JR西日本 にしにほん 281系 けい 電車 でんしゃ のVVVFインバータ部 ぶ
山積 さんせき されている使用 しよう 済 ず みのVVVF装置 そうち (東京 とうきょう 総合 そうごう 車両 しゃりょう センター )
可変 かへん 電圧 でんあつ 可変 かへん 周波数 しゅうはすう 制御 せいぎょ (かへんでんあつかへんしゅうはすうせいぎょ)英語 えいご Variable voltage variable frequency control(英語 えいご 略称 りゃくしょう VVVF)とは、インバータ装置 そうち などの交流 こうりゅう 電力 でんりょく を出力 しゅつりょく する電力 でんりょく 変換 へんかん 装置 そうち において、その出力 しゅつりょく の実効 じっこう 電圧 でんあつ と周波数 しゅうはすう を任意 にんい に制御 せいぎょ する手法 しゅほう である。誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き ・同期 どうき 電動 でんどう 機 き の回転 かいてん 数 すう は基本 きほん 的 てき に周波数 しゅうはすう と極 きょく 数 すう で決 き まるため、広範囲 こうはんい に回転 かいてん 数 すう を変化 へんか させるには周波数 しゅうはすう を可変 かへん にするしかなく、パワーエレクトロニクスの進歩 しんぽ により一般 いっぱん 化 か した。
日本 にっぽん では、鉄道 てつどう 車両 しゃりょう の交流 こうりゅう モータ駆動 くどう 方式 ほうしき として、可変 かへん 電圧 でんあつ 可変 かへん 周波数 しゅうはすう を英語 えいご に直訳 ちょくやく した語 かたり [ 1] の頭文字 かしらもじ をとって、VVVF制御 せいぎょ (ブイブイブイエフせいぎょ、もしくは、スリーブイエフせいぎょ[ 2] 、トリプルブイエフ制御 せいぎょ [ 3] )と呼 よ ぶが、鉄道 てつどう 分野 ぶんや 以外 いがい で一般 いっぱん に「電動 でんどう 機 き の可 か 変速 へんそく 駆動 くどう 制御 せいぎょ 」などと呼 よ ばれるものに含 ふく まれる[ 4] 。家電 かでん 分野 ぶんや ではインバータ・エアコン などに使 つか われる。
なお、概要 がいよう の項 こう で示 しめ される通 とお りVVVFは和製 わせい 英語 えいご であり、英語 えいご 圏 けん では主 おも にVFD[ 5] (鉄道 てつどう 車両 しゃりょう などではTraction inverter )などと呼称 こしょう もしくは記述 きじゅつ されることが多 おお い。
の各 かく 記事 きじ をそれぞれ参照 さんしょう のこと。
電力 でんりょく 変換 へんかん 装置 そうち の出力 しゅつりょく 電力 でんりょく 手法 しゅほう には可変 かへん 電圧 でんあつ 可変 かへん 周波数 しゅうはすう 制御 せいぎょ のほかに、定 てい 電圧 でんあつ 定 てい 周波数 しゅうはすう 制御 せいぎょ (CVCF制御 せいぎょ )、可変 かへん 電圧 でんあつ 定 てい 周波数 しゅうはすう 制御 せいぎょ (VVCF制御 せいぎょ )、定 てい 電圧 でんあつ 可変 かへん 周波数 しゅうはすう 制御 せいぎょ (CVVF制御 せいぎょ )がある。
電気 でんき 鉄道 てつどう では交流 こうりゅう 電圧 でんあつ 波形 はけい の最大 さいだい 値 ち が架線 かせん 電圧 でんあつ に達 たっ するまでは周波数 しゅうはすう と電圧 でんあつ を比例 ひれい させ(VVVF制御 せいぎょ 領域 りょういき )、架線 かせん 電圧 でんあつ に到達 とうたつ 後 ご は誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き ではすべりを増 ふ やして定 てい 出力 しゅつりょく とし、すべり限界 げんかい 以降 いこう はトルクが速度 そくど の2乗 じょう に反比例 はんぴれい する特性 とくせい が基準 きじゅん になる(CVVF制御 せいぎょ 領域 りょういき )。このVVVF制御 せいぎょ された出力 しゅつりょく 特性 とくせい は弱 じゃく 界磁制御 かいじせいぎょ を行 おこな う直流 ちょくりゅう 直 ちょく 巻 まき モータの特性 とくせい に似 に せている。静止 せいし 形 がた インバータ(SIV)はCVCFとされるが、定 てい 電圧 でんあつ 制御 せいぎょ を行 おこな うものはVVCFに帰還 きかん 制御 せいぎょ を施 ほどこ したとも言 い える。
この制御 せいぎょ で得 え られる可変 かへん 電圧 でんあつ 可変 かへん 周波数 しゅうはすう の電力 でんりょく は、交流 こうりゅう 電動 でんどう 機 き を可変 かへん 速 そく 駆動 くどう する目的 もくてき で消費 しょうひ される。そのため、電力 でんりょく 変換 へんかん 装置 そうち に接続 せつぞく された交流 こうりゅう 電動 でんどう 機 き を可変 かへん 速 そく 駆動 くどう する制御 せいぎょ 方式 ほうしき 全般 ぜんぱん を指 さ すことがある。
このような出力 しゅつりょく や電動 でんどう 機 き 制御 せいぎょ を実現 じつげん する鉄道 てつどう 用 よう インバータ装置 そうち をVVVFインバータと呼 よ ぶ。VVVFは和製 わせい 英語 えいご である。台湾 たいわん や韓国 かんこく などでは、日本 にっぽん 企業 きぎょう が名付 なづ けた呼称 こしょう の影響 えいきょう を受 う けてこう呼 よ ぶ場合 ばあい もある。
この技術 ぎじゅつ は鉄道 てつどう 車両 しゃりょう (電車 でんしゃ 、電気 でんき 機関 きかん 車 しゃ 、トロリーバス )、自動車 じどうしゃ (電気 でんき 自動車 じどうしゃ 、燃料 ねんりょう 電池 でんち 自動車 じどうしゃ 、ハイブリッドカー 、ホウルトラック )、エレベーター といった輸送 ゆそう 用 よう 機器 きき やファン 、ポンプ 、空調 くうちょう 設備 せつび 、圧延 あつえん 機 き などさまざまな産業 さんぎょう 用 よう 機器 きき 、さらには家庭 かてい 用 よう 電気 でんき 機械 きかい 器具 きぐ (家庭 かてい 用 よう エアコン 、冷蔵庫 れいぞうこ 、洗濯 せんたく 機 き 他 た )などで広 ひろ く搭載 とうさい され活用 かつよう している。
「パルス振幅 しんぷく 変調 へんちょう 」(PAM)・「パルス幅 はば 変調 へんちょう 」(PWM) は直流 ちょくりゅう から任意 にんい の交流 こうりゅう 疑似 ぎじ 正弦 せいげん 波 は 波形 はけい を生成 せいせい する方式 ほうしき であり、前者 ぜんしゃ はパルス振幅 しんぷく を変 か えて疑似 ぎじ 正弦 せいげん 波 は を生成 せいせい する(パルス振幅 しんぷく 変調 へんちょう )方式 ほうしき 、後者 こうしゃ がパルス幅 はば を変 か えて疑似 ぎじ 正弦 せいげん 波 は を生成 せいせい する(パルス幅 はば 変調 へんちょう )方式 ほうしき である。なおPAMはパルス電圧 でんあつ を昇降 しょうこう 圧 あつ させる電圧 でんあつ 変換 へんかん 部分 ぶぶん と周波数 しゅうはすう を変 か える部分 ぶぶん とで構成 こうせい される[ 6] 。
PAMは装置 そうち の構造 こうぞう がやや複雑 ふくざつ になるため今 いま は鉄道 てつどう 車両 しゃりょう では採用 さいよう および搭載 とうさい されていない。PWMは多 おお くのインバータ制御 せいぎょ で使 つか われており従来 じゅうらい の多段 ただん 合成 ごうせい 変圧 へんあつ 器 き を用 もち いた正弦 せいげん 波 は インバータより小型 こがた 高 だか 効率 こうりつ にすることが可能 かのう である。
大 だい 電力 でんりょく のVVVF制御 せいぎょ に多用 たよう される方式 ほうしき である、「3レベルインバータ」は耐 たい 電圧 でんあつ の低 ひく い素子 そし を使用 しよう するために電源 でんげん の中 なか 間 あいだ 電圧 でんあつ レベルを供給 きょうきゅう する回路 かいろ 方式 ほうしき (通常 つうじょう 、同 どう 容量 ようりょう のコンデンサを直列 ちょくれつ 接続 せつぞく し、その中点 ちゅうてん の電位 でんい を用 もち いる)であるが、動作 どうさ としてはPWMである。これに対 たい して直流 ちょくりゅう 電源 でんげん 電圧 でんあつ をオン-オフする元々 もともと の単純 たんじゅん な方式 ほうしき を「2レベルインバータ」と言 い う。スイッチング素子 そし の耐 たい 電圧 でんあつ を低 ひく く抑 おさ えられる他 ほか 、発生 はっせい 周波数 しゅうはすう は高 たか くなる高 こう 回転 かいてん 領域 りょういき においてパルス数 すう が減 へ るため高調 こうちょう 波 は の重畳 ちょうじょう が無視 むし できないため、高調 こうちょう 波 は 損失 そんしつ を抑 おさ えるという意味 いみ では正弦 せいげん 波 は 波形 はけい により近 ちか いマルチレベルインバータの方 ほう が良 よ いものの、高 こう 耐 たい 圧 あつ ・高速 こうそく スイッチングが可能 かのう な半導体 はんどうたい 素子 そし の開発 かいはつ に伴 ともな い2レベルインバータに回帰 かいき し始 はじ めた。
回生 かいせい 制動 せいどう 時 じ には電力 でんりょく の通過 つうか 方向 ほうこう が逆 ぎゃく になり、実質 じっしつ コンバータとしての機能 きのう も持 も ちかねている。
交流 こうりゅう での回生 かいせい 制動 せいどう を可能 かのう にする交直変換 へんかん 回路 かいろ として整流 せいりゅう 部 ぶ にPWMコンバータ が用 もち いられるようになったが、その理由 りゆう は力行 りっこう ・回生 かいせい 双方向 そうほうこう 性 せい を持 も ち、力行 りっこう 時 じ にはコンバータとして使用 しよう しつつ、回生 かいせい 時 じ にはインバータとして使用 しよう する必要 ひつよう があるためである。
絶縁 ぜつえん ゲートバイポーラトランジスタ (IGBT)の登場 とうじょう 以前 いぜん では2レベルがほとんどであった。例外 れいがい として、黎明 れいめい 期 き のGTOサイリスタ 素子 そし は高 こう 耐 たい 圧 あつ 対応 たいおう の部品 ぶひん が無 な かったために敢 あ えて3レベルとしたインバータもある。東急 とうきゅう 6000系 けい 電車 でんしゃ (初代 しょだい ) などが該当 がいとう する。東日本旅客鉄道 ひがしにほんりょかくてつどう (JR東日本 ひがしにっぽん )の209系 けい 920番台 ばんだい (登場 とうじょう 時 じ は901系 けい C編成 へんせい )では従来 じゅうらい の大 だい 電流 でんりゅう の平 たいら 型 がた GTOサイリスタに代 か わり、冷却 れいきゃく 装置 そうち に取付 とりつ ける際 さい の絶縁 ぜつえん を考慮 こうりょ しなくて済 す む低 てい 耐 たい 圧 あつ モジュール型 がた GTOを使用 しよう して、制御 せいぎょ 装置 そうち の諸 しょ 費用 ひよう 削減 さくげん や整備 せいび 性 せい の向上 こうじょう を図 はか っている。
一 ひと つのインバータで複数 ふくすう の非同期 ひどうき モーター (IM) を駆動 くどう することが行 おこな われているため、制御 せいぎょ 装置 そうち とモーターの関係 かんけい が#C#Mで表記 ひょうき されている。例 たと えば1つのインバータを持 も つ制御 せいぎょ 装置 そうち が4つの非同期 ひどうき モーターを駆動 くどう する場合 ばあい 、1C4Mとなる。永久 えいきゅう 磁石 じしゃく 同期 どうき モーター (PMSM) などの同期 どうき モーター (SM) の場合 ばあい は、一 ひと つのモーター毎 ごと に一 ひと つのインバータが必要 ひつよう となるため個別 こべつ 駆動 くどう (1C1M) のみとなる[ 7] が、4つのインバータを持 も ち4つの同期 どうき モーターを制御 せいぎょ する制御 せいぎょ 装置 そうち も登場 とうじょう しており、これが1C4Mと表記 ひょうき されることもある。なお、非同期 ひどうき モーターの場合 ばあい であってもインバータで空転 くうてん 再 さい 粘着 ねんちゃく 制御 せいぎょ が行 おこな われているため、粘着 ねんちゃく 利用 りよう 率 りつ だけを見 み る場合 ばあい 、軸 じく 毎 ごと に制御 せいぎょ できる個別 こべつ 駆動 くどう の方 ほう が性能 せいのう 的 てき に有利 ゆうり とされる[ 8] 。
VVVF制御 せいぎょ は、交流 こうりゅう 電動 でんどう 機 き (誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き 、同期 どうき 電動 でんどう 機 き )を可変 かへん 速 そく 駆動 くどう するためのインバータの制御 せいぎょ 技術 ぎじゅつ である。特 とく にかご形 がた 誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き は構造 こうぞう が簡単 かんたん なため、保守 ほしゅ 費用 ひよう が非常 ひじょう に安 やす く、電動 でんどう 機 き 自体 じたい の価格 かかく も安 やす い、という利点 りてん があることが古 ふる くから知 し られていた。しかし、回転 かいてん 速度 そくど (回転 かいてん 数 すう )が電源 でんげん の周波数 しゅうはすう に依存 いぞん するという特性 とくせい があったため、長 なが らく可変 かへん 速度 そくど を必要 ひつよう とするものでの使用 しよう は困難 こんなん であった。
かご形 がた 誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き の速度 そくど 制御 せいぎょ には、インバータ開発 かいはつ 以前 いぜん にも極 ごく 数 すう 変換 へんかん によるものがあったが、これは連続 れんぞく 的 てき な速度 そくど 制御 せいぎょ はできなかった。インバータの出力 しゅつりょく 電圧 でんあつ と周波数 しゅうはすう を連続 れんぞく 的 てき に変化 へんか させる可変 かへん 電圧 でんあつ 可変 かへん 周波数 しゅうはすう 制御 せいぎょ が、交流 こうりゅう 電動 でんどう 機 き の連続 れんぞく 的 てき な速度 そくど 制御 せいぎょ を実現 じつげん した。これは、近年 きんねん の半導体 はんどうたい 技術 ぎじゅつ 、特 とく にパワーエレクトロニクス の進歩 しんぽ に伴 ともな い、高速 こうそく ・高 こう 耐 たい 圧 あつ ・大 だい 容量 ようりょう の制御 せいぎょ 素子 そし が開発 かいはつ されて実現 じつげん 可能 かのう となったものである。
1960年代 ねんだい 後半 こうはん 頃 ごろ から、ファン ・ポンプ や抄 しょう 紙 し 機 き など産業 さんぎょう 用途 ようと での利用 りよう が始 はじ まり、1970年代 ねんだい 後半 こうはん から1980年代 ねんだい 前半 ぜんはん には鉄道 てつどう やエレベータ 、1990年代 ねんだい には冷蔵庫 れいぞうこ 、エアコン など家電 かでん 機器 きき でも利用 りよう されるようになった。
後 のち に、汎用 はんよう インバータの製品 せいひん 価格 かかく が安 やす くなり、送風 そうふう 機 き などでは風 ふう 量 りょう や静 しずか 圧 あつ 調整 ちょうせい のためプーリー 交換 こうかん やモータ交換 こうかん をするよりインバータ制御 せいぎょ で調整 ちょうせい した方 ほう が安価 あんか になっている。
なお、ブラシレスDCモータ の可 か 変速 へんそく 制御 せいぎょ 回路 かいろ も回路 かいろ 的 てき にはインバータと全 まった く同 おな じであるが、同期 どうき モーターであるため『すべり 』がなく、正確 せいかく に回転子 かいてんし の位置 いち を調整 ちょうせい (フィードバック )しないと同期 どうき がずれる『脱 だっ 調 ちょう 』を起 お こし、停止 ていし する。永久 えいきゅう 磁石 じしゃく 同期 どうき 電動 でんどう 機 き の制御 せいぎょ の場合 ばあい 、回転子 かいてんし の絶対 ぜったい 位置 いち を把握 はあく するためモーターと同軸 どうじく で回転 かいてん 角 かく センサを備 そな えるのがほとんどだが、三 さん 相 そう モーターに供給 きょうきゅう される電圧 でんあつ と電流 でんりゅう とを監視 かんし し、回転子 かいてんし の絶対 ぜったい 位置 いち を把握 はあく するベクトル制御 せいぎょ (センサレス制御 せいぎょ )のインバータも上市 かみいち されている。
主 しゅ としてかご形 がた 三 さん 相 そう 誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き や巻 まき 線形 せんけい 三 さん 相 そう 誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き の制御 せいぎょ に使用 しよう される。2000年代 ねんだい 後半 こうはん に入 はい り、駆動 くどう 周波数 しゅうはすう と回転 かいてん 周波数 しゅうはすう がほぼ正確 せいかく に一致 いっち しオープンループ制御 せいぎょ が可能 かのう となる高 こう 効率 こうりつ な永久 えいきゅう 磁石 じしゃく 同期 どうき 電動 でんどう 機 き (PMSM)や大 だい 容量 ようりょう な電磁石 でんじしゃく 同期 どうき 電動 でんどう 機 き が徐々 じょじょ に使用 しよう されつつある。ただしこれらは電動 でんどう 機 き 1つにつき主 しゅ 制御 せいぎょ 器 き (インバータ)1台 だい が必要 ひつよう な個別 こべつ 制御 せいぎょ でなければ正常 せいじょう に駆動 くどう できず、重量 じゅうりょう 、設置 せっち 面積 めんせき (この2点 てん は、同期 どうき 電動 でんどう 機 き に積極 せっきょく 的 てき な東芝 とうしば が1つのパワーユニットに複数 ふくすう のインバータを収 おさ める 2-in-1 あるいは 4-in-1 と呼 よ ばれる手法 しゅほう で軽減 けいげん している)、価格 かかく や主 しゅ 制御 せいぎょ 器 き の保守 ほしゅ などの面 めん で課題 かだい が残 のこ る。対 たい して誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き は1つのインバーターで2つ以上 いじょう の電動 でんどう 機 き を一括 いっかつ 制御 せいぎょ することも可能 かのう である。
同期 どうき 電動 でんどう 機 き の採用 さいよう 例 れい を以下 いか に挙 あ げる。
単 たん 相 しょう 誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き は以下 いか の点 てん で可 か 変速 へんそく 運転 うんてん 、特 とく に低 てい 周波数 しゅうはすう での運転 うんてん に適 てき さないこと、また同 どう 出力 しゅつりょく であれば三 さん 相 そう 誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き の方 ほう が安価 あんか であり費用 ひよう 面 めん でも利点 りてん がないことから、基本 きほん 的 てき には使用 しよう されない。
一定 いってい 回転 かいてん 数 すう 以下 いか になると、始動 しどう 用 よう スタータコイルを制御 せいぎょ する遠心 えんしん 力 りょく スイッチが動作 どうさ しなくなり始動 しどう 動作 どうさ を繰 く り返 かえ す。
コンデンサ始動 しどう 式 しき では低 てい 電圧 でんあつ 時 じ 十分 じゅうぶん な進 すすむ 相 しょう 電流 でんりゅう を流 なが すことができず、ある条件下 じょうけんか で突然 とつぜん 始動 しどう するか過 か 電流 でんりゅう で異常 いじょう 停止 ていし する。
もっとも、単 たん 相 しょう 誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き を用 もち いた既設 きせつ 機器 きき を可変 かへん 速 そく 運転 うんてん したい需要 じゅよう があることも事実 じじつ であり、あまり低 ひく い回転 かいてん 数 すう で使 つか えないことを条件 じょうけん に、高 こう 回転 かいてん もしくは常時 じょうじ 回転 かいてん が要求 ようきゅう されるファン、ポンプ用途 ようと に限定 げんてい して単 たん 相 しょう 電源 でんげん -単 たん 相 しょう 出力 しゅつりょく のインバータが製造 せいぞう 販売 はんばい されている。
整流 せいりゅう 後 ご の直流 ちょくりゅう から三 さん 相 そう 交流 こうりゅう を作 つく り出 だ す回路 かいろ
可変 かへん 電圧 でんあつ 可変 かへん 周波数 しゅうはすう 制御 せいぎょ では、サイリスタ やトランジスタ といったスイッチング素子 そし 6個 こ からなるブリッジ回路 かいろ を用 もち いて電流 でんりゅう のON/OFFを繰 く り返 かえ し、キャリア三角波 さんかくなみ と基準 きじゅん 電圧 でんあつ 波形 はけい を比較 ひかく してスイッチング素子 そし のON/OFFを繰 く り返 かえ し、パルス波 は によるPWM(Pulse Width Modulation)方式 ほうしき により、位相 いそう 差 さ が120度 ど の三 さん 相 そう 交流 こうりゅう を作 つく り出 だ すことで、誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き の固定 こてい 子 こ 巻 まき 線 せん に、6パターンの電力 でんりょく が供給 きょうきゅう される。電圧 でんあつ を可変 かへん するにはパルス波 は の幅 はば を変化 へんか させ、周波数 しゅうはすう を変化 へんか させるにはスイッチング周期 しゅうき を変 か えることで行 おこな う。パルス波 は によって作 つく られる制御 せいぎょ 波形 はけい には、1つのパルス波 は によって交流 こうりゅう の正弦 せいげん 波 は に近 ちか い波形 はけい を作 つく り出 だ す2レベル制御 せいぎょ 波形 はけい 、1つのパルス波 は の上 うえ にもう1つのパルス波 は を上積 うわづみ して2段階 だんかい のパルス波 は にすることにより、波形 はけい をより正弦 せいげん 波 は に近 ちか い形 かたち を作 つく り出 だ す3レベル制御 せいぎょ 波形 はけい がある。
電気 でんき 鉄道 てつどう の主 しゅ 電動 でんどう 機 き 駆動 くどう 用 よう のスイッチング素子 そし としては初期 しょき には逆 ぎゃく 導通 どうつう サイリスタ(RCT) が用 もち いられていたが1990年代 ねんだい 初頭 しょとう からはスイッチング素子 そし の駆動 くどう 回路 かいろ が簡素 かんそ 化 か できるゲートターンオフサイリスタ (GTOサイリスタ)が用 もち いられるようになった。さらに1990年代 ねんだい 終盤 しゅうばん 以降 いこう はスイッチング速度 そくど が速 はや い絶縁 ぜつえん ゲートバイポーラトランジスタ (IGBT)が主 しゅ として用 もち いられている。IGBTの採用 さいよう により、より正弦 せいげん 波 は に近 ちか い出力 しゅつりょく が得 え られ、IGBTを2段 だん 直列 ちょくれつ に接続 せつぞく することで、電圧 でんあつ を2段階 だんかい で加圧 かあつ して、2段階 だんかい のパルス波 は を発生 はっせい させることにより、さらにより正弦 せいげん 波 は に近 ちか い出力 しゅつりょく を得 え ることができる3レベルインバータが開発 かいはつ され、電力 でんりょく 変換 へんかん 器 き の低 てい 損失 そんしつ 化 か や波形 はけい ひずみの軽減 けいげん ができるようになった。また、キャリア周波数 しゅうはすう を人間 にんげん にとって耳障 みみざわ りな周波数 しゅうはすう よりも高 たか い領域 りょういき にすることでインバータ 装置 そうち や電動 でんどう 機 き の低 てい 騒音 そうおん 化 か が実現 じつげん できるようになった。2010年代 ねんだい 以降 いこう は、従来 じゅうらい のケイ素 けいそ (Si)より高 こう 耐 たい 圧 あつ でかつ高速 こうそく 動作 どうさ も可能 かのう 、高温 こうおん 下 か でも使用 しよう でき機器 きき を小型 こがた 化 か できる炭化 たんか ケイ素 けいそ (SiC)を一部 いちぶ (ショットキーバリアダイオード )に使用 しよう したハイブリッド型 がた ものや、さらにはSiCを全面 ぜんめん 的 てき に用 もち いたMOSFET が導入 どうにゅう されつつある[ 9] 。SiCとはゲルマニウムやシリコンと同 おな じ半導体 はんどうたい の素材 そざい であって、当然 とうぜん SiC-IGBTなどもあり得 え る。従 したが ってIGBTなどの半導体 はんどうたい 素子 そし そのものを指 さ すには不適切 ふてきせつ であるが、SiCというスイッチング素子 そし があるかのような表現 ひょうげん が広 ひろ く用 もち いられている[ 10] 。
SiC-MOSFETはSi-IGBTに比 くら べゲート - ソース容量 ようりょう が低 ひく くなる[ 11] ことからスイッチング損失 そんしつ が低 ひく く省 はぶけ 電力 でんりょく である[ 12] 。損失 そんしつ が減 へ って発熱 はつねつ が減 へ ることで、回生 かいせい ブレーキの使 つか える範囲 はんい も広 ひろ くなる[ 12] 。また、SiC-MOSFETはスイッチング速度 そくど が速 はや く、時間 じかん 当 あ たり多 おお くのオンオフが可能 かのう であり、これにより高速 こうそく 域 いき でも高 たか いパルスモードを使 つか うことができ、モーターの高調 こうちょう 波 は 損失 そんしつ を低 ひく く抑 おさ えることが可能 かのう となる[ 12] 。
産業 さんぎょう 用 よう や家電 かでん 用 よう のインバータに用 もち いられることが多 おお い素子 そし であるバイポーラトランジスタは、電気 でんき 鉄道 てつどう 用 よう としては耐 たい 圧 あつ が不足 ふそく する[ 13] ことからほとんど使用 しよう されていない。実績 じっせき を上 あ げると、バイポーラトランジスタの一種 いっしゅ であるパワートランジスタを利用 りよう した電車 でんしゃ として、JR東日本 ひがしにっぽん 901系 けい A編成 へんせい (後 ご のJR東日本 ひがしにっぽん 209系 けい 900番台 ばんだい )や同 どう 701系 けい 、西日本旅客鉄道 にしにほんりょかくてつどう (JR西日本 にしにほん )207系 けい 0番台 ばんだい が挙 あ げられる。
VVVFインバータ制御 せいぎょ は交流 こうりゅう モーターである誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き や同期 どうき 電動 でんどう 機 き の基本 きほん 特性 とくせい に合 あ わせ、その回転 かいてん 数 すう ・周波数 しゅうはすう にほぼ比例 ひれい した電圧 でんあつ を加 くわ える制御 せいぎょ 方式 ほうしき である。
従前 じゅうぜん は供給 きょうきゅう 電源 でんげん の周波数 しゅうはすう を自由 じゆう に変 か えられる装置 そうち が簡単 かんたん には構成 こうせい できなかったため、電圧 でんあつ を何 なん 段階 だんかい かに切 き り換 か えたり、巻 まき 線 せん の結線 けっせん を変 か え、あるいは回転子 かいてんし のコイルにすべり周波数 しゅうはすう に見合 みあ った直列 ちょくれつ 起動 きどう 抵抗 ていこう を挿入 そうにゅう して最大 さいだい トルクを得 え る様 よう に調整 ちょうせい するなど、電気 でんき 特性 とくせい 的 てき にはイレギュラーな簡易 かんい 的 てき 起動 きどう 方法 ほうほう を採用 さいよう して、起動 きどう 後 ご の定常 ていじょう 運転 うんてん 状態 じょうたい では軽 けい 負荷 ふか で使 つか っていた。商用 しょうよう 周波数 しゅうはすう での起動 きどう の困難 こんなん のために無用 むよう に大 だい 出力 しゅつりょく の電動 でんどう 機 き を採用 さいよう していた。
電動 でんどう 機 き の1相 そう 誘 さそえ 起電 きでん 圧 あつ と回転 かいてん 数 すう
しかし、大 だい 電力 でんりょく 用 よう 半導体 はんどうたい 素子 そし の発達 はったつ でインバーターとして自由 じゆう な周波数 しゅうはすう と電圧 でんあつ を生成 せいせい できる様 よう になったことで、モーター特性 とくせい に合 あ わせた電力 でんりょく 供給 きょうきゅう が実現 じつげん されて定常 ていじょう 運転 うんてん 出力 しゅつりょく にあった小型 こがた のモータ-を採用 さいよう できるようになった。
今 いま 、鉄心 てっしん の磁気 じき 飽和 ほうわ による最大 さいだい 磁束 じそく 以下 いか の Φ ふぁい m に励磁 れいじ された回転子 かいてんし が回転 かいてん 数 すう n で回転 かいてん していた場合 ばあい 、固定 こてい 子 こ に巻 ま かれたコイルには最大 さいだい Φ ふぁい m のほぼ正弦 せいげん 波 は の磁束 じそく が鎖 くさり 交 かわ する。コイル誘 さそえ 起電 きでん 圧 あつ
e
{\displaystyle e}
は磁束 じそく の変化 へんか 率 りつ ( = 微分 びぶん 値 ち )×巻数 かんすう N である。すなわち、
鎖 くさり 交磁束 じそく を
ϕ
e
=
ϕ
m
⋅
sin
θ しーた
{\displaystyle \phi e=\phi m\cdot \sin \theta \ }
・・・・
(
θ しーた
=
2
π ぱい
n
t
)
{\displaystyle \ (\theta =2\pi nt)}
とする時 とき 、(Φ ふぁい に付 つ くe,mは添数
)
sin
(
2
π ぱい
n
t
)
{\displaystyle \sin(2\pi nt)\,}
の時間 じかん 微分 びぶん (変化 へんか 率 りつ )は、
2
π ぱい
n
⋅
cos
(
2
π ぱい
n
t
)
{\displaystyle 2\pi n\cdot \cos(2\pi nt)}
であるから、
誘 さそえ 起電 きでん 圧 あつ eは
e
=
2
π ぱい
N
n
⋅
cos
(
2
π ぱい
n
t
)
{\displaystyle e=2\pi Nn\cdot \cos(2\pi nt)}
となって、一定 いってい 磁束 じそく なら誘 さそえ 起 おこり 起電 きでん 力 りょく e は回転 かいてん 数 すう n ,周波数 しゅうはすう f に比例 ひれい することが分 わ かる。「e/f が一定 いってい 」とも言 い える。
モーターの端子 たんし 電圧 でんあつ = 供給 きょうきゅう 電圧 でんあつ はこれ:誘 さそえ 起 おこり 起電 きでん 力 りょく e に巻 まき 線 せん 抵抗 ていこう などのインピーダンス電圧 でんあつ 降下 こうか 分 ぶん を加 くわ えたもので平衡 へいこう するから、それをインバータで生成 せいせい する方式 ほうしき がVVVFインバータ制御 せいぎょ と言 い われるものである。常 つね に最大 さいだい トルク付近 ふきん や最大 さいだい 効率 こうりつ を追 お えるので、使用 しよう する交流 こうりゅう モーターを従前 じゅうぜん よりかなり小型 こがた 化 か でき細 こま かな制御 せいぎょ ができるようになった。そのためエアコンなど家電 かでん 製品 せいひん でもインバータ方式 ほうしき ( = VVVF制御 せいぎょ 方式 ほうしき )が主流 しゅりゅう になりつつある。
電圧 でんあつ /周波数 しゅうはすう ( V/f ) 一定 いってい 制御 せいぎょ [ 編集 へんしゅう ]
設定 せってい されているシークエンス (シーケンス)で電圧 でんあつ /周波数 しゅうはすう を連動 れんどう させて制御 せいぎょ する。
特徴 とくちょう
制御 せいぎょ 回路 かいろ が単純 たんじゅん で安価 あんか である。
外乱 がいらん による変化 へんか に対応 たいおう しにくい。
用途 ようと
ファン・ブロワ・圧縮 あっしゅく 機 き ・ポンプなど、2乗 じょう 低減 ていげん トルク負荷 ふか の部分 ぶぶん 負荷 ふか 時 じ の省 しょう エネルギー用 よう 。
(回転 かいてん 部 ぶ センサ付 つ き)トルクベクトル制御 せいぎょ [ 編集 へんしゅう ]
回転 かいてん 部 ぶ に回転 かいてん 数 すう センサ (パルス発信 はっしん 器 き など)・回転子 かいてんし 位置 いち センサ(ホール素子 もとこ など)を取 と り付 つ け、その計測 けいそく 結果 けっか に基 もと づいて電圧 でんあつ ・周波数 しゅうはすう ・位相 いそう などを適切 てきせつ に制御 せいぎょ し、目的 もくてき とする回転 かいてん 数 すう ・トルクを得 え る。
特徴 とくちょう
精密 せいみつ なトルク・回転 かいてん 数 すう ・位置 いち 制御 せいぎょ が出来 でき る。
センサの保守 ほしゅ が煩雑 はんざつ である。
用途 ようと
(回転 かいてん 部 ぶ )センサレス・トルクベクトル制御 せいぎょ [ 編集 へんしゅう ]
回転 かいてん 部 ぶ のセンサを省略 しょうりゃく し、代 か わりに各 かく 巻 まき 線 せん の電流 でんりゅう の大 おお きさと位相 いそう で、トルク と回転 かいてん 数 すう を推定 すいてい し、それに基 もと づいて電圧 でんあつ ・周波数 しゅうはすう を変化 へんか させ、目的 もくてき のトルク・回転 かいてん 数 すう を得 え る。
特徴 とくちょう
センサの保守 ほしゅ が必要 ひつよう ない。
鉄道 てつどう 車両 しゃりょう 等 とう の、電動 でんどう 機 き の外形 がいけい 寸法 すんぽう に制約 せいやく のある用途 ようと では、センサがなくなった分 ぶん だけ大型 おおがた の電動 でんどう 機 き を用 もち いることができ、大 だい 出力 しゅつりょく 化 か が可能 かのう になる。
トルク・回転 かいてん 数 すう 推定 すいてい のための、高速 こうそく な演算 えんざん 回路 かいろ が必要 ひつよう である。
制御 せいぎょ 回路 かいろ に電動 でんどう 機 き ・負荷 ふか の特性 とくせい が正 ただ しく設定 せってい されていないと、制御 せいぎょ が乱 みだ れる。
用途 ようと
クレーン ・ハイブリッドカーなど、大 おお きな始動 しどう トルクが必要 ひつよう な負荷 ふか 用 よう 。
タンクレス給水 きゅうすい 用 よう ポンプなど急速 きゅうそく 起動 きどう が必要 ひつよう な用途 ようと 。
その後 ご 、鉄道 てつどう 車両 しゃりょう の主 しゅ 電動 でんどう 機 き にもセンサレス制御 せいぎょ が用 もち いられるようになってきている。
日本 にっぽん の鉄道 てつどう におけるVVVFインバータの歴史 れきし [ 編集 へんしゅう ]
世界 せかい で初 はじ めて営業 えいぎょう 運転 うんてん に投入 とうにゅう されたインバータ制御 せいぎょ 車両 しゃりょう は、電車 でんしゃ では1973年 ねん に就役 しゅうえき した、米 べい Cleveland Transit System 150型 がた 電車 でんしゃ "Airporter"のうち3両 りょう (ヘルシンキ地下鉄 ちかてつ M100系 けい 電車 でんしゃ は1977年 ねん 試験 しけん 開始 かいし であり、こちらより4年 ねん 遅 おそ い)、機関 きかん 車 しゃ では1979年 ねん に就役 しゅうえき した西 にし ドイツ国鉄 こくてつ (現 げん ・ドイツ鉄道 てつどう )120型 がた 電気 でんき 機関 きかん 車 しゃ と言 い われている。この120型 がた 電気 でんき 機関 きかん 車 しゃ は、電圧 でんあつ 調整 ちょうせい はチョッパ制御 せいぎょ で行 おこな う電流 でんりゅう 型 がた インバータ制御 せいぎょ であり、「VVVF」ではない。誤 あやま 表記 ひょうき がよく見 み られ、注意 ちゅうい が必要 ひつよう である。
この電流 でんりゅう 型 がた インバータは周波数 しゅうはすう の制御 せいぎょ をするだけでよく、主 おも にヨーロッパで普及 ふきゅう した。
国鉄 こくてつ (→JR東日本 ひがしにっぽん )207系 けい 900番台 ばんだい
旧 きゅう 日本 にっぽん 国有 こくゆう 鉄道 てつどう (国鉄 こくてつ )における無 む 整流 せいりゅう 子 こ 電動 でんどう 機 き 駆動 くどう 方式 ほうしき の開発 かいはつ は、1972年 ねん (昭和 しょうわ 47年 ねん )12月にクモヤ791形 かたち 交流 こうりゅう 試験 しけん 電車 でんしゃ を用 もち いて、同期 どうき 電動 でんどう 機 き と(サイリスタモーター)とサイクロコンバータ を用 もち いての試験 しけん が実施 じっし されている[ 14] [ 15] [ 16] 。ただし、今日 きょう の自 じ 励式電圧 でんあつ 形 がた PWM-VVVFインバータとは異 こと なり、サイリスタによる他 た 励式に近 ちか い電流 でんりゅう 形 がた サイクロコンバータによるものであって、回路 かいろ 構成 こうせい や制御 せいぎょ 方法 ほうほう は大 おお きく異 こと なる。試験 しけん にあたっては勾配 こうばい 条件 じょうけん などを考慮 こうりょ して日豊本線 にっぽうほんせん の柳 やなぎ ヶ浦 うら - 杵築 きつき 間 あいだ の約 やく 30 kmの区間 くかん で行 おこな われた[ 14] [ 15] [ 16] 。日立製作所 ひたちせいさくしょ と富士電機 ふじでんき の機器 きき が使用 しよう され、試験 しけん 結果 けっか は良好 りょうこう であったが機器 きき の大 おお きさや重量 じゅうりょう 面 めん において大 おお きな問題 もんだい が残 のこ された[ 14] [ 15] [ 16] 。
その後 ご 、1979年 ねん (昭和 しょうわ 54年 ねん )から翌 よく 1980年 ねん (昭和 しょうわ 55年 ねん )にかけて青函 せいかん トンネル用 よう 電気 でんき 機関 きかん 車 しゃ を想定 そうてい した悪条件 あくじょうけん 下 か における信頼 しんらい 性 せい 確保 かくほ や保守 ほしゅ 性 せい 向上 こうじょう のため、サイリスタコンバータとPWMインバータ 、大 だい 出力 しゅつりょく の650 kW出力 しゅつりょく 誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き 2台 だい が試作 しさく 製造 せいぞう され、試験 しけん 台 だい 試験 しけん (台 たい 上 じょう 試験 しけん )を実施 じっし している[ 14] [ 17] 。装置 そうち は日立 ひたち がインバータ装置 そうち と全体 ぜんたい まとめ、三菱 みつびし が変圧 へんあつ 器 き と電源 でんげん 側 がわ 変換 へんかん 装置 そうち ・東芝 とうしば が主 しゅ 電動 でんどう 機 き を担当 たんとう した3社 しゃ 共同 きょうどう によるもので[ 18] 、素子 そし には逆 ぎゃく 導通 どうつう サイリスタ(RCT) が採用 さいよう された[ 18] 。試験 しけん 結果 けっか は良好 りょうこう であったが、青函 せいかん トンネル開業 かいぎょう 時期 じき の遅 おく れと国鉄 こくてつ の財政 ざいせい 悪化 あっか などから採用 さいよう は見送 みおく られた[ 14] 。ここまでの試験 しけん は無 む 整流 せいりゅう 子 こ 電動 でんどう 機 き への取 と り組 く みであり、厳密 げんみつ にはVVVFインバータ制御 せいぎょ とは直接 ちょくせつ 関係 かんけい しない。
1984年 ねん (昭和 しょうわ 59年 ねん )には将来 しょうらい の北陸 ほくりく 新幹線 しんかんせん など、整備 せいび 新幹線 しんかんせん への採用 さいよう を想定 そうてい したVVVFインバータ制御 せいぎょ の試験 しけん として、在来 ざいらい 線 せん 用 よう のGTOサイリスタ 素子 そし を使用 しよう したVVVFインバータ装置 そうち と誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き など機器 きき 一式 いっしき を用意 ようい し、試験 しけん 台 だい 試験 しけん (台 たい 上 じょう 試験 しけん )を実施 じっし した[ 14] 。この試験 しけん 結果 けっか を受 う け、実際 じっさい に装置 そうち 一式 いっしき を車両 しゃりょう に艤装 ぎそう して走行 そうこう 試験 しけん を実施 じっし することとなった[ 14] 。
試験 しけん 車 しゃ には廃車 はいしゃ を控 ひか えた101系 けい 1両 りょう を使用 しよう し、装置 そうち 一式 いっしき (GTOサイリスタ素子 そし (4,500 V - 2,000 A)を使用 しよう したVVVFインバータ装置 そうち (東芝 とうしば 製 せい [ 19] )など・1C4M制御 せいぎょ )をクモハ101-60の床上 ゆかうえ に艤装 ぎそう し、1985年 ねん (昭和 しょうわ 60年 ねん )12月から1986年 ねん (昭和 しょうわ 61年 ねん )1月 がつ までの期間 きかん で2回 かい に分 わ けて試験 しけん を実施 じっし した[ 14] [ 20] (モハ100-35はT車代 くるまだい 用 よう 、また測定 そくてい 用 よう 電源 でんげん (静止 せいし 形 がた インバータ )を床上 ゆかうえ 配置 はいち [ 14] )。試験 しけん 車 しゃ は国鉄 こくてつ 浜松 はままつ 工場 こうじょう で構内 こうない 走行 そうこう 試験 しけん 後 ご 、東海道本線 とうかいどうほんせん 静岡 しずおか - 豊橋 とよはし 間 あいだ で本線 ほんせん 走行 そうこう 試験 しけん を実施 じっし した[ 14] 。Aタイプ主 ぬし 電動 でんどう 機 き (後述 こうじゅつ )は構内 こうない 走行 そうこう が12月11 - 16日 にち 、本線 ほんせん 走行 そうこう は17 - 19日 にち 、Mタイプ主 ぬし 電動 でんどう 機 き は構内 こうない 走行 そうこう が1月 がつ 10 - 16日 にち 、本線 ほんせん 走行 そうこう は20 - 22日 にち に実施 じっし された[ 20] 。
構内 こうない 走行 そうこう 試験 しけん
クモハ101-60 + モハ100-35 + クハ100
本線 ほんせん 走行 そうこう 試験 しけん
クモハ101-60 + モハ100-35 + クモヤ145 (緊急 きんきゅう 用 よう )
試験 しけん を2回 かい に分 わ けたのは、国鉄 こくてつ では在来 ざいらい 線 せん 用 よう の通勤 つうきん 形 がた 電車 でんしゃ から高速 こうそく 走行 そうこう をする新幹線 しんかんせん 車両 しゃりょう まで多様 たよう な車両 しゃりょう が必要 ひつよう なことから、主 しゅ 電動 でんどう 機 き には特性 とくせい の異 こと なる4種類 しゅるい 8台 だい の誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き (いずれも150 kW出力 しゅつりょく )が用意 ようい され、これらの試験 しけん を実施 じっし するためであった[ 14] 。誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き はMT993形 かたち 、MT993A形 かたち 、MT993B形 かたち 、MT993C形 かたち の4種類 しゅるい があり、大 おお きく分 わ けて電気 でんき 装荷 そうか 重視 じゅうし 形 がた のAタイプ2種類 しゅるい と、磁気 じき 装荷 そうか 重視 じゅうし 形 がた のMタイプ2種類 しゅるい を使用 しよう した[ 14] 。
その後 ご 、国鉄 こくてつ 分割 ぶんかつ 民営 みんえい 化 か を控 ひか えた1986年 ねん (昭和 しょうわ 61年 ねん )秋 あき に落成 らくせい した207系 けい 900番台 ばんだい でVVVFインバータ制御 せいぎょ (形式 けいしき 名 めい SC20)を正式 せいしき 採用 さいよう した試作 しさく 車 しゃ が完成 かんせい した[ 20] 。その207系 けい 900番台 ばんだい はJR東日本 ひがしにっぽん に引 ひ き継 つ がれたが、東日本 ひがしにっぽん を含 ふく むJR各社 かくしゃ でのVVVFインバータ制御 せいぎょ の本格 ほんかく 的 てき な採用 さいよう は私鉄 してつ にやや遅 おく れ、1990年 ねん 以降 いこう となる。
JR各社 かくしゃ のVVVFインバータ制御 せいぎょ 量産 りょうさん 形式 けいしき の第 だい 一 いち 号 ごう (在来 ざいらい 線 せん )
新幹線 しんかんせん では、1990年 ねん (平成 へいせい 2年 ねん )に東海道新幹線 とうかいどうしんかんせん の300系 けい の試作 しさく 車 しゃ 9000番台 ばんだい (J0 → J1編成 へんせい )が作 つく られ、1992年 ねん (平成 へいせい 4年 ねん )から量産 りょうさん が開始 かいし された。その後 ご に登場 とうじょう した500系 けい やE1系 けい 、E2系 けい 、E3系 けい 以降 いこう ではVVVFインバータ制御 せいぎょ へ移行 いこう して、2013年 ねん (平成 へいせい 25年 ねん )に200系 けい 電車 でんしゃ が引退 いんたい したことにより、新幹線 しんかんせん 車両 しゃりょう は全 すべ て民営 みんえい 化 か 後 ご に登場 とうじょう したVVVFインバータ車 しゃ となった。
私鉄 してつ ・公営 こうえい 交通 こうつう における取 と り組 く み[ 編集 へんしゅう ]
営業 えいぎょう 用 よう 車両 しゃりょう としては日本 にっぽん 初 はつ の熊本 くまもと 市 し 交通 こうつう 局 きょく 8200形 かたち 電車 でんしゃ 。
高速 こうそく 鉄道 てつどう としては日本 にっぽん 初 はつ の大阪 おおさか 市 し 交通 こうつう 局 きょく 20系 けい 電車 でんしゃ
直流 ちょくりゅう 1,500 Vの新 しん 製 せい 車両 しゃりょう としては日本 にっぽん 初 はつ の近鉄 きんてつ 1250系 けい [ 注 ちゅう 1]
一方 いっぽう で、旧 きゅう 国鉄 こくてつ での開発 かいはつ と並行 へいこう し、各 かく 電機 でんき 企業 きぎょう で1975年 ねん (昭和 しょうわ 50年 ねん )頃 ごろ から大手 おおて 私鉄 してつ ・公営 こうえい 交通 こうつう と手 て を組 く んだ開発 かいはつ が盛 さか んとなり、特 とく に日立製作所 ひたちせいさくしょ 、東洋電機製造 とうようでんきせいぞう 、東京 とうきょう 芝浦 しばうら 電気 でんき 、三菱電機 みつびしでんき が下記 かき のとおり相次 あいつ いで現 げん 車 くるま 試験 しけん を実施 じっし している。
1978年 ねん (昭和 しょうわ 53年 ねん )11月、帝都 ていと 高速度 こうそくど 交通 こうつう 営団 えいだん (現 げん ・東京 とうきょう 地下鉄 ちかてつ = 東京 とうきょう メトロ)千代田 ちよだ 線 せん において6000系 けい 1次 じ 試作 しさく 車 しゃ に日立製作所 ひたちせいさくしょ 製 せい のVVVFインバータ装置 そうち (2,500 V - 400 Aの逆 ぎゃく 導通 どうつう サイリスタ素子 そし を使用 しよう ・1C4M制御 せいぎょ )と130 kWのかご形 がた 三 さん 相 そう 誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き を搭載 とうさい した現 げん 車 くるま 走行 そうこう 試験 しけん が実施 じっし された[ 21] [ 22] 。これが日本 にっぽん 国内 こくない における最初 さいしょ のVVVFインバータ装置 そうち を搭載 とうさい しての走行 そうこう 試験 しけん である[ 23] [ 18] [ 24] 。
1980年 ねん (昭和 しょうわ 55年 ねん )5月 がつ から6月 がつ 、東洋電機製造 とうようでんきせいぞう が相鉄 そうてつ 6000系 けい 電車 でんしゃ にVVVFインバータ装置 そうち (2,500 V - 400 A(他社 たしゃ 製 せい )逆 ぎゃく 導通 どうつう サイリスタ素子 そし を使用 しよう ・175 kW主 しゅ 電動 でんどう 機 き 4台 だい 制御 せいぎょ ×2台 だい )を搭載 とうさい して、かしわ台 たい 工 こう 機 き 所 しょ 構内 こうない ならびに本線 ほんせん かしわ台 だい - 相模 さがみ 大塚 おおつか 間 あいだ で終電 しゅうでん 後 ご に深夜 しんや 走行 そうこう 試験 しけん を実施 じっし した[ 25] [ 26] [ 27] 。1次 じ 試作 しさく 品 ひん の機器 きき は客室 きゃくしつ 内 ない に艤装 ぎそう されたもので、室内 しつない を大 おお きく占有 せんゆう するほどのものであり、実用 じつよう 化 か にはほど遠 とお いものであった[ 27] 。相模 さがみ 鉄道 てつどう で走行 そうこう 試験 しけん を行 おこな ったのは、当時 とうじ 東洋電機製造 とうようでんきせいぞう のVVVFインバータ装置 そうち の開発 かいはつ は相鉄 そうてつ 相模 さがみ 大塚 おおつか 駅 えき 近 ちか くの相模 さがみ 工場 こうじょう で行 おこな っており(その後 ご 、横浜 よこはま 市 し 内 うち の横浜 よこはま 製作所 せいさくしょ に統合 とうごう )、工場 こうじょう の近 ちか くに相鉄 そうてつ かしわ台 だい 工 こう 機 き 所 しょ があったことが理由 りゆう である[ 27] 。
同年 どうねん 11月 がつ には日立製作所 ひたちせいさくしょ 水戸 みと 工場 こうじょう で東京急行電鉄 とうきょうきゅうこうでんてつ から譲渡 じょうと されたデハ3550形 かたち にVVVFインバータ装置 そうち (前述 ぜんじゅつ の営団 えいだん 地下鉄 ちかてつ と同様 どうよう のシステム)を搭載 とうさい して構内 こうない 走行 そうこう 試験 しけん が実施 じっし されている[ 28] [ 18] 。試験 しけん に際 さい しては、台車 だいしゃ もインバーター駆動 くどう 用 よう として新 あら たに開発 かいはつ されたKH-105台 だい 車 しゃ に交換 こうかん された。KH-105台 だい 車 しゃ は軸 じく 箱 ばこ 支持 しじ にロールゴム式 しき 、車体 しゃたい 支持 しじ をボルスタレス式 しき 、けん引 いん 装置 そうち として一本 いっぽん リンク式 しき を採用 さいよう した軽量 けいりょう 台車 だいしゃ で、その構造 こうぞう の多 おお くが後 こう の国鉄 こくてつ ボルスタレス振 ふ り子 こ 台車 だいしゃ TR908、TR908Aに反映 はんえい された。駆動 くどう 装置 そうち は、中空 なかぞら 軸 じく たわみ継手 つぎて 式 しき 平行 へいこう カルダン ととWN継手 つぎて 式 しき 平行 へいこう カルダン を各 かく 1台 だい 車 しゃ づつ採用 さいよう し、特性 とくせい 比較 ひかく を行 おこな った。
1981年 ねん (昭和 しょうわ 56年 ねん )9月 がつ から翌 よく 1982年 ねん (昭和 しょうわ 57年 ねん )4月 がつ にかけて、大阪 おおさか 市 し 交通 こうつう 局 きょく 100形 かたち 106号車 ごうしゃ にGTOサイリスタ 素子 そし を使用 しよう したVVVFインバータ装置 そうち (第 だい 三 さん 軌条 きじょう 方式 ほうしき )と160 kW主 しゅ 電動 でんどう 機 き 2台 だい を装 そう 架 か して、森之宮 もりのみや 検車 けんしゃ 場 じょう 構内 こうない ならびに中央 ちゅうおう 線 せん において終電 しゅうでん 後 ご に深夜 しんや 走行 そうこう 試験 しけん が実施 じっし された[ 29] [ 24] 。これは、当時 とうじ 大阪 おおさか 市 し 交通 こうつう 局 きょく が導入 どうにゅう を想定 そうてい した小型 こがた 地下鉄 ちかてつ 向 む けのシステムとして開発 かいはつ ・試験 しけん を行 おこな ったものである[ 30] 。なお、同時 どうじ に107号車 ごうしゃ が抵抗 ていこう 制御 せいぎょ 車 しゃ のまま牽引 けんいん 車 しゃ として使用 しよう された[ 27] 。装置 そうち は東京 とうきょう 芝浦 しばうら 電気 でんき ・日立製作所 ひたちせいさくしょ ・三菱電機 みつびしでんき の順番 じゅんばん で、1組 くみ ずつ試験 しけん が実施 じっし されたもので[ 29] [ 31] [ 32] [ 24] [ 33] [ 18] 、最初 さいしょ に東京 とうきょう 芝浦 しばうら 電気 でんき 製 せい の装置 そうち で行 おこな われた走行 そうこう 試験 しけん は、世界 せかい 初 はつ のGTO-VVVFインバータ制御 せいぎょ の本線 ほんせん 走行 そうこう である[ 29] [ 24] 。
1982年 ねん (昭和 しょうわ 57年 ねん )5月 がつ 中旬 ちゅうじゅん 、東洋電機製造 とうようでんきせいぞう が相模鉄道 さがみてつどう 6000系 けい を使用 しよう して再度 さいど のVVVFインバータ制御 せいぎょ (2,500 V - 500 A(自社 じしゃ 製 せい )逆 ぎゃく 導通 どうつう サイリスタ素子 そし を使用 しよう ・175 kW主 しゅ 電動 でんどう 機 き 4台 だい 制御 せいぎょ )の深夜 しんや 走行 そうこう 試験 しけん を実施 じっし 、そして9月 がつ から10月 がつ に阪急電鉄 はんきゅうでんてつ 1600系 けい 1601号車 ごうしゃ にこのVVVFインバータ装置 そうち (150 kW主 しゅ 電動 でんどう 機 き 4台 だい 制御 せいぎょ )を搭載 とうさい して、車庫 しゃこ 内 ない ならびに本線 ほんせん 上 じょう で走行 そうこう 試験 しけん が実施 じっし された[ 34] [ 27] [ 24] 。相模 さがみ 鉄道 てつどう での試験 しけん (2次 じ 試作 しさく )は、1次 じ 試作 しさく 時 じ から大幅 おおはば に改良 かいりょう されたもので、床下 ゆかした に艤装 ぎそう できるほど小型 こがた 化 か された[ 27] (ただし、床下 ゆかした 艤装 ぎそう 作業 さぎょう を省略 しょうりゃく するため、機器 きき は室内 しつない に艤装 ぎそう された[ 27] )。阪急電鉄 はんきゅうでんてつ の試験 しけん では、国内 こくない では架線 かせん 電圧 でんあつ 1,500 Vにおいて初 はじ めて110 km/hの高速 こうそく 運転 うんてん 、100 km/hからの回生 かいせい ブレーキ走行 そうこう となった[ 34] [ 26] 。
営業 えいぎょう 用 よう 車両 しゃりょう としては、1982年 ねん (昭和 しょうわ 57年 ねん )8月 がつ 2日 にち に投入 とうにゅう された熊本 くまもと 市 し 交通 こうつう 局 きょく 8200形 かたち 電車 でんしゃ が日本 にっぽん 初 はつ となる(1983年 ねん のローレル賞 しょう 受賞 じゅしょう )[ 24] 。このインバータは逆 ぎゃく 導通 どうつう サイリスタ(RCT) を用 もち いたもので、ほかに国内 こくない の営業 えいぎょう 用 よう 車両 しゃりょう で用 もち いたのは札幌 さっぽろ 市 し 交通 こうつう 局 きょく 8500形 かたち 電車 でんしゃ (同様 どうよう に路面 ろめん 電車 でんしゃ )だけである[ 35] 。最初 さいしょ に路面 ろめん 電車 でんしゃ へ採用 さいよう されたのは、架線 かせん 電圧 でんあつ が低 ひく く高 こう 耐 たい 圧 あつ ・高 こう 電流 でんりゅう の素子 そし が不要 ふよう であること(直流 ちょくりゅう 1,500 V用 よう の半分 はんぶん で済 す む)、軌道 きどう 回路 かいろ が不要 ふよう で誘導 ゆうどう 障害 しょうがい のおそれがないことがあげられる[ 35] 。
一般 いっぱん 的 てき なゲートターンオフサイリスタ (GTO)素子 そし による初 はつ のVVVFインバータ搭載 とうさい の新 しん 製 せい 車両 しゃりょう は、1984年 ねん (昭和 しょうわ 59年 ねん )3月 がつ 28日 にち に落成 らくせい した大阪 おおさか 市 し 交通 こうつう 局 きょく 20系 けい 電車 でんしゃ (2代目 だいめ )となる[ 35] [ 36] (第 だい 三 さん 軌条 きじょう 方式 ほうしき ・直流 ちょくりゅう 750 V電化 でんか )。しかし、日本 にっぽん 国内 こくない の高速 こうそく 鉄道 てつどう として初 はじ めての実用 じつよう 化 か であり、車両 しゃりょう 性能 せいのう や誘導 ゆうどう 障害 しょうがい などの試験 しけん が長引 ながび いたため、営業 えいぎょう 運転 うんてん 開始 かいし は12月24日 にち まで遅 おく れた[ 36] 。このため、営業 えいぎょう 開始 かいし 日 び 順 じゅん となる下表 かひょう では4番目 ばんめ にある。
架線 かせん 電圧 でんあつ 1,500 Vでの日本 にっぽん 初 はつ のVVVFインバータ制御 せいぎょ 車両 しゃりょう は東急 とうきゅう 6000系 けい 電車 でんしゃ (初代 しょだい ) のVVVFインバータ改造 かいぞう 車 しゃ である[ 24] 。1983年 ねん (昭和 しょうわ 58年 ねん )にデハ6202に日立製作所 ひたちせいさくしょ 製 せい 2,500 V耐 たい 圧 あつ 型 がた GTOサイリスタ素子 そし VVVFインバータ2台 だい (電気 でんき 回路 かいろ はそれぞれ直列 ちょくれつ つなぎ)を搭載 とうさい して各種 かくしゅ 試験 しけん を経 へ て、1984年 ねん 7月 がつ 25日 にち から大井 おおい 町 まち 線 せん で営業 えいぎょう 運転 うんてん が開始 かいし された[ 24] 。その後 ご 、1985年 ねん にはデハ6302に東芝 とうしば 製 せい VVVFインバータを、デハ6002に東洋電機製造 とうようでんきせいぞう 製 せい VVVFインバータを、1983年 ねん に改造 かいぞう された6202に4,500 V耐 たい 圧 あつ 型 がた GTOサイリスタ素子 そし VVVFインバータを同時 どうじ に改造 かいぞう した。
引 ひ き続 つづ いて1984年 ねん (昭和 しょうわ 59年 ねん )7月 がつ に東大阪 ひがしおおさか 生駒 いこま 電鉄 でんてつ (→近畿日本鉄道 きんきにほんてつどう に統合 とうごう )7000系 けい 試作 しさく 車 しゃ が落成 らくせい (近鉄 きんてつ 東大阪 ひがしおおさか 線 せん →けいはんな線 せん は未 み 開業 かいぎょう ・走行 そうこう 試験 しけん を実施 じっし (第 だい 三 さん 軌条 きじょう 方式 ほうしき ・直流 ちょくりゅう 750 V電化 でんか )。量産 りょうさん ・営業 えいぎょう 開始 かいし は1986年 ねん 10月 がつ )[ 35] 、さらに直流 ちょくりゅう 1,500 V電化 でんか 用 よう の新 しん 製 せい 車両 しゃりょう では日本 にっぽん 初 はつ となる近鉄 きんてつ 1250系 けい 電車 でんしゃ 1251編成 へんせい (現 げん ・近鉄 きんてつ 1420系 けい 電車 でんしゃ 1421編成 へんせい )の製造 せいぞう が続 つづ いた[ 35] 。
本格 ほんかく 的 てき な量産 りょうさん 車両 しゃりょう は、1986年 ねん (昭和 しょうわ 61年 ねん )の新京成電鉄 しんけいせいでんてつ 8800形 かたち 電車 でんしゃ や東急 とうきゅう 9000系 けい 電車 でんしゃ 、近鉄 きんてつ 3200系 けい 電車 でんしゃ 、東大阪 ひがしおおさか 生駒 いこま 電鉄 でんてつ →近鉄 きんてつ 7000系 けい 電車 でんしゃ (前述 ぜんじゅつ 。1987年 ねん のローレル賞 しょう 受賞 じゅしょう 及 およ び鉄道 てつどう 車両 しゃりょう 初 はつ のグッドデザイン賞 しょう 受賞 じゅしょう )あたりからで、これをきっかけに多 おお くの私鉄 してつ や地下鉄 ちかてつ での試験 しけん 導入 どうにゅう (東武 とうぶ 10080型 がた 、京阪 けいはん 6000系 けい 電車 でんしゃ 初代 しょだい 6014Fの一部 いちぶ など)を経 へ て本格 ほんかく 的 てき な導入 どうにゅう が開始 かいし された。1995年 ねん に登場 とうじょう した阪神 はんしん 5500系 けい 電車 でんしゃ をもって、大手 おおて 私鉄 してつ の全 すべ てがVVVFインバータ制御 せいぎょ 車 しゃ を保有 ほゆう することとなった。
IGBT 素子 そし を使用 しよう したインバータ搭載 とうさい 車両 しゃりょう は、1992年 ねん の営団 えいだん (現在 げんざい の東京 とうきょう メトロ)06系 けい ・07系 けい 電車 でんしゃ が初 はじ めてとなる[ 37] 。また、JR西日本 にしにほん 207系 けい 電車 でんしゃ 0番台 ばんだい とJR東日本 ひがしにっぽん 701系 けい 電車 でんしゃ 、及 およ びJR東日本 ひがしにっぽん 901系 けい 電車 でんしゃ A編成 へんせい (後 のち に209系 けい 電車 でんしゃ 900番台 ばんだい に改造 かいぞう され、後年 こうねん にはGTOに取 と り替 か え)ではパワートランジスタ(PTr)素子 そし を使用 しよう したインバータが採用 さいよう されている。
1990年代 ねんだい 以降 いこう 、日本 にっぽん での新造 しんぞう 電車 でんしゃ は路面 ろめん 電車 でんしゃ から新幹線 しんかんせん に至 いた るまでVVVFインバータ制御 せいぎょ が主体 しゅたい となった。営団 えいだん 地下鉄 ちかてつ 6000系 けい や東急 とうきゅう 初代 しょだい 7000系 けい →7700系 けい など、従来 じゅうらい の走行 そうこう 機器 きき をVVVFインバータに更新 こうしん したり、果 は ては伊予 いよ 鉄道 てつどう 3000系 けい 電車 でんしゃ やえちぜん鉄道 てつどう MC7000形 かたち 、名古屋 なごや 市 し 交通 こうつう 局 きょく 5000形 かたち 電車 でんしゃ のように中古 ちゅうこ 車両 しゃりょう の譲渡 じょうと に際 さい して、電気 でんき 機器 きき をVVVFインバータに交換 こうかん ・改造 かいぞう した例 れい も出現 しゅつげん している。一方 いっぽう で実用 じつよう 化 か から20-30年 ねん 以上 いじょう が経過 けいか したことから、初期 しょき の採用 さいよう 車 しゃ では半導体 はんどうたい 素子 そし の経年 けいねん 劣化 れっか による制御 せいぎょ 装置 そうち のASSY 交換 こうかん (京王 けいおう 1000系 けい 電車 でんしゃ (2代 だい ) 、阪急 はんきゅう 8000系 けい 電車 でんしゃ 、Osaka Metro の66系 けい 、JR西日本 にしにほん 223系 けい 電車 でんしゃ 0番台 ばんだい 体質 たいしつ 改善 かいぜん 車 しゃ など)が行 おこな われたり、JR東日本 ひがしにっぽん 209系 けい 電車 でんしゃ やE217系 けい 電車 でんしゃ 、東京 とうきょう 都 と 交通 こうつう 局 きょく 5300形 かたち 電車 でんしゃ などのように後継 こうけい 車 しゃ への置 お き換 か えが始 はじ まった車両 しゃりょう も発生 はっせい している[ 38] 。新幹線 しんかんせん の旅客 りょかく 車両 しゃりょう で初期 しょき のGTOサイリスタを使用 しよう した車両 しゃりょう は山陽新幹線 さんようしんかんせん の500系 けい を除 のぞ いて全 すべ て廃車 はいしゃ となっている。特殊 とくしゅ な例 れい としては複数 ふくすう の形式 けいしき の間 あいだ での編成 へんせい 替 が えにより、古 ふる い形式 けいしき の走行 そうこう 機器 きき を新 あたら しい車両 しゃりょう に合 あ わせたものに更新 こうしん する事例 じれい がある。京阪 けいはん 10000系 けい 電車 でんしゃ の7両 りょう 化 か で車両 しゃりょう を供出 きょうしゅつ した7200系 けい 、9000系 けい がこれに該当 がいとう する[ 39] 。一方 いっぽう で山陽電気鉄道 さんようでんきてつどう の5000系 けい ・5030系 けい のように、従来 じゅうらい の直流 ちょくりゅう 電動 でんどう 機 き を使用 しよう する制御 せいぎょ 装置 そうち とVVVFインバータ装置 そうち が1つの編成 へんせい で混在 こんざい する例 れい もある。
これらの改造 かいぞう や新車 しんしゃ の導入 どうにゅう により、営業 えいぎょう 用 よう 車両 しゃりょう が全 すべ てVVVFインバータ制御 せいぎょ になった鉄道 てつどう 事業 じぎょう 者 しゃ も出 で てきており、2012年 ねん (平成 へいせい 24年 ねん )9月 がつ には京王 けいおう 電鉄 でんてつ が大手 おおて 私鉄 してつ 初 はつ となる全 ぜん 営業 えいぎょう 車両 しゃりょう のVVVFインバータ制御 せいぎょ 統一 とういつ を達成 たっせい し、JRグループでも2019年 ねん 9月 がつ にJR四国 しこく が全 ぜん 営業 えいぎょう 電車 でんしゃ のVVVF制御 せいぎょ 統一 とういつ を達成 たっせい している。
2010年代 ねんだい では、SiC をダイオードやトランジスタに使用 しよう したVVVFインバータが開発 かいはつ ・実用 じつよう 化 か され、従来 じゅうらい のIGBT素子 そし よりも小型 こがた 軽量 けいりょう 化 か 、より省 しょう 電力 でんりょく 化 か されたVVVFインバータが登場 とうじょう している。新 しん 製 せい 車 しゃ ではJR東日本 ひがしにっぽん E235系 けい 電車 でんしゃ に初 はつ 導入 どうにゅう されたのを皮切 かわき りに、神戸電鉄 こうべでんてつ 6500系 けい 電車 でんしゃ やJR西日本 にしにほん 323系 けい 電車 でんしゃ 、西鉄 にしてつ 9000形 かたち 電車 でんしゃ 、新幹線 しんかんせん N700S系 けい 電車 でんしゃ で採用 さいよう されたほか、既存 きそん 車 しゃ やPTr-VVVF車 しゃ 、さらには初期 しょき のGTOを使用 しよう した車両 しゃりょう の更新 こうしん 工事 こうじ が行 おこな われており、小田急 おだきゅう 1000形 かたち 更新 こうしん 車 しゃ 、京都 きょうと 市 し 交通 こうつう 局 きょく 10系 けい 更新 こうしん 車 しゃ 、新京成電鉄 しんけいせいでんてつ 8800形 かたち 更新 こうしん 車 しゃ など改造 かいぞう ・更新 こうしん が進 すす められている。
初期 しょき のVVVF制御 せいぎょ 車両 しゃりょう 一覧 いちらん [ 編集 へんしゅう ]
日本 にっぽん 初 はつ の熊本 くまもと 市 し 交通 こうつう 局 きょく 8200形 かたち 電車 でんしゃ (1982年 ねん 【昭和 しょうわ 57年 ねん 】)から1986年 ねん (昭和 しょうわ 61年 ねん )までに登場 とうじょう のVVVF制御 せいぎょ 車両 しゃりょう 一覧 いちらん 。
全 ぜん 車両 しゃりょう がVVVF制御 せいぎょ (車輌 しゃりょう 数 すう に「*」が付 つ いているもの)の形式 けいしき には、両 りょう 数 かず に付随 ふずい 車 しゃ を含 ふく む。一部 いちぶ 車両 しゃりょう がVVVF制御 せいぎょ の形式 けいしき には、両 りょう 数 かず に付随 ふずい 車 しゃ を含 ふく まない。
従来 じゅうらい の抵抗 ていこう 制御 せいぎょ やチョッパ制御 せいぎょ に比 くら べて、エネルギー使用 しよう 効率 こうりつ の向上 こうじょう (省 しょう エネルギー )が可能 かのう 。一 いち 例 れい として、JR東日本 ひがしにっぽん 209系 けい 電車 でんしゃ では、「103系 けい 電車 でんしゃ に比 くら べ47 %の消費 しょうひ 電力 でんりょく 」と喧伝 けんでん されている。
回転 かいてん 数 すう の制御 せいぎょ が事実 じじつ 上 じょう 無 む 段階 だんかい で可能 かのう であるため、加速 かそく ・減速 げんそく 時 じ の衝動 しょうどう を軽減 けいげん できる。
従来 じゅうらい の制御 せいぎょ 方式 ほうしき と比較 ひかく して細 ささ やかなトルク制御 せいぎょ が可能 かのう であり、粘着 ねんちゃく 力 りょく の向上 こうじょう とそれによる動力 どうりょく 軸 じく 数 すう の減少 げんしょう 、あるいは実効 じっこう 出力 しゅつりょく の高 たか い交流 こうりゅう 電動 でんどう 機 き の使用 しよう と相 あい まって加減 かげん 速 そく 性能 せいのう 、更 さら には高速 こうそく 性能 せいのう の向上 こうじょう が可能 かのう である。
したがって、電動 でんどう 車 しゃ と付随 ふずい 車 しゃ の比率 ひりつ (MT比 ひ )を小 ちい さくできるため、電動 でんどう 車 しゃ 1両 りょう あたりの製造 せいぞう 費用 ひよう が若干 じゃっかん 上昇 じょうしょう したとしても、編成 へんせい 全体 ぜんたい では低 てい 価格 かかく 化 か が可能 かのう である。
電動 でんどう 車 しゃ 比率 ひりつ の低下 ていか は、点検 てんけん 作業 さぎょう の容易 ようい 化 か にもつながる。
なお実用 じつよう 化 か 初期 しょき の段階 だんかい では変調 へんちょう の度 たび に軽微 けいび なトルク変動 へんどう が発生 はっせい する事態 じたい が多 おお かったため、粘着 ねんちゃく 性能 せいのう が電機 でんき 子 こ チョッパ制御 せいぎょ より劣 おと るという評価 ひょうか も見 み られた。実際 じっさい にこの段階 だんかい で製造 せいぞう された装置 そうち を使用 しよう している車両 しゃりょう は、降雨 こうう 時 じ などに空転 くうてん ・滑走 かっそう が起 お きやすい。
実際 じっさい の回転 かいてん 数 すう が目標 もくひょう 回転 かいてん 数 すう から外 はず れた場合 ばあい にはトルクが低下 ていか するという誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き の特徴 とくちょう から、空転 くうてん 時 じ の再 さい 粘着 ねんちゃく 性 せい にも優 すぐ れる。
全体 ぜんたい 的 てき な点検 てんけん 整備 せいび 作業 さぎょう の軽減 けいげん
誘導 ゆうどう 電動 でんどう 機 き は直流 ちょくりゅう 電動 でんどう 機 き のような消耗 しょうもう 品 ひん のブラシ がないため、定期 ていき 的 てき なブラシの交換 こうかん が不要 ふよう 。
前述 ぜんじゅつ のようにMT比 ひ の低下 ていか による全体 ぜんたい の点検 てんけん 整備 せいび 作業 さぎょう の軽減 けいげん 。
非常 ひじょう ブレーキ使用 しよう 時 じ 以外 いがい は、高速 こうそく 域 いき から低速 ていそく 域 いき までの減速 げんそく を電気 でんき ブレーキ ・回生 かいせい ブレーキ優先 ゆうせん で行 おこな えるようになり、ブレーキパッド・ライニングの交換 こうかん 周期 しゅうき を大幅 おおはば に延長 えんちょう でき、点検 てんけん 整備 せいび 作業 さぎょう の費用 ひよう が低減 ていげん できる。
三菱電機 みつびしでんき の技術 ぎじゅつ では、回転 かいてん 磁界 じかい を逆転 ぎゃくてん させることで停止 ていし 寸前 すんぜん のブレーキ力 りょく を得 え ており、純 じゅん 電気 でんき ブレーキ という商品 しょうひん 名 めい で呼 よ んでいる。
日立製作所 ひたちせいさくしょ の技術 ぎじゅつ では、電動 でんどう 機 き に直流 ちょくりゅう 電流 でんりゅう を流 なが すことで停止 ていし 寸前 すんぜん のブレーキ力 りょく を得 え ており、全 ぜん 電気 でんき ブレーキという商品 しょうひん 名 めい で呼 よ んでいる。
VVVFインバータに限 かぎ らず、多 おお くのパワーエレクトロニクス機器 きき の問題 もんだい として、高調 こうちょう 波 は による電磁 でんじ ノイズ を発 はっ することが挙 あ げられ、鉄道 てつどう ではATC 等 ひとし 、微小 びしょう な信号 しんごう 電流 でんりゅう を扱 あつか う装置 そうち に影響 えいきょう を与 あた える懸念 けねん がある。(名古屋鉄道 なごやてつどう や都営地下鉄 とえいちかてつ 新宿 しんじゅく 線 せん においてVVVFインバータ搭載 とうさい 車 しゃ の投入 とうにゅう が遅 おく れたのは誘導 ゆうどう 障害 しょうがい 対策 たいさく が大 おお きな要因 よういん )。このため、実際 じっさい の路線 ろせん への導入 どうにゅう に当 あ たり、パワーエレクトロニクス機器 きき の発 はっ するノイズが信号 しんごう 機器 きき に悪影響 あくえいきょう を与 あた えないよう、車両 しゃりょう と信号 しんごう 機器 きき を組 く み合 あ わせて確認 かくにん 試験 しけん を実施 じっし し、問題 もんだい のないことを確認 かくにん している。特 とく にJR や大手 おおて 私鉄 してつ ではVVVFインバータの導入 どうにゅう にあたって試作 しさく 車 しゃ を製造 せいぞう 、または在来 ざいらい 車 しゃ を改造 かいぞう して試験 しけん 車 しゃ とするなどして、入念 にゅうねん な試験 しけん が繰 く り返 かえ された。また発車 はっしゃ 時 じ ・停車 ていしゃ 時 じ に発生 はっせい する音 おと が耳障 みみざわ り[ 41] であることが挙 あ げられる。詳細 しょうさい は誘導 ゆうどう 障害 しょうがい を参照 さんしょう のこと。
VVVFインバータ装置 そうち 搭載 とうさい の車両 しゃりょう に乗車 じょうしゃ しながらAMラジオ を聴取 ちょうしゅ すると、ラジオにインバータ音 おん そのままのノイズが盛大 せいだい に入 はい ることもある。
これを補償 ほしょう するため、運行 うんこう 地域 ちいき のラジオ放送 ほうそう の電波 でんぱ を増幅 ぞうふく して室内 しつない に発信 はっしん するアンテナ装置 そうち を搭載 とうさい した車輌 しゃりょう が存在 そんざい する。
1990年代 ねんだい 以降 いこう に出 で た新型 しんがた のIGBT 素子 そし では、GTO 素子 そし と比 くら べて動作 どうさ 周波数 しゅうはすう が向上 こうじょう したため、この2つの問題 もんだい を解決 かいけつ できた。その後 ご はインバータの出力 しゅつりょく 波形 はけい を調整 ちょうせい することで、さらなる高周波 こうしゅうは ノイズの低減 ていげん に努 つと めている。
VVVF制御 せいぎょ では、インバータの設定 せってい とモーターを含 ふく めた従 したがえ 動 どう 側 がわ の応答 おうとう 性 せい が一致 いっち していない場合 ばあい 、トルクの不安定 ふあんてい 化 か や発振 はっしん による異 い 音 おと の発生 はっせい などが起 お きることがあり、使 つか いこなすために高 たか い技術 ぎじゅつ 力 りょく を求 もと められる。
数 すう 多 おお くの半導体 はんどうたい を使用 しよう しているため、装置 そうち の製造 せいぞう から年月 としつき が経 た つと交換 こうかん 部品 ぶひん の製造 せいぞう 終了 しゅうりょう などで保守 ほしゅ 部品 ぶひん が手 て に入 はい りにくくなる。このため経年 けいねん 劣化 れっか による動作 どうさ 不良 ふりょう などといった故障 こしょう が目立 めだ つようになると、インバータ装置 そうち の全体 ぜんたい または一部 いちぶ 交換 こうかん しなければいけなくなる。2004年 ねん (平成 へいせい 16年 ねん )頃 ごろ から初期 しょき のRCT素子 そし やGTO素子 そし を使用 しよう した装置 そうち がIGBT素子 そし やMOSFET素子 そし を使用 しよう した装置 そうち などへ更新 こうしん される例 れい が多 おお くなっている。この場合 ばあい は技術 ぎじゅつ の進歩 しんぽ による利点 りてん も得 え られる。また、鉄道 てつどう 事業 じぎょう 者 しゃ と製造 せいぞう 企業 きぎょう 間 あいだ において、保守 ほしゅ 部品 ぶひん が手 て に入 はい りにくくなる事態 じたい を見越 みこ して最初 さいしょ から将来 しょうらい のインバータ装置 そうち 交換 こうかん も条項 じょうこう に入 い れた納入 のうにゅう 契約 けいやく が結 むす ばれる場合 ばあい もある。また、阪神電気鉄道 はんしんでんきてつどう など、GTO素子 そし が生産 せいさん 終了 しゅうりょう になる際 さい に現 げん 車 くるま と同 おな じ装置 そうち を購入 こうにゅう し、予備 よび 部品 ぶひん 確保 かくほ を行 おこな う例 れい もある。
シーメンス製 せい のインバータ制御 せいぎょ 装置 そうち を搭載 とうさい していた京急 けいきゅう 2100形 かたち 電車 でんしゃ 。
シーメンス製 せい のインバータ制御 せいぎょ 装置 そうち を搭載 とうさい していたJR東日本 ひがしにっぽん E501系 けい 電車 でんしゃ 。
VVVFインバータ制御 せいぎょ 車両 しゃりょう 最大 さいだい の特徴 とくちょう ともいえる、発車 はっしゃ 時 じ ・停車 ていしゃ 時 じ に発生 はっせい する何 なん 度 ど も高低 こうてい が変化 へんか するような音 おと (磁励音 おん )は、パルスモードが変化 へんか しているために発生 はっせい するものである。車両 しゃりょう 発進 はっしん 時 じ には、「ピーー」というような音 おと や「ビーー」や「キーーン」という音 おと で起動 きどう するが、その後 ご は自動車 じどうしゃ がトランスミッションで変速 へんそく するときのエンジン音 おん のような音 おと がする。これらの音 おと は主 おも にモーターから発 はっ せられ、インバータ装置 そうち 自体 じたい からも「ジーー」とモーター音 おん に合 あ わせてスイッチング音 おん が聞 き こえる場合 ばあい がある。
これらの音 おと は多種 たしゅ 多様 たよう であり、同 おな じ製造 せいぞう 企業 きぎょう ・機種 きしゅ のインバータを搭載 とうさい していても中 なか のプログラムや設定 せってい が異 こと なるとまったく違 ちが う音 おと を立 た てる。GTO では近鉄 きんてつ のほとんどのGTO-VVVFインバータ車 しゃ [ 42] やJR東日本 ひがしにっぽん 901系 けい 電車 でんしゃ B編成 へんせい (→209系 けい 910番台 ばんだい )、小田急 おだきゅう 1000形 かたち 電車 でんしゃ (未 み リニューアル車 しゃ )や新京成電鉄 しんけいせいでんてつ 8800形 かたち 電車 でんしゃ (機器 きき 更新 こうしん 前 まえ )などが、IGBT ではJR西日本 にしにほん 223系 けい 2000番台 ばんだい 1次 じ 車 しゃ の東芝 とうしば 製 せい 制御 せいぎょ 装置 そうち 車 しゃ や223系 けい 1000番台 ばんだい 体質 たいしつ 改善 かいぜん 車 しゃ 、また近鉄 きんてつ 50000系 けい 「しまかぜ」 や22600系 けい 「Ace」 のようにプログラムの更新 こうしん により音 おと が以前 いぜん と全 まった く変 か わった車両 しゃりょう も存在 そんざい する。
GTO素子 そし を使用 しよう したインバータでは発車 はっしゃ 時 とき ・停車 ていしゃ 時 どき の音 おと を耳障 みみざわ りと感 かん じる人 ひと も多 おお いが、IGBT素子 そし では、スイッチング周波数 しゅうはすう を高 たか くできるため、耳障 みみざわ りな音色 ねいろ を改善 かいぜん できるようになった。
なおシーメンス 製 せい のGTO素子 そし を用 もち いたインバータ制御 せいぎょ 装置 そうち (SIBAS32 )を搭載 とうさい した車両 しゃりょう の一部 いちぶ では、音階 おんかい のような音 おと が主 おも 電動 でんどう 機 き とインバータ制御 せいぎょ 装置 そうち より発 はっ せられる[ 43] 。このことから、このタイプのインバータ制御 せいぎょ 装置 そうち を「ドレミファインバータ」[ 44] 、搭載 とうさい した車両 しゃりょう を「歌 うた う電車 でんしゃ 」と呼 よ ぶことがある。日本 にっぽん ではJR東日本 ひがしにっぽん E501系 けい 電車 でんしゃ や京急 けいきゅう 2100形 かたち 電車 でんしゃ ・新 しん 1000形 かたち 電車 でんしゃ 、日本 にっぽん 国外 こくがい では韓国 かんこく 鉄道 てつどう 8200形 かたち 電気 でんき 機関 きかん 車 しゃ などが実例 じつれい となっている。
現在 げんざい 、電車 でんしゃ 用 よう の直接 ちょくせつ 形 かたち 交流 こうりゅう 電力 でんりょく 変換 へんかん 器 き は大 だい 電力 でんりょく の製品 せいひん が実用 じつよう 化 か されていないため、交流 こうりゅう 電化 でんか 区間 くかん に用 もち いられる電車 でんしゃ であっても、一旦 いったん 直流 ちょくりゅう に変換 へんかん (整流 せいりゅう )を行 おこな ってから、VVVFインバータを用 もち いる制御 せいぎょ (コンバータ・インバータ方式 ほうしき )を行 おこな う必要 ひつよう がある。小 しょう 電力 でんりょく であれば「マトリクスコンバータ」などとして製品 せいひん 化 か されている。
他 た
交友 こうゆう 社 しゃ 『鉄道 てつどう ファン 』1986年 ねん 5月 がつ 号 ごう 「国鉄 こくてつ のVVVF車両 しゃりょう 開発 かいはつ 」(園 えん 木 き 武雄 たけお 国鉄 こくてつ 車両 しゃりょう 設計 せっけい 課 か )pp. 64–66
電気 でんき 車 しゃ 研究 けんきゅう 会 かい 『鉄道 てつどう ピクトリアル 』1986年 ねん 8月 がつ 号 ごう 特集 とくしゅう 「インバータ制御 せいぎょ 電車 でんしゃ 」
東洋電機製造 とうようでんきせいぞう 『東洋電機 とうようでんき 七 なな 十 じゅう 五 ご 年 ねん 史 し 』
レールアンドテック出版 しゅっぱん 『インバータ制御 せいぎょ 電車 でんしゃ 開発 かいはつ の物語 ものがたり 』(鉄道 てつどう 車 しゃ 両用 りょうよう VVVFインバータ開発 かいはつ の歴史 れきし を残 のこ す会 かい )
日本 にっぽん 鉄道 てつどう サイバネティクス協議 きょうぎ 会 かい 『サイバネティクス』2006年 ねん 1月 がつ 号 ごう 技術 ぎじゅつ 情報 じょうほう 「創 そう 生 せい 期 き における日立 ひたち のインバータ開発 かいはつ 」(豊田 とよだ 瑛一 えいいち ・(株) かぶしきがいしゃ 日立製作所 ひたちせいさくしょ 水戸 みと 鉄道 てつどう システム本部 ほんぶ )
日立製作所 ひたちせいさくしょ 『日立 ひたち 評論 ひょうろん 』
三菱電機 みつびしでんき 『三菱電機 みつびしでんき 技 わざ 報 ほう 』
基本 きほん 型 がた DCモータ AC SC 機械 きかい 整流 せいりゅう 子 こ
AC SC 電気 でんき 整流 せいりゅう 子 こ
AC 同期 どうき 電動 でんどう 機 き (SM) Special magnetic machines
非 ひ 磁性 じせい Enclosure Type
コンポーネントおよび アクセサリー
モーター制御 せいぎょ 器 き (英語 えいご 版 ばん ) 歴史 れきし , 教育 きょういく , レクリエーション利用 りよう
未来 みらい 的 てき 、, 実験 じっけん 的 てき 関連 かんれん トピック人物 じんぶつ 関連 かんれん 項目 こうもく
カテゴリ