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松川 誠; 三浦 友史; 中野 博民*
Proceedings of 2000 International Power Electronics Conference (IPEC-TOKYO 2000), p.917 - 922, 2000/04
力率1運転が可能な電流型PWMコンバータにおける最も重要な問題は、交流入力側フィルタの過渡振動現象による過電圧である。フィルタ定数にもよるが、スイッチング周波数を低下させざるを得ない大容量器の場合、容易に電源電圧の2倍以上の過電圧になり得る。この問題に対して、従来は直流出力電圧の変化率を制御するレートリミタなどが提案されていたが、一方で応答速度の低下を招くなどの欠点があった。本論文では、入力フィルタの挙動が2つの状態量(リアクトル電流とコンデンサ電圧)と1つの制御量(コンバータ入力電流)によって完全に記述できることに着目して、2サンプル応答の有限整定制御を行うことを提案する。また、本制御法の採用と状態方程式に基づく予測計算とを併用することで、スイッチング素子に対する過電圧をほぼ完全に制御できることを示す。
三浦 友史; 松川 誠; 中野 博民*
Proceedings of the 18th IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering (SOFE '99), p.417 - 420, 1999/10
力率1運転が実現可能で、交流入力電流の高調波が低減できるPWMコンバータは、次世代核融合装置の超伝導コイル用電源として有力であると考えられている。しかし、従来のPWMパターン発生法では、スイッチング素子の最小導通期間を保持しなければならないという制約から、直流出力電圧をゼロ付近の低電圧に制御することが非常に困難であった。そのため、交流入力電流波形は歪み、直流電流は振動する可能性があった。本講演では、直流出力電流の環流期間を1サンプル周期内に適切に配分することによって、素子の最小導通期間の制約にかかわらず、ゼロ電圧を出力することができる新しいPWMパターン発生法を提案する。本方法の有効性をEMTDCを用いた回路シミュレーションを行って評価、検討したので、その結果について報告する。
三浦 友史; 松川 誠; 中野 博民*
電気学会論文誌,D, 119-D(7), p.1022 - 1023, 1999/07
超伝導コイル用PWM(パルス幅変調方式)電流形コンバータでは、コイル電流を一定に維持する場合には直流出力電圧を零にする必要がある。この場合、原理的には環流モードにすることで直流出力電圧を零にできるが、従来のPWMパターン発生法では、狭幅パルスが交流側に現れるため実現できなかった。このため、狭幅パルスを発生しない方法が提案されているが、(1)スイッチング回数が最小化されていない、(2)アルゴリズムが比較的複雑で計算機制御に不向きである、などの欠点があった。本報告では、狭幅パルスを発生せず、かつスイッチング回数を最小化する方法を提案する。さらに本方法によれば、素子ごとに最小スイッチング時間を設定するのではなく、コンバータ全体のオンオフモードの最小維持時間を設定するため、計算機制御に適した単純なアルゴリズムで、かつスイッチング素子の能力を最大限まで利用可能とする。
三浦 友史; 松川 誠; 宮地 謙吾; 木村 豊秋
JAERI-Tech 98-001, 41 Pages, 1998/01
次世代トカマク形核融合装置の超伝導ポロイダル磁場コイル用電源は、プラズマ着火時に高電圧を必要とし、他は比較的低電圧で運転されるという特徴がある。従来のサイリスタ変換器では、力率が低下し、直流出力電圧の変動に伴い交流側無効電力が動揺することになる。このため、入力電力の力率1制御と交流側入力電流波形の制御が容易なPWMコンバータが、将来の核融合装置用電源として有望であると考え、スイッチング素子としてIGBTを用いた100kW級の電流形PWMコンバータを試作し、検討した。その結果、核融合装置用電源に必要な基本的な性能を実現できたが、交流側フィルタコンデンサの直流出力電圧変動時の過渡的な電圧上昇及び、超伝導コイル充電時の制御法などの新たな課題があることもわかった。
三浦 友史; 松川 誠; 木村 豊秋
Fusion Technology 1998, 1, p.743 - 746, 1998/00
将来のトカマク型核融合装置には、超伝導磁石システムが不可欠である。これらの超伝導磁石用電源は、プラズマ着火時に高電圧を出力するが、定常時は比較的低電圧で運転されるという特徴をもつ。従来のサイリスタ電源では、電力の力率が低下してしまうため、力率1の運転を実現し、低次の高調波を低減するPWMコンバータが、将来の核融合装置用電源の候補のひとつとして考えられている。そこで、本開発では、スイッチング素子としてIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を用いたPWMコンバータを試作し、核融合装置用電源への応用に対する妥当性を検討した。その結果、装置の定格出力200V-500Aを実現し、その基本的性能を確認することができた。また、低電圧出力時の運転では、通流率指令値が小さくなり、アナログ回路によるPWMパターン発生回路では、PWMパターンを適切に発生できないという問題が生じることを明らかにした。
恒岡 まさき; 藤田 秀男*; 坂本 慶司; 春日井 敦; 今井 剛; 永島 孝; 浅香 敏夫*; 上岡 伸好*; 安田 昌弘*; 飯山 俊光*; et al.
Fusion Engineering and Design, 36(4), p.461 - 469, 1997/00
被引用回数：23 パーセンタイル：84.15(Nuclear Science & Technology)本論文は核融合プラズマの加熱の1方式である電子サイクロトロン周波帯加熱電流駆動に用いるジャイロトロン発振管用電源について述べたものである。特に原研にて開発成功したエネルギー回収型ジャイロトロン用電源について述べたものである。この電源は発振に必要な電力を供給する主電源と発振に必要な安定電界を形成するための加速電源から構成される。加速電源により加速された電子はジャイロトロンの空胴共振器で高周波電力に変換され、加速電圧と主電源電圧差で生ずる減速電界によりスペントビームのエネルギー回収を行う。本論文ではこれらの構成とジャイロトロン実験による実証例を述べた。これにより従来型の方式に較べ電源容量で1/2冷却装置容量で1/3になる見通しを明らかにした。
松崎 誼; 大森 憲一郎; 嶋田 隆一; 南 圭次*; 山崎 長治*; 尾崎 章*; 川島 秀一*
Proc. of 1990 Int. Power Electronics Conf., p.139 - 143, 1990/00
トカマクにおけるプラズマ電流の突然の遮蔽(プラズマディスラプション)を回避・制御する事において、必要な開発項目は大容量でかつ高速でスイッチングするインバータ電源である。JFT-2Mでの実験を想定して、500V、1500A、10~20kHzのスイッチング速度を持つインバータ電源を2スタック製作した。1スタックは単相電圧形フルブリッジ回路で3台並列接続である。素子は最近開発された大容量、高速のスイッチング特性を持つ自己消弧形素子IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を使用した。この素子の定格は1000V、300Aであり、IGBT素子単体の定格として最大級のものである。このインバータ電源の制御は、最大20kHzの搬送周波数をもつPWM(Pulse Wide Modulation)制御で行った。この電源は製作を終え、試験を行い、良好な結果を得た。
