Realization of a low-power society through smart houses with zero reactive power by controlling home appliance motors

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K21967
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: Ohishi Kiyoshi 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (40185187)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 和田 安弘 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (70293248) ; 横倉 勇希 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (70622364) ; 宮崎 敏昌 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (90321413)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 電力工学 / 制御工学 / パワーエレクトロニクス / 電気機器 / モーションコントロール

Outline of Final Research Achievements

This research has carried out the predictive control of both the instantaneous current of the grid power supply and the instantaneous voltage of the motor drive with a single single-phase, three-phase inverter without electrolytic capacitors. The predictive current control of the motor is configured on both the grid side and the motor side to establish a new instantaneous power control method that always satisfies the power supply harmonic regulation and achieves almost zero reactive power. The experimental results of actual equipment in this research confirm that the proposed model predictive direct current control (MPDCC) method outperforms the conventional control method in terms of inverter power loss and average switching frequency, with an input power factor of nearly one (nearly zero reactive power) at 96% or higher.

Free Research Field

電気工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で、エアコンと冷蔵庫のコンプレッサ駆動モータ制御を利用して、広範囲な速度と負荷条件下で、スマートハウス全体の無効電力ほぼゼロ化と高調波規制クリアの両方を満たす家電モータ制御システムを開発することができた。特に、電解コンデンサレス単相三相インバータは、壊れやすい能動的半導体素子数が非常に少ないので、壊れにくく低コストである。このインバータ１台で相反する入力電流とモータ駆動電圧の両方を同時に予測制御することを実現したことは、社会的にも地球環境的にも画期的で有意義な研究成果をあげることができたと言える。