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2015 年度 実施状況報告書

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

研究課題

研究課題/領域番号 26420229
研究機関名古屋大学

研究代表者

横水 康伸  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50230652)

研究分担者 松村 年郎  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90126904)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード遮断器 / 直流 / 大電流 / 限流
研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

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。

今後の研究の推進方策

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。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016 2015

すべて 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] IGBT型直流用モデル遮断器の突入電流遮断限界とその要因考察2016

    • 著者名/発表者名
      横水康伸,大橋亮介,玉尾一真,松村年郎.
    • 学会等名
      平成28年電気学会全国大会講演論文集, 6-029.
    • 発表場所
      東北大学 川内北キャンパス(仙台市青葉区)
    • 年月日
      2016-03-16 – 2016-03-18
  • [学会発表] Rush-Current Breaking Properties of IGBT-Type DC Model Circuit Breaker with Different Time Constants of Gate-Emitter Voltage2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Yokomizu, R. Ohashi and T. Matsumura.
    • 学会等名
      eProceedings of 2015 3rd International Conference on Electric Power Equipment - Switching Technology (ICEPE-ST
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      2015-10-25 – 2015-10-28
    • 国際学会
  • [学会発表] SiC-MOSFET を利用した直流モデル遮断器に関する基礎検討2015

    • 著者名/発表者名
      横水 康伸,大橋 亮介,松村 年郎
    • 学会等名
      平成27年度電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会講演論文集,F1-4
    • 発表場所
      名古屋工業大学 御器所キャンパス (愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-09-28 – 2015-09-29
  • [学会発表] 電気接点併用IGBT型直流モデル遮断器における定常電流通電および突入電流遮断の特性2015

    • 著者名/発表者名
      横水 康伸,大橋 亮介,松村 年郎
    • 学会等名
      2015年(第33回)電気設備学会全国大会講演論文集, E-11
    • 発表場所
      北海道大学 工学部(北海道札幌市)
    • 年月日
      2015-09-01 – 2015-09-02
  • [学会発表] IGBT型直流モデル遮断器の突入電流遮断特性-ゲート・エミッタ間電圧の時定数10, 5および1 ms-2015

    • 著者名/発表者名
      横水康伸,大橋亮介,松村年郎
    • 学会等名
      電気学会放電/静止器/開閉保護合同研究会資料,ED-15-75/SA-15-74/SP-15-27
    • 発表場所
      名古屋大学 (愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-07-08 – 2015-07-09

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公開日: 2017-01-06  

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