電車（新型）のしくみ 半田利弘 理学部物理科学科 電源による電車の種類 ▶ 直流用 ■ 例：221系、303系、西鉄の車両、鹿児島市電 ▶ 交流用 ■ 例：787系、800系新幹線 ▶ 交直両用 ■ 例：415系、457系、581系 JRの電化区分 電気抵抗 ▶ 電線の電気抵抗 V=i R 長いほど電気抵抗は大きい、 ■ 太いほど電気抵抗は小さい 電気抵抗は長さに比例、断面積に反比例 ■ R=r l/a ■ 比抵抗 ■ r ：物質によって決まる定数 銅の場合： r =1.55x10-8 [W m] 電車線の電気抵抗 ▶ 架線の太さ 標準で直径1.5cm ■ ■ ■ 断面積1.76 cm2 長さ1kmで、R=0.1 W i=1kA流れると、電圧降下は100Vもある ▶ 架線電圧 ■ ■ 電動機や回路の絶縁から限界の電圧：耐圧 直流電化の架線電圧 JRや大手私鉄 1500V 地方私鉄や路面電車 600V ベルギーやイタリアの幹線 3000V 電源供給 ▶ より抵抗が少ない＝太い電線を使う ■ ■ 饋電線（きでんせん） 鉄道用変電所から供給 ▶ 長距離になると… ■ 変電所を多数作る必要がある 列車頻度が少ない路線では建設費がかかって不利 ■ ■ 電圧を上げて供給 使う直前で降圧 直巻電動機 ▶ 電磁石（界磁）＋回転可能な電線（電機子） ■ ■ 界磁と電機子が同時に反転するなら回転できる 周波数が低ければなんとかなるが… 低周波交流電化 ▶ 50Hzを３分周する 16 2/3 Hz電化 ■ 分周回路 大電力用は作るのが難しい ■ 商業電力とは別の送電線網が必要 鉄道変電所を車載する 電力網 電力網 電鉄用変電所 電車 電車 車載変電装置 変圧器 ▶ 巻数に応じて電圧が変えられる ■ タップ切り替え ■ 電圧が変えられるから、抵抗制御は不要 直流にして使う 整流 ▶ 交流を直流にする ■ ■ 非対称な電気素子を使う 電圧が逆だと流れない ▶ ２極真空管とダイオード ２極管 ダイオード 整流器式交流電気機関車 ▶ 仙山線で実験 新型半導体素子 ｻｲﾘｽﾀ ▶ サイリスタ ■ ■ ダイオードで用いたn型p型を交互に４層接合 ２つのトランジスタを接続した回路に相当する ▶ 特性 ■ ■ ■ A-K間に正電圧をかける G-K間に正電圧がかかると導通 A-K間が負電圧になると接続断 トランジスタの動作原理 1. VE<VC B-C間が逆バイアス 電流は流れない 2. E-B間が正バイアスになるようにVBを印加 1. E-B間で導通 2. B層は薄いのでC層まで電子が移動 3. E-B間が圧VB> VEの時だけ導通＝スイッチ作用 サイリスタの動作原理 ■ VA>0, VG=0のとき（VK=0） K側のトランジスタが非導通 電流は流れない ■ その後、VG=0のとき A側のトランジスタが導通 K側のトランジスタが導通 電流が流れる ■ G（ゲート） VA>0, VG>0のとき K側のトランジスタが導通 電流が流れる ■ A（アノード） VA<0のとき 電流は流れない K（カソード） ｻｲﾘｽﾀ位相制御 誘導モーター VVVF電車 VVVFの電車 VVVF変換装置 誘導モーター リニアモーター リニアモーター電車 異なる電化区間の境界は？ デッドセクション 新幹線：中セクション 授業の資料 ▶ http://milkyway.sci.kagoshimau.ac.jp/~handa/KUlecture/ ▶ 外部からのリンク無し ■ ■ 著作権の都合から 自分のページなどからリンクを張らないこと
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