主変換装置

主変換装置（しゅへんかんそうち）は、交流形電車（交直流電車・交直流電気機関車）の走行のための主回路用制御装置である。電気式（ディーゼル・エレクトリック方式）やハイブリッド式（シリーズ方式）の気動車・ディーゼル機関車も含まれる。

CI (Converter - Inverter) と略称される場合もある。

構造

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主変換装置は、PWMコンバータ部とPWMインバータ（VVVFインバータ）部に加えて主制御装置やコンデンサ充電用回路などを一つのユニットにまとめたものである[1]。主変圧器二次巻線より電源供給を受け、PWMコンバータ部で単相交流から直流に整流（順変換）され、PWMインバータ部で直流から三相交流へ変換（逆変換）される[1]。回生ブレーキ使用時にはPWMインバータ部及びPWMコンバータ部を介して単相交流を出力する形となる。交直流電車おいては、直流区間はPWMコンバータ部を通さず、そのまま直流がPWMインバータ部に給電される。

登場当初、主回路素子にはGTOサイリスタが用いられていたが、1990年代後半からはより高速なスイッチングが可能で低損失なIGBTが主流となっている[2]、2020年代はN700SにてSiCも使用されて、車両製作を簡略化している[3]。新幹線車両では、1990年（平成2年）に登場した300系以降で搭載されている。床下機器スペースの都合などから小型化の要求が強く、N700系では、冷却用送風機を廃止して走行風で冷却するブロアレスタイプが実用化されている[4]。高速試験車両として落成したE954系では、環境負荷低減や省エネ化の観点から水冷式が採用された[5]

直流形電車にはPWMコンバータ部がない（変電所にてコンバートされている）ため、単にVVVFインバータ装置と呼ばれる。

新交通システム

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三相交流で電化されている新交通システム（AGT）では、軌道側面に敷設した架線からの三相交流600Vを元に、PWMコンバータ部で三相交流を直流に整流（順変換）し、PWMインバータ部で直流から再度三相交流へ変換（逆変換）して、かご形三相誘導電動機を制御する[6][7]。この方式はCI制御（コンバータ/インバータ制御）と呼ばれ、VVVFインバータ制御同様に誘導電動機が使用できることと力率が1に近く、高効率で省エネルギー性能に優れている[7]。

ディーゼル・エレクトリック車両

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電気式（ディーゼル・エレクトリック方式）ではディーゼル機関に直結された主発電機により三相交流を発電、主変換装置に供給され、新交通システム同様にコンバータ・インバータ制御される。日本貨物鉄道（JR貨物）DF200形ディーゼル機関車[8]や東日本旅客鉄道（JR東日本）GV-E400系気動車などが該当する[9]。この範疇にはJR東日本キハE200形気動車や九州旅客鉄道（JR九州）YC1系気動車、JR貨物HD300形ハイブリッド機関車などのハイブリッド式（シリーズ方式）の気動車・機関車も含まれる。

脚注

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  1. ^ a b 東海旅客鉄道及び西日本旅客鉄道向け新型新幹線用電機品 (PDF) 東芝レビュー　第62巻第10号（2007年）、東芝、p.50
  2. ^ N700系新幹線車両用主回路システム (PDF) 』富士時報　第79巻第2号（2006年）、富士電機、pp.111
  3. ^ N700S系新幹線車両用主回路システム (PDF)
  4. ^ N700系新幹線車両用主回路システム (PDF) 』富士時報　第79巻第2号（2006年）、富士電機、pp.113
  5. ^ 水冷主変換装置 (PDF) 』三菱電機時報　第12号（2006年）、三菱電機、p.47
  6. ^ 東洋電機製造『東洋電機技報』第116号（2023年）製品解説「埼玉新都市交通株式会社向け2000系 ニューシャトル 新車用電気品」 (PDF) 。
  7. ^ a b 日本鉄道車両機械技術協会「ROLLINGSTOCK&MACHINERY」2016年1月号研究と開発「日暮里・舎人ライナー330形車両の概要」p.50。
  8. ^ 交友社『鉄道ファン』1994年11月号新車ガイド「JR貨物 DF200形量産機」pp.104 - 106。
  9. ^ 交友社『鉄道ファン』2018年6月号新車ガイド「JR東日本 GV-E400系気動車」pp.54 - 58。

参考文献

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