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【目的】
インバーターは電力を直流から交流に変換する回路であり、再生可能エネルギーを利用した電源開発や、電気自動車の制御装置に用いられる重要な回路である。授業において変換の仕組みを学ぶが、実際の回路を用いて体験的に学習する機会がないため、回路についての知識は不足している。そのため、回路設計や、装置の改良を行うことができる学生がほとんどいないのが現状である。本研究では、授業で学んだ知識と実際の回路を結び付けて学ぶことができる教材の開発を目的とする。
【方法】
多くの教科書において、正弦波交流を得るために必要な制御信号は、正弦波と三角波を比較することで生成できると説明されている。しかし、実際に市販されているインバーターでは、マイコンや専用ICによってデジタル制御されているために、その波形を観測することは不可能である。授業で学んだ波形の変化を、実際に動作している回路上で観測可能な教材として、アナログ回路で構成した制御基板を設計・製作した。回路は機能ごとに区画を分けて基板を設計し、他の実験でも使用しているオペアンプを用いることで回路を理解し易い様に工夫した。アナログ回路で生成した正弦波と三角波は同期していないため波形の観測が難しくなるが、アナログ4chとデジタル8chの観測が可能なオシロスコープを導入することで、全ての波形を同時観測可能な測定環境を用意することができた。
【成果】
教材として、アナログ回路で構成したインバーター制御基板及び実験テキストを完成させた。この教材では、インバーターの回路構造及び交流モーターの制御について学ぶことができる。制御基板を組み込んだVVVFインバーターに、回転計を取り付けたモーターを接続することで、周波数と電圧が回転速度に及ぼす影響を測定し、モーターの制御について必要な特性を得られる。今後は、開発した教材を実際に学生実験に導入し改良を行う予定である。
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