東神奈川重機械工業株式会社コミュのちびっこ鉄道セミナー　第１回　『電車って、なんで動くの？』

宛：（民情通ネ）かねた課長代理
発：（民産庶二）ひがっきぃ

鉄道車両用VVVFインバータ制御についての民間人向け資料作成の件

ご質問の件、以下の通り回答いたしますので、ご査収ください。

　　　　　　　　　記

1）直流直巻モータ

モータの種類はその電源方式や、トルクを得る為の磁気回路の構成，
電源の接続方法等により多数ある。
直流直巻モータは低速度でのトルクが大きく、高速特性が比較的優れており、
速度制御が非常に簡単等、他の電動機では得られない特性が鉄道に最適とされ、
電車や電気機関車のモータと言えば直流の「直巻モータ」と相場が決まっていた。

これは交流電車であっても例外ではなく、架線の電圧を変圧器で
降圧した後、整流器により直流に変換し、直流直巻モータを
駆動するようになっていた。

直巻モータの欠点は「整流子」。
整流子の回転体にブラシが接触するという構造上消耗が激しく
定期的な点検・清掃・交換が必要な事と、
整流子が汚れるとフラッシュオーバと言われるスパーク現象に
より過大電流が流れる不具合がある。

2）交流誘導モータ

交流誘導モータは構造が簡単である上に、軸受け以外の消耗部品がなく、
回転子には直流モータのようなコイルを必要としない為に非常に堅牢であり、
家庭用のみならず、工業機械用途でも広く使用されている。

交流誘導モータは、その動作原理から２つ以上の位相の異なった
交流電源が必要。
工業用では３つの位相差のある三相交流電源を使用した
三相誘導モータが使用され、家庭用では単相の電源から
コンデンサ等により位相差のある電流を作る等により
誘導モータを回転させている。

3）VVVFインバータ制御

鉄道架線から得られる電力は、
　・直流電化方式では直流の電力（当たり前）
　・交流電化方式であっても単相の交流電力
であるため、
　・直流の電力では誘導モータは回転しない。
　・交流であっても単相の電力である為に、三相用の工業用モータを
　　直接動かす事は出来ず、また家庭用モータのようにコンデンサ等
　　の簡易な方法で位相差のある電流を作る事は大電力用途には向かない。

三相誘導モータや同機モータを鉄道の動力として使用する為には、
モータに最適な周波数・電圧の電気を与えれば良いのだが、、
架線からの電力と、モータが必要とする電気が異なる為に、
電気を変換する装置が必要となる。
その為の装置が「インバータ」である。

直流の電力を交流の電力に変換する装置をインバータ（逆変換器,inverter）
と言い、周波数や電圧が可変できる事がＶＶＶＦ（可変電圧・可変周波数,
variable voltage,variable frequency）の語源である。

まとめると、「ＶＶＶＦインバータ」とは、電車のモータを動かす電力を
制御する為の装置の一種で、周波数・電圧を可変可能な交流電力への変換装置
である。

三相誘導モータを動かす為に、インバータ装置により作られる電力は、
三相の交流電力であり、モータの回転数や出力に応じてその電圧や電流を
可変できるしくみとなっている。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　以上