位相制御と無電弧タップ切換とは? わかりやすく解説

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位相制御と無電弧タップ切換

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2022/04/30 14:44 UTC 版)

電気車の速度制御」の記事における「位相制御と無電弧タップ切換」の解説

位相制御による電圧連続制御制御信号電流トリガ)を流すと整流器オンになることを利用することで制御している。 サイリスタによる無電タップ制御2組サイリスタ (T1,T2) を用いてタップ間の電圧連続制御する。サイリスタのほか磁気増幅器でも可。 タップ制御電力効率や再粘着性能に優れ一方で有限個のタップ切換による段階制御であることから、抵抗制御同様に切換時のトルク急変伴い空転そのもの発生しくいわけではない。また、タップ切換時には大きな電流を切り入りするため、タップ電弧アーク放電)を生じやすく、変圧器損傷しやすい危険性抱えている。 これらの問題は、切り換えるタップ電圧差を連続的に制御してトルク急変電弧発生解消することで解決できる。これを電弧生じないことから無電タップ制御、またはタップ連続電圧制御呼び電圧連続制御には位相制御用いる。整流器制御ゲート)を設けると、特定のタイミング整流器オンにできる。この特性利用し交流電流波形合わせてオンするタイミングをずらすことにより、平均電圧連続的に制御するのが位相制御仕組みである(右上図)。 位相制御歴史比較古く1935年昭和10年)には水銀整流器による格子位相制御組合せ制御併用した電気機関車ドイツ試作されている。その後第二次世界大戦挟んで1950年代から交流電気車技術開発活発化し、水銀整流器によってタップ間の電圧連続的に制御できる車両開発される。この当時は、トランジスタ発明され真空管に取って代わっていった時代であり、ほどなく水銀整流器半導体素子であるシリコン整流器へと移行し安定した性能得られるようになった。その一方でシリコン整流器位相制御ができなかったため、無電タップ切換を行うには磁気増幅器併用を必要とした。その後制御付きシリコン整流器であるサイリスタ開発され1960年代から電気車位相制御用いられるようになった右下図は、サイリスタを二組用いて無電低圧タップ切換を行う場合概念示したのである。1段目のタップ投入するとき、サイリスタT1を無点弧(出力ゼロ)の状態にしておくと、タップ電流流れないため電弧生じない次にサイリスタT1によって位相制御行い、1段目のタップ電圧ゼロから最大まで制御したのち、2段目のタップサイリスタT2に投入し同様に連続位相制御を行う。サイリスタT2の電圧最大達すると、T1はすべてT2に包含され電流流れなくなるため、1段目のタップ切って電弧はやはり生じない。この要領で、二組のサイリスタ交互に用いることにより、タップ切換電弧生じことなく連続的な電圧制御が可能となる。図の例ではサイリスタ用いたが、二組の磁気増幅器用いて同様の制御が行える。

※この「位相制御と無電弧タップ切換」の解説は、「電気車の速度制御」の解説の一部です。
「位相制御と無電弧タップ切換」を含む「電気車の速度制御」の記事については、「電気車の速度制御」の概要を参照ください。

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