革新的高圧モータドライブに関する研究

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5レベルダイオードクランプインバータ(以下,5レベルインバータと略す。)は従来の電力変換器に比べ高耐圧化が可能であり,現行のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いて6.6kV高圧トランスレス・モータドライブを構築可能である。それゆえ,実現すれば既存の変圧器を用いた6.6kV高圧モータドライブに比べ大幅な小型化・低コスト化が実現できる。その実用化を目的とし,本研究では5レベルインバータの動作に必要不可欠である直流電圧均一回路とその周辺技術に関して検討している。平成23年度は5レベルインバータの低速・定格トルク運転を検討した。これは,ゴムミキサ,ロータリキルン,押出機,石油掘削リグなど回生を必要としない定トルク特性の負荷を対象としている。低トルク負荷では低速域においても定格トルクを必要とする。低速・定格トルク運転においては,直流電圧均一回路における結合インダクタの磁束脈動と,5レベルインバータを構成するIGBTモジュール損失の不均一が問題となる。そこで,磁束振幅を低減する直流電圧均一回路の制御法を提案した。これは,平成22年度に検討した9次零相電圧重畳と併用することで,磁束のピーク値を設計値以内に抑制する。その有効性を200V5.5kW実験システム(現有設備)によって実証した。また,9次零相電圧重畳は5レベルインバータのIGBTモジュール損失の均一化にも寄与する。「PSCAD/EMTDC」を用いたシミュレーションによって,IGBTモジュール損失を考慮した5レベルインバータを設計し,IGBTモジュール損失均一化の効果を確認した。