2013 Fiscal Year Annual Research Report
低炭素消費社会の構築に資するインバータ駆動機器の革新的絶縁設計手法創成
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25289072
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
熊田 亜紀子 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20313009)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
日高 邦彦 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90181099)
松岡 成居 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10114646)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電気機器 / 絶縁 / 放電 / 電界測定 |
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| Research Abstract |
本研究は、商用周波数～100MHzの帯域を持つ高空間分解表面電位計を開発し，インバータサージ発生・侵入時における半導体パワーデバイス内部やインバータ駆動機器絶縁システムの電界分布，放電様相，発熱分布と絶縁劣化の関係を明らかにする。これらを基に，半導体パワーデバイスの高電圧化，インバータ駆動機器の耐電圧向上に向けた解決策を提示し，低炭素消費・資源リサイクル社会構築に貢献する電力機器の設計に資することを目的としている。
本年度においては、圧電振動対策を施した電気光学結晶を用いてハンドリングのよい高帯域表面電位計(帯域：商用周波数～１００MHz)を作成し，高圧回転機用型巻コイルバー端部のPWM電圧印加時における電界分布(表面電位分布の勾配)の過渡変化を１mm以上の分解能で測定できるシステムを構築を行った。現在までに、1次元に測定するシステムの構築は終え、測定面を2次元にするシステムに拡張を行っている。
測定対象としてはIECの回転機絶縁の試験規格でも定められた，実機模擬コイルバーとした。非線形抵抗体としては、SiC含有テープを用いたものである。コイルバーに用いられる素材の抵抗率の電界・温度依存性を実測したうえで、このコイルバーに，正弦波交流，方形波交流，繰り返しインパルス電圧を印加し、各印加波形における表面電位分布の測定を行っている。また電位分布測定と平行して、温度分布，放電発生様相を同期して測定している。
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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
測定システムの構築という点ではおおむね順調に進んでいる。二次元駆動システムもほぼ8割が他構築を終えたが、対象物との相対距離制御プログラムにバグが見つかり、現在最終調整中である。
繰り返しインパルス電源が実機サイズのコイルバーに電圧を印加するには若干出力不足であることがわかった。そのため、コイルバーとして細めのコイルバーを用いて基礎特性の測定実験を行った後、インパルス電源の改良調整を行っている。やや電源の改良調整が遅れているが、得られた細めのコイルバーの結果をもとに、簡易等価回路の作成や、有限要素法による熱解析プログラムの整備などを前倒しで進めており、トータルでみれば研究遂行に支障はない状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
繰り返しインパルス電源の改良が来年度の課題である。上期中に改良を終えられる可能性が五分五分であるので、その間に二次元測定システムの改良、部分放電測定・解析システムの構築を終えたうえで、交流、方形波、PWM印加時の特性測定を終えたい。
なお、本研究で開発する測定手法に関しては、インバータ機器絶縁に関する国際規格に日本発の技術として盛り込み、世界市場における日本の技術の優位性をゆるぎないものとする基盤とすることを視野に入れている。IECの規格に関する会議の進行を把握しつつ、研究成果の情報発信を行っていく予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
高周波アンプを購入して繰り返しインパルス電圧波形(立ち上がり40μｓ）を発生させる予定であった。予備実験の結果、繰り返しインパルス電圧波形としては、より高速な250nsの立ち上がりの波形が必要であることがわかり、高周波アンプを購入を見合わせ別途、繰替えしインパルス電源を貸借することとした。
繰り返しインパルス電源は、現状の開発品では所定のコイルバーに印加するには容量がやや不足気味であるため、次年度半ばに電源制作メーカによると製品開発を終える予定である。よって、本年度の助成金を一部繰り越すこととした。
なお前述したように当該年度においては、部分放電計測や温度計測システムの構築、それらの解析手法の確立を前倒しで行ったため、全体の研究計画遂行には支障はない。
主な物品費として、部分放電の放電電流高精度測定用に、オシロスコープ（テクトロニクス，MS05204）を、部分放電の発光高精度測定用に、残光特性2μsのイメージインテンシファイアの購入を計画している。
また、現在開発中の高速立ち上がり(250ns)繰り返しインパルス電圧電源のレンタル費、高速ビデオカメラのレンタル費、得られた結果の発表のための国際会議(IEEE, Electrical Insulation Conference, フィラデルフィア)参加、IEC会議への参加出張旅費が見込まれる，
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[Presentation] Calculation model of sparkover voltage with covered electrode system in dry air2013
Author(s)
A. Kumada, S. Matsuoka, S. Yokoyama, K, Hidaka
Organizer
18th ISH 2013, OE8-05, Seoul, Korea, pp. 1403-1408, Oct. 20-23 (2013-10)
Place of Presentation
Seoul, Korea
Year and Date
20131020-20131023
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