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電車のパンラグラフ

2001/08/07 15:58

電車のパンタグラフはどのような構造になっているのですか？知りたいのは形ではなく、架線に接触している部分。　+　-用の2つの接点があるんですか？それとも、一極？じゃあ、残りの片方は何処に接触しているんでしょうか？あと、交流、直流がありますが、そのメリット、デメリットも知りたいです。

kazu-goo
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noname#60878

2001/08/07 17:35 回答No.8

スイスなどでは、パンタグラフが２個付いている（架線も２本）というのがありますが、普通は架線は１本ですね。地下鉄は架線が無い物がありますが、その替わりに横の方にレールのような物が１本・・・・電源線のもう１本は、実はレールです。鉄のレールを鉄の車輪で走るので、集電できる理屈です。もっとも、車輪とレールは摩擦接触で良いのですが、車軸の軸受が難関のようです。軸受の接触面を大電流が流れると軸受が傷むので、最近の高速車両の台車では、車軸に接触して電流を車体に伝えるしくみが組み込まれているそうです。この、車体を電気的に接地する機能は、車体が電気的に浮いてしまって、乗客が感電することを防ぐ意味も持っています。この点でも、車体→レール→ 大地の抵抗が小さい方が良いですね。ただ、レールには継ぎ目やポイントや信号装置のためのギャップがあるので、この部分を適切に繋いで電流が流れるようにする必要があります。また、鉄のレールは電気抵抗がそんなに低くないので、長い距離をレールだけで伝送そるのは得策ではありませんし、電位差による腐食な周辺への悪影響もあります。このあたりは、専門書がたくさん出ていると思います。直流電化の場合の極性は、（記憶が怪しいのですが）確か架線が＋が多いと思います。架線が－の方が漏れ電流による腐食が少ないと聞いたことがあるので。ゴムタイヤを使用している電車などでは、レールが使えないので苦労していますね。いろんな所に集電装置を取りつけてあります。なお、最近の中量軌道では３相交流を使用している所が多く見られますが、この場合は、送電線が３本要るので、集電装置を３組持っているのが見られます。交流電化と直流電化の得失はいろいろ述べられていますが、開発当初の意味と現在の技術での難易さはまったく違っているということを御理解ください。また、特殊な路線や環境などの理由（電気ブレーキ、電力回生などを含む）で方式が決定されているところもあります。普通の電車用には、特性の点からは直流モーターの方が適しています。速度や加速力を変えるには電圧を変える（回磁の電流を変える方法もあるが）のが良いのですが、効率良く、直流の電圧を変えるのは容易ではありませんでした。また、モーターの耐圧から供給電圧はあまり高くできません。主に発電と送電の効率から、送電は高圧の交流でおこなわれています。これをモーターに送り込むには、電圧を下げることと、交流を直流に変えることが必要になります。これに使用する装置を地上に置くか車上に置くかの違いということになります。（交流で交流モーターをそのまま駆動している電車は、登山鉄道など特殊な路線で使用されている物があります。）交流電化の場合、比較的高い電圧を給電できること、交流のうちに電圧を調節できるので制御が簡単で効率が良いのが利点。高価な整流器（昔は大きく取り扱いが難しい物しか無かった）と重い変圧器を車体に載せる必要があります。地上の設備は比較的簡単に済みます。直流電化の場合は、重量と場所に余裕のある地上に設備を置いて、車体を軽く安価にでき、保守点検の点からも信頼性を高くできる利点がありますが、効率良くスムーズに速度制御するのが（最近までは）難しいこと、車内灯など低圧の電源に苦労することなどデメリットもあります。個人的な意見ですが、最近は、電子的な制御素子の発達（たとえばチョッパ制御やＶＶＶＦなど）で、高圧送電ができること以外は、交流電化のメリットは少なくなっていると思います。鉄道では、既設の路線との直通や車両の共用が重要な場合があります。この点からは両者が混在するのは不便なので、既設路線に統一する傾向があると思います。

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noname#60878

2001/08/09 09:15 回答No.11

補足です。鉄のレールを走る路面電車の架線は１本ですが、ゴムタイヤのトロリーバスの架線は２本です。本題からは外れますが、交流電化に関して、電動機の制御という点から補足しますと・・・交流電化の利点はかなり前から言われていたのですが、高速鉄道で実用になるのは世界的にも５０年代頃からだったと思います。最大の難点が交流でのモーターの駆動だったと聞いています。交流モーターには、同期電動機と整流子電動機があります。後者は、特性や保守性の点で直流電動機に比べても劣り、小型小出力の物以外は実用的ではありません。（回転数は電圧で簡単に調節できますが。）前者は構造が簡単で、小型で高出力で保守性が良いのですが、回転数が交流の周波数と構造によって決まってしまう（電源同期）という問題があり、このままでは速度を大幅に変える必要のある高速鉄道では使用できません。（ある登山電車では、この特性を逆に利用して、勾配にかかわらず一定速度で走ることを実現していますが、発車時の起動回路には苦労しています。）気動車のように変速機を組み合わせたり、いろいろな工夫もあったようですが、当然実用にならなかったようです。結局、各国で実用になったのは、直流に変換して直流モーターを回す方式でした。ＶＶＶＦでは、電子的に直流から交流を作る回路（インバーター）を使っていて、交流を作る際に、その周波数を連続的に変えることで（実際には位相も変えて）同期電動機の回転数を（インバーターの出力に同期させて）連続的に変えて速度の制御をしています。ＶＶＶＦであれば、架線から供給する電源は交流でも直流でも可能です。制御回路の方から言えば、直流の方が楽です。しかし減速時にもＶＶＶＦを使用するには回生した電力の吸い上げが必要です。この点では、交流の方が良いという見方もあります。（吸い上げた電力をどのように処理するかとも関係しますが。）交流電化の方が優れていると判断された特殊な例としては、関門トンネルがあります。当初は直流電化だったのですが、海水が浸透することから、漏洩した電流によって電気的な腐食がおこります。このため、交流電化が実用化された後に、交流電化に転換されたと聞いています。

質問者

補足 2001/08/11 14:53

大変遅くなり失礼いたしました。各回答者の方々に深くお礼を申上げます。これで、やっと長年の謎が解明されました。 JRに問合せるにもJRのどこにかけたら良いのか困ってましたので。締め切りをしなくてはいけないとは思うのですが、なにぶん思っていたよりも多数のの方からの回答があったため、どの方にポイント付与すれば良いのか悩んでおります。　このため、もう少しお時間を頂きたく思います。ポイント付与を出来なかった方には大変申し訳ないですが、不要な回答、無意味な回答は一件もなかったことだけは、お伝えしておきます。最後に、各回答者様全員各個にお礼を申すべきなのでしょうが、個別に申上げる言葉が上手く思いつきません。ここでまとめてという形で失礼させていただきますことを、お詫び申上げます。

happiness_snow
ベストアンサー率0% (0/7)

2001/08/08 18:01 回答No.10

ども、こんにちわ電車のパンタから集電した電気はモーターを回して、もう一極はレールに落としますレールには、ところどころ集電線が機器を通して繋いであり、変電所に戻しています大地に漏れる電気もありますけどね。電車は、３両で１ユニットって感じで構成されてて、１ユニットで１つのパンタって感じです。集電効率を上げるために２つ使ったりとかもしますが電動機ごととかモーターは、京浜東北線（VVVF車）などは交流モーターを使ってます直流電流を取り込んで交流に変換していますこれは、交流の方が効率よく、楽にモーターを制御できるからです一応、鉄道信号メーカーに勤務していますもので。。。

denca
ベストアンサー率32% (17/52)

2001/08/07 19:35 回答No.9

ご回答に一部誤りがありますので補足します。 >例えば、つくば研究所付近。 >あそこは電気的なものがあるので、交流だと、干渉を受けちゃうんですよ。地磁気研究所のことですね。正しくは逆で、直流電化は観測に悪影響を与えるために常磐線は取手－藤代間で交流に変わり、関東鉄道は電化されてもおかしくない路線ですが、高価な交流電車が導入できないために非電化のままだと言われています。（ちょっとご質問の主旨に外れてすみませんが、ご参考までに。）それから、交流２００００Ｖは在来線で、新幹線は２５０００Ｖですね。

noname#146514

2001/08/07 17:11 回答No.7

架線とパンタグラフが高圧側接点、レールと車輪が０電圧接点となり、パンタグラフを経て車両に取り込まれた電気は車輪を通してレールに流れると考えれば良いです。またレールに流れた電気は、レールが地面に接しているので地面がアースとなって地面に流れます。（凧が架線にひっかかって凧揚げしていた人が感電するのも同じ理由です。人間を通して地面に電気が流れるので感電するのです）交流のメリットもともと電力会社から供給される電気が交流のため、設備投資が低くすむ交流のデメリットモーターを回して走る為には直流にする必要があり、車両に変圧器と整流器を搭載。車両コストが高くなる。直流のメリット車両側で直流にする必要がないので構造が簡略化でき、コストを下げることが出来る。直流のデメリット地上に変圧および整流設備が必要なので施設が大規模になる。また長距離の送電には向かないため施設自体の数が増える。結局地上設備と車両のどちらに多くの費用を使うかの兼ね合いで、通常は大量の車両が走る都市近郊では直流を用い、都市と都市を結ぶ郊外線では交流が用いられている場合が多いです。

otorin
ベストアンサー率33% (1/3)

2001/08/07 16:50 回答No.6

電車は、架線と接したパンタグラフから（接点部分はシューと呼ぶ）電気を受け、モーターを駆動し，レールにアースしています。従って架線の方が電位が高いので、レールを素手で触ったとしても感電はしません。直流方式では殆どの路線で1500Vが採用されておりますが、送電時の損失率が多く、変電所を沢山設置する必要があります。新幹線や比較的新しく電化された路線は、交流方式が採用されております。電圧は20000Vで、送電ロスが小さいので変電所等の設備コストを低く抑えることができます。但し，交流区間を走る車両は、一旦交流を直流にするために屋根上に整流器なる機器が多く搭載されています。また、その多くの車両は、直流区間も走ることができます。日本では、交流区間と直流区間の境界点がいくつかありますが、そこにはデッドセクションと呼ばれる無通電区間が存在します。その区間を通過中は、停電状態で車内も非常灯が点灯します。最近は、直流専用車両でもインバータ制御による交流モーターを搭載しております。これは、直流モーターでは、モーター内部にブラシという接点が存在し，そのメインテナンスに労力を要するのに対し，交流モーターでは、ブラシレスで、ほぼメインテナンスフリーを実現しています。回生ブレーキといって制動時は、モーターの極性を逆転させ発電機とし、その際発生する電気を架線に返すといった技術も普及しています。架線は直線状に張ってあるように思われるでしょうが，実は真上から見るとジグザグに張っていて、パンタクラフのシューが偏って摩滅しないような工夫がされています。

Haizy
ベストアンサー率40% (404/988)

2001/08/07 16:39 回答No.5

こんにちは。パンダグラフ。山手線沿いで、３Ｆなので、上から見てみました。なんと、前後に二箇所接点があります！！おぉっ、びっくり。古いやつだと、一両に二つ付いてませんでした？直流・交流は、極地でのみ直流が使われているのではなかったかなぁ。例えば、つくば研究所付近。あそこは電気的なものがあるので、交流だと、干渉を受けちゃうんですよ。なので、仕方なく直流だという話を聞きましたが・・・。家庭電源と同じで、交流の方が、変電とか設備的に楽なんですけどね。

noname#225520

2001/08/07 16:34 回答No.4

　接点は１つだけです。あとはレールと車輪がマイナス側になっています。　電車はあくまでも直流用電車でも、交流用電車でも直流電動機を使っています。ですから交流用電車には交流→直流用の高価で複雑なコンバータを搭載する必要があります。　変電所から架線に電流を流すのですから電圧はなるべく高い方がロスが少なくなります。しかし、変電所の遮断機の容量を考えると、直流の場合はあまり電圧を上げることはできません。また電力のロスは距離にしたがって増大します。。 ○直流の利点電車の価格が安い ○交流の利点変電所の設備が安く、数も少なくて済む（遠くまで送電できるため）このため直流は都市部、交流は郊外に設定されてるようです。