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学習支援計画書(シラバス) 検索システム
専門教育課程 電気電子工学科(2018年度入学〜)
授業科目区分 科目名 単位数 科目コード 開講時期 履修方法
専門教育課程
専門科目
専門
パワーエレクトロニクス
Power Electronics
2 E634-01 2023年度
6期(後学期)
修学規程第4条を参照
担当教員名
*印は、実務経験のある教員を示しています。
授業科目の学習・教育目標
キーワード 学習・教育目標
1.電力の変換と制御 2.パワー半導体デバイス 3.整流回路 4.チョッパとインバータ 5.地域連携 電気エネルギー・制御技術とそれを支える材料・デバイスに関する基礎知識を修得し、それ らを具体的に活用できる。パワー半導体デバイスを用いた電気エネルギーの変換と制御(パ ワーエレクトロニクス)分野の基礎理論を学習し,電気エネルギーの応用能力を身につける 。電力変換の仕組みやパワー半導体デバイスの種類と特性、整流回路,チョッパ回路,イン バータ回路の動作原理と特性を学習する。
授業の概要および学習上の助言
<授業の概要> 1.パワーエレクトロニクス概論  1.1 パワーエレクトロニクスの意味  1.2 高効率電力変換の原理  1.3 電力変換の種類 2.パワー半導体デバイスの特徴  2.1 分類と基本構造         2.2 ダイオードとサイリスタ  2.3 パワートランジスタ(バイポーラパワートランジスタ,MOSFET,IGBT) 3.電力変換回路  3.1 整流回路            3.2 チョッパ回路とDC/DCコンバータ回路  3.3 インバータ回路 4.パワーエレクトロニクス技術の応用 <助言> 講義内容を理解するためには、電気回路,物性工学、電磁気学,過渡現象論の知識が必要である。十分な予習と復習が必要で ある。
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:パワーエレクトロニクス入門(改訂5版)[オーム社] 参考書:指定なし リザーブドブック:指定なし
履修に必要な予備知識や技能
本科目と「電気回路」,「電気磁気学」,「過渡現象論」,「物性工学」,「電気機器学」,「電気エネルギー発生工学」な らびに「高電圧パルスパワー工学」とは深い関連性がある。各教科で履修した基礎事項を復習しながら,互いに関連づけるこ と。この科目は電気主任技術者資格取得のための履修科目である。
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
L パワーエレクトロニクスの意味やパワー半導体デバイスを用いた電力変換の特徴を説明できる。
L 代表的なパワー半導体デバイスの種類と特徴を説明できる。
L 整流回路,チョッパ回路,インバータ回路の基本構成を示し,動作を説明できる。
L 整流回路,チョッパ回路,インバータ回路の運転中の波形を示し,出力電圧・電流を計算できる。
L チョッパ回路やインバータ回路に使用されるPWM制御の概略を説明できる。
L パワーエレクトロニクス技術の必要性とその応用技術を概略的に説明できる。
達成度評価
評価方法
試験 クイズ
小テスト
レポート 成果発表
(口頭・実技)
作品 ポートフォリオ その他 合計
総合評価割合 40 40 20 0 0 0 0 100
指標と評価割合 総合評価割合 40 40 20 0 0 0 0 100
総合力指標 知識を取り込む力 20 20 10 0 0 0 0 50
思考・推論・創造する力 20 20 10 0 0 0 0 50
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 0 0 0 0 0 0
発表・表現・伝達する力 0 0 0 0 0 0 0 0
学習に取組む姿勢・意欲 0 0 0 0 0 0 0 0
※総合力指標で示す数値内訳、授業運営上のおおよその目安を示したものです。
評価の要点
評価方法 行動目標 評価の実施方法と注意点
試験 達成度を確認するために実施する。 行動目標②〜⑤について達成度を評価する。
クイズ
小テスト
理解度向上のために実施する。 行動目標①〜⑥について達成度を評価する。
レポート 理解度の向上のため,適宜実施する。
成果発表
(口頭・実技)
作品
ポートフォリオ
その他
具体的な達成の目安
理想的な達成レベルの目安 標準的な達成レベルの目安
学生が達成すべき行動目標を高度に達成できる。 電気主任技術者試験の関連科目に合格する。 学生が達成すべき行動目標を達成できる。
CLIP学習プロセスについて
一般に、授業あるいは課外での学習では:「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、GoodWork!」:のようなプロセス(一部あるいは全体)を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間(例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間/週)を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。
授業明細
回数 学習内容 授業の運営方法 学習課題 予習・復習 時間:分※
1 【ガイダンス】 学習支援計画書の説明。授業の進め方,課題の解説。 【パワーエレクトロクス概要】 ◇パワーエレクトロニクスの意味や電力変換の種類を 学ぶ。 ◇パワーエレクトロニクス技術による損失低減の原理 を学ぶ。 講義と質疑 教科書(pp.2-14)を読み,パワー エレクトロニクスの意味と特徴を 説明できるようにすること。 予習: 100, 復習: 100
2 【パワー半導体デバイス】 ◇パワー半導体デバイスの外形,種類と記号,歴史お よび基本構造と特徴を学ぶ。 ◇ダイオードとパワートランジスタの基本構造と動作 原理を学ぶ。 ◇パワーMOSFETとIGBTの基本構造と動作原理を学ぶ。 ◇バイポーラデバイスとユニポーラデバイスの比較, パワー半導体デバイスの適用分野を学ぶ。 講義と質疑 教科書(pp.18-52)を読み,代表的 なパワー半導体デバイスの図記号 ,概要,基本構造,動作原理を説 明できるようにすること。 予習: 100, 復習: 100
3 【小テスト1】 ◇学生が達成すべき行動目標①と②の達成度を確認す る。 【振り返り】 ◇小テストの解説を通じて学習内容を振り返ってもら う。 1. 小テスト 2. 振り返り 講義資料や教科書(pp.2-52)を復 習しておくこと。 復習: 200
4 【整流回路1】 ◇半波整流の原理,基本回路,還流ダイオードの有無 ,入・出力波形(抵抗負荷,誘導性負荷),出力電圧の 計算法を学ぶ。 ◇全波整流の原理,基本回路,入・出力波形(抵抗負 荷,誘導性負荷),出力電圧の計算法を学ぶ。 講義と質疑 教科書(pp.97-101)を読み,サイ リスタを使用した整流回路の基本 回路や動作波形,出力電圧を説明 できるようにすること。 予習: 100, 復習: 100
5 【整流回路2】 ◇平滑コンデンサを有する全波整流回路の入出力波形 を学ぶ。 ◇有効電力,無効電力,力率(正弦波電流,歪んだ電 流)の計算方法を学ぶ。 ◇他励式インバータの基本回路と動作原理、応用例を 学ぶ。 講義と質疑 教科書(p.96)を読み,平滑コンデ ンサを有するダイオード整流回路 の動作を説明できるようにするこ と。教科書(pp.107-108)を読み、 力率,基本波力率を理解すること 。教科書(pp.110-111)を読み,他 励式インバータの動作を説明でき るようにすること。 予習: 100, 復習: 100
6 【整流回路の演習】 教員の指示に従い,整流回路に関連する演習問題を解 く。 1. 演習 2. 解説 講義資料と教科書(pp.96-101,pp. 107-111)を復習しておくこと。 復習: 200
7 【チョッパ回路】 ◇降圧チョッパと昇圧チョッパの基本回路と動作原理 について学ぶ。 ◇電圧・電流可逆チョッパの基本回路と動作原理につ いて学ぶ。 講義と質疑 教科書(pp.111-118)を読み,降圧 チョッパ、昇圧チョッパ、電圧・ 電流可逆チョッパの基本回路と動 作を説明できるようにすること。 予習: 100, 復習: 100
8 【DC/DCコンバータ回路】 ◇絶縁の必要性について学ぶ。 ◇フォワードコンバータとフライバックコンバータの 基本回路と動作原理について学ぶ。 講義と質疑 講義資料と参考書を読んで、フォ ワードコンバータとフライバック コンバータの基本回路と動作を説 明できるようにすること。 予習: 100, 復習: 100
9 【チョッパ回路とDC/DCコンバータ回路の演習】 ◇教員の指示に従い、チョッパ回路とDC/DCコンバー タ回路に関する演習問題を解く。 1. 演習 2. 解説 講義資料と教科書(pp.111-118)を 復習しておくこと。 復習: 200
10 【小テスト2】 ◇学生が達成すべき行動目標③,④ならびに⑤の達成 度を確認する。 【振り返り】 ◇試験の解説を通じて学習内容を振り返ってもらう。 1. 小テスト 2. 振り返り 講義資料や教科書(pp.96-101,pp. 107-118)を復習しておくこと。 復習: 200
11 【インバータ回路1】 ◇インバータの分類,ハーフブリッジインバータとフ ルブリッジインバータの基本回路,動作原理や出力電 圧・電流波形について学ぶ。 講義と質疑 教科書(pp.119-122)を読んで,イ ンバータの分類、電圧形インバー タの基本回路や動作を説明できる ようにすること。 予習: 100, 復習: 100
12 【インバータ回路2】 ◇フルブリッジインバータのPWM制御方法について学 ぶ。 ◇PWM制御を適用した三相フルブリッジインバータ( 三相PWMインバータ)の出力電圧を増加させる方法や 、上下アームの短絡防止時間の影響などについて学ぶ 。 講義と質疑 教科書(pp.124-132)を読んで,PW M制御方法の原理を説明できるよ うにすること。 予習: 100, 復習: 100
13 【インバータ回路の演習】 ◇教員の指示に従い,インバータ回路に関する演習問 題を解く。 1. 演習 2. 解説 講義資料や教科書(pp.119-132)を 復習しておくこと。 復習: 200
14 【達成度確認試験】 ◇学生が達成すべき行動目標②,③,④ならびに⑤の 達成度を確認する。 【振り返り】 ◇試験の解説を通じて,学習内容を振り返ってもらう 。 1. 試験 2. 振り返り 講義資料や教科書(pp.96-132)を 復習しておくこと。 復習: 200
15 【自己点検授業】 ◇成績評価方法の説明 ◇評価結果の伝達 ◇授業アンケートの実施 質疑 今後の活動に活かすこと。