電力変換器に用いられるパッシブデバイスの損失とその発生メカニズムの解明

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04339
• Research Institution: Kobe City College of Technology
• Principal Investigator: 茂木 進一 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (00707896)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: パルス幅変調法 / 三相電圧形インバータ / パッシブデバイス / 電解コンデンサ / 温度上昇 / 損失

Outline of Annual Research Achievements

令和元年度は，インバータの直流側に接続したキャパシタ（電解コンデンサ）について検討した．具体的には，IGBT（半導体材料はSiの三菱電機製IPMを使用している）により三相電圧形インバータを構成し，各種パルス幅変調法（例えば，三角波キャリアによる三相PWM法（以下，D3と略す，他も同様），従来からある指令値シフトによる三角波キャリアによる二相PMW法（D2），パルス電圧重畳による二相PWM法（P2）など）を適用した場合の，①電解コンデンサに流れる電流の周波数解析と時間周波数解析（ウェーブレット変換），②電解コンデンサの温度上昇試験，を行った．
まず，①の成果としては，D3とP2は，電解コンデンサに流れる電流のスペクトラムが分散しない（キャリア周波数とその整数倍の周波数の狭い範囲に集中する）が，D2は広い周波数範囲にスペクトラムが分散することを明らかにした．また，ウェーブレット変換により，この分散の原因が相電圧指令値のシフト動作にあることも明らかにした．これらの結果は交流側の線間電圧の解析結果とほぼ同様であることも解った．
次に，②の成果としては，恒温槽内に設置した三相電圧形インバータに各種パルス幅変調法を適用して動作させ，電解コンデンサの内部温度を測定したところ，内部温度は，P2＞D2＞D3となった．しかし，温度差は0.2℃程度であるため，電解コンデンサでの損失には大きな違いがないと考えられる．また，温度上昇の差異から電解コンデンサの寿命は大きく変化しないと予想される．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和元年度はインダクタの検討を行う予定だったが，恒温槽が早めに入手できたため，電解コンデンサの検討を先に行うことにした．

Strategy for Future Research Activity

令和2年度は，三相電圧形インバータの交流側に設置されるインダクタの損失を検討する予定である．既に電力を高精度に計測可能なパワーメータを導入済みであり，新型コロナの研究禁止期間が終わり次第，研究をスタートさせる予定である．

Causes of Carryover

残額が生じた理由：予定していた学会が新型コロナにより中止になったため
使用計画：令和2年度分の旅費に充当する予定である．

Research Products

• [Presentation] 各種二相PWM法における直流側高調波電流の比較 (2019)
  • Author(s): 片岡雄葵，塩山 知，茂木進一
  • Organizer: 電気学会産業応用部門大会