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抵抗チョッパ制御

電車のモーターの制御方法には、抵抗制御、チョッパ制御、VVVF制御など、色々な方法がありますが、いくつか変わった方法もあります。その一つに抵抗チョッパ制御というのがあります。

抵抗チョッパは、基本的には抵抗制御ですが、抵抗器の切り替え後にチョッパ制御を行って、切り替えのショックを和らげたり、抵抗制御の段数が少なくても、チョッパ制御の追加によって滑らかに制御する方法です。大雑把な制御を抵抗器の切り替えで行い、細かい制御をチョッパ制御で行うもので、抵抗制御にチョッパによるバーニア制御を追加したものと言えます。

構造は、抵抗器の一部にスイッチング素子が並列接続してあります。遮断器などを除いて簡単に図示すると以下のようになります。

◇←パンタグラフ
└┬[R1]┬┬[R2]┬┬[R3]┬┬[R4]┐
 └┤├┘└┤├┘└┤├┘└[T1]┤
  L1   L2   L3     │
                (M)
                │
                ○○レール
               ̄ ̄ ̄ ̄ ̄
R1~4は抵抗器、L1~3は抵抗制御を行う機械的スイッチ、T1は半導体スイッチング素子、Mはモーター

L1~3のオフオフでモーター出力を大ざっぱに調整し、T1を高速でオンオフし、オン時間とオフ時間を調整することで、平均のモーター出力を微調整します。
主回路の全電圧をスイッチング素子が負担するわけではないので、電機子チョッパやVVVF制御に比べ、スイッチング素子の耐圧が低くてすみます。上の図では、理論上、架線電圧の1/4程度の耐圧ですみます(※)。これは電力用半導体素子の耐圧が低かった時代には非常に意味のあることでしたが、モーターが閃絡した場合はスイッチング素子に過大な電圧がかかる恐れがありますし、そもそも急速に半導体の耐圧が向上したので普及しませんでした。
新幹線951形試作車に試用されたらしいです。もう1形式ぐらい試用されたものがあった気がするが、失念。また、力行はチョッパ制御(位相制御)で、発電ブレーキは抵抗チョッパ制御というのもありますが、これはあまり抵抗チョッパ制御とは呼びません。

(※)L1~3が全てオンでも、T1が負担する電圧は(架線電圧)-(モーター端子電圧)となります。十分に加速していないのにいきなりL1~3がオンになるとか、モーターが閃絡(短絡)するということがなく、きちんと制御されていれば、T1に加わる電圧が架線電圧の1/4を大きく越えることは理論上ありません。しかし、モーターが閃絡したら架線電圧が直でかかる恐れがあります。結局は半導体の耐圧の向上が必要なのですが、耐圧が向上すれば、電機子チョッパなどのほうが機械的スイッチを減らせるし回生ブレーキもできて好都合ということで、普及しなかったのでしょう。
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