交直流電車

交直流電車

交直流電車とは、直流電化区間と交流電化区間の双方を走行できる構造を持つ電車のことを指します。これは、鉄道の電化方式が地域や事業者によって異なる場合に、車両の汎用性を高めるために開発されました。交直流電車は、運転士がスイッチを切り替えるだけで、異なる電化区間を直通できるため、効率的な運行を可能にします。

概要

鉄道の電化方式は、直流と交流の2種類が存在します。直流電化は、初期の電化区間で多く採用されましたが、交流電化は、より長距離の送電に適しているため、後に導入が進みました。しかし、それぞれの方式に対応した車両が必要となるため、交直流電車が開発されました。

交直流電車は、直流と交流の双方に対応した機器を搭載しており、電化方式が切り替わる区間では、運転士が車内のスイッチを操作することで、走行する電化方式に合わせたモードに切り替えることができます。ただし、電化方式には交流・直流の他に、周波数や電圧も区間により異なることがあり、交直流電車であっても周波数や電圧が対応していない場合は走行できません。

構造

交直流電車の回路設計は、基本的に直流型電車に準じています。しかし、交流電化区間を走行するためには、交流電源を直流電源に変換する装置が必要となります。そのため、交直流電車には、以下の機器が搭載されています。

交直切換器: 交流区間と直流区間の切り替えを行う装置
交流遮断器: 交流電源を遮断する装置
交直転換器: 交流電源を直流電源に変換する装置
変圧器: 交流電源の電圧を調整する装置
* 整流装置: 交流電源を直流電源に変換する装置

交流電化区間では、架線から取り込んだ交流電源は、まず変圧器によって降圧され、次に整流装置によって直流電源に変換されます。そして、直流電源となった電力は、直流型電車と同様に、モーターを駆動するために使用されます。

直流電化区間では、交直切換器と交直転換器が交流側から直流側に切り替わり、変圧器・整流装置を介さず架線からの電源をそのまま用います。

交直流電車の制御方式は、直流専用車両と同様な方式となる事が多く、直並列抵抗制御、界磁添加励磁制御、VVVFインバータ制御のいずれかが用いられます。

日本における実例

日本では、JRグループ各社や私鉄、第三セクター鉄道が交直流電車を保有しています。これらの車両は、交流電化区間と直流電化区間が混在する路線で運用されています。

国鉄時代は、交流区間でのみの運用であっても北海道を除いて交直流両用の車両を製造することが多く、交流電化のメリットを生かしにくい状況でした。

しかし、国鉄分割民営化後は、JRグループ各社で運用が局地化し、全国的な配置転換もなくなったため、交流電車を導入する会社も出てきました。現在では、交流と直流区間をまたがって運用される区間のみで交直流電車が導入されるのが一般的です。

日本国外の例

海外では、ヨーロッパを中心に交直流電車が普及しています。ヨーロッパでは、国によって電化方式が異なるため、国際列車には交直流電車が使用されることが多くなっています。

例えば、ドイツのICE 3M/3MFは、ドイツ国内の交流電化区間だけでなく、隣国のベルギーやオランダの直流電化区間にも乗り入れています。また、フランスのTGVも、パリ以南の直流電化区間と、パリ以北の交流電化区間の両方を走行できる交直流電車が使用されています。

まとめ

交直流電車は、異なる電化方式の区間を直通運転できる便利な車両です。日本やヨーロッパを中心に普及しており、今後もその需要は増加していくと考えられます。

交直流電車は、鉄道の利便性を向上させるために、重要な役割を果たしていると言えるでしょう。

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