電機子チョッパ制御
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電機子チョッパ制御（でんきし-せいぎょ）とは、鉄道車両において、直流電動機の制御を行う方式の一つで、チョッパ回路を主回路（モータの電機子回路）に接続して電圧制御を行うもので、主回路チョッパ制御といわれることもある。単にチョッパ制御、もしくはサイリスタチョッパ制御というと、通常この方式をいう場合が多い。チョッパ回路についてはチョッパ制御の項を参照のこと。なお、電機子電流と界磁電流を独立して制御する方式を、「高周波分巻チョッパ制御」（4象限チョッパ制御）と区別する場合もある。
[編集] 特徴
本方式には以下のような特徴がある。
- 回生ブレーキの実現
- 高速域から低速域までのあらゆる領域で安定した回生ブレーキが可能であり、エネルギー消費量を減少できるほか、ブレーキ抵抗器を搭載しないですむため車体の軽量化が可能となる。（ちなみに、抵抗制御でも抑速ブレーキのように高速でなおかつ速度変化が安定している場合や界磁調整器を搭載している場合は、回生ブレーキは使用できる。複巻電動機を用いる場合はさらに効率的な使用が可能となる）
- 粘着性能の向上
- 抵抗制御系の制御方法とは違いステップのない無段階制御が可能であるため、粘着性能を向上させることが可能である。よって、同一加速性能であれば、動力車比率（MT比）を低下させることが可能である。
- 保守作業の低減
- 半導体素子を使った制御方式であるので、抵抗制御に用いられる制御機のような機械的な接点が無いため、保守作業を低減することが可能である。
- 力行時のエネルギー損失の低減
- 抵抗制御の場合特に起動時に大きな電力損失を発生させるが、本方式ではそれを低減することが可能である。
- 装置が高価
- これは本方式における最大の欠点である。本方式が多用された1970年代前半から80年代後半の段階では、鉄道車両のような大きな電力を制御するための半導体機器が未発達な状態であり、価格も高価であった。
- 走行音
- 加速・減速時には電機子チョッパの特徴の一定のHzの「プー」と言う音が鳴る。これは高速で電源を入切するためである。
[編集] 歴史
この制御装置を日本で初に採用したのは阪神電鉄の7001・7101形であった。しかし回生ブレーキを搭載しておらず、力行専用のチョッパ装置であった。これは阪神が採用した理由が省メンテナンスが目的であったからである。
本方式の回生制動を世界で最初に実用化したのは帝都高速度交通営団（現在の東京地下鉄）の6000系電車で1968年のことである。導入の主目的は、相次ぐ増発や地下水量の低下などで上昇していたトンネル内温度に鑑み、抵抗器の発熱を抑制するためで、この後営団は本方式を標準とし改良を加えながら長期間にわたって採用し続けた。
その後、石油ショックの洗礼を受けた緊縮経済下において、むしろ高効率の電力回生による省電力化性能が強く希求されるようになり、営団はじめ全国の公営地下鉄に続き、当時の国鉄も省エネ電車としての201系、併せて前述の6000系同様のトンネル内放熱抑制を狙った営団地下鉄千代田線直通向け203系電車を大量生産したが、累積債務の増嵩に伴い、205系では安価な界磁添加励磁制御に方向転換した。
また、一部の大手私鉄でも国鉄と同じく高性能化と省エネの両立を狙って試作車を製造（例:阪急2200系電車など）したが、特に高加減速性能を重視した阪神電鉄の「ジェットカー」5131形、5331形電車、および千代田線同様に直通地下鉄線区における放熱抑止と高効率を狙った東武鉄道の9000系、20000系のほかは本格導入に至らず、安価に回生ブレーキが使用できる界磁チョッパ制御を採用する場合が多かった。
その後1990年代に入って交流電動機を使用するVVVFインバータ制御が価格、性能的に定着すると、保守省力化や運用経費において直流電動機に対し大きく優位となり、積極的に電機子チョッパ制御を導入していた営団も9000系電車以降、VVVFインバータ制御を本格採用し、現在では既存の電機子チョッパ制御車両からの改造が進んでいる。2006年11月現在、日本における最も直近の建造例は、東京都交通局10-000形電車第27、28編成と京都市交通局10系電車18F～20F（共に1997年）である。
