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電気車の制御方式7- サイリスタ位相制御
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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。
 

 
位相制御には二次コイルの分割数のほかに、サイリスタの回路の組み方で「サイリスタ混合ブリッジ回路」と「サイリスタ純ブリッジ回路」とにわかれます。サイリスタ混合ブリッジ回路は前述の位相制御回路と整流器が分離したもので、サイリスタ純ブリッジ回路は整流器の一部のダイオードをサイリスタに置き換えて、位相制御も担わせた回路方式になります。
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