マトリックスコンバータ(Matrix Converter、以下マトコン)とは、
電動機駆動用の電力変換回路はコンバータとインバータによるインバータシステムが一般的ですが、この方式は、商用電源の交流を直流に変換し、また可変電圧可変周波数(VVVF：Variable Voltage Variable Frequency)の交流に変換する交流―直流ー交流変換を行うが、それに対してマトコンは交流―交流直接電力変換を行う電力変換器である。大容量のエネルギー蓄積要素である電解コンデンサを不要とするため、電力変換器の集積に向いている。しかし、パワー半導体デバイスを多く必要であり、その駆動回路も増える。
本研究室では、マトコンの集積化を行うための研究を行っています。
マトコンには間接型と直接型に分かれます。本研究室では両方のマトコンを製作し、制御や駆動回路も研究しています。
製作したマトコン
間接型マトコン
直接型
回路シミュレータ（PSIM）を使ったマトリックスコンバータの解析
次図はPSIM★による間接マトリックスコンバータの制御回路と主回路の入力画面になります。回路シミュレータPSIMを使い、実験を行う前に、設計しようとする主回路や制御回路の動作確認を行っています。
特に本研究室では、負荷や電源に異常状態になったとき、マトリックスコンバータを瞬時に停止する時にあり得る異常動作について検討を行い、その避難方法を提案してきました。
以下の波形図はマトリックスコンバータで誘導電動機を駆動している間に異常が発生し、本研究室で提案している交流スイッチによって、負荷電流を安全に環流する動作をPSIMで確認を行ったシミュレーションの結果である。後ほどの実験結果とほぼ同様な結果が確認取れました。
★ PSIMはパワーエレクトロニクスおよびモータ制御のために開発された回路シミュレータです。
マトリックスコンバータの動作波形
試作したマトコンは線が沢山あって複雑に見えますが、半導体デバイスと配線だけですので、集積化が進めば半導体ICの一つのチップに収まるかもしれません。
Purpose of matric converter research
We had previously proposed a protection method of Matrix Converters (MCs) to keep inductive load current loop using a normally-on type bidirectional switch. The proposed method does not require any additional circuits for protection of opening circuit. Only, two switching devices are changed by normally-on type device instead of normally-off. When the gate block arises to halt suddenly, the normally-on device and diode maintains a one side current loop as a freewheeling diode in voltage source inverter. In this time, the switching combination of MC becomes zero voltage vector state. Three output phases are connected to one input phase. The load current is dissipated by internal resistance between Induction Motor (IM) and the main circuit of MC. In this paper, the proposed method is firstly verified by experimental results of IM driving test. From experimental results, the characteristic of freewheeling operation and short current at emergency halt is investigated and analyzed with simulation results. In addition, the power loss of devices in which consisted of proposed switch in MC for design cooling system is calculated. The final purpose of this study is to investigate the proposed normally-on type switch can replace the diode clamp circuit from field of MC drive system.
