2014 Fiscal Year Research-status Report
次世代パワー半導体時代に相応しい交流／直流電力変換器のための制御・変調方法の探索
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26420261
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| Research Institution | Kobe City College of Technology |
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Principal Investigator |
茂木 進一 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (00707896)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電力変換器 / 電圧形変換器 / パルス幅変調法 / 次世代パワー半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は以下に示す内容について実施した．
(A)本テーマで検証する電圧形インバータの実験システム容量を検討し，実験室の電源容量，負荷容量，コストなどを加味して2kVA程度に決定した．そして，この変換容量を基準として，①三相電圧形変換器を構成する各種部品（スイッチングデバイス，インダクタ，キャパシタ，他），②直流安定化電源，③負荷システムの仕様について検討した．先ず①については，SiのIGBT(IPM)の導入を済ませ，パッシブデバイス（インダクタ，キャパシタ）についてはスイッチング周波数を6kHzとした上で計算機シミュレーションを用いて選定し一部の購入を済ませた．次に②については，市販の直流安定化電源は予算的に購入できないため単相ダイオード整流器（パッシブ素子のみで構成する力率改善タイプの倍電圧整流器）で構成することとし，基本的な仕様設計を計算機シミュレーションで行った．また③については，力率を自由に安価に可変できる負荷システムが必要であり三相電圧調整器を用いたシステムを検討した．
(B)次世代パワー半導体時代に相応しい交流／直流電力変換器のための制御・変調方法を明らかにするため，各種のパルス幅変調法（以下PWM法と略す）を適用した三相電圧形変換器の交流側電圧波形についてウェーブレット変換により検討し，従来の二相PWM法の交流側線間電圧に含まれるキャリア周波数以下の高調波の分散が相電圧指令値のステップ状変化に起因することを明らかにした．
(C)電圧形変換器に必要となるデッドタイムによる誤差を原理的にゼロにできるデッドタイム誤差レスPWM法を提案し，シミュレーションからその有効性を検証した．今後普及が見込まれるSiCやGaNなどを用いた電力変換器に適したPWM法である．更に，マルチレベル変換器へ前記デッドタイム誤差レスPWM法を応用しシミュレーションからその有効性を検証した．
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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26年度は，Siによるパワー半導体デバイスで構成した電圧形インバータを試作し，実験から各種パルス幅変調方法を適用した場合のスイッチング損失を計測する予定であったが，研究実績の(A)にも記載したとおり，電圧形インバータと実験システムの仕様決定にとどまり遅延を生じている．理由としては，①平成28年度に予定している無停電電源装置やパワーコンディショナを想定した高調波フィルタの損失とフィルタリング効果についての考察の一部（研究実績(B)に記載している）を前倒しで実施したこと，②SiCやGaNなどを用いた次世代パワー半導体に適したマルチレベル変換器にも適用できるデッドタイム誤差レスPWM法（電圧形変換器のPWM法を比較検討する以上，デッドタイム誤差を補償する方法，補償しやすさなどに関する検討は必須である）（研究実績(C)に記載している）に関する検討を前倒しで行ったことが挙げられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度の進捗遅れを取り戻すべく，当初に予定していた実施内容に以下を加えて推進する予定である．なお，工数については学生を追加投入することで対応する．
・SiのIGBTで構成した電圧形インバータの仕様は既に確定しているので，手元にない部品を購入の上，実験システムを完成させる．
・上記で完成した電圧形インバータにより各種PWM法を適用した場合のスイッチング損失を計測する．
・上記の計測においては，平成28年度に予定しているパッシブデバイスに対する影響検討の一部を前倒しし各部の電圧・電流波形を計測し，平成26年度に検討した交流側波形のウェーブレット変換結果との比較・検討を行う．
・平成26年度に検討したデッドタイム誤差レスPWM法についても，先ずは単相ハーフブリッジ構成で実証を行う．また，三相器への応用も検討する．
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