2016 Fiscal Year Annual Research Report
Control System of Medium-Voltage High-Power-Density Modular Matrix Converter
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15H03962
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
竹下 隆晴 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70171634)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | パワーエレクトロニクス / モータドライブ / 高電圧 / 省エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高電圧大容量の交流モータ駆動装置として，電源トランスを用いることなく，商用周波数から直接，可変電圧可変周波数の高電圧を出力できる新たな電力変換器としてモジュラーマトリックスコンバータが注目されている。申請者は，モジュラーマトリックスコンバータの各制御の独立性と簡単な制御法として，サブコンバータの制御において，入力電流，モジュールコンデンサバランス，出力電圧の制御をそれぞれ，電源の正相，逆相，零相の制御系で実現できることを提案している。
本研究では，負荷の正相，逆相，零相の制御系を導出し，3台のサブコンバータ間の連携制御を構築することで，簡単で安定な制御系の確立と制御理論の体系化をする。具体的に以下の内容を実施し，それぞれ成果が得られた。
機能ごとの独立制御による基本制御法では，電源からコンバータへ電力を供給する電源正相制御，モジュールのコンデンサ電圧バランス制御をする循環電流制御，負荷に電力を供給する負荷電圧制御に分離できることを示した。この結果，電源および負荷に高調波を発生しない安定した制御理論を導出した。
スイッチング損失低減制御法では，前年度に導出した未使用アームによるスイッチング損失低減法の実験システムを構築し，安定な動作を確認した。
負荷周波数と電源周波数の同期時の制御法では，モジュールのコンデンサ電圧バランス制御を実現するためのすべてのアームの電圧と電流が９０度の位相差になる提案制御法を適用し，実験で安定な動作を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
おおむね，当初計画通りに研究は進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では，モジュラーマトリックスコンバータの簡単な制御系の確立と制御理論の体系化を目的として，具体的に以下の３項目を実施する。
機能ごとの独立制御による基本制御法では，提案制御法を適用した場合に，出力電圧，出力周波数を変化させた過渡状態において，入力電流制御，モジュールコンデンサ電圧バランス制御，出力電圧制御などの安定性をシミュレーションおよび実験で検証する。モータ制御理論にしたがって，制御アルゴリズムを構築し，２.２kW誘導電動機の駆動特性をシミュレーションおよび実験で検証する。
スイッチング損失低減制御法では，シミュレーションで未使用アーム切換時に電流が不連続になることがあり，システムの安定した制御系の構築のために電流が連続する制御法を開発する。さらにシミュレーションと実験でシステムの安定性を検証する。
負荷周波数と電源周波数の同期時の制御法について，負荷と電源の周波数同期時の制御において，負荷周波数を変化させたときのコンデンサ電圧の安定性を確保するために，コンデンサバランス制御法を改良する。実験で負荷周波数を電源周波数に同期時を含めた近傍周波数での制御特性を確認する。
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