可変電圧可変周波数制御と巻線形三相誘導電動機

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可変電圧可変周波数制御と巻線形三相誘導電動機の違い

可変電圧可変周波数制御 vs. 巻線形三相誘導電動機

JR東日本209系電車 JR西日本281系電車のVVVFインバータ部 山積されている使用済みのVVVF装置（東京総合車両センター） 可変電圧可変周波数制御（かへんでんあつかへんしゅうはすうせいぎょ）とは、インバータ装置などの交流電力を出力する電力変換装置において、その出力交流電力の実効電圧と周波数を任意に制御する手法である。 日本では、鉄道車両の交流モータ駆動方式として、可変電圧可変周波数を英語に直訳した語の頭文字をとって、'''VVVF制御'''（ブイブイブイエフせいぎょ、もしくは、スリーブイエフせいぎょ）と呼ぶが、鉄道分野以外で一般に「電動機の可変速駆動制御」などと呼ばれるものに含まれる。家電分野ではインバータ・エアコンなどに使われる。 なお、概要の項で示される通りVVVFは和製英語であり、英語圏では主にVFD（鉄道車両などではTraction inverter）などと言われることが多い。. 巻線形三相誘導電動機（まきせんがたさんそうゆうどうでんどうき）は、三相結線の巻線形回転子をスリップリング・ブラシ（英語版）を経て外部回路に接続した三相誘導電動機である。 回転子巻線に接続された外部回路を二次側回路といい、短絡接続や抵抗接続することでトルク・速度制御が可能である。.

かご形三相誘導電動機

かご形三相誘導電動機 かご形三相誘導電動機（かごがたさんそうゆうどうでんどうき）とは三相交流で回転磁界を生成し、導体の両端を総て短絡した「かご型構造」のかご形回転子を利用した電動機（すなわち三相誘導電動機）である。 総磁束が鉄心の飽和磁束に規定されるので、巻線の誘起電圧は回転数に比例し、これに負荷電流による巻線の電圧降下を加えたものが端子電圧になる。 この特性に合わせて、瞬時の回転数に比例した電圧と周波数の交流で運転すれば、高効率で優れた特性の速度制御が可能である。このような制御方式を可変電圧可変周波数制御と呼ぶ。しかし、従前は任意の周波数と電圧を自由に生成することが極めて困難であったため、商用周波数電源で運転されていた。そのため、起動トルクが低く大きなモータを使うなど様々の制約を受けていた。 大電力半導体素子の出現した現在では、インバータによる可変電圧可変周波数制御が容易に利用できるようになり、従前の制御方式よりも小型高効率のため、急速にこの制御方式に切り替えられている。現在の教科書・専門書の解説・解析はほとんど従前の固定周波数を前提に記述されているので、可変周波数動作ではスベリ率をスベリ周波数に直して考察するなど適切な変換が必要となる。.

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巻線

巻線（まきせん）は、コイル状のものに使用する針金、特に絶縁電線のことである。.

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三相交流

三相交流の波形 三相交流（さんそうこうりゅう）は、電流または電圧の位相を互いにずらした3系統の単相交流を組み合わせた交流である。多相システムの一種で電力系統において世界で最も普及した送電方法である。同様に大型の電動機や他の大型の負荷でも使用される。電動機への応用にはドイツの電機メーカーAEG が最も寄与した。 三相システムは単相交流や二相交流よりも同じ電圧で送電する場合、電導体の使用量が少なくて済むので経済的である。 三相システムはGalileo Ferraris、Mikhail Dolivo-Dobrovolsky、Jonas Wenströmとニコラ・テスラ達によって1880年代末に発明された。.

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トルク

トルク（torque）とは、力学において、ある固定された回転軸を中心にはたらく、回転軸のまわりの力のモーメントである。一般的には「ねじりの強さ」として表される。力矩、ねじりモーメントとも言う。.

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サイリスタ

イリスタ（Thyristor）とは、主にゲート (G) からカソード (C) へゲート電流を流すことにより、アノード (A) とカソード (C) 間を導通させることが出来る3端子の半導体素子である。SCR（Silicon Controlled Rectifier: シリコン制御整流子）とも呼ばれる。 近年はスイッチング周波数を高く採ることが容易なトランジスタが台頭しているが、トランジスタに匹敵するスイッチング周波数をもったものや、サイリスタの持ち味である大電力にも耐えられる性能、そして新しい半導体材料やPIN接合で設計できるなど、サイリスタの魅力は十分にある。.

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回転子

回転子（かいてんし、Rotor: ロータ）は、回転する電機子または界磁または構造物を言う。.

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回転速度

回転速度（かいてんそくど、rotational speed）は、回転数（かいてんすう、）ともいい、単位時間当たりに物体が回転する速さ（回数）のことである。 単位は、SIでは毎秒 (s−1) だが、毎分 (min−1) もSI併用単位である。また、SIではないが、回毎分 ('''rpm''') あるいは回毎秒 (rps) も日本の計量法で認められており、実用的には rpm が多く用いられている。 回転速度に ラジアンをかけると、角速度の大きさになる。回転速度を 、角速度の大きさを とすれば、回転速度と角速度の関係は以下のように表すことができる。 例えば、物体が 1 秒間に の割合で回転するならば、その回転速度は 1 s−1 つまり 60 rpm であり、角速度の大きさは rad/s となる。 機械の軸などの回転速度を計測する機器を回転計といい、タコメーターと回数計がある。 回転速度は一見、周波数（振動数）に似ており単位の次元も同じであるが、別の量である。.

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誘導電動機

誘導電動機（ゆうどうでんどうき、Induction Motor、IM）は、交流電動機の代表例である。 固定子の作る回転磁界により、電気伝導体の回転子に誘導電流が発生し滑りに対応した回転トルクが発生する。 入力される交流電源の種類によって、単相誘導電動機と三相誘導電動機に大別され、一般的には特別な工夫なしで回転磁界を得ることができる三相交流を用いる。 同じ交流電動機である同期電動機と比較して脱調することがないため、トルク変動の大きい負荷に向いているとされるが、滑りによりトルクを得る原理上、過去においては回転速度の制御が困難になる点が欠点となったいた。ただし、この点については近年のパワーエレクトロニクスの発展により、インバータ回路で回転数を自在に制御可能となったことで、欠点は解消されている。.

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