ＶＶＶＦ電車は、全て交流モーターの電車ですか？

質問

最近、よく電車の制御にＶＶＶＦインバータ搭載という言葉を聞きます。
電圧と周波数を自由に制御し、それによって電車のスピードを制御するというものらしいですが、普通、日本の多くの鉄道は、直流・1500Ｖで走りますね。

ＶＶＶＦ搭載車は、架線から受けた直流・1500Ｖを、走行段階によって、いろいろと変えていくのでしょうか。例えば（ド素人な発想で申し訳ないですが）、出発時点では、2000Ｖ位に変圧して、スピードがピークに達したら、1000Ｖ位に落とすとか（自動車のアクセルのような？）、また車輪を動かす主電動機（モーター）には、交流電気を流して、ブラシなどが不要でメンテナンスが簡単な交流モーターにその交流電気を供給するのでしょうか。

　しかし、例えば、ＪＲの205系などは、チョッパ方式から、ＶＶＶＦに変えたと聞いたことがあるけれど、車輪を動かす主電動機は、交流にしたのでしょうか。（台車が換った様子はよくはわからないけれど、なしのようですが）

同様のことが、西武の9000系にも言えそうです。
西武の9000系も、抵抗制御から、ＶＶＶＦ制御に変えていますが、台車そのものはＦＳ３７２で、換えられた様子はないです。ということは、直流モーターのままなのでしょうか。それとも、台車はそのままで、組み込んであるモーターは交流に交換したのでしょうか。
　２０００系２１９７の車両も、ＶＶＶＦを搭載していますすが、台車はＦＳ３７２のまま）
だとすると、メンテナンスに手間がかかる直流モーターのままなら、ＶＶＶＦを搭載する意味が薄れてしまうみたいですが。

鉄道および技術的知識はあまりないので、笑われるかもしれないですが、なるべく素人に理解できるように、簡単に教えていただければ幸いです

回答No.4

こげ まぐろ（@koge-magu） · ベストアンサー

こんばんは、首都圏の私鉄で電車運転士をしております。

○VVVF制御
交流電力を出力する電力変換装置で、その出力する交流電力の実効電圧と周波数を任意に制御するものになります。交流電力を出力するモノですし、直流電力に周波数というモノはありませんので、動かす対象は必然的に交流モーターになります。

※直流はプラスからマイナスへ一方通行で流れる電気の流れですが、交流はプラスマイナスが一定周期で行ったり来たりするモノです。1秒間辺りに何回行ったり来たり（周波数）するかを示すのが「Hz」（ヘルツ）という単位になります。60ヘルツ＝1秒間に60回プラスマイナスが入れ替わる事を示します。

直流1500V⇒三相交流に転換⇒その電圧と周波数を制御する事で交流モーターを動かす。
・・・こういう仕組みになります。

＞VVVF搭載車は、架線から受けた直流・1500Ｖを、走行段階によって、いろいろと変えていくのでしょうか

この電圧と周波数を制御する事で、電動機の回転を制御しています。

＞ＪＲの205系などは、チョッパ方式から、ＶＶＶＦに変えたと聞いたことがあるけれど、車輪を動かす主電動機は、交流にしたのでしょうか。（台車が換った様子はよくはわからないけれど、なしのようですが）

台車はそのままで、中の電動機を交換しているので、それこそ車庫で下から覗き込むなどしなければ分かりません。
そして、交流モーターに換装しています。

205系は抵抗制御のまま回生ブレーキが使えるようにした「添加励磁制御」というモノになります。
チョッパ車ではありません。

※添加励磁制御。
直流モーターの鉄道車両、動かす時は、
直列で全ての抵抗を通した回路を繋ぎ、速度を上げるために徐々に抵抗の少ない回路に繋ぎ変えてモーターの回転数を上げて行きます。
　↓
抵抗を全て抜いた回路に到達したら、今度は並列に組み替えて更に回転数を上げて行きます。
　↓
回転が上がっていくと同時に、逆起電力が増えて回転を妨げて行きます。
　↓
その為、今度は界磁側の電気を減らすように、抵抗を使って界磁側に流れている制御します（弱め界磁）

この界磁側の電気の流れを制御するにあたって、
○抵抗などでは無く、半導体でチョッピング制御するのが「界磁チョッパ制御」
○一度、別電源を噛ませ、半導体を使わずに制御するのが「添加励磁制御」

・・・・になります。

＞西武の9000系も、抵抗制御から、ＶＶＶＦ制御に変えていますが、台車そのものはＦＳ３７２で、換えられた様子はないです。ということは、直流モーターのままなのでしょうか。それとも、台車はそのままで、組み込んであるモーターは交流に交換したのでしょうか。

そうです。
台車はそのままで、中のモーターを換装しています。
交流モーターは直流モーターより小型ですので、換装に差し支えるというケースはあまりありません。

交流モーターを使うメリットは、
○ブラシの管理などをしなくて済む。
○整備不良によるフラッシュオーバーのリスクが無い。
○構造が簡単。
○小型で高出力
○抵抗を使わないので、限られた電気を効率的に使える。

・・・・これらの理由があり、昨今の車両は、余程特殊な理由が無い限りは、交流モーターの車両が一般的です。

お礼

「お暇なときでも」というところにチェックいておいたのにかかわらず、素早くしかも、こんなに詳しく回答をいただき、本当に感謝します。

今までの疑問が払拭できてありがとうございます。

回答No.5

noname#230414

まず。インバ-タモ-タ‐と普通のモ-タ-の違い。

普通のモタ-RSTになり電源のRSTと直接接続できます。

インバ-タ-モ-タ-はUVWGになり電源RST直接接続する事は出来ません。

現在の電車のインバ-タ-はIGBTなります。進化している？

電源漏電遮断機→電磁接触器→IGBTインバ－タ－→インバタ－モ－タ－回路はざつとこんな感じです。

直流1500Vを車両の速度に応じた周波数・電圧の三相交流を

VVVF【Variable Variable Frequenc】に制御する。

インバ‐タ‐で直流から交流に変換するのは．＋と－を切り替えるスィチを高速で作動させる。

6個のスイチが必要。

電圧は440V～750V

時速70Km750V 700A これ位と思います。

750Vは路面電車で一番安定した電圧と言う事聞いた事あります。

西武9000系VVVF制御に変更したら直流モ－タ－は使用出来ませんのでインバ－タ－モ－タ－に変更しています。

JRも同じです。

お礼

お忙しいとき、詳しい説明をいただきありがとうございました。

＞＞VVVF制御に変更したら直流モ－タ－は使用出来ませんのでインバ－タ－モ－タ－に変更しています。

ＶＶＶＦは、交流モーターしか使えないのですね。

回答No.3

mukaiyama

＃１です。
質問者さんが例示された車種は調べてないのですが、たとえば京成のAE車は主電動機の定格電圧が 1100V です。
http://www.toyodenki.co.jp/html/giho/giho122/s12211.pdf

京浜急行の 1500型も主電動機は 1100Vです。
http://www.toyodenki.co.jp/html/giho/giho115/s11542.pdf

架線電圧 600V の車両だと主電動機は 440V～550V ぐらいです。
http://www.toyodenki.co.jp/html/giho/giho124/s12412.pdf
http://www.toyodenki.co.jp/html/giho/giho120/s12042.pdf

以上のURLは電機メーカーの技報です。

お礼

お忙しい中、沢山のＵＲＬをつけていただき、ありがとうございました。

電気に関する、線図のようなものは、私にはまったく分からないですが、
モーターは、交流に換えるということが分かりました。

回答No.2

FEX2053

一言だけ。

モーターにかかる電圧は1500Vなんてことはないですよ。
ほとんどが600V以下。抵抗制御の電車の直流モーターは
375Vが定格です。この辺はインバーター電車でも大して
差はありません。

お礼

お忙しい中、ご回答をいただきまして、ありがとうございます。

＞＞モーターにかかる電圧は1500Vなんてことはないですよ。

私は、鉄道の雑誌（例えば「鉄道ファン」とか「鉄道ジャーナル」などの雑誌で、新車紹介を見たこと（読んだこと）がありますが、よく多くの電車は1500V、地下鉄丸の内線などは、750V（？）などと書いてあるのを見ています。

私は、専門家ではないので、詳しいことは分かりかねますが、「ほとんどが600V以下。」というのは、当たらないのではないでしょうか。

　また、ある説明では、「1500Vと書いてあっても、実際は、1200Vとかで走行している」といったことを呼んだことはありますが、では、一体1500Vとは何なんでしょうか。

回答No.1

mukaiyama

＞電圧と周波数を自由に制御し、それによって電車のスピードを制御…

はい。
直流モーターには周波数の概念がありませんので、必然的に VVVF車イコール交流モーターとなります。

＞出発時点では、2000Ｖ位に変圧して、スピードがピークに達したら、1000Ｖ位に…

いやいや、最初から大きな力を出したら飛び出して乗客が転倒します。
最初は低電圧、低周波でそろりそろりと出発し、走り出したら電圧と周波数を次第に上げ、所定の速度に達したらスイッチオフとなります。
電車は加速の時だけで電気を必要とし、所定の速度に達したあとはモーターへの電気供給なしに惰性で走っているのです。

＞主電動機（モーター）には、交流電気を流して、ブラシなどが不要でメンテナンスが簡単な交流モーター…

はい。

＞205系などは、チョッパ方式から、ＶＶＶＦに変えたと聞いたことが…

チョッパではなかったんですけど、直流モーターを交流モーターに取り替えたのは事実です。
もともとの 205は、直流モーターの「界磁添架励磁制御」といいました。

＞台車が換った様子はよくはわからないけれど…

台車までは交換していませんから、外側から眺めただけでは、直流モーターか交流モーターかの判別までは困難です。

＞台車はそのままで、組み込んであるモーターは交流に交換したのでしょうか…

それがほとんどです。

＞メンテナンスに手間がかかる直流モーターのままなら、ＶＶＶＦ…

そういう組み合わせは絶対にあり得ませんので、ご懸念無用です。

お礼

お忙しい中、詳しい回答をいただけまして、感謝しています。

＞＞そういう組み合わせは絶対にあり得ませんので、ご懸念無用です。
外観からは分からないですが、交流モーターに変更しているのですね。