2015 Fiscal Year Research-status Report
パワー半導体型低圧直流遮断器の仕様適正化と遮断性能向上に関する研究
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26420229
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
横水 康伸 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50230652)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松村 年郎 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90126904)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 遮断器 / 直流 / 大電流 / 限流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
IGBT(Insulated Gate Bipolar Diode) を用いた低圧用直流遮断器を提案・試作し，その仕様の適正化によって電流遮断性能を向上させることを目指している。これまで本モデル器での限流遮断過程においては，IGBT のゲート・エミッタ間電圧を時定数10 ms で低下させてきた。しかし，研究の進行過程において，時定数を他の値に調整すれば，電流遮断性能を向上できる可能性があることに気づいた。そこで，平成26年度から平成27年度にかけて時定数を5 および1 ms に設定し，電源電圧120Vのもとで，直流電流遮断実験を行い，以下の5項目を検討した。i)電流遮断性能，ii)遮断時間，iii) 異常電圧の発生, iv) IGBTでの累積ジュール熱，およびv) 限流時間．平成27年度においては，遮断条件として電流を300Aまで増加させ，回路インダクタンスとして1.4 mHを新たに設定し，実験条件を増やした。インダクタンス1.4mHにおいても，時定数が5 ms および1 msの場合，遮断失敗が防がれ，300A遮断を達成できた。一方で，時定数1msの場合，モデル器端子間に800 Vを超える異常電圧が生じてしまう。時定数10 msの場合，累積ジュール熱が25mJに達し，220A以上の電流を遮断成功できなかった。従って, 時定数5 ms が適正であることを見いだすことができた。さらに，累積ジュール熱と限流時間に着眼し，遮断成否を分析に着手した。(1)累積ジュール熱が25J以下であれば，モデル器は遮断成功できること，さらに(2) 累積ジュール熱が25Jを超えても，限流時間が約5ms以上であれば，モデル器は遮断成功できることを指摘できた。
さらに，本年度においては，SiC系半導体をいち早く電流遮断技術へ適用し，モデル器を試作した。定常電流の通電特性および突入電流の遮断特性の測定に着手した。
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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
IGBT(Insulated Gate Bipolar Diode) を用いた低圧用直流遮断器においては，時定数を5msに設定することによって，電流遮断性能を向上でき，累積ジュール熱を低下させ，過渡的異常電圧の発生を回避した。
平成27年度においては，遮断成否の要因を考察し，遮断成否をジュール熱と限流時間との関係から説明することに成功した。このような研究成果は他に報告されておらず，非常に貴重な成果であり，また直流遮断器の設計指針に有用であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では，低圧直流遮断技術へのSi系IGBT(Insulated Gate Bipolar Diode)の展開研究を行ってきた。平成27年度には，低圧直流遮断技術へのSiC系MOS-FETの展開に着手した。今後，SiC系パワー半導体を用いた低圧用直流遮断器で遮断実験などを行い，Si系遮断器との得失を提示する。
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Research Products
(5 results)
