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パワーエレクトロニクス

索引 パワーエレクトロニクス

パワーエレクトロニクス(英語:power electronics)は、電力用半導体素子を用いた電力変換、電力開閉に関する技術を扱う工学である。 広義では、電力変換と制御を中心とした応用システム全般の技術とも言える。 電力変換の基本となる整流回路は1897年にドイツの物理学者であるレーオ・グレーツによって考案された(グレーツ回路)。1957年、ゼネラル・エレクトリック社によって開発されたサイリスタの登場以後、それまでの回転機や磁気、液体、気体などを用いたものと変わって、固体の半導体素子による電力変換、電力開閉技術が発展した。1969年、ゼネラル・エレクトリックのハーバート・ストームがIEEE(アメリカの電気電子学会)の雑誌『スペクトラム』の記事で固体パワーエレクトロニクスという用語を用いてその定義を説明した。また1973年、ウェスティングハウス社のウィリアム・ニューウェルによって「パワー(電気・電力・電力機器)と、エレクトロニクス(電子・回路・半導体)と、コントロール(制御)を融合した学際的分野」と図を用いて説明された。以後、電力用半導体素子や制御用コンピュータの進化などによって発展・繁栄した。 代表的な技術例として、交流から直流に変換する順変換器(整流器)、直流を交流に変換する逆変換器(インバータ)などの半導体電力変換装置が挙げられる。 またその利用例として、発電や送電などの電力分野、回転機・ファン・ポンプ・ブロアなどを利用する産業分野、通信システムや工場などの電源装置、電車の駆動・変電などの電気鉄道分野、自動車、家庭用電化製品など非常に幅広く使用されている。.

33 関係: 半導体半導体工学半導体素子変電工学交流ドイツ制御工学インバータウェスティングハウス・エレクトリックコンピュータゼネラル・エレクトリックサイリスタ物理学者直流発電自動車英語電力工学電力応用電力用半導体素子電力機器電子工学電車電気工学電源回路送電IEEE整流器1897年1957年1969年1973年

半導体

半導体(はんどうたい、semiconductor)とは、電気伝導性の良い金属などの導体(良導体)と電気抵抗率の大きい絶縁体の中間的な抵抗率をもつ物質を言う(抵抗率だけで半導体を論じるとそれは抵抗器と同じ特性しか持ち合わせない)。代表的なものとしては元素半導体のケイ素(Si)などがある。 電子工学で使用されるICのような半導体素子はこの半導体の性質を利用している。 良導体(通常の金属)、半導体、絶縁体におけるバンドギャップ(禁制帯幅)の模式図。ある種の半導体では比較的容易に電子が伝導帯へと遷移することで電気伝導性を持つ伝導電子が生じる。金属ではエネルギーバンド内に空き準位があり、価電子がすぐ上の空き準位に移って伝導電子となるため、常に電気伝導性を示す。.

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半導体工学

半導体工学(はんどうたいこうがく、semiconductor engineering)は、半導体素子の設計・製造、寿命などの性能評価、半導体を利用した計測などを取り扱う工学である。下記のように多様な技術が関係する。.

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半導体素子

ここでは半導体素子(はんどうたいそし)や半導体部品(-ぶひん)(英:semiconductor device) セミコンダクター・デバイスについて解説する。.

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変電

変電(へんでん)とは、狭義には交流の電圧変換を指し、広義には無効電力の調整による電圧の調整、周波数変換、交流と直流との相互変換、直流の電圧変換など、電力の変換・調整操作全般を意味する。 発電施設から需要家へ電力を供給する場合、送電による電力損失を抑えるため送電線に高電圧を印加し、需要家の近傍で降圧することにより、需要家が必要とする電力を供給している。その際の変電所や変電設備による昇圧や降圧のことが一般的には変電として知られる。交流電圧変換には主に変圧器が用いられる。交流の場合には、送電線路の分布容量によるキャパシタンス成分(対地容量)や変圧器のインダクタンス成分によって無効電力が発生する。特に送電線路として電力ケーブルを使用した系統では対地容量が大きく、夜間や休日などの軽負荷時には送電端よりも負荷端の電圧が上昇するフェランチ効果が発生しやすい。無効電力の調整は、コンデンサを用いてインダクタンス成分をキャンセルしたり、リアクトルを用いてキャパシタンス成分をキャンセルする。コンデンサ、リアクトル以外にも同期調相機のような回転機(ロータリーコンデンサ)なども使用することがある。 周波数の変換には電動発電機が使用されていたが、半導体素子の進歩に伴い、静止型周波数変換装置が用いられるようになってきた。交流から直流への変換を行うものを整流器またはコンバータ、直流から交流への変換を行うものをインバータ、直流電圧を変換するものをDC-DCコンバータと呼ぶ。.

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工学

工学(こうがく、engineering)とは、.

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交流

三角波、鋸歯状波 交流(こうりゅう、)とは、時間とともに周期的に向きが変化する電流(交流電流)を示す言葉であり、「交番電流」の略。また、同様に時間とともに周期的に大きさとその正負が変化する電圧を交流電圧というが、電流・電圧の区別をせずに交流または交流信号と呼ぶこともある。 交流の代表的な波形は正弦波であり、狭義の交流は正弦波交流()を指すが、広義には周期的に大きさと向きが変化するものであれば正弦波に限らない波形のものも含む。正弦波以外の交流は非正弦波交流()といい、矩形波交流や三角波交流などがある。.

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ドイツ

ドイツ連邦共和国(ドイツれんぽうきょうわこく、Bundesrepublik Deutschland)、通称ドイツ(Deutschland)は、ヨーロッパ中西部に位置する連邦制共和国である。もともと「ドイツ連邦共和国」という国は西欧に分類されているが、東ドイツ(ドイツ民主共和国)の民主化と東西ドイツの統一により、「中欧」または「中西欧」として再び分類されるようになっている。.

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制御工学

制御工学(せいぎょこうがく、英語:control engineering)とは、入力および出力を持つシステムにおいて、その(状態変数ないし)出力を自由に制御する方法全般にかかわる学問分野を指す。主にフィードバック制御を対象にした工学である。 大別すると、制御工学は、数理モデルに対して主に数学を応用する制御理論と、それを実モデルに適用していく制御応用とからなる。応用分野は機械系、電気系、化学プロセスが中心であるが、ものを操ることに関する問題が含まれれば制御工学の対象となるため、広範な分野と関連がある。.

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インバータ

インバータ(Inverter)とは、直流または交流から、周波数の異なる交流を発生させる(逆変換する)電源回路、またはその回路を持つ装置のことである。逆変換回路(ぎゃくへんかんかいろ)、逆変換装置(ぎゃくへんかんそうち)などとも呼ばれる。制御装置と組み合わせることなどにより、省エネルギー効果をもたらすことも可能なため、利用分野が拡大している。 インバータと逆の機能を持つ回路(装置)はコンバータ、または整流器(順変換器)とも言う。.

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ウェスティングハウス・エレクトリック

ウェスティングハウス・エレクトリック()は、1886年から1999年まで存在したアメリカ合衆国の総合電機メーカー。略称はWHないしはWEC。 正式社名は数度変更されたが、第二次世界大戦が終戦するまではWestinghouse Electric & Manufacturing Company(ウェスティングハウス電気製造会社) として良く知られていた。1945年から1997年まではWestinghouse Electric Corporation(ウェスティングハウス・エレクトリック社)であった。歴史的な経緯からGEのライバル企業として見なされていたが、1997年にCBSコーポレーションと名を変え、1999年にバイアコムによって買収され消滅した。.

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コンピュータ

ンピュータ(Computer)とは、自動計算機、とくに計算開始後は人手を介さずに計算終了まで動作する電子式汎用計算機。実際の対象は文字の置き換えなど数値計算に限らず、情報処理やコンピューティングと呼ばれる幅広い分野で応用される。現代ではプログラム内蔵方式のディジタルコンピュータを指す場合が多く、特にパーソナルコンピュータやメインフレーム、スーパーコンピュータなどを含めた汎用的なシステムを指すことが多いが、ディジタルコンピュータは特定の機能を実現するために機械や装置等に組み込まれる組み込みシステムとしても広く用いられる。電卓・機械式計算機・アナログ計算機については各項を参照。.

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ゼネラル・エレクトリック

ネラル・エレクトリック(General Electric Company、略称: GE)は、アメリカ合衆国コネチカット州に本社を置く、多国籍コングロマリット企業である。.

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サイリスタ

イリスタ(Thyristor)とは、主にゲート (G) からカソード (C) へゲート電流を流すことにより、アノード (A) とカソード (C) 間を導通させることが出来る3端子の半導体素子である。SCR(Silicon Controlled Rectifier: シリコン制御整流子)とも呼ばれる。 近年はスイッチング周波数を高く採ることが容易なトランジスタが台頭しているが、トランジスタに匹敵するスイッチング周波数をもったものや、サイリスタの持ち味である大電力にも耐えられる性能、そして新しい半導体材料やPIN接合で設計できるなど、サイリスタの魅力は十分にある。.

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物理学者

物理学者(ぶつりがくしゃ)は、物理学に携わる研究者のことである。.

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直流

流の波形 直流(ちょくりゅう、Direct Current, DC)は、時間によって大きさが変化しても流れる方向(正負)が変化しない「直流電流」の事である。同様に、時間によって方向が変化しない電圧を直流電圧という。狭義には、方向だけでなく大きさも変化しない電流、電圧のことを指し、流れる方向が一定で、電流・電圧の大きさが変化するもの(右図の下2つ)は脈流(pulsating current)という。直流と異なり、周期的に方向が変化する電流を交流という。.

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発電

電(はつでん、electricity generation)とは、電気を発生させること。.

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自動車

特殊作業車の例(ダンプカー) 自動車(じどうしゃ、car, automobile)とは、原動機の動力によって車輪を回転させ、軌条や架線を用いずに路上を走る車のこと。.

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英語

アメリカ英語とイギリス英語は特徴がある 英語(えいご、)は、イ・ヨーロッパ語族のゲルマン語派に属し、イギリス・イングランド地方を発祥とする言語である。.

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電力工学

電力工学(でんりょくこうがく、power engineering)とは、電力系統に関する工学分野を言う。.

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電力応用

電力応用(でんりょくおうよう)は、電力機器などを利用して、システムとして構成し、役割を行わせることである。.

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電力用半導体素子

電力用半導体素子(でんりょくよう はんどうたいそし)は、電力機器向けの半導体素子である。電力制御用に最適化されており、パワーエレクトロニクスの中心となる電子部品である。家庭用電化製品やコンピュータなどに使われている半導体素子に比べて、高電圧で大電流を扱えるのが特徴で、高周波動作が可能なものも多い。.

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電力機器

電力機器(でんりょくきき、electric appliance)は、他のエネルギーから電気エネルギー(電力)への変換、電気エネルギーから他のエネルギーへの変換、電気エネルギーの他のエネルギーでの蓄積、電力の電圧変換・力率調整、電力の接続・遮断などを行う機器である。電気機器(electric device)とも呼ばれ、両者はともに"電機"と略される。.

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電子工学

電子工学(でんしこうがく、Electronics、エレクトロニクス)は、電気工学の一部ないし隣接分野で、電気をマクロ的に扱うのではなく、またそのエネルギー的な側面よりも信号などの応用に関して、電子の(特に量子的な)働きを活用する工学である。なお、電気工学の意の英語 electrical engineering に対し、エレクトロニクス(electronics)という語には、明確に「工学」という表現が表面には無い。.

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電車

電車(でんしゃ)とは、動力源に電力を用いる鉄道車両(電気車)のうち、それ自身に旅客や貨物を載せる設備を持つ車両の総称である。電車のうち、動力を持つ車両は電動車、動力を持たず電動車と編成を組む車両は付随車と称する。 電動機を駆動する電力は、集電装置により外部から取り込む場合と、車載の蓄電池から供給する場合の2通りがある。車上の内燃機関で発電機を稼動させ、得られた電力で電動機を駆動する車両は電気式気動車と呼ばれ「電車」には含まれない。 もともと「電車」は、自走式の「電動機付き客車(電動客車)」、および事業用車を含む「電動機付き貨車(電動貨車など)」の略称だったが、現在では一般名詞となり、各省庁をはじめ、運輸事業者や車両製造会社でも正式に用いられている。更に最近では気動車も含め、列車または鉄道に対する一般名詞として「電車」が用いられることも多くなっている。 英名については本文#「EC」と「EMU」で詳述する。中華人民共和国における中国語では、「電車(电车)」と表記した場合はトロリーバスを指すことが一般的であり、日本語の「電車」は「電力動車組(电力动车组)」、あるいは「動車組(动车组)」などと表記される。台湾では「電聯車」あるいは「電車組」と表記して、香港では「電氣化火車」と表記する。.

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電気工学

電気工学(でんきこうがく、electrical engineering)は、電気や磁気、光(電磁波)の研究や応用を取り扱う工学分野である。電気磁気現象が広汎な応用範囲を持つ根源的な現象であるため、通信工学、電子工学をはじめ、派生した技術でそれぞれまた学問分野を形成している。電気の特徴として「エネルギーの輸送手段」としても「情報の伝達媒体」としても大変有用であることが挙げられる。この観点から、前者を「強電」、後者を「弱電」と二分される。.

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電源回路

電源回路(でんげんかいろ、英語:power supply)とは、入力電力から必要とされる出力電力を生成する電力回路である。電力変換回路とも呼ばれる。入力から出力の間に変換されるものには、電圧・周波数・力率・波形・直流-単相交流-三相交流などがあり、また入出力の絶縁のために用いられることもある。広義では電池も含めることがある。.

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送電

送電(そうでん、英:electric power transmission)とは、.

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IEEE

IEEE(アイ・トリプル・イー、The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.)は、アメリカ合衆国に本部を持つ電気工学・電子工学技術の学会である。.

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整流器

整流器(せいりゅうき、英語:rectifier)は、電流を一方向にだけ流す(整流)作用を有する素子電気用語辞典編集委員会編 『新版 電気用語辞典』 コロナ社、1982年 「整流」「整流器」「整流素子」岡村総吾監訳 『IEEE電気・電子用語辞典』 丸善、1989年 「整流」「整流器」「整流素子」。交流を直流に変換する素子の総称であり、実際の素子としては、陰極(カソード)と陽極(アノード)の2端子、あるいは、さらに制御端子を加えた3端子のものがある。 順変換装置、またはAC-DCコンバータともいう。 また、整流器を用いて交流を直流に変換する回路を整流回路(順変換回路)という。.

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1897年

記載なし。

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1957年

記載なし。

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1969年

記載なし。

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1973年

記載なし。

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