パワーエレクトロニクス演習

科目基礎情報

学校	北九州工業高等専門学校	開講年度	令和05年度 (2023年度)
授業科目	パワーエレクトロニクス演習
科目番号	0175	科目区分	専門 / 選択
授業形態		単位の種別と単位数	履修単位: 1
開設学科	生産デザイン工学科（電気電子コース）	対象学年	5
開設期	後期	週時間数	2
教科書/教材	「これでなっとくパワーエレクトロニクス」 髙木茂行、長浜竜（コロナ社）
担当教員	小路 紘史

到達目標

１．パワーエレクトロニクスの歴史，半導体や回路方式の仕組みについて理解できる。
２．フーリエ級数を用いてひずみ波の高調波成分を計算できる。
３．整流回路やチョッパ回路における電圧、電流の計算および波形を描くことができる。
４．デジタル電源や電力分野で活用されているパワーエレクトロニクスの応用技術が理解できる。

ルーブリック

	理想的な到達レベルの目安	標準的な到達レベルの目安	未到達レベルの目安
評価項目1	電力用ダイオード、パワートランジスタ、パワーMOSFET、IGBT、サイリスタ等の構造と特性を理解し説明できる。	電力用ダイオード、パワートランジスタ、パワーMOSFET、IGBT、サイリスタ等の構造を理解できる。	電力用ダイオード、パワートランジスタ、パワーMOSFET、IGBT、サイリスタ等の概要を理解できない。
評価項目2	フーリエ級数を用いてひずみ波の高調波成分の解析の意味が理解でき，説明および計算ができる。	フーリエ級数を用いてひずみ波の高調波成分の解析の意味が理解できる。	フーリエ級数を用いてひずみ波の高調波成分の解析の意味が理解できず，説明および計算ができない。
評価項目3	整流回路、インバータ、直流チョッパ、サイクロコンバータ等の原理と構造を理解し説明できる。	整流回路、インバータ、直流チョッパ、サイクロコンバータ等の構造を理解できる。	整流回路、インバータ、直流チョッパ、サイクロコンバータ等の概要を理解できない。
評価項目４	PFC回路動作等の原理などを例に、回路上における動作過程毎の受動素子や半導体素子での電荷の動きについて理解し、課題や利点を含め詳細に説明できる。	PFC回路動作等の原理などを例に、回路上における動作過程毎の受動素子や半導体素子での電荷の動きについて理解し、説明できる。	PFC回路動作等の原理などを例に、回路上における動作過程毎の受動素子や半導体素子での電荷の動きについて理解しているが、説明はできない。

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 B① 専門分野における工学の基礎を理解できる。

学習・教育到達度目標 B② 自主的・継続的な学習を通じて、専門工学の基礎科目に関する問題を解くことができる。

JABEE SB① 共通基礎知識を用いて、専攻分野における設計・製作・評価・改良など生産に関わる専門工学の基礎を理解できる。

JABEE SB② 自主的・継続的な学習を通じて、専門工学の基礎科目に関する問題を解決できる。

JABEE SC① 専門工学の実践に必要な知識を深め、実験や実習を通じて、問題解決の経験を積む。

教育方法等

概要:

パワーエレクトロニクスの知識を習得し、半導体で構成される回路の仕組みについて理解することを目的とする。授業では、パワーエレクトロニクスを用いた電気機器や電力の制御法について詳しく説明する。

授業の進め方・方法:

電気機器や電気回路、自動制御などの教科書内容を基にして授業を進める。半導体素子の基礎や受動素子の役割・回路上の振る舞いなど、について理解を深めることで、回路を動作させた際の電圧波形・電流波形・電荷の動きをイメージできるようにする。

注意点:

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	ガイダンス パワーエレクトロニクスの概要と歴史	パワーエレクトロニクスの歴史と概要を理解できる。
		2週	パワーエレクトロニクスの基礎、ひずみ波	パワー素子とひずみ波における雑音を理解できる。
		3週	ひずみ波	フーリエ級数展開を用いてひずみ波の成分を計算できる。
		4週	整流回路	整流回路の動作を理解できる。
		5週	整流回路、チョッパ回路	整流回路の動作を理解し、昇圧・降圧チョッパ回路の動作を理解できる。
		6週	昇降圧チョッパ回路	昇降圧チョッパ回路の動作を理解し、電圧・電流波形を理解できる。
		7週	チョッパ回路の基本動作および実際の動作についての演習と復習	チョッパ回路の基本的な動作と、応用例の動作の不理解点を抽出し、復習する。
		8週	中間試験
	4thQ
		9週	力率改善回路（PFC）の歴史	PFCの歴史、役割を説明できる。
		10週	PFCの原理	PFCの動作原理について説明できる。
		11週	PFCの動作	PFC代表的な動作モードについて説明できる。
		12週	実際のPFC回路	実際のPFC回路を例に
		13週	パワーエレクトロニクスの応用	インバータ回路や実回路測定などの、現在の製品や製品開発に用いられている技術を説明できる。
		14週	パワーエレクトロニクスの応用	インバータ回路や実回路測定などの、現在の製品や製品開発に用いられている技術を説明できる。
		15週	PFC回路の基本動作および実際の動作についての演習と復習	PFC回路の基本的な動作と、応用例の動作の不理解点を抽出し、復習する。
		16週	定期試験

評価割合

	試験	小テスト等	演習・レポート	発表	相互評価	合計
総合評価割合	70	0	30	0	0	100
基礎的能力	0	0	0	0	0	0
専門的能力	70	0	30	0	0	100
分野横断的能力	0	0	0	0	0	0