次世代マルチレベル変換器を用いた高圧モータ駆動システムの研究

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本研究の目的は，現在入手可能な半導体パワーデバイスの適用を前提とした次世代マルチレベル変換器を用いた高圧・大容量交流電動機可変速駆動システムの基盤技術を確立することである。本課題においては，次世代マルチレベル変換器として現在世界的に注目を集めているモジュラー・マルチレベル・TSBC変換器に着目した。本変換器(以下，TSBC変換器)は，従来の高圧電動機駆動変換器と異なり，原理的に変圧器なしで6.6kV以上の高圧電動機の可変速駆動が実現できるため，システムの小型・軽量化・低コスト化が期待できる。本年度は，TSBC変換器の主回路部品のうち，重量・体積が大きな割合を占めると予想される直流コンデンサについて，制御的アプローチによる重量・体積の低減手法について検討を行った。本研究では，TSBC変換器の制御自由度であるコモンモード電圧の振幅と周波数の両方を理論的に最適化することによって，直流コンデンサに流出入する低周波の電力を最小化することに成功した。その結果，直流コンデンサの静電容量を従来の半分としても，コンデンサ電圧脈動を所定値内におさめることができるようになった。これは直流コンデンサの重量・体積を従来からおよそ半減できることを意味する。さらに本手法は制御的アプローチによるものであるため，ハードウェア上の追加は一切不要で，コストも従来と変化しない。本研究成果は，将来的なTSBC変換器の実用化を考慮するにあたって，その小型・軽量・低コスト化に大きく貢献する。本成果について，当該分野で最も権威のある国際会議において口頭発表を行い，さらに査読付きの米国電気電子学会産業応用部門論文誌(IEEE Transactions on Industry Applications)の2017年7/8月号に掲載が決定した。