主制御器

主制御器の概要

主制御器は鉄道の電気車において、主電動機を制御するための装置であり、通常は運転台に用意されたマスター・コントローラーから操作されます。また、主制御器は電気ブレーキを含む電動機の制御も担当します。特に電気機関車の場合、これらの制御装置は大規模化することが多く、総称して制御装置と呼ばれることもあります。一般的には電車の場合は床下に設置され、電気機関車では機械室に位置しています。

資料の背景

主制御器は、電気車の回路の中で主電動機を駆動する主要な部分を制御する機器であり、単独の機器としては制御器とも呼ばれます。過去には直接式制御器が使用されていました。この旧式の方式は、運転士がカム軸を操作して、直接連結された架線電流を制御し、抵抗器の切り替えを行っていました。しかしこの方式は、高圧の電流を直接扱うため、操作上の危険が伴い、他の車両の制御に対応するためには適していませんでした。

これらの問題を解決するために、間接式制御器が開発されました。間接式は、低電圧の制御電源を運転台に引き込み、主制御器の遠隔操作を可能にし、主電動機への印加電圧を制御します。この方式により、運転台から複数の車両の主制御器を操作することが可能になりました。

制御方式の分類

主制御器には、様々な制御機構が存在します。

抵抗制御用

抵抗制御では、抵抗回路の切り替えを行い、抵抗値を変化させることで速度を制御します。切り替えのメカニズムにはいくつかの方式があります。特に注目すべきは以下の方式です。

1. 電磁単位スイッチ式: GE社が開発した方法で、電磁コイルを用いて単位スイッチを操作します。
2. 電空単位スイッチ式: WH社が開発した方式で、電気的に制御される空気圧を使用して単位スイッチを動作させます。
3. 電空カム軸接触器式: 空気シリンダーを用いてカム軸を制御し、接触器を操作します。
4. 電空油圧カム軸接触器式: 空気シリンダーの制御で油圧を用いる方法で、主にGE社により開発され、日本の製造業者が国産化しました。
5. 電動カム軸接触器式: 電動機によってカムを回転させて接触器を動作させる方式です。

進段方式

抵抗制御では、速度に応じて段階的に抵抗を切り替えることが行われます。これには、手動で進段を行う方法や、自動で進段を行う方法があり、特に電気機関車では手動進段が選ばれることが多い一方、電車では自動進段が一般的です。

ノッチ戻し制御

力行中に逆の進段を行うためのノッチ戻し制御も重要な機能です。この制御により、運転中でもスムーズに停止や加速を行うことができ、乗り心地を向上させることが可能です。

直並列組合せ制御

直列から並列への切り替え部分では、開放渡り、短絡渡り、橋絡渡りといった方法が使われます。これらの手法は、それぞれ異なる特性を持つため、目的に応じて適した方法を選択する必要があります。

以上を踏まえて、主制御器は鉄道の安全で効率的な運行に欠かせない装置であり、その進化が今後も鉄道の発展につながることが期待されています。

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