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[[ファイル:Chopper jp 02.gif|thumb|240px|チョッパ制御概念図]] '''チョッパ制御'''(チョッパせいぎょ)とは、[[電流]]のON-OFFを繰り返すことによって[[直流]]または[[交流]]の[[電源]]から、実効値として任意の[[電圧]]や[[電流]](一般的には直流、交流の場合も含まれる)を擬似的に作り出す[[電源回路]]の制御方式である。「チョッパ」(chopper) とは英語で「切り刻むもの」の意であり、電流(電圧)を切り刻んでいるかのように制御している意味である。主に[[電車]]の主[[電動機]]の制御や直流安定化電源(ACアダプタ)等に用いられる。入力電圧より下げる制御を「降圧チョッパ」、スイッチング時に発生するスパイク電流を用いて入力電圧より上げる制御を「昇圧チョッパ」と呼ぶ。 ; [[スイッチング電源|スイッチング]] : 直流入力直流出力の場合 ; [[整流器]](コンバータ・順変換器) : 交流入力直流出力の場合 ; 交流チョッパ : 交流入力交流出力の場合 とも言う。 == 概要 == 任意の電力を取り出す際に、[[抵抗制御]]や[[シリーズレギュレータ]]では、余分な電力を「熱」として捨てているのに対し、チョッパ制御では制御素子で電流を高速でON-OFFし、必要な電力だけを取り出すため、熱によるエネルギーの損失が少ない。制御素子には[[サイリスタ]]やパワー[[トランジスタ]]などを用いる。 ON-OFFを繰り返すことから[[ノイズ]]が発生するため、安定化電源等では2次側に[[ノイズフィルタ]]を用いることが多い。 一般的なチョッパ制御回路では、出力電圧・電流などに応じてON時間とOFF時間の割合(デューティー比)を変化させ、負荷が変動しても安定した出力を得られるようになっている。 電子回路においては回路が複雑になるが、直流出力の製品では必要な部品を殆どワンパッケージ化したDC-DCコンバータや、スイッチング素子やチョークコイルなど数点の部品を追加するだけでチョッパ制御回路が実現できるICが発売されている。商用電源-直流出力の製品においてはスイッチングACアダプタなどとして、従来のトランス式電源回路を置き換えている。 ただしオーディオ・ビジュアル家電においては、スイッチングによるノイズを嫌って、あえて従来のトランスやシリーズレギュレータ等を用いた電源回路が採用される事がある。 == 鉄道車両におけるチョッパ制御 == 鉄道車両においては、加速時には降圧チョッパとして動作させ、速度に応じてON時間とOFF時間の割合(デューティー比)を増加させて平均電圧を上げていく。減速時は昇圧チョッパとして動作させ、回路の電圧を架線電圧より高めることで電動機が発生させた電力を架線に流し、[[回生ブレーキ]]を実現する。速度が落ちると電動機が発電できる電圧も落ちるため、やはりデューティ比を上げて常に架線電圧以上の電圧を確保する。このとき、架線電圧を大幅に上回ってしまわないよう、抵抗器や専用の降圧チョッパ(ブレーキチョッパ)を挿入してから架線に戻すこともある。装置によっては、雨などによって加速中に空転が発生した場合に、それを検知してデューティー比を一時的に下げて粘着性能を確保する機能も搭載されている。また電圧を断続的に変化させそれに応じた電流を直流電動機に流しているので、電動機の性能上できるだけ直流に近い電流を供給する為、[[リアクトル]]と呼ばれるコイルを電動機に直列に接続したり、電動機に[[ダイオード#還流ダイオード|フライホイールダイオード]]を逆並列に接続して無加圧時(チョッパのOFFの時間)に循環電流を電動機との間に流して直流に近い電流としている<ref>伊藤一夫 鉄道メカニズム図鑑 P187</ref>。 [[1968年]]、[[東京メトロ千代田線|営団千代田線]]の[[営団6000系電車|6000系電車]](一次試作車。[[電機子チョッパ制御]])で初めて使われた。 [[電機子チョッパ制御]]は最も電流の大きい回路で使用されることから装置が大型、高価、[[誘導障害]]対策が必要なため量産採用されたのはかなり珍しい部類である。特に4象限チョッパ装置ではパワーブロックが2組必要でVVVFインバータ制御と大差無い機器構成のため、多くが増備の段階でVVVF方式に設計変更されているが、京都市交10系や都営10-000形のようにそのまま増備された例もある。ブラシのある直流モーターを使用するため、VVVF方式で使う各種交流モーターに比べて省メンテナンス性で劣る。そのため近年新車としてチョッパ制御を採用された車両は皆無に等しい。 鉄道車両用装置はどの回路をスイッチングするかによってそれぞれ名称が異なる。詳しくは関連項目を参照されたい。 === 搭載車輌 === * 量産採用車 ** [[札幌市営地下鉄]] [[札幌市交通局3000形電車|3000形]](全廃)、[[札幌市交通局6000形電車|6000形]](全廃)、[[札幌市交通局7000形電車|7000形]] ** [[仙台市地下鉄]] [[仙台市交通局1000系電車|1000系]](現在順次[[可変電圧可変周波数制御|VVVFインバータ制御]](1000N系)に改造中) ** [[帝都高速度交通営団|営団地下鉄]](現: [[東京地下鉄]]) [[営団6000系電車|6000]]/[[営団7000系電車|7000]]/[[営団8000系電車|8000系]]、[[営団01系電車|01]]/[[営団02系電車|02]]/[[営団03系電車|03]]/[[営団05系電車|05系]](01系5次車以降・02系20編成以降・03系26編成以降・05系14編成および19編成以降はVVVFインバータ制御、6000系/7000系/8000系、02系チョッパ車は順次VVVFインバータ制御に改造中) ** [[都営地下鉄]] [[東京都交通局10-000形電車|10-000形]] ** [[東武鉄道]] [[東武9000系電車|9000系]](9050系はVVVFインバータ制御) ** 東武鉄道 [[東武20000系電車|20000系]](20050系・20070系はVVVFインバータ制御) ** [[名古屋市交通局]] [[名古屋市交通局3000形電車 (鉄道) |3000形]]、[[名古屋市交通局5000形電車|5000形]] ** [[京都市営地下鉄]] [[京都市交通局10系電車|10系]] ** [[大阪市営地下鉄]] [[大阪市交通局10系電車|10系]](風冷式/[[フロン]]沸騰冷却式 17編成 - 26編成は[[絶縁ゲートバイポーラトランジスタ|IGBT]][[半導体素子|素子]]のVVVFインバータ制御(10A系)に改造) ** [[神戸市交通局]] [[神戸市交通局1000形電車 (鉄道)|1000形]]、[[神戸市交通局2000形電車|2000形]](現在全列車VVVFインバータ制御に改造) ** [[阪神電気鉄道]] [[阪神5131・5331形電車|5131形、5331形]] ** [[日本国有鉄道]] [[国鉄201系電車|201系]]、[[国鉄203系電車|203系]](全廃) ** [[横浜市営地下鉄]] [[横浜市交通局2000形電車|2000系]](全廃) * 特殊な事例 ** [[山陽電気鉄道]] [[山陽電気鉄道270形電車|270形]](全廃)(長期実用試験で281号に取り付けられた。[[吊り掛け駆動方式]]の一般営業車では唯一の電機子チョッパ制御車。) ** [[日本国有鉄道]] [[国鉄EF67形電気機関車]]([[国鉄EF60形電気機関車|EF60]]・[[国鉄EF65形電気機関車|EF65]]形電気機関車からの改造。直流電気機関車では唯一の電機子チョッパ制御車。) ** [[西日本旅客鉄道|西日本旅客鉄道]](JR西日本) [[JR西日本207系電車#0番台|207系0番台]]([[トランジスタ|パワートランジスタ]]素子 (PTr) VVVFインバータ制御。中間電圧発生回路に[[ゲートターンオフサイリスタ|GTOサイリスタ]]チョッパを採用)<ref>パワートランジスタは耐圧・耐電流容量が低いため</ref> 試作されたが量産されなかった車両は多数ある。 * 例 ** [[近鉄3000系電車|近鉄3000系]](廃車) 京都市営地下鉄10系に準じた機器であったが誘導障害が生じた ** [[阪急2300系電車|阪急2300系]]の改造車 (2311/2331) これら電機子チョッパを採用した車両は、通電時にチョッパ装置よりブザーのような一定[[周波数]][[発振]]音を発する。 == 脚注 == <references /> == 関連項目 == * [[直巻整流子電動機]](直流電動機)の[[界磁添加励磁制御]]・[[電機子チョッパ制御]](主回路チョッパ制御) * [[複巻整流子電動機]](直流電動機)の[[界磁位相制御]]・[[界磁チョッパ制御]] * [[分巻整流子電動機]](直流電動機)の[[電機子チョッパ制御|高周波分巻チョッパ制御]] * [[インバータ]](逆変換): 直流入力交流出力の場合 {{DEFAULTSORT:ちよつはせいきよ}} [[Category:電気回路]] [[Category:鉄道車両の制御方式]]
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