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VVVFインバータとは? 初心者向けにやさしく解説(2)

鉄道用語として頻出のVVVFインバータ。前回の記事では、「VVVFインバータってなに?」という疑問に対して、「インバータとは何ぞや?」の部分を説明しました。

VVVFインバータとは? 初心者向けにやさしく解説(1)

電車を動かすための電源は「直流」だけど、電車のモーターは「交流用」だから、「変換装置」としてインバータを間に挟む必要がある。↓の図のような内容でした。

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さて、今回の記事は、「インバータはわかった。じゃあVVVFってなに?」という部分の説明です。

前振りの話 ミニ四駆やプラレールで遊んだ経験はある?

いきなり本題に入ったら難しいので、まずは前振りの話から。

突然ですが、みなさんはミニ四駆プラレールで遊んだことがありますか?

私、ミニ四駆は子どもの頃に熱中していました。友達と一緒に大会に出たりとか。

軽量化のために、ボディに穴をあける改造はみんなやっていましたね。お小遣いが少なかった私は、ドリルなどの工具を買うカネなんてありません。だから、家にあったキリをガスコンロの炎で熱して、それでプラスチックのボディーに穴を開けていました(笑)

プラスチックを熱で溶かしたときの変な臭いで台所が超クサくなった(笑)

プラレールは、今でも甥っ子と一緒に遊びます。甥っ子は、私が作るプラレールのレイアウトが大好き。鉄道マン目線で作るので、レイアウトに“本物”の雰囲気が自然に出るようです。

甥っ子のお母さんによると、「おじちゃんの作るプラレールはいつもカッコイイ!」ということで、私は甥っ子に尊敬されているらしいです(笑)

人が乗るためには「速度制御」ができなければいけない

すみません、だいぶ話が脱線しました。本題に戻りましょう。

さて、ちょっと考えてほしいのですが、仮にミニ四駆やプラレールが「人が乗れるサイズ」に巨大化したら、それに人を乗せて走らせることは可能でしょうか?

無理ですよね。

ミニ四駆やプラレールは、スイッチを入れた途端にモーターが全力で回転し始めます。ものすごい急発進ですから、人を乗せたら危なくて仕方がない。しかも、回転はずっと一定のままなので、途中で加速や減速もできません。それでは、とても人は乗せられない(^^;)

人が乗れる乗り物であるためには「速度制御」が必要です。発車時はゆっくり、徐々にスピードを上げていくというように。

速度制御を行うためには、モーターの回転を適切に制御しなければいけません。

「回転力」と「回転数」をコントロールする必要がある

ここから少し難しくなるので、必要な部分だけをかいつまんで説明します。

モーターには「回転力」「回転数」という要素があります。回転力や回転数を適切にコントロールすることで、なめらかな速度制御が可能になり、人が乗ることができるようになります。

そして交流モーターの場合、回転力や回転数は、「電圧」や「交流電流の周波数」といった要素に左右されます。別の言い方をすれば、電圧と周波数を変化させると、モーターの回転力・回転数も変化するということ。

「交流電流の周波数ってなに?」という人、深く考えなくていいです。交流電流にはそういうものがあるんだと、ひとまず割り切ってください。ちなみに、周波数の単位はHz(ヘルツ)。

話のポイント VVVFインバータを使えば速度制御ができる 

初心者の方には難しくなってきたと思います。ここまでの話をまとめますと、

  • 人が乗るためには、モーターの「回転力」と「回転数」を適切にコントロールして「速度制御」することが必要
  • 電圧や周波数を変化させれば、回転力・回転数もそれに伴って変化する

さて、ここからが話の急所ですよ。↓の文章、なんとか頑張って読み解いてください。

実は、VVVFインバータは、「交流の電圧と周波数を変化させることができる装置」なのです。

そして「電圧と周波数を変化させることができる」は、「モーターの回転力や回転数を変化させることができる」と同義です。

それすなわち、VVVFインバータを使えば、モーターの回転をコントロールし速度制御を行うことが可能! という意味です。

今回のまとめ

「わからん」という人、申し訳ない。私の力量では、もうこれ以上噛み砕けないです(^^;)

まとめますと↓のようになります。

  1. 交流モーターの回転力や回転数は、交流の電圧と周波数に影響される。逆に言うと、電圧と周波数を変化させることができれば、モーターの回転力や回転数を制御できる
  2. VVVFインバータは、交流の電圧と周波数を変化させることができる装置
  3. VVVFインバータを使うと、モーターの回転力や回転力を制御でき、つまりは人が乗れるような「速度制御」が可能になる

VVVF =「電圧と周波数を変えられる」という意味

で、肝心な話が遅くなりました。VVVFは何の略語かというと、

Variable (ヴァリアブル = 可変的な)
Voltage  (ボルテージ = 電圧)
Variable (ヴァリアブル = 可変的な)
Frequency(フリークエンシー = 周波数)

日本語に訳すと「可変電圧・可変周波数」。さっきから何度も述べている「電圧と周波数を変化させることができる」という意味です。

前回の復習ですが、インバータとは「直流を交流に変換する装置」でしたね。

最終的なまとめとして、VVVFインバータとは、「直流を、任意の電圧と周波数の交流に変換できる装置」です。なんとなくでも、ご理解いただけたでしょうか。


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