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回生ブレーキ制御の秘密

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詳細 2017年3月19日 18:22更新

 鉄道の最大の長所のひとつは言うまでもなく『省エネ』です。

 同じ人や荷物を運ぶのでも航空機の3分の1、自動車の6分の1と言われるほどです。一つには摩擦抵抗の少ない鉄のレールの上を鉄の車輪で走るためですが、もう一つ、ディーゼル車両や蒸気機関車にはできない、電車ならではの得意技を忘れてはなりません。

 電車はエネルギーの損失が少ないだけでなく、減速時に自車の主電動機を発電機として使用することでブレーキを得るということができるのです。抵抗器を使用して電動機にかかる電圧をコントロールする旧式の車両でも行なう電気制動は、ブレーキによって得た電気を抵抗器で熱に変えて逃がす『発電ブレーキ』というもので、圧縮空気を動力として用いる空気ブレーキよりも使用するエネルギーは少なくなりますが、力行(加速)時にも余分な電力を熱として捨ているのにもかかわらず省エネです。

 しかし、それをさらに上回るのが1980年代以降主流になった『回生ブレーキ』を備えた車両で、現在においてはそれが普通です。回生ブレーキはブレーキ時に主電動機を発電機として使用するばかりでなく、架線に向かって逆流させることで他の電車に供給してブレーキをかけるというすぐれもので、JR,私鉄を問わず広く採用されています。

 言葉で言うのは簡単ですが、実は実用化まではかなり大変だったのです。

 つまりどういうことかというと、普通は架線からパンタグラフを通して取り入れた電気は制御機器を経由して主電動機を動かした後は台車や車輪を通してレールに逃がされます。それを逆流させるわけですから、電車の速度が変わっても常に架線よりも高い電圧を保っていなければならないことと、かといって、高ければ良いと言う物でもなく、うまく制御できないと、制御不能になって大電流が流れてモーターが焼損する恐れがあるからです。回生ブレーキを行なう時のモーターの制御は力行以上に難しいわけです。

 それを可能にしたのは半導体技術に他ならなかったわけです。

 このコミュでは、そのような技術に関する薀蓄を語り合っていけたらいいと思って作りました。原油高で家計が苦しく、ニ酸化炭素による地球温暖化が進んでいる今、皆さんもっと電車に乗りましょう。ただ乗るだけでなく、どういった技術なのか少しくらい知っていてもいいんではないでしょうか。人生楽しくなりますよ〜。


 主な回生ブレーキ制御方式


 電機子チョッパ制御

 界磁チョッパ制御

 界磁位相制御

 界磁添加励磁制御

 サイリスタ連続位相制御

 VVVFインバータ制御

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2008年12月30日

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