2019年度 パワーエレクトロニクス特論   Advanced Course of Power Electronics

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開講元
電気電子コース
担当教員名
藤田 英明  萩原 誠 
授業形態
講義
曜日・時限(講義室)
火7-8(S223)  木5-6(S223)  
クラス
-
科目コード
EEE.P411
単位数
2
開講年度
2019年度
開講クォーター
3Q
シラバス更新日
2019年4月5日
講義資料更新日
2019年11月12日
使用言語
英語
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講義の概要とねらい

 本講義では,パワー半導体デバイスにより電力制御を行う電力変換器の解析手法と制御方法を講義する。MOSFETとIGBTなどのスイッチング動作,電圧形変換器の転流動作,電流フィードバック制御と電圧フィードバック制御,系統連系電力変換器への応用,種々の系統連系変換器および関連する最新の技術を取り扱う。
 特に,パワーエレクトロニクス機器は,20ミリ秒程度の電源周期から数百ナノ秒のスイッチング動作まで,広範囲のタイムスケールの過渡現象を取り扱う。最近のコンピュータは高速化してはいるが,このようなタイムスケールが広い過渡現象をそのまま解くのは膨大な計算量を必要とし,現実的ではない。本講義では,種々の解析法を導入することで,効果的にパワーエレクトロニクス機器の動作を解析できることを示す。これはまた,制御を行う上でも有効なモデリングの手法でもある。基本的な解析・制御を学ぶ課程で,他の機器への応用できることを学んで欲しい。

到達目標

 本講義を履修することによって次の能力を修得する。
1) MOSFETとIGBTなどの基本的な構造と駆動方法を理解する。
2) パワーエレクトロニクス回路のトポロジーと動作原理を説明できる。
3) 基本的なパワーエレクトロニクス回路の動作特性を解析できる。
4) 系統連系電力変換器の制御方法を理解する。
5) 簡単な系統連系変換器の主回路と制御器を設計できる。

キーワード

パワーエレクトロニクス,変換器トポロジー,パワー半導体デバイス,電流・電圧制御法,系統連系変換器

学生が身につける力

国際的教養力 コミュニケーション力 専門力 課題設定力 実践力または解決力
- - -

授業の進め方

毎回の授業では,まず回路トポロジーや制御法,解析手法などを説明し,講義内容に関する議論と発表を行う。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 イントロダクション パワーエレクトロニクスの発展,パワーエレクトロニクス回路の双対性,正準スイッチングセル 電力変換器の類似点と相違点の議論
第2回 電圧形変換器用パワー半導体デバイス MOSFETとIGBT,スイッチングモード,スイッチング動作,ゲート駆動回路 ゲート駆動回路の設計とスイッチング期間の見積
第3回 ソフトスイッチングとスナバ回路 パワー半導体デバイスの損失,安全動作領域,スナバ回路,ソスとスイッチング動作 ソフトスイッチング回路の原理と特性に関する議論
第4回 共振形変換器とその応用 共振形変換器,動作モード,電力制御法 共振形変換器の特性解析
第5回 パルス幅変調 変調方法,PWM変換器の合成電圧波形,二重フーリエ変換 三相PWM変換器の電圧波形の合成
第6回 電圧形電力変換器のモデリング 状態平均化法,種々のモデリング方法,スイッチング関数とデューティ比,制御応答 交流インダクタと直流コンデンサの間の干渉の解析
第7回 ディジタル電流制御 マイクロプロセッサとコントローラ,サンプリングとアップデート,ディジタル電流制御とz変換 ディジタル電流制御の過渡特性解析
第8回 系統連系変換器 整流器,直流送電変換器,直流電圧制御法 直流電圧制御と交流電流制御の過渡応答の議論
第9回 系統連系変換器の電流制御 受動・能動インピーダンス,フィードフォワード補償,回転座標変換,非干渉制御 電流制御の応用についての議論
第10回 無効電力補償装置 並列・直列補償器,TCR,TSC,STATCOM,TCSC,SSSC,UPFC 無効電力補償装置の比較検討
第11回 電力用アクティブフィルタ 回路方式,高調波検出方式,制御方式,補償方式,ハイブリッド高調波補償システム 高調波補償装置の特性解析と比較
第12回 磁性部品と偏磁 磁性材料のモデリング,偏磁の原理,偏磁補償方法 トランスを有する変換器の制御法の議論
第13回 系統連系変換器の電力・エネルギーの変動・外乱 無効電力,高調波成分,逆相電流,フリッカ成分 系統連系変換器の直流コンデンサの設計
第14回 マルチレベル変換器 ダイオードクランプ変換器,キャパシタクランプ変換器,カスケード変換器,モジュラーマルチレベル変換器 特定の応用に対する電力変換器の設計
第15回 新しい電力変換器の技術 マトリクスコンバータ,インダクタレス変換器,zソース変換器,昇圧インバータ,高周波サイクロコンバータ 新しい応用と要求,回路トポロジーについての議論

教科書

講義スライドはOCW/iにて配布する。

参考書、講義資料等

1) John G. Kassakian, Martin F. Schlecht, George C. Verghese, Principles of Power Electronics, Addison-Wesley Series in Electrical Engineering, ISBN-13: 978-0201096897
2) Ned Mohan, Tore M. Undeland and William P. Robbins, Power Electronics: Converters, Applications, and Design, ISBN-13: 978-0471226932

成績評価の基準及び方法

成績評価は,レポート(2%×15回=30%),期末試験(70%)による。

関連する科目

  • EEE.P311 : パワーエレクトロニクス
  • EEE.C261 : 制御工学
  • EEE.C201 : 電気回路第一
  • EEE.C202 : 電気回路第二
  • EEE.P301 : 電気機器工学

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

本講義では,学部授業「パワーエレクトロニクス」の知識を必要とする。

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