パワーエレクトロニクス

科目授業名称（和文）　Name of the subject/class (in Japanese)

パワーエレクトロニクス

科目授業名称（英文）　Name of the subject/class (in English)

Power Electronics

授業コード　Class code

994317M

科目番号　Course number

43EEELM301

教員名

小泉　裕孝

Instructor

Hirotaka Koizumi

開講年度学期

2023年度前期

Year/Semester

2023/1st

曜日時限

月曜3限

Class hours

Monday/3rd

開講学科・専攻　Department

工学部　電気工学科

Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering

単位数　Course credit

2.0単位

授業の方法　Teaching method

講義

Lecture

外国語のみの科目（使用言語）　Course in only foreign languages (languages)

-

授業の主な実施形態　Main class format

ハイフレックス型授業/Hybrid-Flexible format
オンライン授業（非同期）/Online (asynchronized remote)も可能とするか検討中。

概要　Description

パワー半導体デバイスとそれを用いた電力変換システムについて学習する。まずパワー半導体デバイスの種類と特性を学ぶ。次に整流回路の種類と特性、点弧角による電圧の制御、他励式インバータ、サイクロコンバータについて学習する。次にdc/dcコンバータと直流電動機の制御を学ぶ。自励式インバータではPAM、PWM制御を学ぶ。電子デバイスによる電動機の制御としてはベクトル制御、セルビウス制御、サイリスタモータ、静止レオナード制御、チョッパ制御について学習する。パワー半導体デバイスを用いて行う，交流・直流変換，直流・交流変換，直流・直流変換，交流・交流変換のしくみを習得する。

目的　Objectives

エネルギー・制御分野の基礎として不可欠の科目である。例えば，電動機を制御するには電圧，電流，周波数等を適切に制御する必要があり，交流電源あるいは直流電源から得た電力を変換する装置が不可欠である。また，太陽光発電は直流であるが，電力系統に接続するには交流に変換する必要がある。身近なところでは，携帯電話を充電するには，交流を直流に変換し充電している。これら，電力を変換する技術を電気回路の観点から学習し，交流・直流変換，直流・交流変換，直流・直流変換，交流・交流変換のしくみを習得する。

到達目標　Outcomes

・理想スイッチの説明ができる。
・パワー半導体デバイスの種類と特徴を説明できる。
・整流回路の回路構成が説明できる。
・整流回路の動作原理が説明できる。
・整流回路の点弧角と出力電圧の関係が説明できる。
・他励式インバータの動作原理が説明できる。
・サイクロコンバータの回路構成が説明できる。
・サイクロコンバータの動作原理が説明できる。
・直流チョッパ回路3種類の回路構成が説明できる。
・直流チョッパ回路3種類の動作原理が説明できる。
・入出力電圧に合わせた直流チョッパ回路の選択と設計ができる。
・直流チョッパ回路と直流電動機を組み合わせたシステムの力行と回生が説明できる。
・電圧源形インバータと電流源形インバータの違いが説明できる。
・PWM制御の原理が説明できる。
・サイリスタモータの動作原理が説明できる。
・回転機の速度制御の概要が説明できる。
・三相‐二相変換および回転座標変換ができる。

卒業認定・学位授与の方針との関係（学部科目のみ）

専門学力(エネルギー・制御)

履修上の注意　Course notes prerequisites

履修の前提となる科目電気数学、電気磁気学１,２及び演習、電気回路１,２、物理学1、電気機器学。

アクティブ・ラーニング科目　Teaching type（Active Learning）

小テストの実施　Quiz type test

-

準備学習・復習　Preparation and review

LETUSに逐次掲示されるファイルを参考に復習を徹底して行う。また事前にLETUSに資料を掲示し予習を指示する場合がある。

成績評価方法　Performance grading policy

毎回LETUSで行う小テストの合計点により評価する。

学修成果の評価　Evaluation of academic achievement

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

教科書　Textbooks/Readings

教科書の使用有無（有=Y , 無=N）　Textbook used(Y for yes, N for no)

N

書誌情報　Bibliographic information

-

MyKiTSのURL（教科書販売サイト）　URL for MyKiTS(textbook sales site)

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

参考書・その他資料　Reference and other materials

LETUSに掲載するPDF
パワーエレクトロニクス　矢野昌雄、打田良平著　丸善
パワーエレクトロニクス　堀孝正著　オーム社
パワーエレクトロニクス回路　電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編　オーム社
パワーエレクトロニクスの基礎池田吉尭、北村覺一、正田英介共著電気学会
電気機器学難波江章、金東海、高橋勲、仲村節男、山田速敏共著電気学会
パワーエレクトロニクス学入門　河村篤男　横山智紀、船渡寛人、星伸一、吉野輝雄　コロナ社
パワー半導体デバイス　谷内利明監修、松本寿彰編著、小倉常雄、小谷和也、田井裕通、竹内宏行　オーム社

授業計画　Class plan

1. パワーエレクトロニクスとは/パワー半導体デバイス

　　パワーエレクトロニクスの必要性を具体的アプリケーションを例に理解する。理想スイッチと実際のスイッチの違いを理解する。ダイオード、サイリスタ、バイポーラパワートランジスタ、パワーMOSFET、IGBTの特徴を理解する。

2. パワー半導体デバイス/半波整流回路、全波整流回路

　　各デバイスの駆動回路、スナバの原理を理解する。単相半波整流回路、単相全波整流回路、三相半波整流回路の構造と回路動作について理解する。

3. 三相全波整流回路、平滑リアクトル、バイパスダイオード

　　　三相全波整流回路の構造と回路動作について理解する。整流回路における平滑リアクトル、バイパスダイオードの役割を理解する。

4. 交流条件と偏磁現象、電流の重なり、転流

　　　交流条件と偏磁現象について理解する。転流リアクタンス、電流の重なり期間、重なり角について、現象を数式で理解する。

5. 二重星形結線と相間リアクトル、多相整流回路の直流側特性と交流側電流、他励式インバータ

　　二重星形結線と相間リアクトル、およびその六相星形結線との特性比較について理解する。整流器動作からインバータ動作への移行、他励式インバータの制御進み角、転流余裕角について理解する。

6. サイクロコンバータ

　　サイクロコンバータの構造と動作について理解する。

7. DC/DCコンバータ

　　降圧型、昇圧型、昇降圧型コンバータについて構造と動作を理解する。

８. 直流電動機の速度制御

　　直流電動機の速度応答、静止レオナード制御、可逆運転制御、速度制御システム、チョッパ制御について理解する。

９. 自励式インバータ

　　ハーフブリッジ、フルブリッジ回路の構成と動作を理解する。電圧形インバータの特徴を理解する。

10. 電流形インバータ，PWMインバータ

　　電流形インバータの特徴を理解する。PWMインバータの構成と駆動原理について理解する。

11. 同期電動機の速度制御、サイリスタモータ

　　サイリスタモータ（無整流子電動機）の構造と特性さらに直流機との等価性について理解する。

12. 電子デバイスによる電動機の制御、誘導電動機の速度制御

　　誘導電動機のＶ／ｆ一定制御、すべり周波数制御を理解する。

13. 誘導電動機の速度制御

　　セルビウス制御、ベクトル制御を理解する。

14. 三相‐二相変換、回転座標変換

　　三相‐二相変換、回転座標変換を理解する。

15. 総合復習

　　全体の復習を行う。

授業担当者の実務経験　Work experience of the instructor of the class

-

教育用ソフトウェア　Educational software

-

備考　Remarks

シラバス情報