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全電気ブレーキについて
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えーと、4象限チョッパなどはまだ勉強不足なので、またしても寄り道です。
今回は最近流行の全電気ブレーキについて解説します。

回生ブレーキ(詳細は他のサイトに譲ります)はVVVFの登場によって5~3km/h程度まで安定して使用することができるようになりました。
ベクトル制御が一般的になると回生ブレーキの有効範囲は1km/hくらいにまで延びました。
そこからさらに、回生失効する頃から停車に至るまで、空気ブレーキを緩めにかけたまま電気的にブレーキの補助を行うことで、ほぼ停車してから空気ブレーキの圧力を上げることで停車時のショックを和らげられるようになりました。それまでは回生が失効した途端に空気ブレーキを強くかけるため、つんのめるようになってしまうという問題がありました。
この電気的な補助ブレーキを全電気ブレーキと呼んでいます。

ちなみに、三菱の全電気ブレーキは「純電気ブレーキ」という商品名が使われています(ただし商標未登録)。
実はいわゆるマスゴミや三菱電機の「全電気指令式ブレーキと紛らわしい」などという無茶苦茶な刷り込みが激しく、純電気ブレーキの方が浸透してしまっているようです。ちなみに全電気指令式ブレーキの正式名称は「電気指令式ブレーキ」で「全」などという文字が付くのは商品名だけです。しかし鉄道関係者の間ではどのみち型名で呼ぶので間違いようがないのです。
当ブログおよびサイトは「ちょっと鉄道に興味がある」という初心者の方々をターゲットとしているため「純粋な電気ブレーキ?回生ブレーキや発電ブレーキは純粋じゃないの?」という余計な混乱を招かないためにも三菱の物以外は一貫して全電気ブレーキという呼称を使用するということを声をにしてここに宣言します

閑話休題。
全電気ブレーキの作用方式は各社で異なりますが、とくに特徴的なのは日立の「直流印可」方式でしょう。
 

 
交流電源から切り離された誘導電動機に直流を流すと、回転磁界が固定磁界に変わります。誘導電動機では回転子は常に回転磁界に引きつけられる形で回転しているため、回転子の速度より回転磁界が遅くなると回転子もつられて速度を落します。そして磁界が固定されると回転子も止まろうとします。
これを使うと強力な制動力が得られるため、誘導電動機の一般的な制動方式としても利用され、ダイナミックブレーキと呼ばれています。

ただし回転子の速度が0に近づくと制動力が低下するため、全電気ブレーキとして使うときは磁界を逆回転させる(加速方向に回転させる)ことで電動機としての回転力を発生させて制動力を補います。
この方式では電動機の起電力(回生電力)に頼らずに別系統の電源を利用して制動できます。
例えば電気車ならVVVFインバータをチョッパ装置のように動作させ、電圧を下げた架線電流を利用するわけですが、電動機の起電力に頼るほかの方式とは違って電力が途絶えることがないため、完全に停車するまで作用します。
同様の理由で、全電気ブレーキが作用してからブレーキを緩めるようなことがあっても、ブレーキをかけなおせば再び全電気ブレーキが作用します。

交流電動機に直流を流すというのは無茶なことにも思えますが、例えばU相に交流を流すということは、まずU相に+の電圧をかけてVおよびW相に向けて電流を流した後、U相に-の電圧をかけてVおよびW相からU相に向かう電流を流す、ということを繰り返しているだけです。直流は電流の向きと電圧が常に一定ですから、U相に+の定電圧をかけ続ければいいというわけです。
電流の向きが変わらないということは磁界が固定されるということです。
これをU・V・Wの各相に順番にやっていくと磁界が回転したようになります。

全電気ブレーキで停止した直後はすぐに空気ブレーキを作動させて、勝手に走り出したりしないようにします(勝手に走り出すことを転動という)。電気ブレーキではそこまでの制動力がないということです。また、省令により最低2系統のブレーキを搭載することが義務づけられているので空気ブレーキを排除することはできませんが、空気ブレーキのブレーキシューの摩耗を極力減らせるという点で点検・交換コストを削減できるというメリットがあります。
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