複電圧車

複電圧車：異なる電圧に対応する鉄道車両

複電圧車とは、複数の電圧に対応できる鉄道車両（電気機関車、電車）のことです。直流電化区間と交流電化区間を走行できる交直流電車とは異なり、同一電化方式内での異なる電圧に対応する点が特徴です。直流車両、交流車両のいずれにも存在し、主として異電圧区間を直通運転したり、電圧昇圧計画への対応を目的として製造されています。

複電圧車の仕組み

複電圧車は、異電圧区間において車上スイッチにより回路を切り替え、各電圧に対応します。技術的には複雑ではなく、日本でも太平洋戦争前から存在していました。ヨーロッパでは、各国で電化方式が異なる上、国際列車の運転も多いことから、高速鉄道車両にも多く搭載されています。

直流複電圧車の制御方式

抵抗制御が主流だった時代は、抵抗器の組み込みや主電動機の直並列切替による電圧調整が行われていました。しかし、前者は効率が悪く、後者は制御段数の減少による加速時のショック増大や主電動機の過熱といった問題がありました。

半導体による電機子チョッパ制御の登場により、抵抗や回路のつなぎ替えに頼らず効率的な電圧切替が可能になりましたが、高価という欠点がありました。VVVFインバータ制御が主流となった20世紀末以降は、制御器自体が複数の電圧に対応できるようになり、単一電圧車両と遜色のない効率が実現されています。

交流複電圧車の制御方式

交流複電圧車は、変圧器による電圧変換が容易なため、直流車に比べて複電圧化が容易です。特に、交流電化の主流である15kV-25kVの高圧区間では、車両側で降圧するための変圧器を搭載しているため、一次巻線に中間端子を設け、電圧に合わせて切り替えることで二次巻線側の電圧を同一にできます。これにより、効率悪化や重量増を最小限に抑えながら複電圧化が可能です。

日本の複電圧車の事例

現在、日本で複電圧車が電圧切替機能を活かして直通運転に使用されているのは、限られた事例です。一方で、電圧昇圧への対応として複電圧車を使用する例は、大手私鉄を中心に多数存在します。低電圧区間が短距離の場合、最小限の対応で直通運転を行うケースもあります。

異電圧区間直通運転の事例

JR東日本: 新幹線E3系、E6系、E8系電車、E926形電車など。これらの車両は、20kVと25kVの両電圧に対応する変圧器を搭載しており、特別な回路は必要ありません。
JR貨物: EH800形電気機関車。海峡線の昇圧に対応するため、25kVと20kVに対応しています。
小田急箱根: 鉄道線全車両。箱根湯本～強羅間の750V区間と、かつての1500V区間を走行可能でした。

過去の事例

JR東日本: 新幹線400系電車、E955形電車、クモヤ743形電車など
名鉄: 3600系、モ600形～モ880形電車など
近鉄: 20100系、18200系、18400系電車など
国鉄: 80系電車など
京急: 230形、デト20形電車など
和歌山電鐵: 2270系電車など
伊那電: サ100形、110形電車など

昇圧対応の事例

多くの私鉄で、600Vから1500Vへの昇圧に対応するため、車両の改造や新造時に複電圧対応とされています。 これらの車両は、通常は自動的な切替機能を持たず、工場での回路変更が必要です。

ヨーロッパにおける複電圧車の事例

ヨーロッパでは、国境を越える高速鉄道において、複電圧車が広く採用されています。

RAe TEE II形電車: 4電源対応の優等国際列車用車両
ETR610電車: スイス・イタリア間のユーロシティ用車両。4電源対応
ETR400電車: 4電源対応だが、現在は2電源使用
ユーロスプリンターの一部: 交流15kVと25kVに対応
TRAXXの一部: 交流15kVと25kVに対応
ベルギー国鉄11形: ベルギーの直流3000Vとオランダの直流1500Vに対応
* アムステルダム地下鉄の一部車両: 直流600Vと750Vに対応

まとめ

複電圧車は、異なる電圧の電化区間を走行可能とすることで、運行の柔軟性向上やコスト削減に貢献します。技術的な進歩により、効率性も向上しており、今後もその需要は拡大すると予想されます。特に、国際的な鉄道運行においては、複電圧車は不可欠な存在となっています。

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