電車は「誘導モータ」で走る. 誘導モータを動かすためには,三相交流の電圧・電流が必要. VVVFインバータは ,直流を交流に変換し,誘導モータに三相交流をわたす役割を担っている. VVVFインバータの前提知識 VVVFインバータ説明の前に,前提知識を簡単に説明しておく. 誘導モータとは? 誘導電動機(引用: 誘導電動機 – Wikipedia ) 誘導モータを動かすためには, 三相交流 が必要だ. 三相交流によって,以下の流れでモータが動く. 電流が投入される モータの中にあるコイルに電流が流れて 電磁誘導現象発生 誘導電流による 電磁力発生 電磁力で車輪がまわる 誘導モータの詳しい動作原理については,以下の記事を参照. とりあえず,誘導モータを動かすためには 誘導モータ: 電磁誘導 と 電磁力,三相交流 で駆動する くらいを頭に置いておけばいいと思う. 三相交流とは? 交流 は,コンセントにやってきている電気のこと.プラスとマイナスへ,周期的に変化する電圧・電流を持っている. 一方, 直流 は「電池」.5Vだったら,常に5V一定の電圧が出ているのが直流.電圧波形はまっすぐ(直流と呼ばれる理由). 「 三相 」は名前の通り, 位相が120°ずつずれた交流を3つ 重ねた方式のこと. 日本中に張り巡らされている電力線のほとんどが「三相交流」方式.単相や二相じゃダメ?と思うかもしれないが, 三相が一番効率がいい (損失が少ない)ので三相が使われているのだ. 三相交流=モータの駆動に必要 交流を120°ずらして3つ重ねると損失が少ない インバータの概要と役割 トランジスタとダイオードを組み合わせた回路=三相インバータ 三相交流と誘導モータの知識をふまえた上で,インバータの話に入る. インバータがやっていること インバータ(Inverter) は,「 直流を交流に変える 」機器. コンバータ(converter) は,「 交流を直流に変える 」機器. 鉄道では「三相インバータ」が使われている. 頭に「三相」とついているのは「三相交流」で誘導モータを動かすためだ. じゃあ具体的に三相インバータは何をしているのか?というと・・・ 「 コンバータから受け取った直流を,交流に変えて,モータに渡す 」役割をしているのだ. なお,インバータは電線からとった電力をいきなりモータに入れるわけではない.
三相誘導電動機(三相モーター)の トップランナー制度 日本の消費電力量の約55%を占める ぐらい電力を消費することから 2015年の4月から トップランナー制度が導入されました。 これは今まで使っていた標準タイプ ではなく、高効率タイプのものしか 新たに使えないように規制するものです。 高効率にすることで消費電力量を 減らそうという試みですね。 そのことから、メーカーは高効率タイプの 三相誘導電動機(三相モーター)しか 販売しません。 ただ、全てのタイプ、容量の三相誘導電動機 (三相モーター)が対象ではありません。 その対象については以下の 日本電機工業会のサイトを参考と してください。 →トップランナー制度の関するサイトへ 高効率タイプの方が値段は高いですが 取付寸法等は同じですので取付には 困ることはなさそうです。 (一部端子箱の大きさが違い 狭い設置場所で交換できないと いう話を聞いたことはあります。) 電気特性的には 始動電流が増加するので今設置している ブレーカーの容量を再検討しなければ いけない事例もでているようです。 (筆者の身近では今の所ないです。) この高効率タイプへの変更に伴う 問題点と対応策を以下のサイトにて まとめましたのでご参照ください。 → 三相モーターのトップランナー規制とは 交換の問題点と対応策について 8.
V/f一定で制御した場合、低速域では電圧が低くなるため、モータの一次巻線で電圧ドロップ分の値(比率)が大きくなり、この為トルク不足をまねきます。 この電圧ドロップ分を補正していたのがトルクブーストです。 ■AFモータ インバータ運転用に設計された住友の三相誘導電動機 V/f制御、センサレスベクトル制御に定トルク運転対応 キーワードで探す
振幅がいろいろなパルス波が出力されている なお,上図の波形を生成する場合, 三角波をオペアンプのマイナス側 正弦波をオペアンプのプラス側 へ入力すればよい. そうすれば,オペアンプは以下のように応答する.上の図では横に並べているのでわかりづらいが,一応以下のように出力がなされているはずだ. 三角波 > 正弦波:負 三角波 < 正弦波:正 PWM制御回路 三角波の周波数を増やすと,正弦波との入れ替わりが激しくなり,出力パルスの周波数も増える. スイッチング素子とダイオード PWM制御によって「パルス波」が生成されることはわかった.では,そのパルス波がどうなるのか? インバータでは,PWMのパルス波は スイッチを駆動する半導体素子(IGBTとか)へ入力 される. PWM制御回路からインバータ内にある,2直列×3並列のトランジスタへ入力 このスイッチ素子(たとえばトランジスタ)はひとつの相に二つ繋がれている. 両端にはコンバータからもらってきた直流電圧を入れている(上図左端の"V").直流電圧Vはモータを駆動する電圧となる. トランジスタはPWMのパルス波によって高速でスイッチングを行う.パルスが正か負かによって,上図上下方向の電流を流したり,流さなかったりする. また,トランジスタと並列にダイオード(整流作用)が接続されている.詳しい動作原理はさておき, パルスによるON/OFFとダイオードの整流作用によって, モータを駆動する直流電圧が,細かいパルス波に変えられる という現象が起こると理解すれば良い. 三相インバータは,直流電圧を以下のような波形に変えて出力する.左がコンバータからもらった直流電圧,右が三相インバータのうち1相が出力する波形だ.多少,高調波成分を含むものの,概ねパルス波に近い波形であることがわかる. インバータが直流をパルス波にする パルス波とRL過渡応答=交流 誘導モータのところで書いたが,電流が流れるのは固定子のコイル部分であり,抵抗(R)成分とインダクタンス(L)成分をもつ.つまり,誘導モータは抵抗・インダクタンスの直列回路(RL回路)と等価であると考えられ,直流電圧に対してRL回路と同様の応答を示す. RL回路は,回路方程式から過渡応答を計算できる.図で表すと,ステップ入力に対する過渡応答は以下のようになる. 直流電圧が入っているときは緩やかに増加して,直流電圧に飽和しようとする, 逆に0Vの時は緩やかに減少して0に収束する.
これを繰り返して,スイッチング周波数を抑えつつ,正弦波の周波数を上げて,やがて高速域に到達する. インバータ電車が発する特徴的な音は, インバータがパルスを定期的に間引いて,スイッチング周波数を上げて…上限なので下げて…また上げて…上限なので下げて…. を繰り返すことで 起こっているのだ. ↓この動画の途中," 同期モード○パルス "という表示がある.加速するに従って,パルス数が少なくなっていくのがわかるだろうか?(18→15→12→7→5→3→広域3→1).それが先に示したインバータからのパルス間引きのことであり,○の数字が小さいほど交流波形は粗くなる.が,周波数はパルスに関係なく上がり続けているのもわかる(動画内画面右側).こうやってVVVFインバータは,スイッチング周波数が上がりすぎないようにしているのだ. スイッチング周波数を上げる=損失が増える →周波数に上限を設けて,パルスを間引く =周波数変化による音の変化 まとめ:鉄道に欠かせない制御技術 以上,インバータについてのまとめ. 電車が奏でるあの「音」のは, インバータが損失を抑えるようにして スイッチングすることで生まれている のだ. 最後の方,同期やPWM制御についての話は難しい部分で,うまく説明できた気がしないので...また別の機会にちゃんと書こうと思う. インバータのしくみは結局は電気・電子回路の応用.パワーエレクトロニクスと呼ばれる分野の技術のひとつである. 電気系の学科に入ると,こういうことが勉強できる. 【中の人が語る】電気電子・情報工学科に入ると学べること 電気電子情報工学科で4年間勉強してきた「中の人」による,学科で勉強できること・学べることの紹介. (なので,もし学科選びで迷っている鉄道好きの高校生がいるなら,電気系がオススメ) 他にも,鉄道にはさまざまな電気系の技術が使われている. 変圧器や架線,モータ,計測機器類などなど…やる気が出たらまた別の技術についてもまとめてみようと思う. シミュレーションツール 三相インバータのシミュレーション: 三相インバータ – Circuit Simulator Applet 簡単な回路の作成・波形取得: パワーエレクトロニクス回路シミュレータ「PSIM」 参考文献
まとめ このサイトで紹介したことが 三相誘導電動機(三相モーター)の全てでは ありませんが、概要を多少でも知ることが できたのではあれば幸いです。 三相誘導電動機(三相モーター)は 産業現場で機械、設備を扱う方は 必ず関わることになります。 昔のように手動で機械を動かす時代では 回転物であり巻き込まれると大けがを することになります。 センサー等で制御する場合、 センサーの故障で 突然動作しはじめることもあります。 (これで大けがをした人もいます。) 安全だけには気をつけて 扱うようにしてください。 長く読んでいただきありがとう ございました。 技術アップのWEBサイト
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自覚症状なく症状が急速に悪化した男性の経験談 【新型コロナウイルス感染症】感染症の専門医が第5波到来を予測 感染力の強いデルタ株に注意 新型コロナウイルス感染症経験談
新型コロナウイルス感染症の第5波が到来しています。大阪府でも、新規感染者数が増加傾向にあります。私が診療にあたる患者は、現状20代から50代が多く、60代以上の高齢者はいません。最近は、高齢者施設での集団感染事例を耳にすることも少なくなりました。これは、ワクチンが高齢者から接種され始めたことから、接種の効果が出ていると考えられます。 今回の第5波について感じるのは、4~6月頃の第4波の時と比べ、「重症者の割合が低い」印象です。大阪府が発表した、7月20日時点の重症病床の使用率も10.
3mLを筋肉注射という方法で接種します。 ・1回目の接種後、通常、3週間の間隔で2回目の接種を受けてください。 ・有効性について、発症予防効果は約95%と報告されています。 【モデルナ社のワクチンについて】 ・接種対象者は18歳以上の方です。 ※厚生労働省は、接種対象を12歳以上に引き下げることを検討しており、今後審議される予定です。 ・通常は、三角筋(上腕の筋肉)に、1回0. 5mLを筋肉注射という方法で接種します。 ・1回目の接種後、通常、4週間の間隔で2回目の接種を受けてください。 ・有効性について、発症予防効果は約94%と報告されています。 ◆副反応について 7月7日に開催された第63回厚生科学審議会予防接種・ワクチン分科会副反応検討部会に提出された資料によると、両社のワクチンによる主な副反応は以下のとおりです。 【ファイザー社】 ・注射部位の痛み(85. 6%) ・疲労(66. 0%) ・頭痛(59. 4%) ・筋肉痛(38. 8%) ・悪寒(36. 0%) ・関節痛(23. 0%) ・発熱(16. 感染症 予防接種 ナビ. 8%) 【モデルナ社】 ・注射部位の痛み(92. 0%) ・疲労(70. 0%) ・頭痛(64. 6%) ・筋肉痛(61. 5%) ・関節痛(46. 3%) ・悪寒(45. 5%) ・発熱(15.