北熊本製作所 北九州支店

鉄道×電子工作×温泉×送電線

福岡市交通局 地下鉄フェスタ

10月30日、地下鉄フェスタ行って来ました~。
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クレーンに吊られている1000系
持ち上げたりしたようですが、時間がなくて見れず…。

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1000系の電動発電機です。まだ使われていたんですね。

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1000系のベビコン(バッテリー駆動の小型のコンプレッサー)です。1000系のコンプレッサーは誘導電動機駆動なのですが、突入電流が大きすぎたのか、当時の技術では電磁接触器(いわゆる電磁リレー)ではなく電空接触器(空気圧により動作するスイッチ)でないとオンオフができなかったようです。従って、「電空接触器を駆動する圧縮空気がないと、圧縮空気を作れない」ということになり、始動時に困るわけです。そこで、始動時に電空接触器を動作させたり、パンタグラフを上昇させるために、この小型のコンプレッサーが搭載されているようです。
ただ…説明書きは「パンタグラフを上昇させるため」のみとなっています。電機子チョッパからVVVFへ大改造されているので、それに伴い色々変わっているかもしれません。(コンプレッサーが止まるときに電空接触器のような音はするんですが…)

屋外には事業用車両が展示されていました。

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入れ替え用の蓄電池機関車、BB-1です。
地下鉄が室見-天神間を部分開業したとき、まだ姪浜駅は国鉄旧筑肥線用の非電化の姪浜駅で、その先にある車両基地まで電車を自走させることができなかったため、この蓄電池機関車か国鉄のディーゼル機関車で引っ張っていたようです。
この手の機関車でステンレス製って珍しいかも。

DSCF1967.jpg
某掲示板でも話題になっていた「福岡メトロ」。
東京メトロのロゴマークも入っていますし、右側面には東京メトロと書いてあります。
東京メトロから譲渡されたようです。

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こちらも工事用車両。
何故かパンタグラフがついているんですが…。しかも下枠交差型をさらに発展させたような、というかマジックハンドと同じ構造になっています。なんだこれ…。検測用?

で、ある意味本当の目的は車両部品の購入でした。
買ったのはこちら~~
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線条リレー(\500)
A接点、B接点、C接点が各4組ずつ、計16もの接点を持つ大型のリレーです。コイル駆動も24V120mAと大きめ。
接点の接触抵抗が2~4Ωぐらいまで上昇していましたが、接点を磨いたり、バネを調整して接触圧力を高めて1Ω付近まで回復しました。

DSCF2023.jpg
電流計(\500)
表示は1000Aフルスケールですが、下に小さく「FS 1.5V 300Ω」と書いてあり、1.5Vフルスケールで内部抵抗値300Ωの計器であることが分かります。ちゃんと動作しました。

ちょっと構造が見たかったので分解。
DSCF2033.jpg
DSCF2034.jpg
実は、黄色いリング状のものは電子ライト=ELです。駆動電圧が高いので無機EL?
これは外部の「EL」と書かれた端子に抵抗を介して繋がっています。このEL端子にAC100Vを加えると…
DSCF2036.jpg
かっこよく光ります。

車両部品としては、こういうのが500円というのはかなり良心的です。まー中古電気機器と考えると、これでもボッタクリになってしまうかも…。
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ハイレベル鉄道技術講座

ハイレベル鉄道技術講座(仮)
~ネットになかなか載っていない鉄道技術~


このシリーズでは、基本的に、自分の疑問に思ったこと、ネットで調べてもあまり解答がないようなものをまとめていきます。

■目次■


第一回 交流整流子電動機は何故鉄道で使われなかったか
交流電車においても、わざわざ整流器を積んでまで直流電動機が使われ続けた理由とは…

第二回 弱め界磁制御による整流悪化とは
交流電車で弱め界磁があまり使われない理由とは…


●第三回(予定) 交流整流子電動機による交流回生ブレーキ
ヨーロッパにあったと言われる、半導体も回転変流器も電動発電機も使わない、交流電気機関車の回生ブレーキとは…。
個人的に最大の謎だったもの。全く資料が得られない状態だったものの、ドイツ語のページをWeb翻訳したり単語で検索したりで何とか資料を入手。これ。あれ?回路は意外と簡単?でも原理を理解するのは難しそう。


以下、予定というかメモというか…

●VVVFの音の秘密
ギヤチェンジのような音の意味は?

●VVVFの必要性
扇風機では誘導電動機を一定周波数のサイリスタ位相制御するのに、電車では可変周波数制御が必要なのはなぜ?

●サイリスタ位相制御による回生ブレーキ方法
GTOでないサイリスタを用いて回生ブレーキを実現した方法とは?

熊電ガイドブック

熊本電鉄のガイドブックができたそうです。熊本電鉄もテコ入れを始めたようでうれしいかぎりです。
早速入手しました。

guide.jpg
意外と小さいが、ページ数は22ページと多め。

mokuji.jpg
目次はこんな感じです。詳しい内容はご自分で確かめてくださいね。
北熊本駅、藤崎宮駅、堀川駅、ムサシプラザ内プレイガイド夢さしで無料で入手できます。

歴史のページに将来の展望としてLRTについての項目があります。諦めてなかったんですね。是非とも実現してほしいです。
興味深いものがありました。
LRT.jpg
LRT化後の北熊本駅のイメージです。注目すべき点は、菊池線上熊本方面(通称上熊本線)がLRT化されていることです。また、藤崎線と菊池線御代志方面(事実上の本線)はそのままのようです。当初の計画では、藤崎線をLRT化するという構想だったはずです。
上熊本で市電と接続するのは、藤崎宮でのそれより比較的簡単です。老朽化した青がえるの問題も解消できます。
問題は需要ですね。

イメージ図に細かいツッコミ入れるのも可笑しいですが、地上子あるけどLRVにATC付けるのかな…。
もし実現したら、北熊本で狭軌と標準軌が入り混じるんだろうか…三線軌道なんだろうか…。おもしろそうだな。

ふと考えたこと

電車の主回路ってこの先どうなるんだろうと…

これまでの発達としてはこんな感じです。
直流電動機
抵抗制御・直並列制御

弱め界磁制御追加

チョッパ制御化(電機子・界磁)

誘導電動機化
VVVF化

同期電動機化

(弱め電機子制御?)

もちろん、電動機の改良もありますし、交流電化では変圧器タップ制御もありましたし、回転機によるワードレオナード制御が試用されたこともありました。
昔のことはさておき、現在の最新型は同期電動機をVVVF制御するというものです。この先ってどうなるんでしょう?
同期電動機以上に優位性のある電動機なんてないです。それに、電動機という成熟した分野で新しい電動機が開発される可能性は低いです。強いて言えば、超伝導モーターというのが研究されていますが、中身は誘導電動機や同期電動機になると考えられます。
制御方法もVVVFインバータ以外になく、その中身が少し変わるぐらいです。大きな変化が起こるとすれば、交流電化において、商用電源周波数から直接別の周波数に変換するサイクロコンバータがいつか実用化されるかもしれないぐらいですかね。(現状では一旦直流にしてからVVVFインバータに送る)あとは、VVVFインバータの素子が変わったり、スイッチング周波数が上がったり、スイッチング損失を減らすためにソフトスイッチング技術を取り入れたり…。でも結局はVVVFインバータに変わりはないわけです。

なんだか、この先の変革が無いと考えると面白くなくなってしまうなぁ。

弱め界磁制御による整流悪化とは

ハイレベル鉄道技術講座(仮)
~ネットになかなか載っていない鉄道技術~
第二回 弱め界磁制御による整流悪化とは


※諸般の事情により、画像は遠い未来に付ける予定です。

 第一回はかなりハードな内容でしたので、今回は少し軽いものを。
と言っても、第一回を読まないと理解できない鬼仕様ですが(^_^;)

 交流電車では、弱め界磁制御はあまり使われません。その代わり、整流子などの耐圧を高めて、直流電車に比べて電動機への印加電圧を高めることがあります。これは何故なのでしょうか。

 電動機の速度が上がると、逆起電力も大きくなってきます。そして、電動機への印加電圧が最大になると、逆起電力の増加で徐々に電流が小さくなり、トルクが減少、そしてある点で速度の増加は止まってしまいます。そこで、界磁を弱めることで、逆起電力を小さくする弱め界磁制御が、高速域で使われます。
 しかし、どこまでも界磁を小さくできるかと言うと、そうではありません。界磁を小さくし過ぎると、第一回にも登場した、整流悪化が生じるのです。

 第一回に補極の話をしましたが、補極によって磁束の変化が0になる点を補正し、整流悪化を防ぐことができるのは、補極、界磁、電機子の磁束があるバランスになっているときだけです。ここで、界磁を弱めると、そのバランスは崩れてしまいます。つまり、電機子コイルの磁束のほうが相対的に強くなるので、磁束の乱れが大きくなり、磁束の変化が0になる点がずれて、整流悪化が生じるわけです。

 従って、弱め界磁制御は極力避けたいわけです。しかしながら、直流電車では、抵抗制御で高速域まで制御すると、抵抗器を挿入している時間が長くなりますから、損失が大きくなってしまいます。それに、弱め界磁なしでは、高速域での出力低下をカバーするため、出力の大きな電動機を使うか、加速度を犠牲にする必要が出てきます。それを避けるため、低速域は抵抗制御、高速域は弱め界磁制御と使い分ける必要が出てきてしまいます。しかし一方、電動機への印加電圧を自由に選べて、抵抗器での損失もない交流電車では、弱め界磁の代わりに、電圧制御の範囲を広くとる(→最大印加電圧を上げる)ことで、高速域の特性を確保しているのです。特に、ただでさえ制御悪化の恐れのある交流電車に、更に制御悪化させるようなことをしたくないというのもあるでしょうね。
 ただし、例外は沢山あります。


※電気自動車でも弱め界磁の考え方を取り入れる動きがあるようです。電気自動車の場合は誘導電動機か永久磁石同期電動機がVVVF制御で使われますが、固定子のコイルの巻き数を半導体スイッチで切り替えて実現するようです。
 誘導電動機では、高速域で印加電圧が最大となったとき、更に加速するには滑りを大きくしてやる方法があります。よって、弱め界磁のような方法は普通使われません。一方の永久磁石同期電動機では、滑りを大きくできないので、もしかすると同期電動機用の技術かもしれません。
 しかし、損失をあまり大きくすることなく幅広い電圧制御が可能なVVVFでは、わざわざ弱め界磁しなくても印加電圧を高めればいいような気もします。しかし、自動車という一般向けの製品で、かつ鉄道よりも事故が起こりやすいという条件では、電圧はあまり高くしたくありません。しかも、電圧をあまり上げると機器が高価になります。(下げすぎても高価になるので見極めが重要。)従って、低い電圧でも幅広い速度域でトルクを確保するには、弱め界磁を取り入れる方法も有効ということかもしれません。

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