2021 Fiscal Year Research-status Report
波形組み換えを活用した超軽量正弦波ドライブインバータ
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21K14136
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
萬年 智介 筑波大学, 数理物質系, 助教 (90806754)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 波形組み換えインバータ / 直流コンデンサ / 中性点電位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，2台のチョッパ回路と1台の波形組み換えインバータで構成される正弦波出力三相インバータの回路・制御方式を確立することを目的としている。特に，提案方式に対して，インバータの軽量化と小型化に着目し，正弦波出力三相インバータが，どこまで軽量化・小型化できるかを明らかにすることを目指す。今年度は，2台のチョッパ回路と波形組み換えインバータを組み合わせた正弦波出力三相インバータについて，一般的な電流フィードバックを用いた制御方式の確立に取り組み，以下の成果を得た。
(1) 提案方式では，正負対称に直列接続された2台のチョッパ回路において，それぞれの電流をフィードバックすることにより，三相の交流電流をすべて制御できることを明らかにした。
(2) また，提案方式の2台のチョッパ回路では，大容量の直流コンデンサが必要という課題があった。これに対して，2台のチョッパ間の中性点電位を積極的に変動させることにより，これを解決した。その結果，提案方式の直流コンデンサ容量を，理論上の最小値まで低減できることをシミュレーションにより確認した。
(3) 最後に，提案方式である正弦波出力三相インバータの実験室プロトタイプについて設計・試作を行なった。試作したプロトタイプを用いて実験検証を行い，従来の三相インバータと比較して，提案方式がスイッチング回数を2/3，スイッチング時のデバイス印加電圧を平均して1/2に低減できることを明らかにした。
以上のことから提案方式は，従来の三相インバータと比較して，スイッチング損失を大幅に低減できることを確認した。本成果は，国際会議において発表を予定しており，論文誌への投稿に向けて，準備中である。
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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
これまでに，2台のチョッパにおける電流フィードバックを用いた制御方式について，理論的な検証および，シミュレーンと実験によりその動作を確認できている。
この一方で，半導体部品の流通が滞っていたため，部品入手ができず，当初予定していた変換器損失の検証については，十分行えていない。しかし，研究計画を一部見直し，2年目に実施予定であったインダクタの小型化に関するシミュレーション検討を前倒しで着手している。
以上の点を踏まえて，本研究は当初予定していたものと同程度の進捗が得られたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，提案する正弦波出力三相インバータのインダクタ電流波形を工夫することによって，インバータの制御性向上とインダクタのさらなる軽量化・小型化を行う。特に，インダクタを小型化した際には，様々な力率の負荷に対して動作できることを理論および実験により明らかにする。
また，当初今年度実施予定であったスイッチング損失低減については，引き続き実験検証を行ない，損失低減効果を実証する。
最後に，インバータ重量について検討し，インダクタや冷却器などの軽量化により，従来方式と比較して提案方式は，大幅な軽量化が可能であることを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
今年度は，半導体をはじめ，様々な部品や機器の流通が滞っており，計画通りの部品入手が行えなかった。このため，現有の在庫部品を利用した実験が主であり，最適な設計となっていない場合があり，シミュレーションを併用する形での評価となった。
翌年度は，部品等の入手を進めて実験検証を続けるとともに，今年度予定していた広帯域測定環境の設備導入を，翌年度予定の測定準備と並行して実施することにより，効率的に研究を遂行する。
これにより，研究期間終了までには，当初予定した研究遂行および予算使用が可能である。
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