可変電圧可変周波数制御と直流

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可変電圧可変周波数制御と直流の違い

可変電圧可変周波数制御 vs. 直流

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。. 流の波形 直流（ちょくりゅう、Direct Current, DC）は、時間によって大きさが変化しても流れる方向（正負）が変化しない「直流電流」の事である。同様に、時間によって方向が変化しない電圧を直流電圧という。狭義には、方向だけでなく大きさも変化しない電流、電圧のことを指し、流れる方向が一定で、電流・電圧の大きさが変化するもの（右図の下2つ）は脈流（pulsating current）という。直流と異なり、周期的に方向が変化する電流を交流という。.

半導体

半導体（はんどうたい、semiconductor）とは、電気伝導性の良い金属などの導体（良導体）と電気抵抗率の大きい絶縁体の中間的な抵抗率をもつ物質を言う（抵抗率だけで半導体を論じるとそれは抵抗器と同じ特性しか持ち合わせない）。代表的なものとしては元素半導体のケイ素（Si）などがある。 電子工学で使用されるICのような半導体素子はこの半導体の性質を利用している。 良導体（通常の金属）、半導体、絶縁体におけるバンドギャップ（禁制帯幅）の模式図。ある種の半導体では比較的容易に電子が伝導帯へと遷移することで電気伝導性を持つ伝導電子が生じる。金属ではエネルギーバンド内に空き準位があり、価電子がすぐ上の空き準位に移って伝導電子となるため、常に電気伝導性を示す。.

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交流

三角波、鋸歯状波 交流（こうりゅう、）とは、時間とともに周期的に向きが変化する電流（交流電流）を示す言葉であり、「交番電流」の略。また、同様に時間とともに周期的に大きさとその正負が変化する電圧を交流電圧というが、電流・電圧の区別をせずに交流または交流信号と呼ぶこともある。 交流の代表的な波形は正弦波であり、狭義の交流は正弦波交流（）を指すが、広義には周期的に大きさと向きが変化するものであれば正弦波に限らない波形のものも含む。正弦波以外の交流は非正弦波交流（）といい、矩形波交流や三角波交流などがある。.

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パワーエレクトロニクス

パワーエレクトロニクス（英語：power electronics）は、電力用半導体素子を用いた電力変換、電力開閉に関する技術を扱う工学である。 広義では、電力変換と制御を中心とした応用システム全般の技術とも言える。 電力変換の基本となる整流回路は1897年にドイツの物理学者であるレーオ・グレーツによって考案された（グレーツ回路）。1957年、ゼネラル・エレクトリック社によって開発されたサイリスタの登場以後、それまでの回転機や磁気、液体、気体などを用いたものと変わって、固体の半導体素子による電力変換、電力開閉技術が発展した。1969年、ゼネラル・エレクトリックのハーバート・ストームがIEEE（アメリカの電気電子学会）の雑誌『スペクトラム』の記事で固体パワーエレクトロニクスという用語を用いてその定義を説明した。また1973年、ウェスティングハウス社のウィリアム・ニューウェルによって「パワー（電気・電力・電力機器）と、エレクトロニクス（電子・回路・半導体）と、コントロール（制御）を融合した学際的分野」と図を用いて説明された。以後、電力用半導体素子や制御用コンピュータの進化などによって発展・繁栄した。 代表的な技術例として、交流から直流に変換する順変換器（整流器）、直流を交流に変換する逆変換器（インバータ）などの半導体電力変換装置が挙げられる。 またその利用例として、発電や送電などの電力分野、回転機・ファン・ポンプ・ブロアなどを利用する産業分野、通信システムや工場などの電源装置、電車の駆動・変電などの電気鉄道分野、自動車、家庭用電化製品など非常に幅広く使用されている。.

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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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直流電化

流電化 （ちょくりゅうでんか） は、直流電源を用いる鉄道の電化方式。.

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鉄道

鉄道（てつどう、railway railroad）とは、等間隔に設置された2本の鉄製の軌条（レール）またはそれに代わる物を案内路として車輪を有する車両が走行する交通機関である。線路・停車場などの施設、旅客や貨物を輸送する列車、運行管理や信号保安まで様々な要素で構成される一連の体系である。 広い意味では、レール、案内軌条などの案内路に誘導されて走行する車両を用いた交通機関を指し、懸垂式・跨座式のモノレール、案内軌条式のAGT（新交通システム）、鋼索鉄道（ケーブルカー）、浮上式鉄道を含む。日本では鉄道事業法の許可、または、軌道法の特許を得て敷設される。トロリーバス（無軌条電車）は、架線が張られたルートを集電装置（トロリー）により集電した電気を動力として走行するバスであるが、鉄道事業法に基づく鉄道、または、軌道法上の「軌道に準ずる」軌道として扱われる。ロープウェイも鉄道事業法、または、軌道法の対象であるが、索道という扱いとなる。 なお、本項では鉄製レールの案内路を有する鉄道について解説する。.

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電圧

電圧（でんあつ、voltage）とは直観的には電気を流そうとする「圧力のようなもの」である-->。単位としては, SI単位系(MKSA単位系)ではボルト(V)が使われる。電圧を意味する記号には、EやVがよく使われる。 電圧は電位差ないしその近似によって定義される。 電気の流れに付いては「電流」を参照の事。.

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整流器

整流器（せいりゅうき、英語：rectifier）は、電流を一方向にだけ流す（整流）作用を有する素子電気用語辞典編集委員会編 『新版 電気用語辞典』 コロナ社、1982年　「整流」「整流器」「整流素子」岡村総吾監訳 『IEEE電気・電子用語辞典』 丸善、1989年 「整流」「整流器」「整流素子」。交流を直流に変換する素子の総称であり、実際の素子としては、陰極（カソード）と陽極（アノード）の2端子、あるいは、さらに制御端子を加えた3端子のものがある。 順変換装置、またはAC-DCコンバータともいう。 また、整流器を用いて交流を直流に変換する回路を整流回路（順変換回路）という。.

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