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東急旧6000系グレードアップ
[EDIT]
憧れ(いつそんな存在に!?)の東急旧6000系が模型化したということで、細かいところまでこだわりはじめている今日この頃。
こちらのブログを参考に床下を入れ替えたり(どうやら機器箱をぶっこ抜く必要があるようです。まあ気が向いたときにでもやはり単純に台枠丸ごとの移動だけでいいようです)、ヘッドライトの周囲に色をさしたり、先頭車の連結器脇にグリーンマックスの旧7000系用のあまりを流用して電空連結器を取り付けたり、パンタを調達したり、ステッカーを貼ったり。ステッカーの切り方が汚いのなんの(T_T)
編成によるのか時期によるのかはわかりませんが、アンテナが濃い青緑の写真もいくつか見つかっています。

電空連結器、いわゆるエアホースとジャンパ栓に繋ぐ引き通し線はカプラーポケットが邪魔なのでこんな感じで両サイドをぶった切ってみっつに分けます。
連結器をぶった切る
で、接着。
連結器周りのボリュームアップ
ブレちゃってて分かりにくいですが、パンタ付きの先頭車を正面にしたときにこっちから見て左側にホース類が来るので、パンタがないこの先頭車は右側につけなきゃならんのでした。ので、あとで左右を入れ替えました。

パンタグラフの乗せ替え。
デフォルトで載っているパンタは同8500系と同じPT42系統を模したと思われるものですが、鉄コレ6000系が収まっているケースの諸元表にはPT43Bの表記があります。ということで、GreenMaxのPT43Nを調達。普段アテにならないwikipediaも写真ばかりはまさに真実を写していて、PT43であることがわかります。
PT43
東急は旧3000系でもPT42ファミリーを使っている(写真が見受けられる)んですが、旧7000系のおそらく初期車あたりまでPT43も使っています。憶測ですがPT43ではじまって、旧7000系の比較的早い時期からPT42に切り替えたから、他の車両もPT42に載せ替えていったんじゃないかなと。
その後菱形パンタは8500系の8637Fから採用がはじまった地下鉄対応のPT44系です。なので9000系から2000系までかな?は少々小型になっているとより実感的です。というかそのくらいしないとPT42だらけで飽きてくるかと(苦笑)

さて。ちょっと残念なのが、急行の場合側面にも細長い急行板を取り付けるようなんですが、ステッカーはありません。さすがにPCで自作してまでやる気は起きないので放置しますが(笑)
側面の急行板はたぶん5000系あたりから8000系が登場した後ほんの一時まで使われています。その後8000系は急行と快速が書かれた種別幕を取り付けて、種別に合わせて裏からライトで照らす、各停では消灯という、伊豆箱根鉄道で3000系とか5000系の中期車までに見られる行き先表示のようなやり方だったそうです。
サイドビュー
サイドビュー。特徴的な台車が見難くなってます…。
ヘッドライトはいずれきちんとツライチにしたいですね。
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たまには
[EDIT]
9日に手元に届いた、電車市場限定 鉄コレ 東急6000系。
鉄コレ 東急6000系
東急車両製造横浜製作所のイベントで先行販売されて、3月3日から電車市場での期間限定販売されています(弘南6000は公式発表がないものの一般販売しているようです @03.25追記 さらに追記@04.11:公式発表もありました)。
増備数わずか20両、模型もHOが一社(カツミ)から出てたくらいの不遇な存在だった旧6000系が、こうして日の目を浴びる日が来ることは嬉しいものです。一方、新3000系が不遇な存在になってしまいましたが…。
ちなみに日本のインバータ制御車としては2番目に営業運転を始めたのがこの6000系で、技術的には注目度は高いと思います。

そういえば同8500系もだいぶ前に6両1編成が入線していますが、記事にした記憶がないです(^^;
小田急1000形もかな…?(^^;;

以上息抜き記事でした。
これを機に舵を戻していくのが理想なんですけどね(^^;;
AVFチョッパとAFEチョッパ
[EDIT]
電車の制御方式の解説、第8回目を迎えていよいよ大詰めです。...多分。
今回は電機子チョッパ制御の発展系2種を解説します。

AVF(Auto Variable Field: 自動可変界磁)チョッパ方式

電機子チョッパを愛用していた営団は、有楽町線用の7000系開発と同時に、制御方式に改良を加えました。6000系の一時試作車にて、弱め界磁を抵抗器を使わずに行えるAVF(自動可変界磁)チョッパ制御の試験を実施しました。これによって抵抗器を完全に撤廃した速度制御が可能になったのです。

電機子チョッパ制御回路には、電動機に常時通電しておくための閉回路が存在します。チョッパがONの間、閉回路に組み込まれた主リアクトル(ML)は電圧の急上昇を抑制しつつ、自身に電流を蓄えます。チョッパがOFFになると、MLに蓄えられた電流が閉回路を経由して電動機に流れ込んでいくというものでしたね。
AVFチョッパでは、この閉回路に着目して弱め界磁制御を無段階で行おうとするものです。
電動機の界磁巻線の途中に分路、すなわち分かれ道をつくり、その片方は閉回路に直結。さらに閉回路に界磁巻線(分割界磁)を1つ追加します。すると、これがちょうど複巻電動機に似た作用を示します。
チョッパのON時間が短い低速時は閉回路への流入が多く、分割界磁に流れる電流も増加して強界磁状態になります。速度が上がると分割界磁に流れる電流は減少し、弱め界磁に移行していきます。
AFE(Auto Field Excite: 自動界磁励磁)チョッパは、早い話がAVFを素直に複巻電動機で実現したものです。
電気車の制御方式7- サイリスタ位相制御
[EDIT]
電気車の制御方式、7回目となる今回は交流電車の制御方式のひとつ、サイリスタ位相制御について。

第4回で、初期の交流電車の制御方式であるタップ制御を解説しました。
タップ制御は構造が単純な反面、物理的な回路構成でありタップ数を増やしにくく、電圧の無段階制御が不可能であること、そしてなによりも、機械式スイッチで大電流を制御するため、アーク放電が様々なところに悪影響を及ぼします。
そんな折、半導体技術躍進の波に乗って、サイリスタが誕生しました。直流電車でチョッパ制御が普及しはじめると、交流電車でもサイリスタを取り入れるようになると、無電弧タップ制御(タップ間連続電圧制御とも)を経てサイリスタ位相制御が誕生します。
無電弧タップ制御ではアーク放電の解消と電圧の位相制御だけで、タップスイッチは機械スイッチのままでしたが、サイリスタ位相制御は完全な無接点化を実現しています。

位相制御の原理は、タップ制御+電機子チョッパ制御の交流版と考えることができます。
変圧器の二次コイルを2~6段程度に分割し、サイリスタを2つ、逆並列に挿入します。ひとつが+ → - 用、残りが - → +用、ということです。そして各種平滑フィルタで高調波を低減した後、整流して直流モーターに流します。

2段の位相制御を考えてみます。まず1段目の回路をサイリスタでチョッピングします(交流波形の場合は位相制御という)。徐々にON時間を増やしていけば電機子チョッパ制御とほぼ同じ、無段階制御になります。1段だけでは二次回路にかかる電圧があまりにも高いので、もう1段同じ制御をするように回路を設計します。ただし、2段目が機能するのは1段目のOFF時間が0になってからです。通常は2段でも回路電圧が高いので、4段以上が多いようです。その場合も、1つの段のOFF時間が0になってから次の段がスタートします。

どうでしょう。やっていることは電機子チョッパとほとんど同じで、交流ではチョッパという言葉を使わず、位相という言葉を使う、くらいしか違いはありません。

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遮断器と無電流遮断
[EDIT]
今回はちょっとばかり無駄話。いや今までも無駄といえば(略)

今回は遮断器について触れます。
電気鉄道が惰行に入るとき、いったい何が起こっているのか。
惰行とは惰性走行のことですから、モーターの助けもかりずに勢いだけで走っていきます。
その時、電気はどうなっているのかというと、主回路についてはスイッチで遮断され、補助電源回路に流れていきます。補助電源回路というのは、クーラーや室内灯、ヒーターをはじめとしたサービス電源系統と、制御信号や前照灯、電動空気圧縮機、補助電源の根本である蓄電池などに供給する制御電源系統とがあります。

そっちの方はともかくとして、惰行時、あるいは電気制動失効時に主回路の電気を完全に断ち切るため、遮断器という高電圧大電流に対応した特殊なスイッチを用います。
スイッチで電流を遮断するとき、サージと呼ばれる突発的な電圧上昇が起こります。電気車の断流器には、直流電車なら1500Vもの電圧がかかっているので、サージをきっかけに電弧とかアーク放電という放電が起きます。コンセントからプラグをゆっくり引き抜くとバチッと火花が飛びますが、あれのもっと巨大なもの、と思ってもらえば分かりやすいかと思います。
これが起きた瞬間、パコン!とかスコッというような音を立てます。これは車両というか遮断器の構造によっては鳴らないものもありますが。

この放電が発生すると機器に悪影響を及ぼすので、電圧を下げるかそもそも発生しないようにします。初期は断流器と並列に抵抗器を接続するだけの単純な方法で放電を弱めていました。とはいってもノッチをオフにすると制御装置の抵抗器も接続されるため、サージ電圧はだいぶ低くなります。なぜなら、サージはリアクタンス、すなわちコイルから発生するものだからです。電気車のリアクタンスと言えばモーターがあります。つまりサージはモーターから発生し、回路を逆流していきます。しかし、ノッチオフすると再加速に備えて抵抗器がすべて接続されるので、抵抗器に阻まれながら通過していきます。

しかし、チョッパ制御やインバータ制御ともなると抵抗器はほとんど存在しません。そのため別の方法で電圧を下げてあげる必要があります。その解決策が無電流遮断と呼ばれる方法です。
仕組みは簡単で、主制御装置のスイッチング素子でモーターへの電流を弱めてから遮断します。一気にスイッチング素子をオフしてしまうと意味がないので、スイッチング素子をゆっくりと動作させて、電圧を下げてから遮断します。スイッチング素子がゆっくりと動作するため、ジワッという感じの音とともに遮断機からガチャッという音が鳴ります。

曲線区間の敷設方法2
[EDIT]
最早レイアウト製作に関係なく曲線区間の敷設方法を学びます。第1回はこちら

反向曲線(はんこうきょくせん)
反向曲線は、単刀直入に言うとS字カーブのことをいいます。反対方向の曲線、ですね。なんとも響きがいいですが、鉄道では厄介者です。突然進行方向が変わるわけですから脱線の危険性が非常に高く、速度も乗り心地も犠牲になります。が、日本は起伏の激しい土地の塊で、簡単に避けられるようなものでもありません。日本でなくても、分岐器を用いると反向曲線がたくさんできあがります。反向曲線では緩和曲線を挿入することはもちろん、10m以上の直線を挿入するよう旧鉄道省で定められました。国産Nスケール(1/150)では66.6mmになります。
車両の性能が上がり高速運転が求められるようになると、反向曲線ができやすい分岐器においては16番を超えるような長大な分岐器を用いるようになりました。

複心曲線(ふくしんきょくせん)
曲線区間を構成する方法のひとつで、中心半径が異なる曲線を複数(大体は2つ)用いたものです。線形は段階的に半径が変わるもので、道床付き線路で緩和曲線として2つの半径のカーブを用いるのも、複心曲線を作りだしているといえます。高速用の長大な分岐器のリード曲線などに用いられています。

全緩和曲線
一方、曲線区間でも全区間を緩和曲線で結ぶ場合があり、これを全緩和曲線といいます。
7700系、接着剤に溺れる
[EDIT]
ということでもう後がない東急7700系の修復作業ですが、裏面に塗っていたはずの接着剤が表側に回り込んでしまったようで、コルゲートを中心に接着剤に浸かってしまいました。念を入れすぎたか...。接着剤はコルゲートの間に入り込んだ分まで剥がせるはずもなく、カッターでコルゲートごと削ぎ落とすことに。コルゲート板を買う必要があるようです...。昔(14年前)のカタログで4枚入り400円...通常価格で買うことはまずないにしても高いなぁ。
一先ず組み直してさらにランボードとクーラー、無線アンテナを取りつけ。で、屋根の塗装に使っていたねずみ1号が切れてしまいました。やっぱり屋根の突起を先に削っておくべきだったかな...と今更後悔しても仕方ないので車両製作は中断です。ほかの色でもいいんですが、写真を見る限り一番近そうなんですよね...。あ、シルバーも切らしてた...
今回のワンショット
手ブレも傾きも後ろのグダグダも気にしない!ちなみに浸水被害に遭った車両は今回後ろ向き...。
7700、またも壊れる
[EDIT]
ということでタイトル通りGMの東急7700系がまたも壊れました。壊れたというかもうちょっとキレイに~なんてやってたらまたしても塗料の被膜とか接着剤でぼこぼこになって、やすりがけしたらさらに悪化して...で最後の先頭車化改造用パーツに交換しようと思ったら切断に失敗して乗降扉崩壊、一気にやる気が失せて今に至っています...。
しかたないので目の保養。
ATLAS #10 片開き+東海373
ATLASの#10に載せてみたの図。
#10 の実力...俯瞰
#10には特急が似合います(実物なら在来線でも相当小型だけど、しょせんは模型。うちでは番数が1/2になっていると言い聞かせて使っています)。

...しかし目を癒したって意味がないっ!というわけでその後、一番最初に手を付けた中間車を解体して側板を確保、切断して最後の1つになった先頭車化改造パーツを組み合わせて完全に接着されるのを待っているのがこちら。
背水の陣、7700系
今度出来が悪くてももう弄れません(泣)もちろんGMにパーツを注文すれば何度でもやり直しは効くんですが当然有料なので...
曲線区間の敷設方法
[EDIT]
モジュールレイアウト製作にあたって復習をかねてみます。

鉄道において曲線区間に線路を敷設するにはいくつものルールがあります。鉄道模型のレイアウト製作でもできるだけこのルールに則って敷設することでリアリティがぐんとアップします。

カント

一番基礎的なルールの1つです。通常、曲線区間にはカントというものを設定します。カントは競輪などでいえばバンクです。高速で曲線区間を通過しようとすると、曲線の外側に向かって力が発生します。例えば投げ縄を作って振り回してみてください。そしてそのまま手を放すと、投げようとしなくてもわずかに飛んでいきます。投げ縄の輪っかに重いものを括りつけていればもっと遠くに飛んでいくでしょう。この遠くに飛ばす力と、振り回している間中輪っかが宙に浮いていられるのが遠心力です。鉄道や自動車などが曲線区間を走行している間でも発生しています。バイクがカーブを走っているとき、車体を曲る方向に傾けますね?こうすることで遠心力と重力のバランスがとれ、カーブが曲りやすくなります。鉄道や自動車のような巨大で重たいものを人力で傾けるわけにはいかないので、地面の方を傾けようというのがカントやバンクです。カントを設けることで制限速度を上げることもできます。このとき、曲線部分でいきなりカントを設けようとすると段差になってかえって危険です。そこで逓減カントといって、カントがなだらかにつくようになっています。
これには例外があって、カントがつけられない内外方以外の分岐器と分岐後基準線か分岐線と並列に戻す部分や、低速で走行するのが前提の側線などでカントがついていないカーブを見ることができます。

模型では脱線するほどの速度で走行しない、むしろ車体が軽すぎてカーブの内側に倒れる危険性があること、横転を回避しようとするとカント量が小さすぎ視覚的効果が得られないといった理由で、長らくは見た目にこだわる人だけがフレキシブルレールを用いてカントを取り入れていましたが、首都圏に構える鉄道模型店「Models IMON」が日本の在来線向け規格「HOj」用に道床付きレールを開発した際、ほとんどのカーブレールにカントをつけて発売しました。道床付きレール普及の立役者、TOMIXがこれを知ってカントレールの開発を視野に入れたという噂がありますが真偽のほどは定かではありません。とはいえユーザからの声は多かったようで、KATOが先行してカントレールを発売、TOMIXは後れを取りながらも単線でも使える仕様で発売しています。IMONではレール自体の重みを利用することでレールを捩り、カントを逓減させるためだけのレールを省略しています。KATO、TOMIXはカントを逓減させるためだけの「アプローチレール」というカーブレールを用意しています。

直線区間との接続方法とカントとの関係

まず一番基礎的なルールです。直線区間から曲線区間に切り替えるに当たって、お互いの区間をなだらかに結ぶ緩和曲線と呼ばれる区間を挿入することになっています。これは、直線から曲線に突然変わると、その場にとどまろうとする慣性の法則と、直進してきた惰性と遠心力が突発的に加わり、直進するかのように脱線してしまうのを防ぐためです。「曲りきれなかった」とはこういうことです。緩和曲線に対して、目標となる半径の曲線は「単曲線」といいます。そして緩和曲線の始まりをBTC、単曲線の始まりをBBC、単曲線の終わりをEBC、緩和曲線の終わりをETCと言います。
緩和曲線についても例外があって、分岐器に含まれる曲線に対しては緩和曲線がありません。また、緩和曲線をどうしても設けられない場合に限り、速度制限を大幅に落したうえで緩和曲線を省略することが可能です。この場合、当然のことながらカントの逓減は直線区間から始めることになります。IMONのカント逓減方法は基本的にこれになります(R700mm台のレールであればポイント返し用のカーブレールで緩和曲線区間でのカント逓減が可能です)

鉄道模型ではカントレール同様、遠心力で脱線するということはまず無いので、やはり見た目にこだわる人だけが取り入れています。道床付きの場合、だいたいは段階的に半径を落していく、という形でしか緩和曲線を挿入することができません。そもそも今では狭い家の中で使うものですから、緩和曲線を入れているとスペースが勿体ないのです。

長くなってきたのでとりあえずここまで。いずれガードレールなどについて触れて締めくくりたいと思います。
今日の進捗
[EDIT]
8月2日更新分で思いっきりはみ出したような姿を見せていた東急7000/7700系の補修作業がおおむね終了。主立った作業対象は接着剤その他でぼこぼこだった乗務員室側板を先頭車化用の側板パーツと交換することでした。やり直しが通用するのはズブの素人にはありがたい限り。ただし乗務員室扉手前側にコルゲートがありません。自分はそこまで気にしないので放置しますが、この問題点もコルゲート板を購入すればクリアできます。スバラシイ!
補修が済んだGM 東急7000系先頭車
補修後。左に転がっている欠片が補修前
屋根上や床下がすっからかんだったり合わせ目が目立ったり屋根が汚れてたりしていますが、その辺は後々の作業として。一応7700系として製作中ですが、意図的にパイオニア台車を使っています。アウターディスクの台車が好きなもので(^^;
床下機器については黒塗料を入手したので塗装だけはしてあります。ランナーに繋がったまま...

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今日の進捗
[EDIT]
モジュール製作に向けてちまちまと…
ユニトラックS186を定尺に切り出す1
今回は25m定尺レールに限りなく近い長さに切り出す作業。レールはユニトラックのS186で、1本だけ#6ポイントに使うので3本確保。すでにずれてますがまだレールそのものは切断されていないのでノープロブレム(苦笑)。手前に転がっているのはすでに切り出し終えたものの残骸。
ユニトラックS186を定尺に切り出す2
道床を切断したら横へスライド。道床だけすぽーんと抜けてこんな姿に。ちなみにファイントラックではガッチリ固定されているのでレールごと切断になります。が、レールが邪魔をして結構切りにくいです。
閑話休題。はみ出たレールを166mmの位置でニッパーでプチン。で、素っ裸になった道床もジョイナーの根元ぎりぎりで切断して、やすりで平らにしてから接着して再利用します(写真下)。
ユニトラックS186を定尺に切り出す 完成
が、この最後の1本だけやり過ぎで道床ポッキリ(写真上)。仕方ないので篠原のジョイナーで接続することにしました(ファイントラックのは厚みがあるので加工が必要)。どうせ篠原のフレキも使うのでかえって好都合。
あとで篠原のフレキからも切りだす予定で、1000mm÷166mmなので6本ほど追加できる計算。すでに6本あるので全部で12本、13回ほど定尺レールのジョイント音を奏でるモジュールができ上がることになります。
問題はベースボードだなぁ。スチレンボードを何枚か持っていますが、単線用に細く切り出すのは勿体ないし、複線にするのはレールの切り出しが手間だし(定尺に切り出さなくてもいいけどどうしたものか)、300mm幅のまま使うとシーナリーばかりになっちゃうし(^^;
模型の進捗状況
[EDIT]
ついに8月に入ってしまいました。今年は数年ぶりの猛暑で各地で熱中症で亡くなられた方、病院に搬送された方大勢がいらっしゃいます。水分補給や熱さ対策はしっかりしましょう。

さてさて模型の製作状況。相変わらずモジュール製作は手付かずですが、東急7700系が箱の形になりました。

中間1両は一番最初に手を付けたというだけあって一番仕上がりが酷いので3両編成ということに。これにクーラーキセやらランボードやら床下機器やらを取り付ければ一先ず完成ですが、屋根上の配管?はどう削ぎ落とせばいいのかわかりにくいし、パンタグラフも買い忘れてたみたいだし、塗料に黒がないしでさあどうしたものか。あ、帯は紙に塗料塗って接着剤でぺたりの予定。
とりあえず線路に乗っけてほかの車両との3ショット。
3ショット
9000系は放置していた中間車も完成させて4両に。7700はフラッシュでハレーション...一番奥の車両が脱線してるんじゃないかと思うほどずれていますが、これでもちゃんとレールに乗っかっています。つまりC541でも凄まじいカーブだということです(汗) まあ組み立てた際の捩れもあるかもしれませんが...。このレール配置は、立体交差化が進んでいる京王線の調布がモデル。レールがボードからはみ出していますが、十分に構想を練ってからつぎ足します。そして9000系と209系の間に突っ立っている側壁はホームの擁壁になる予定。材料はいうまでもなくワイドPCレール用の側壁です。
9000系と209系が接近している部分のカーブは、定番のC541を緩和曲線として使い、その先にタコ糸を道床の下に貼り付けたカント付きC280を繋いでいます。そのためかC280の急カーブにしてはなかなか自然な感じに見えます。しかし9000系の方にはY208が待ちかまえているため、1両分手前にいたら目も当てられない姿だったかもしれません(^^;
最後に組み立てた9000系中間車はクーラーキセの通風口に軽くウェザリングを施してみたり。気が向いたらほかのキセにも施し...たいですね。
GM 東急9000系
台車がとんでもないことになってるっぽいですね...。
7700についてはいろいろとトラブルがあったんですが、その辺については後々この記事に追記していきます。
モーターのしくみ2 - 直流整流子電動機2
[EDIT]
最初の「モーターのしくみ」で、直流電動機が回転する原理と簡単な回路を学びました。
前回学んだのは永久磁石界磁形電動機の概念図でした。今回は電磁石界磁巻線の回路について学んでいきます。

電磁石界磁巻線形電動機は、基本的に回転子巻線に繋がっていて電気を共有しています。そのため界磁巻線と回転子巻線の繋ぎ方次第で電動機の特性が変わってきます。その繋ぎ方は次のようなものがあります。
・直列  直巻電動機
・並列  分巻電動機
・直並列 複巻電動機
また、界磁巻線に供給する電気を回転子巻線とは別の電源とする他励界磁電動機というものもあります。

直巻電動機

直巻整流子電動機概念図
界磁巻線と回転子巻線が直列接続になっているものを直巻(ちょくまき)電動機と呼び、構造が単純でありながら電気車の制御に最適な特性(大きな始動トルク、回転数の上昇に伴ってトルクが減少、電流を流すだけで速度が上がる「特性領域」が広い)を持っています。交流電源でも使用できるため、ユニバーサルモーターとも呼ばれます。
直巻電動機で回生制動を実現するには、基本的に高価で装置も大きな電機子チョッパ制御か界磁添加励磁制御でなければなりません。
しかしながら実際のところはかなり古くから回生制動が使われています。制動時に電動機を分巻電動機として動作させることで回生効率を向上していました。
日本初の回生制動搭載車両は1928年に製造された高野山電気鉄道(南海電鉄の前身)のデ101形です。この電車は吊り掛け駆動の抵抗制御電車でした。
ほかにも小田急2600形などが抵抗制御で回生制動を実現していました。

制御方式

抵抗制御
 ・バーニア抵抗制御
 ・界磁添加励磁制御
  ・バーニア界磁添加励磁制御
電機子チョッパ制御
 ・自動可変界磁チョッパ制御(AVF: Auto Variable Field)
・界磁位相制御
・変圧器タップ制御
 ・高圧タップ制御
 ・低圧タップ制御
 ・無電弧タップ制御
・サイリスタ位相制御

下図左は上の図を真上から見た回路図、同図右は正面から見た回路図です。以下同様です。
直巻整流子電動機回路概念図

分巻電動機・他励界磁電動機

分巻整流子電動機概念図
界磁巻線と回転子巻線が並列接続になっているものは分巻(ぶんまき)電動機と呼びますが、営団が高周波分巻制御用に用いたほかに採用例はほとんどなかったようです。前述の通り力行ではなく制動時に分巻接続とする車両はいました。
回転数にかかわらずほぼ一定のトルクが得られるほか、負荷が変わっても回転数が変わらないという特性を持っています。

制御方式

・高周波分巻チョッパ制御
分巻整流子電動機回路概念図
一方、界磁電流を別電源から得る他励界磁(たれいかいじ)電動機は分巻電動機の一種ととられることが多いようです。新交通システムに多く使われています。

制御方式

・ワードレオナード制御
 ・静止レオナード(サイリスタレオナード)制御
  ・可逆運転サイリスタレオナード制御
他励界磁整流子電動機回路概念図

複巻電動機

界磁巻線を複数用い、直列と並列繋ぎになるようにした複巻(ふくまき)電動機は、構造が複雑で架線電圧の変動に弱いなど数々の欠点を持っていますが、安価に、そしてあらゆる制御方式で簡単に回生制動を実現することが可能なので私鉄を中心に普及しました。とくに、起動時からの抵抗制御域では直巻電動機が適し、弱め界磁を行うには分巻電動機が適しています。その両方を持ち合わせた複巻電動機はまさにうってつけというわけです。
基本的には直巻電動機と分巻電動機の中間的な特性を持っていますが、鉄道では直巻電動機に近い特性を確保しています。これは単純に分巻巻線と直巻巻線をどのように接続するかで調整できるからなんですね。つまり複巻電動機は何種類か存在します。全部挙げると
・内分巻形和動複巻電動機
・内分巻形差動複巻電動機
・外分巻形和動複巻電動機
・外分巻形差動複巻電動機
があります。難しい単語ばかりで何が何やらわからないかもしれませんが、わかりやすく解説していきます。
まず内分巻(うちぶんまき)ですが、これは分巻界磁電流と電機子電流が等しく、直巻界磁だけ電流が大きくなるように接続されたものです。つまり、先に直巻巻線があって、そこから分巻巻線と回転子が並列に分岐しているものです。
外分巻(そとぶんまき)はすべての巻線の電流が等しいものです。こちらはまず回転子と分巻巻線とに分岐しています。そして回転子を通った後で直巻巻線が回転子を取り囲んでいます。
和動複巻というのは、直巻界磁と分巻界磁の磁束が足し合わさるようになっていて、直巻電動機と分巻電動機の中間的な特性になります。
差動複巻はその逆で、直巻界磁と分巻界磁の磁束が打ち消し合うようになっています。始動トルク(回転した瞬間のトルク)が小さいためあまり用いられないようです。
とまあ色々ありますが、そういう分類のしかたがあるということで、あまり気にしなくても大丈夫です。
構造上回転子は並列となってしまうため、回転子にかかる電圧は電源電圧の半分になってしまいます。一方で界磁電圧も下がるのため、弱め界磁制御がやりやすいといったメリットもあります。

制御方式

・抵抗制御
 ・界磁チョッパ制御
  ・バーニア界磁チョッパ制御
・界磁位相制御
・自動界磁励磁チョッパ制御(AFE: Auto Field Excite)
複巻整流子電動機回路概念図

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電気車の速度制御方式6- 界磁チョッパ制御
[EDIT]
都合上弱め界磁制御と分離しました。

界磁チョッパ制御とは、主に弱め界磁制御をチョッパ装置によって行うものです。
この方式は東急が初代6000系で試験採用し、初代7000系で量産化した直流複巻電動機と界磁調整器による抵抗制御を発展させたもので、界磁調整器をチョッパ装置に置き換えたものになります。同社の8000系で世界初の界磁チョッパ制御電車が誕生します。世界初の電機子チョッパ車、営団6000系の量産が1971年から(試作車は1965年の2000形、6000系試作車は1968年登場)で、東急8000系の量産が1969年からですから、チョッパ制御の量産車として見ても世界初といえます。

チョッパ制御については電機子チョッパの項目を見ていただくとして、早速話を進めます。
複巻電動機は界磁コイルがたくさんあるもので、そのうちの一部の界磁磁束をチョッパ制御するものです。直巻電動機と比べると欠点が多いのですが、独立した界磁があるため界磁を制御しやすく、失効速度は高いものの抵抗制御でも特に工夫することなく回生制動できるようになりました。
また界磁チョッパ制御は、抵抗制御よりも効率良く回生が制動でき、大電流が流れてくる主回路電流を直接制御する電機子チョッパ制御と比べると分巻界磁巻線に流れる電流は小さいため、チョッパ装置も安価なものが使えます。そのためコストに敏感な私鉄を中心に導入が進みます。
界磁チョッパ回路図
複巻電動機は界磁が電機子に対して直列と並列で分かれています。2列の並列接続ということは界磁電流は半分になってしまうということです。分巻界磁の界磁磁束を強めないと分巻界磁側が弱め界磁と同じ状態になってしまい、主回路に流れる電流はさらに低下してしまいます。そのため低速においてはチョッパ装置をONのままにして分巻界磁の電流を上げ、界磁磁束を強めます(逆に1ノッチ目で意図的にチョッパ制御を行えば弱め界磁起動になります)。これで電機子側の界磁(直巻界磁)磁束も強くなり、電気車の速度制御に見合う性能を出します。
そしてそのまま直並列抵抗制御で加速していきます。

高速域では界磁磁束を弱めるため、電機子側の電流を一定にして、分巻界磁側の電流をチョッパ制御で下げます。電機子側にも界磁はありますが、分巻側を制御するだけで弱め界磁制御と同じ効果が得られます。

減速はチョッパ装置で分巻界磁が強くなるように制御し、電気ブレーキを行います。すると電動機の起電力は
E=K×φ×n
(E:起電力、K:電動機固有定数、φ:分巻界磁磁束、n:電機子回転数)
という式から電圧を高くすることができます。
すなわち高速時はスイッチング周波数を落し、速度が落ちるにつれてスイッチング周波数を上げていくことになります。加速時、逆起電力を抑えるために界磁磁束を減らしているわけですから、減速時は逆起電力(発電機になるので単なる起電力=発電力)を上げるために界磁磁束を増加させるというわけです。
電機子チョッパと異なり、電圧を大幅に上げることなく回生電力を確保しているため、回生失効速度が比較的高いのが欠点です。それでも界磁調整器による回生制動(従来の方式とします)とは違って界磁磁束を調節しやすいので、従来の方式よりは回生範囲が拡大しやすくなっています。

上図下段の右隅にぽつんと切り離されているチョッパ装置は、想像のものです。
回生のところで、チョッパ回生専用のチョッパ装置を使っているという想像で書いているんですが、よく考えてみると、ただのフリーホイルダイオードを使ったサイリスタにして、回生電力はチョッパされずにここを通り、力行用チョッパの電流を調整して回生電力を打ち消すような形で(逆起電力の要領で)調節しているのかもしれません。どっちが採用されているかはメーカーのみぞしる、ってところです(手元の解説書にはそこまで書いてない)。

先に説明したように、界磁チョッパ制御は抵抗制御から派生した方式なので、抵抗制御域で使用する抵抗器を更に増やして滑らかな発進を可能にするバーニア制御が可能です。逆に言うと、低速域ではどうしても段階的な速度制御になってしまうという欠点があります。

一方で分巻巻線は電源電圧の半分ほどしかかからないため、界磁チョッパ装置は電機子チョッパ装置ほどの耐電圧性能でなくても十分に動作します。また、界磁チョッパの場合電圧を減らしていく処理が基本になるため、スイッチング周波数が低くても構いません。また、電流が小さいためスイッチング制御を行ったときに生じる脈流も小さく、誘導性リアクタンス(電流の変化)の遅れも大きいので主平滑リアクトルが不要、分巻巻線の電流を遮断しても直巻巻線の電流が電動機に供給されるため閉回路や充放電リアクトルが不要などといったメリットもあります。
モーターのしくみ - 直流整流子電動機
[EDIT]
電気車の速度制御を学ぶうえで避けて通れないのがモーターです。モーターとは電動機とも呼びます。
この電動機には、入力電流に合わせて直流電動機と交流電動機とが存在します。今回は数ある電動機の中でも従来の電気車の主流であった...もとい、大手の車両にも今なお沢山残っている直流整流子電動機について解説します。

ひとえに直流電動機といっても沢山あります。その中で電気車が使用しているのは電磁石磁界形整流子電動機と呼ばれるものです。電動機には回転力を生み出す回転子(電機子)と、回転子の回転を補助する固定子(界磁)があり、電動機に電流が流れると回転子と固定子に巻き付けられたコイルが電磁石となって、回転子が固定子側の電磁石に引っ張られたり反発することで回転運動を起します。このとき、回転子は定期的に磁界(NとS)の向きが変わっていて、固定子は常に磁界の向きが一定になっています。

下の図は直流整流子電動機の基本構造を示しています。細かいことを言うと永久磁石磁界形整流子電動機です。
直流整流子電動機概念図
電源を出た電流(紫矢印)はブラシと呼ばれる接点に向かって流れ込み、ブラシ(オレンジ)からコミュテータ(黄色)に伝わり、さらに回転子に流れてコミュテータ、ブラシと伝わって電池に戻っていきます。ブラシとコミュテータとは回転する物体に通電するための部品です。電源から出ている導線を直接回転子に繋ぐと、回転子とともに導線も回転して絡まってしまいます。これが起こらないように電気を通すもの同士(接点)を接触させて、擦りながら通電させるようになっているのです。
この電源側の接点をブラシといって、十分な通電性と適度な柔らかさを持った炭素でできているため摩耗します。そのため定期的な交換が必要です。交換時期の前でも摩耗した分の粉がスパークや通電不良などを誘発するため清掃が必要です。
もう片方の筒状の接点をコミュテータといって、整流作用を持っているため整流子ともいいます。コミュテータは回転子側の回路を分割するような形状になっています。金属パイプを薪割りしたような感じです。こうすることで定期的に回転子に流れる電流の向きが変わるようになります。

電磁石磁界形整流子電動機の場合、実際の回路は直流電源を出たあと、まず固定子巻線に繋がります。それからブラシを介して回転子巻線に繋がっています。このときの固定子巻線(界磁巻線)と回転子巻線の接続方法によってさらに細分化されています。後々解説する予定です。

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