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 授業科目
 Course Title
パワーエレクトロニクス
Power Electronics
 担当者
 Instructor
講師   渡邉 良男  後学期 水曜日3時限
 単 位
 Credit
2

関連するディプロマポリシー Related Diploma Policy
自立した良識ある市民としての判断力と実践力/Judgment and practical ability as an independent citizen of sound sense
時代の課題と社会の要請に応えた専門的知識と技能/Expert knowledge and skills to address the issues of the age and the demands of society
 
到達目標 Target to be Reached
本講義の到達目標は、受講生が、半導体スイッチ素子の特性を理解、電気機器の等価回路作成法をマスター、その上で整流回路とインバータ回路を対象にしたパワーエレクトロニクス回路の構成法と解析手法の基本を学習、さらに機器開発手法ならびに設計の基本全体を修得することである。
 
授業内容 Course Content
近年では、ほぼ全ての機器は電力で動作をする。快適な生活環境を実現し、かつ省電力を図るためには、電力機器の効率的な出力制御が重要である。これを可能にする技術としてパワー半導体を用いた電子回路技術が開発され、パワーエレクトロニクスと呼ばれる学問領域を形成している。本講座ではシステムを構成する各要素について、まず、その特性と等価回路による扱い方を講述する。続いて使用するパワー半導体素子特性とこれを用いた各種の制御、変換回路について述べる。最後にこれら回路の解析手法ならびにパワーエレクトロニクス製品拡大による問題点とその対策手法についても講述する。回路技術は「発明」により発展する。本講義では、創意・工夫をなすためにはどのような考え方が必要かについてもパワーエレクトロニクス技術を例題にして述べる。
 
授業計画 Course Planning
以下の項目順序にしたがって講義する。
 1.シラバスの記載事項について確認する。各種被制御機器の等価回路導出法
   電力機器を構成する変圧器、モータなどは何れも磁気回路を含む。磁気回路とを電気回路に変換する等価回路法を扱う。
 2.磁気回路の等価電気回路作成の演習。各マシーンの等価回路作成法
 3.電力用半導体素子(その1)
   高電圧・大電流で動作する半導体スイッチの特性を理解するために、半導体の基礎的な素子特性を扱う。P型・N型半導体
 4.電力用半導体素子(その2)
   ダイオード、バイポーラトランジスタ、サイリスタ
 5.電力用半導体素子(その3)
   パワーMOSFET
 6.交流から直流への各種変換回路
   整流回路方式とその問題点を扱う。各種整流回路方式
 7.直流電圧制御回路:整流回路で得られる直流出力を所望の値に制御する定電圧化回路について述べる。
 8.シリーズレギュレータ回路、ステップダウン型チョッパ回路
 9.ステップアップ型チョッパ回路、電力回生方法
 10.直流から交流への変換(インバータ)回路:
   直流電圧から、所望の周波数の交流電圧を得る手法と、インバータ回路は整流回路と双対の関係にあることを示す。
 11.ブロッキングオシレータ回路、プシュプル回路、ハーフブリッジ回路など
 12.インバータ設計演習  
 13.回路動作解析手法:回路設計を行うための手法について述べる。
 14.パワーエレクトロニクス製品がもたらす問題点とその対策手法
   電子機器が増加した結果、電源系統に新たな問題が生じている。この現状を解説する。
 
授業運営 Course Management
プリントを用いたノート講義形式で行う。プリントは授業開始前に配布する。その上で各授業で次回授業までに調べ考えておくことを指示するのでので、配布プリントならびに関連する教科の教科書等で予習をしてくること。そして毎回の授業中に随時質問をする。答えられなかった場合、次の授業で再質問に答えられないことがないように十分復習をしてくること。また簡単な回路について設計演習を行うことで、実際の回路設計手法についても学習する。この予習・復習・設計演習には平均で毎回3時間余りを要するはずである。
 パワーエレクトロニクスを用いた回路は現在では身の回りに多くある。どこに用いられているか自分で調べながら受講すると興味が一段と湧くはずである。



 
評価方法 Evaluation Method
毎回の授業中に随時行う質問、ならびに4回前後の設計演習課題レポートでの達成度により評価する。



 
オフィスアワー Office Hour (s)
水曜の授業日の12:00~13:00、23号館講師控室まで。
なお講師のメールアドレスは以下の通り。
watalab@kanagawa-u.ac.jp
 

参考書 Book (s) for Reference
佐藤之彦『パワーエレクトロニクス』第1版[オーム社]2012
Farid Golnarghi,Benjamin C.Kuo,Automatic Control Systems,Nineth Edition,JOHN WILEY&SONS,INC.
2009

 
 
 
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