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書くことが多過ぎるとき、バッファーとしてこちらに書きます。不定期更新です。

電車の制御方式…

電車のモーターには、電圧がかかり、動作します。

ただし、発車時は止まってる重い電車を動かすため、大きな力が要ります。

一方、走り出してしまえば、力より回転力が必要になります。

これらは、電動機にかかる電圧で、制御が可能なわけです。

 

一番簡単なのは、抵抗制御という方式です。

抵抗制御は、電源と電動機(モーター)との間に、抵抗器を挟んで電圧・電流を制御します。

例えば、この115系など。

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構造は簡単ですが、抵抗器では結局、電力を熱に変えて、捨てることになります。

もったいないわけです。

 

そこで、電力がかかっていないモーターを惰性で走らせると、逆に発電することを利用して、発電した電気を架線に返し、他で消費することでブレーキ力を得る、「回生ブレーキ」を実現するため、各社は知恵を絞ることになります。

 

まず出てきたのは、「電機子チョッパ制御」

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この03系ほか、6000系以降の営団車、01系、02系など。

国鉄/JRでも、201系や203系が、電機子チョッパです。

 

チョッパとは、「切り刻む」の意味で、電機子(回転軸)にかかる電圧・電力を、高速で入れたり切ったりすることで、みかけの電圧を制御します。

トータルで、見るわけですね。

 

この方式だと、抵抗器が要らないので、熱を出されると困る、地下鉄で普及しました。

もちろん、回生ブレーキもかかります。

この時は、界磁という外側の磁石にかかる電圧をチョッパ制御して、電圧を変化させ、架線に返すことが出来ました。

実際には、架線の電圧よりも、界磁の電圧を高くしてやれば、自然と架線に電気が返されます。

 

一方、地上線が主な私鉄などは、電機子は別に抵抗制御でもよく、減速時に界磁にかかる電圧だけをチョッパ制御する、「界磁チョッパ」を使うところが多かったようですね。

 

例えば、この東急8500系が、界磁チョッパ制御です。

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ただし、この界磁チョッパを実現するには、電動機のコイルを、複巻電動機にする必要がありました。

複雑で、重いのです。

 

このあと、技術者は考えるわけです。

それまでの、簡単な直巻電動機で、回生ブレーキはかからないものか?

 

それを実現したのが、こちら。

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205系や211系など。

界磁の電圧を制御するのではなく、別電源をつなぐことで界磁の電圧を変化させ、回生ブレーキを実現します。

それまでの抵抗制御と同じ、直巻電動機で、回生ブレーキが実現したわけです。

 

この205系は、山手線を始め、多くの線区で投入され、省エネな回生ブレーキを実現しました。

しかし、その時代はあまり、長くは続かず。

 

すぐに、この方式が実用化されました。

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VVVFインバータ制御。

VVVFは和訳すると、「可変電圧可変周波数」になります。

実際には、直流電源をインバータで、三相交流に変換します。

これにより、誘導電動機が使用可能になります。

 

誘導電動機は、直流電動機では絶対に不可欠だった、回転子とモーターとの、電気的

接点がありません。

昔習った「フレミングの法則」で、回転子が回転するのです。

これだと、それまでブラシを使って緩くつないでいた部分が、一切不要になり、故障も少なく、メンテナンス面でも、大きく省力化されたんです。

 

もちろん、電圧は可変に出来ますから、回生ブレーキもかかります。

また、誘導電動機は小型で丈夫なので、逆に大きな出力を出させることが出来ます。

VVVFインバータ制御は、鉄道車両のメカニズムを大きく変えた、画期的な方式なんです。

 

交流区間では、単相交流をいきなり三相交流には出来ないので、一度直流に整流してから、三相交流を作ります。

そのロスを補うだけのメリットが、鉄道会社にはあったわけです。

 

実際、VVVFインバータでも、サイリスタというスイッチ入り切り装置が進化、昔はうるさかった変換音が、今ではだいぶ静かになりました。

乗客としては、願ったり叶ったりですね。

 

…鉄道趣味的には、多少音が出た方が、面白いんですけどね。。。