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2015 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

Research Project

Project/Area Number 25289072
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

熊田 亜紀子  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20313009)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松岡 成居  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10114646)
日高 邦彦  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90181099)
岩渕 大行  横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50757341)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2017-03-31
Keywordsインバータサージ / 電界緩和 / 繰り返しインパルス / 回転機
Outline of Annual Research Achievements

電界解析の結果より、コイル端部分の電界緩和層における電界分布は、コイル長軸方向の抵抗分と、絶縁膜厚さ方向の容量分を調整することでコントロールしやすいという指針を得た。
そこで、電界緩和層の半導電層の巻き数(厚み)を変化させたコイルバーを試作し、正弦波交流、方形波(立ちあがり50μs)、PWM(立ちあがり50μs)、繰り返しインパルス電圧下における電位分布の測定を行った。その測定結果としては当初の指針通りの結果を得ているが、十分な試験数を得る前に、繰り返しインパルス電圧印加による表面の沿面放電による劣化が進行してしまった。現在、固体差による再現性を確認するため、試験数を増加させて実験を行うべく、複数のコイルバーを作成したところである。なお、絶縁上の再弱点である沿面放電発生時の電界を測定すべく、部分放電発光を測定する系の構築も済ませている。並行して、より高い電圧で駆動させるコイルを対象とした場合のセンサの概念設計を行った。現在のようなポッケルスセンサに誘導される電位差を測定するのではなく、誘導される電界を測定し、逆計算を施すタイプのセンサとする構造である。結晶の納期の都合上、試作は、次年度に行う。
研究実施期間を1年延長し、必要とするデータの測定終了次第、コイル端の絶縁設計の合理化の提言を行う予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

3年間においてセンサのプロトタイプの開発・製作は終え、光学台の上に固定したコイルバーの測定に使用してきている。有限要素モデルによる解析により、電界緩和層の半導電層の巻き数(厚み)を変化させたコイルバーの有用性が予想されたため、このようなコイルを試作し、正弦波交流、方形波(立ちあがり50μs)、PWM(立ちあがり50μs)、繰り返しインパルス電圧下における電位分布の測定を行っている。その測定結果としては当初の指針通りの結果を得ているが、十分な試験数を得る前に、繰り返しインパルス電圧印加による表面の沿面放電による劣化が進行してしまっており、現在、固体差による再現性を確認するため、複数のコイルバーを作成し納品されたところである。また、より高い電圧で駆動させるコイルを対象とした場合のセンサの概念設計を行った。現在のようなポッケルスセンサに誘導される電位差を測定するのではなく、誘導される電界を測定し、逆計算を施すタイプのセンサとする構造である。センサの試作は次年度に行う。

Strategy for Future Research Activity

コイル端電界緩和層の電位分布の測定に関して、固体差による再現性を確認するため、複数のコイルバーを作成し納品されたところである。電源、部分放電(沿面放電)発光測定システムも構築済みである。複数個のサンプルを対象に、各種波形印加下における電位分布の測定を行い、コイル端の絶縁設計の合理化の提言を行う予定である。
また、センサの適用範囲を拡張すべく、大型発電機などより高電圧で駆動されるコイル端の電界分布への適用を念頭に、電界測定タイプセンサの試作を並行して進める。

Causes of Carryover

予想外の実験結果が得られたため

Expenditure Plan for Carryover Budget

繰り返しインパルス電圧印加時において、予想に反した速度で、低抵抗層の劣化が進行することが判明した。
そのため、コイル端電界緩和層における電位分布測定サンプルが足りなくなり、サンプル(回転機メーカーに製作依頼)の再製作に時間を要した。延長した上で、各電圧波形下におけるサンプルの電位分布測定を行う。沿面放電も並行して測定できるので、沿面放電の発生モードと劣化の進行状況の相関も合わせて測定する。並行して、高電圧コイル端電位分布測定用センサの開発を行う。消耗品としての電子部品、光学部品購入に関する支出、センサの製作、加工に関わる支出、表面状態の検査費用に関わる支出を予定している。また、本研究成果を学術誌に投稿(電気学会、IEEEなど)、国際会議(IEEE/CEIDP)で発表する費用も予定している。

  • Research Products

    (5 results)

All 2015

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] 量子化学計算を用いた絶縁材料中の電荷輸送特性の定量評価に向けた一検討2015

    • Author(s)
      佐藤正寛,熊田亜紀子,日高邦彦
    • Journal Title

      電気学会論文誌A

      Volume: Vol.135 No.10 Pages: pp.618-623

    • DOI

      10.1541/ieejfms.135.618

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Potential Distribution on the Stress Grading System of High-Voltage Rotating Machines -I. Measuring System-2015

    • Author(s)
      A. Kumada, T. Nakamura, K. Hidaka, Y. Tsuboi, T.Yoshimitsu
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation

      Volume: Vol. 22, Issue 6 Pages: pp. 3163-3169

    • DOI

      10.1109/TDEI.2015.005581

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analytical Approximations for the Rotating Machine End-Turn Field Distribution2015

    • Author(s)
      S. A. Boggs, A. Kumada, T.Yoshimitsu
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation

      Volume: Vol. 22, Issue 6 Pages: pp. 3146-3152

    • DOI

      10.1109/TDEI.2015.005240

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Determination of Hole Mobility in Polyethylene: First Principle Calculation Based on Marcus Theory2015

    • Author(s)
      M. Sato, A. Kumada, K. Hidaka, T. Hirano and F. Sato
    • Organizer
      CEIDP 2015
    • Place of Presentation
      Ann Arbor (USA)
    • Year and Date
      2015-10-18 – 2015-10-21
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transient Potential Measurement on Stress Grading under Multi-level PWM2015

    • Author(s)
      T.Nakamura, A. Kumada, H.Ikeda, K. Hidaka, S.A.Boggs, Y.Tsuboi and T. Yoshimitsu
    • Organizer
      EIC 2015
    • Place of Presentation
      Seattle ( USA)
    • Year and Date
      2015-06-07 – 2015-06-10
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-01-06  

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