零電圧スイッチング昇圧器付きPWMインバータによる永久磁石電動機の高効率駆動

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750245
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 山本 吉朗 鹿児島大学, 工学部, 助手 (70220457)
• Keywords: 昇圧チョッパ / PWMインバータ / 電流可逆チョッパ / 永久磁石同期電動機 / 高効率駆動

Research Abstract

電気自動車の普及に対する一番の問題は,一充電走行距離が短いことである。これを伸ばすためには,バッテリの高性能化とシステム全体の効率改善が重要である。効率改善の対象としては,動力伝達系,電動機本体,電力変換装置などがあるが,本研究では,零電圧スイッチング昇圧器付きPWMインバータを用いて永久磁石形同期電動機を駆動することによる電動機+電力変換装置系の効率改善を目的とする。
二年目である本年度は,まず,昨年試作した零電圧スイッチング動作を含まない昇圧チョッパ回路(電流可逆チョッパ回路)とPWMインバータを組み合わせた装置を用いて,いろいろな動作条件に対する特性について,従来から行われている弱め磁束法との比較を行った。これにより,昇圧チョッパ回路とPWMインバータを組み合わせた方式では,従来の弱め磁束法に不向きな電動機に対しても問題なく速度を上げられること,低速領域では従来法よりも効率が下がるものの,基底速度を超える速度領域において最大効率を発生できることなどを明らかにした。
さらに,電流可逆チョッパ部分を零電圧スイッチング化したシステムについてシミュレーションを行い,共振時の動作について検討した。また,シミュレーションにより,リアクトルやコンデンサ等のパラメータ設計を行った。シミュレーション結果より以下のことが明らかになった。(1)チョッパ部のスイッチングによる損失は零電圧スイッチング化することによって改善される。(2)提案の方式は定常的には安定に動作するが,その動作範囲が負荷電流や昇圧比によって制限を受ける。(3)過渡的な応答が,非零電圧スイッチング方式の場合よりも悪くなる。
以上より,提案した零電圧スイッチング昇圧器付きPWMインバータでの永久磁石同期電動機駆動においては,運転範囲の拡大や過渡的な応答の改善が今後の課題といえる。

Research Products

• [Publications] 山本 吉朗: "永久磁石電動機駆動における弱め磁束法と電流可逆チョッパ付インバータ法の特性比較"平成13年電気学会産業応用部門大会講演論文集. Vol.1. 577-580 (2001)
• [Publications] 山本 吉朗: "電流可逆チョッパ付PWMインバータ駆動永久磁石電動機の直流電源電流制限下での特性"平成13年度電気関係学会九州支部連合会大会論文集. 202 (2001)
• [Publications] 山本 吉朗: "永久磁石電動機駆動用電流可逆チョッパ付PWMインバータのチョッパ部零電圧スイッチング"平成14年電気学会全国大会講演論文集. Vol.4(発表予定). (2002)
• [Publications] Kichiro Yamamoto: "Comparison between flux weakening and PWM inverter with voltage booster for permanent magnet synchronous motor drive"Proceedings of Power Conversion Conference Osaka 2002. (発表予定). (2002)