VVVF単語

ブイブイブイエフ
今週のおすすめ この記事は第48回のオススメ記事に選ばれました!
より良い音を出す記事に編集していきましょう。

概要

北海道・関東

東海

  • 300系ビュオーーーーーーーーーンビュォーーーーーーーーーーーーーーーン
  • 700系リーーーーーーーーーーーーシューーーーーーン
  • 313系ヒーーファーーーーーーーーーーーン↑バァーーーーン↑↑バァーーン↑ヴァーーーフィィィィーー
  • 373系:ニーーーーーーーープゥゥゥンーーーーーーーーーーー
  • 名鉄300系:キュゥゥゥゥウィィィーーーン↑↑グオォォォォォォォォォォォォ↑↑↑
  • 名鉄3150:キュゥゥゥゥゥゥゥゥウィイイーーーンン!↑グォォォォォォォ↑↑ゴオオオオオオ!

関西

四国

  • JR四国8000系:リィーーーーーーーーウィーーーン↑ウォーーーーン↑ウォーーーーーー

九州

解説

インバーターに中の人がいて歌っている。ソレを知るのは工場の中の人だけ。

GTO後藤)君とIGBT(後端)君、影が薄いがPtr(羽多良)君も居たハズ。

ちなみに今後GTO後藤)君の活躍の場が少しずつ減っていく。現在IGBT(後端)君が流。

後藤君の中には絶対音感を持つ者も居るが、後5年ほどで後端君と交代するらしい。

後端君はが小さくシャイなのだが、鉄オタはどちらかというとジャイアンみたいな後藤君の方が好き。

VVVFは、鉄道車両における制御手法の一つ。特にVVVFインバータ装置をす場合もある。Variable Voltage Variable Frequency(「可変電圧可変周波数」の直訳)の頭文字を取ってVVVFであるが、和製英語である。英語圏ではAdjustable Voltage Adjustable Frequencyなどで通っている。なお、VVVF読みは「ブイブイブイエフ」、あるいは「スリーブイエフ」である。

インバータとは直流電を交流電に変換する装置のことで、VVVFは電圧と周波数(:1間にプラスマイナスを切り替える回数。交流モーターではその回転数に例する)を同時かつ連続的に制御できるということを強調した呼び方である。

なぜVVVF制御なのか

VVVFを用いる一番の理由は、電動機に三相交流モーター(特に誘導モーター)を使用するためである。

従来使われていた直流モーターは、電圧の調整だけで速度制御が行える反面、回転子の電磁石に電を送る摩擦部品(整流子&ブラシ)が必要なため高速回転が難しく、回転騒音が大きい、メンテナンスの手間が余計にかかるなど様々な欠点があった。
誘導モーターはそうした部品がいので小軽量で、高速回転も難なく行える。ただし、回転数が交流電の周波数に例することから、速度制御には電圧だけでなく周波数の調整が必要となる。そのため、かつて周波数を制御する技術がかった時代には一定回転数で使用するモーターとして扱われてきたが、VVVF制御の技術が確立されたことで、これを電車の直流モーターと同じように駆動することが可になった。

なお、インバータの回路に帰還ダイオードを組み込めば、周波数の制御のみで回生(発電)ブレーキも使用できる。また、3相交流のうち2相の相順を入れ替えればモーターの回転方向、すなわち車両の進行方向が切り替わる。したがって、直流モーターの制御機構に必要だった機械的なスイッチ類が大幅に省略できるのも、VVVF制御の持つ大きな利点である。

現代ではほぼ全ての新車両VVVF制御であるほか、直流モーター車両をわざわざVVVF制御に改造した例も数多い。近年では誘導モーターに代わってPMSMを使う車両も増えているが、こちらも制御方式はVVVF制御である。

VVVF制御車の音について

VVVF制御の電車が独特な音を奏でるのは、交流電の電圧と周波数をインバータの素子によるスイッチングで連続的に変えていくため、そのノイズモーターコイルから磁励音となって発せられるためである。その音はメーカー車両によって異なり、ちゃんとモーターが動いてくれれば基本的にはなんでも良いため、形式によって音が変わる。ちなみに加速するときでなく減速するときも音を奏でることが多い(回転しているモーターを発電機のように扱い、他の電車電気を送る)。

VVVFインバータに使用されるスイッチング素子(電流のON/OFFをする素子)には、大きく分けてGTOGate Turn-Off thyristor)とIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)の2種類がある。素子によりスイッチング速度限界があり、GTO較的低いため低速域での変調回数が多く、どうしてもその音がにつきやすい。某社インバーターはこの音が不快な音にならないように制御をいじったものである。IGBTはスイッチング速度が高く変調回数を少なくすることができるため、GTOよりは障りな音が出にくくなる。

初期のVVVF制御インバータにはGTO素子が用いられていたが、2000年代に入ると、装置が小化できることなどからIGBT素子が流となった。近年では、IGBT素子よりもさらにスイッチング速度が高いMOSFET素子も使われている。

「SiC素子」って何?

元々SiCとは炭化ケイ素という化合物化学式であり、スイッチング素子の名称ではない。それまでのGTOIGBTにはシリコン(Si)が使われていたが、近年Siに代わってSiCを用いたスイッチング素子が普及しており、それらが便宜上「SiC素子」と表記されるのだが、本来GTOIGBTと並べる形で「SiC素子」と表記するのは不適切である。なお「sic」や「SIC」と表記するのも誤り。まして「SiCモーター」は論外。

SiCを用いた素子は、Siを用いた素子に対し

という長所があり、VVVF装置の劇的な小軽量化ができるほか、モーターに送る交流電を正弦波に近づけられるため、モーターの損失と電磁騒音の低減が可となる。ただし、VVVF装置にSiCを用いるだけでは車両全体としての省エネ効果は微々たるものであり、新しい設計のモーターを併用するケースが多い。

スイッチング素子は従来と同じIGBTで、回生電流が通る帰還ダイオードにのみSiCを用いたものが「ハイブリッドSiC」と呼ばれ、スイッチング素子にもSiCを用いたものが「フルSiC」と呼ばれる。「フルSiCタイプでは、IGBTではなくMOS-FETいう半導体素子がスイッチング素子として用いられる。

MOS-FETの読みは「モス・エフ・イー・ティー」である。「モスフェット」ではない。

鉄道以外のVVVF

VVVFインバータ制御が用いられる機器は鉄道車両だけではなく、エアコンなどの電製品やいはハイブリッド自動車モーターの制御等、他の分野でも広く用いられている、割とありふれた制御方式でもある。ただし、鉄道以外の分野ではVVVFと特別に区別することなく「インバータ制御」と呼ぶのが普通である。
この記事を閲覧している方々の中にも、「プリウス」や「インサイト」等のハイブリッド自動車が低速走行をしているときや、モーターを内蔵した電製品が起動する際に独特の磁励音がに入ったという経験を持つ方も少なくないだろう。
また、変わった例としてはメリーゴーラウンド等の遊園地遊戯機器の制御にも結構用いられている。特にメリーゴーラウンドに関しては、余程古いものや一部の海外メーカー製を除くとVVVF制御が採用されている傾向があるようだ。
例えばこのメリーゴーラウンドの場合(YouTubeより)exit、ベルが鳴り終わった後の起動の間にJR東日本E351系特急電車を思わせるようなインバータの作動音が聞こえるのがわかるであろう。

関連動画

走行音を録音したもの

AMラジオを利用してVVVFの音だけ拾い上げたもの <参考:VVVFラジオ録音(タグ検索)exit_nicovideo

電車以外のVVVF制御

関連項目

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スマホ版URL:
https://dic.nicovideo.jp/t/a/vvvf

この記事の掲示板に最近描かれたお絵カキコ

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VVVF

200 ななしのよっしん
2017/11/18(土) 22:21:48 ID: PJkapLVCKJ
本文読めばわかりますが、解説の文章を整理・強化して見やすくしました。

SiCの話は書きたいけど、非常にめづらいのが難点。
環流ダイオードについて書かなきゃいけないし、多パルススイッチングについても書かなきゃいけない。
201 ななしのよっしん
2018/03/13(火) 10:38:36 ID: qHJ0Jh/Y4H
概要で吹いて鼻水出たわ
202 ななしのよっしん
2018/05/17(木) 12:02:20 ID: opf8E+Z4px
概要うるさい
203 ななしのよっしん
2018/05/21(月) 11:37:35 ID: 0kHUnnK7vy
関東三菱SiCが5社くらいの車両まで拡大しているけれど関西にはそのうち出るんだろうか...
204 ななしのよっしん
2018/05/21(月) 13:46:19 ID: oFfpOzi1hd
もっと適切なところがあるかもしれんが,ここでかせてください。
>>sm21130716exit_nicovideo

この動画30周辺のコメントで登場する「墜落インバーター」ってなんですかね。
察するに“VVVFインバータ装置から発生するスイッチングノイズ飛行機墜落するような旋である”といった意味だろうか。
鉄道オタクではないのでできれば業界用を噛み砕いて教えてほしい。
205 ななしのよっしん
2018/06/06(水) 17:22:29 ID: Ky5dca/UQ2
じゃないからそれぞれの音とか分からんけどこの概要の勢い好き
206 ななしのよっしん
2018/08/31(金) 13:36:46 ID: 8d5uxnTMmf
>>204
その認識であってるはず普通加速していくと音が上がっていくはずなのに墜落インバーターだと一旦下がってから上がっていく。ちなみに減速の時は逆に音程が上がっていく。
207 ななしのよっしん
2019/03/09(土) 20:56:22 ID: 8ZLi1pRvgB
   ※MOS-FETの読みは「モス・エフ・イー・ティー」である。
    「モスフェット」ではない。
事中のこの記載、国交省の資料とかで呼ばれてるみたいな根拠あるの?
下の東京エレクトロンの半導体用集でも「モス・エフ・イー・ティー」となってるし「モスフェット」に拘りを持ってるわけじゃないんだけど、モスフェットのほうが多数な気がするものでちょっと気になる。
208 ななしのよっしん
2019/03/10(日) 11:38:37 ID: oxtH2d4dIt
概要www
東武スペーシアではじめて聞いたから「スペーシアの音」で記憶してたなぁ
209 ななしのよっしん
2019/04/27(土) 11:44:55 ID: DDcFnHgqNL
>>207
うちの職場ではエフ・イー・ティーの方が多い(英語圏ではフェットの方が多いらしい)。
日本の場合、単一の業種では呼称を統一しないと誤解や伝達の齬が起きるから、他の単と間違えることが少ないエフ・イー・ティーの呼称が多くなったんじゃないかと思ってる。
MOSの方は良く分からないけど、C-MOSとかMOS-FETとかMOS単独では使う事が少なくてエム・オー・エスだと呂が悪くなるからとかかな。(とか言いつつ、うちの職場ではFETのことをMOS(モス)と呼ぶこともあり現場レベルでは結構適当感ある)