単相三線式とはどういう回路ですか？
単相3線式 日本の一般家庭の配電方式ではこの単相3線式が多く採用されるようになっている[1]。
デジタル回路 1つの信号線に対して、信号を出力する素子を複数接続しているバス構造を用いる場合、信号を出力しようとしている素子とその信号を受信しようとしている素子のみがバスを通じて電気的に接合されていなければならない。回路の制御を誤って、不必要な複数の出力回路が同時に接続されてしまうと、回路間に電流が回り込んでしまい素子の破壊につながる。
この破壊を避けるためには、信号を出力する素子以外の出力回路については、全て電気的に絶縁しなければいけない。このように、出力している信号線以外を電気的に切り離した状態をハイ・インピーダンスと呼び、HighでもLowもない第三の状態として扱う。ハイ・インピーダンス状態は記号では「Z」で示される事が多い。
しかし、入力端子につながっている全ての出力端子がハイ・インピーダンス状態になった場合、入力端子には電気的に何も接続されていないのと同じになり(「浮いている」状態)、今度は、先に述べたような電磁誘導等による誤動作や素子破壊を伴うような状態におかれてしまう。このため、対策として、ハイ・インピーダンス状態を伴う信号線にはプルアップまたはプルダウンをするのが常套手段となっている。
直列回路と並列回路 2つより多くのコイルでは、それぞれのコイル間の相互インダクタンスが発生するため、全体のインダクタンスの計算は複雑になる。3つのコイルの場合、 M 12 {\displaystyle M_{12}\quad } 、 M 13 {\displaystyle M_{13}\quad } 、 M 23 {\displaystyle M_{23}\quad } という相互インダクタンスが発生する。これは L {\displaystyle L} 行列の逆行列の項の総和で計算される(この場合は 3 × 3 の行列)。
このときの関係方程式は次の形式となる。
v i = ∑ j L i , j d i j d t {\displaystyle v_{i}=\sum _{j}L_{i,j}{\frac {di_{j}}{dt}}}
幹線 幹線設備(幹線サイズ)の材料を選定する際には、使用する負荷容量に応じた許容電流、電圧降下(配線のリアクタンス、表皮効果、負荷力率等)、配線保護等を考慮して決定される。
日本では低圧幹線は、単相2線式(100Vまたは200V)、単相3線式(200/100V)、三相3線式(200Vまたは400V)、直流2線式(100V)に分けられる。
インドネシアでは三相4線式(380V/220V)が一般的で、幹線はNYYやNYMケーブル(PVC二重被覆ケーブル)が多かったが、許容電流が大きいXLPE/PVCケーブルが徐々に普及してきている。
JR東日本GV-E400系気動車 PWMコンバータ部とVVVFインバータ部と補助電源装置部で構成された三菱電機製CI 27主変換装置を搭載している。半導体素子にはダイオード側にSiC素子を採用しており、PWMコンバータは三相2レベル方式電圧形PWMコンバータ、VVVFインバータは三相2レベル方式電圧形VVVFインバータ、補助電源装置部は半導体素子にハイブリッドSiC素子を採用した2レベル方式の静止形インバータ(SIV)である。
補助電源装置部はPWMコンバータで変換した直流を三相または単相一定電圧一定周波数に変換して車両の補助回路機器に電力を供給しており、出力63kVAの三相交流440V、出力7kVAの単相交流100Vをそれぞれ出力する。
動台車(DT87形)を車体後位、付随台車(TR270形)を車体前位に配置する。いずれも川崎重工業製の軸梁式ボルスタレス台車で、軸距離は2100mmである。車軸軸受は円錐ころ軸受を採用した。基礎ブレーキは踏面片押し式のユニットブレーキとしているほか、付随台車のみ1軸1枚のディスクブレーキを併用する。また、ミュージェット噴射装置を装備している。
直列回路と並列回路 どちらになるかは互いの磁場がどう影響しあうかによる。
コイルが2つより多くなると、それぞれのコイル間の相互インダクタンスによって計算が複雑化する。コイルが3つの場合、相互インダクタンスは M 12 {\displaystyle M_{12}\quad } 、 M 13 {\displaystyle M_{13}\quad } 、 M 23 {\displaystyle M_{23}\quad } の3つになり、全体のインダクタンスを表す式は8種類になる。
コンデンサは異なる法則に従う。コンデンサの直列回路の静電容量は、個々のコンデンサの静電容量の逆数の総和の逆数となる。
電気車の速度制御 変圧器は入力側の1次巻線と出力側の2次巻線から構成され、1次巻線に交流を流すと電磁誘導により2次巻線に電流が流れる仕組みである。2次巻線の出力電圧は1次巻線と2次巻線の巻数比率に比例することから、数万ボルトに及ぶ架線電圧を巻線比率を調整することによって、電動機に適した電圧(千数百 - 数百ボルト)に下げることができる。
ここで、巻線にタップを設けて巻数を可変とすれば、タップの切り換えによって異なる出力電圧が得られる。これを電動機の電圧制御に応用したのがタップ制御である。高圧側に前置した単巻変圧器のタップで切り替えを行なってから降圧変圧器で降圧するものを高圧タップ制御、2次巻線に対して行なうものを低圧タップ制御と呼ぶ。高圧タップ制御はタップで扱う電流が小さく、切り替え段数が多く取れる利点を有しているが、前置の単巻変圧器でタップ切換を行うため、変圧器が大型となり重量も増加する。このため、単巻変圧器と降圧変圧器の鉄心の一部(帰線磁路)を共用にして軽量化を図ったが、一見トランスの一次側をタップ切換するように見えて一部の技能者や鉄道ファンに誤解が拡がった。高圧タップ式では水銀整流器による整流をセンタータップ式回路にして、運転管理の必要な陰極を共通電位にして簡素化を図っても電圧切換は一組で済んだことで初期には主流だったが、大容量シリコン整流器の出現で、電圧切り替え機構が一組で済むブリッジ整流回路の採用が整備面においては利便性が高く、以降は低圧側での制御が主流となった。右図中段は低圧タップ制御の事例である。電動機の回転速度に合わせタップを切り替え、電動機の印加電圧を制御する。
一方、変圧器のタップ制御で得られるのは交流であり、直巻電動機を駆動するためには、整流器を用いて直流に変換する必要がある。初期の交流電気車では水銀整流器が用いられた。水銀整流器は位相制御が可能であったが、振動対策や取り扱いが難しく、後に開発された半導体素子によるシリコン整流器へ移行した。また、元々の交流は正弦波であり、整流器で得られる電流は周期的に波を持った脈流となることから、平滑回路を挿入してなだらかな直流とする(右図下段)。変圧器のタップ制御は、抵抗制御とは異なり電流の損失がほとんどなく、電圧の制御幅も自由度が高いことが特長である。
新幹線700系電車 主変換装置は、IGBT素子を利用したPWMコンバータ1基+VVVFインバータ1基で構成されており、富士電機が原設計を担当した。IGBT素子はスイッチング周波数がGTO素子よりも高いため、発車・停車時にGTOサイリスタ装備の300・500系で顕著だった、かご形三相誘導電動機からの磁励音が低減された。また、2.5 kV、1.8 kA級の大容量IGBT素子を採用することで小型軽量化を達成した。制御方式も300系の2レベル制御から3レベル制御にすることにより、電圧・電流波形が交流の正弦波により近い形となり、ひずみ成分波の抑制を図っている。主変換装置内部には冷却用として、インバータユニット側に主電動送風機、コンバータユニット側に補助電動送風機が搭載されている。E・B編成に搭載されるWPC200は制御方式は同一であるものの、車両基地の設備的相違の観点から車側点検・取り外し方式を採用している。
主変圧器は4,160 kVAの容量を備える。強制風冷式外鉄形であるが、軽量化の観点からアルミコイルとした。主回路用の二次巻線は3分割され、それぞれに主変換装置のコンバータ部が接続される。補助電源用の三次巻線は500 kVAの定格容量を備え、単相交流430 V・60 Hzを出力する。量産先行車C1編成にはTTM3、C編成量産車にはTTM3A、E・B編成にはWTM206が搭載されるが性能は同一である。
補助電源装置は主変圧器の三次巻線を電源とし、直流100 V・36 kW、交流100 V・5 kVAの容量を有するIGBT素子を使用した静止形インバータである。このほかに、補助トランスによる交流100 V・10 kVAを有する。E・B編成では客室内コンセント使用による電源負荷増大を考慮し、C編成と同等の性能を持つWSC209に加えて安定化電源を3基(E編成)もしくは6基(B編成)搭載し、蓄電池も6台から7台に増強した。
変圧器 三相交流から単相交流に変換する変圧器で、電気鉄道で交流電気車への電力供給や、三相交流電源を用いて単相電気炉や単相電動機を運転する場合などに採用される。
三相交流から90度の位相差の2組の単相交流を出力するもので、2つの巻線を持つ。
出力電圧を揃えるため、1つの巻線の巻数比をもう一方の巻線の巻数比の 3 2 {\displaystyle {\frac {\sqrt {3}}{2}}} 倍としている。