2006 Fiscal Year Annual Research Report
高圧系統に直結できるトランスレス・ハイブリッドフィルタの研究
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18360132
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
赤木 泰文 東京工業大学, 大学院理工学研究科, 教授 (80126466)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤田 英明 東京工業大学, 大学院理工学研究科, 助教授 (40238580)
萩原 誠 東京工業大学, 大学院理工学研究科, 助手 (20436710)
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| Keywords | ハイブリッドフィルタ / 電源高調波 / 高圧電動機 / アクティブフィルタ / パッシブフィルタ / ディジタル制御 / 電力変換 |
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| Research Abstract |
本年度は、まず6.6kV系統に直結できるトランスレス・ハイブリッドフィルタの詳細設計を行った。交流モータ可変速駆動システム(6.6kV 1MW)は,6.6kV系統からの直接受電とし,交流(50Hz/60Hz)から直流への電力変換は三相ダイオード整流回路を,直流から交流への電力変換は中性点クランプ3レベルPWMインバータを想定した。本研究のトランスレス・ハイブリッドフィルタは,7次同調フィルタとPWMコンバータを直列に接続し,変圧器を使用することなく6.6kV系統に直結できる点に大きな特長がある。PWMコンバータに使用するパワー半導体デバイスは,耐圧1,200Vの第五世代トレンチゲートIGBTであり,主回路には中性点クランプ3レベルPWMコンバータを採用し,その直流電圧最大値は1,400Vである。PWMのキャリア周波数は10kHzを想定した。
本研究のトランスレス・ハイブリッドフィルタに使用する7次同調フィルタ容量とPWMコンバータ容量とには,いわゆるトレードオフの関係がある。すなわち,同調フィルタ容量(進相容量)を大きく設計すればPWMコンバータ容量は低減でき,逆に同調フィルタ容量を小さく設計すればPWMコンバータ容量は増大する。そこで,これらの容量と高調波抑制効果を,瞬時空間ベクトル理論を応用して理論的に解析した。
次に,三相400V 15kWミニモデルを設計製作し,トランスレス・ハイブリッドフィルタの有効性を実証した。このハイブリッドフィルタのディジタル制御ボードには,当研究室が以前開発したものを使用したが,ソフトウェアの工夫などにより、PWMのキャリア周波数を10kHzに設定でき、かつ3レベルPWMコンバータの直流中性点を安定に制御できることを理論と実験の両面から検証した。この研究と平行して、最新のDSP(Digital Signal Processor)とFPGA(Field Programmable Gate Array)を駆使したディジタル制御システムを開発中である。
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