2011 Fiscal Year Research-status Report
広範囲出力電圧特性を有する高効率直接電力変換器の開発
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23760256
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
芳賀 仁 長岡技術科学大学, 工学部, 助教 (10469570)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | 電気機器工学 / 省エネルギー / 制御工学 / パワーエレクトロニクス |
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| Research Abstract |
平成23年度では，電源電圧利用率が高く，かつPWM高調波の少ない出力電圧を供給できる直接電力変換器の開発として，入力電流および出力電圧の正弦波化を実現する制御法を開発した。(1) 入出力波形制御法の制御アルゴリズム開発 提案システムは負荷の要求に応じて回路が降圧もしくは昇圧に切り替えられる。降圧動作の波形改善はすでに研究が行われており，本研究では，昇圧動作時の波形制御法を開発した。提案した制御法は, 従来の電流型インバータにて行う出力電流制御を, 電圧型PWM 整流器の入力電流制御に応用することで波形改善ならびに制御の安定性を改善した。提案した制御法の有効性はシミュレーションで確認した。シミュレーション結果から, 提案回路は, 一定の任意出力電圧に対して, 安定して制御可能な点が確認できた。また, 提案回路の出力電圧を連続して可変した場合についても, 安定して追従制御出来ていることが確認できた。加えて，入力電圧に対する出力電圧の下限値についても理論的に明らかにした。以上の結果から, 提案回路の昇圧動作としての波形改善法の有用性を確認し, 提案回路である昇降圧切替回路への適用可能性を明らかにできた。一方で,波形制御に関する課題も見いだせた。入力よりも低い周波数を出力する場合において, 出力電圧/電流波形に歪みが発生しているため, この点については今後改善していく余地がある。(2) 実験装置の開発 提案する制御アルゴリズムの検証は，シミュレーションおよび実験により行う。シミュレーションは回路シミュレータPsimで行った。実験装置の主電力変換回路は研究室で試作した。負荷はRL直列負荷とした。制御プログラムはRXマイコン, CPLDを用いて開発している。現在，提案する制御法の実機検証に向けて開発中である。また，モータ駆動装置も開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成23年度の目標は，昇圧動作時の入力電流および出力電圧の正弦波化を実現する制御法の開発と，シミュレーションと実験による有効性の確認としている。入出力波形制御法の制御アルゴリズム開発は，平成23年度内に制御法を提案でき目標を達成できたといえる。提案した制御法の有効性はシミュレーションで確認でき，提案回路は, 一定の任意出力電圧に対して, 安定して制御可能な点が確認できた。また, 提案回路の出力電圧を連続して可変した場合についても, 安定して追従制御出来ていることが確認できた。加えて，入力電圧に対する出力電圧の下限値についても理論的に明らかにした。しかしながら，提案法の有効性を実験で明らかにできていない。この原因として，上記，制御アルゴリズムの提案において安定性に関する課題が多く，制御法の確立に時間を要したためである。
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| Strategy for Future Research Activity |
24年度は提案システムを用いた，省エネルギー性，省資源性の具体的効果を明らかにする。さらに，リアクトル，フィルタコンデンサの容量についても考察する。そのために，今年度はまず，実機評価に向けた実験装置を開発する。平成23年度の研究の遅れを挽回するために，実機の開発期間の短縮化，効率化を図るため，既存の開発環境を利用する。すでに，本研究室で導入実績のあるRXマイコン，CPLDを本課題に適用することで，作業効率の改善を行う。次に，提案システムでモータを低速から高速領域に移行する際，変換器構造を動的に切り替える必要がある。この際，入出力波形の過渡的な歪みが原因で速度制御の安定性が損なわれることが懸念される。そこで本課題では，滑らかな速度制御の移行にむけた制御法およびClamp Circuitを検討する。そして，提案システムの省エネルギー性評価として，モータ駆動時の損失評価を行う。降圧型動作によるPWM損失と昇圧型動作による良好な波形による損失を定量的に評価する。最後に，主電力変換器を構成するL, Cのパラメータ変化による出力電圧のTHD，入力力率の影響を検討する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
提案システムの波形改善の有効性を確認するために，消耗品，波形表示器もしくはパワーメータが必要になる。また，本課題に関する情報収集，学会発表のための出張費も要する。研究費の使用計画として，130万円を波形表示機あるいはパワーメータに，そして30万円を消耗品と出張費で使用する。
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