • Place of Presentation: 東京都市大学 世田谷キャンパス(東京都世田谷区)
  • Year and Date: 2015-03-24 – 2015-03-26
• [Presentation] Contrivance of Circuit Configuration of Fault Current Limiter for Low -Voltage DC System and Discussion on Its Current-Limiting Effect (2014)
  • Author(s): Y. Yokomizu, K. Namba and T. Matsumura
  • Organizer: The Ninth International Workshop on High Voltage Engineering -IWHV 2014-, ED-14-113/SP-14-69/HV-14-125
  • Place of Presentation: Nishiura, Okinawa, Japan
  • Year and Date: 2014-11-07 – 2014-11-08
• [Presentation] IGBT型直流モデル遮断器の突入電流遮断特性 ―ゲート・エミッタ間電圧の時定数変化― (2014)
  • Author(s): 横水康伸，大橋 亮介，松村年郎
  • Organizer: 平成26年度電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会講演論文集，A2-5
  • Place of Presentation: 中京大学名古屋キャンパス(愛知県名古屋市)
  • Year and Date: 2014-09-08 – 2014-09-09
• [Presentation] 低圧直流システムへの限流器導入と電流抑制効果の比較検討 (2014)
  • Author(s): 難波 晃平，横水康伸，松村年郎
  • Organizer: 平成26年度電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会講演論文集，B3-2
  • Place of Presentation: 中京大学名古屋キャンパス(愛知県名古屋市)
  • Year and Date: 2014-09-08 – 2014-09-09
• [Presentation] 低圧直流用限流器の回路構成の考案と限流効果の比較検討 (2014)
  • Author(s): 難波晃平，横水康伸， 松村年郎
  • Organizer: 2014年(第32回)電気設備学会全国大会講演論文集，E-12
  • Place of Presentation: 東北文化学園大学(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2014-08-28 – 2014-08-29