VVVFハーモニー楽団単語

トリプルヴィーフィルハーモニーガクダン
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VVVFハーモニー楽団とは、電車の発した間に舞い降りた奇跡の楽団である。

概要

京浜急行2100形新1000形の一部車両及びJR東日本E501系の一部車両は、美しい音階を発時に奏でることで有名である。にこれらのVVVF音を利用した音楽MADに、「VVVFハーモニー楽団」のタグが付く。

そもそも何で音階なのかむずかしくせつめい

音の大きいVVVFでは、モーターの界磁にかける大電を制御するのに、GTOサイリスタを使用している。

本来、GTOサイリスタは、オンオフの動作しかできない。単純なオンオフだと、矩形波になってしまい、かご三相誘導電動機の中で、理想的な回転磁界を生成できる正弦波から、程遠くなる。高速回転時は、矩形波か、の所に細いパルスを付加した波でも動いてしまうが、とくに初動時は、正弦波に極近づけないと回転子が回りだしてくれない。

そこで、頭のいい人が「正弦波をPWM変調したらいいんじゃね」と思いつき、GTOサイリスタのゲートドライブするところに怪しげなコントローラを突っ込んでしまった。

MZ-700動画を見まくった人なら知っているだろうが、オンオフしか出来ないような出でも、ややノイジーながらそれなりに聞こえる音を出すことが出来る。低音質なら2値量子化ですむが、もう少し聞きやすい音にする場合、波を細かい時間で千切りして、電位をパルスの長さに置き換える、PWM変調を使っている。人間相手なら、千切る間隔の逆数=サンプリング周波数をに聴こえにくい所まで高くする必要があるが、モーター相手なら、サンプリング周波数を下げても誤魔化せる(というか下げないとゲートドライブする速度が追いつかない)ということで、たまたま人のに聞こえる周波数が使われることとなった。

そして、サンプリング周波数やその倍音などが、モーターなど、磁界の変動で振動される部位から聞こえてくるものと見られる。ただし、大電ドライブしているので、他にも強い電場がかかるVVVF装置などから音が出ているかもしれない。

さて、楽曲に使うVVVF音は、圧倒的にシーメンス社製GTO-VVVF装置の低速回転モード(例えば「シードレミファソラシドー」)が使われる。これはたまたま、

  • どうせなら、作ったPWM変調後の波形をそのままROMにおいて、サンプリング周波数だけ変えようよ。
  • 低速だし、あまり細かくすべり周波数を制御しなくても回っちゃうよね。
  • じゃあ、適当に多段階でステップを設けて上げていくか。
  • 音階に合わせたほうがチェックできて楽でね?

という判断がなされたものとみられるが、編集者シーメンス中の人でないので正確なところは不明である。

ともかく、シーメンスGTO-VVVFを搭載した車両は、音が大きく音程が一定しているので、音楽用の音として使いやすい。

ちなみに、技術的なバカ度では、JR東日本E231系東海道高崎宇都宮線の近郊タイプ)に搭載されている「スピードが上がるのに音程が下がる」IGBT-VVVF装置、通称「墜落インバーター」の方が変である。

なんで最新型の電車は静かなの?

VVVFでは、GTOサイリスタの代わりにIGBTというトランジスタ素子が使われる。この素子は、FET+バイポーラトランジスタの2段構成を理やり一つに作りこんだ構造になっている。普通トランジスタと同様に動作するので、オンオフの2値動作だけでなく、アナログ的に電圧を制御することも(コントローラががんばれば)できなくはない。

もちろん、正弦波をそのままなぞると、途中の抵抗が中途半端にある状態を使うことになり、発熱がひどくて効率が悪くなる。ただ、トランジスタとしての特性を、パルスの立ち上げ/立ち下げのリップルを緩和する方向に生かす技術を導入している可性はある。

最新式のIGBT式VVVFでは、サンプリング周波数の可聴域外への引き上げや、パルスの並べ方の見直しも行い、GTO-VVVFよりも、出が滑らかな正弦波に近づくように制御しているものと見られる。当然、に聴こえる高調波の成分も減ってしまうので、加減速時の音が聴こえにくくなってしまっている。

VVVFのような複雑な強電機器は、何十年も使えるようなものではなく、同じ体でも10~20年で適宜新しい装置に更新されていく。すでにE501系京急2100形のほぼ全てが日本製のIGBT式VVVFに交換されており、近い将来シーメンスGTOの音は聞けなくなってしまう。今のうちに十分楽しんでおきましょう。

なんでこんな真面目な解説をしたの?

そりゃ、本家VVVFが、すんごくゆるーい記事だからに決まってます。

関連動画

関連項目

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スマホ版URL:
https://dic.nicovideo.jp/t/a/vvvf%E3%83%8F%E3%83%BC%E3%83%A2%E3%83%8B%E3%83%BC%E6%A5%BD%E5%9B%A3

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VVVFハーモニー楽団

13 ななしのよっしん
2011/05/23(月) 07:33:24 ID: Q9Hdf8NJF9
ってか記事の読みがトリプルブイエフ~なのな。
本家VVVFブイブイブイエフだし、合わせないのかな…とか。
14 ななしのよっしん
2011/06/12(日) 20:02:01 ID: IBmqWy2SFS
>>12
要するに現在テクノロジーでは、アクセルをパーシャル制御できず、常に「0⇔最大出」のポンピングをしなきゃならないのね。
当然そんな事をすればシャフトや継手、モーターなどがガコガコするわけだけど、
GTOはだいたい1000回、IGBTで20004000回もポンピングしてるから、それが「プー」とか「キー」とかの可聴音になって貴様のおに届くわけです。
15 ななしのよっしん
2011/09/07(水) 21:02:20 ID: oJSIcUIpG+
デューティー制御ってやつですね
16 ななしのよっしん
2012/03/25(日) 23:57:06 ID: e8yUJ2jv95
ドイツICE3演奏
これは国歌だっけ?
http://www.youtube.com/watch?v=PV2E66JNKpU&feature=relatedexit
17 ななしのよっしん
2012/03/26(月) 00:03:11 ID: YJ2v3zuVmm
>>13
ブイブイブイエフか、スリーブイエフか、トリプルブイエフか。
どれでもいいんじゃない?
読み方が全に統一されていないから仕方ない。

※ちなみにwikipediaだとトリプルブイエフという読みではない
18 ななしのよっしん
2012/03/30(金) 18:16:33 ID: FgSz4oUswt
>>17
ブイブイブイエフか、スリーブイエフで良いんじゃない?トリプルブイエフは初めて聞いた。
19 ななしのよっしん
2014/03/31(月) 13:20:32 ID: PxkYyrt59q
シーメンススリーブイエフはほんとは
ファソラシ♭ドレミファソ〜♪
だからね?
20 ななしのよっしん
2016/06/18(土) 16:23:31 ID: KNn12GDSSu
>>sm28967087exit_nicovideo

「一理解できないような細かい説明なんていらねえ!」
って人はこの動画の余コーナーがわかりやすいかも
21 ななしのよっしん
2017/06/21(水) 21:43:07 ID: W2SWi8LaJx
直流電動機ではなくて、誘導電動機だとか同期電動機だとかは、正弦波になるような電圧を掛けてやると緩やかに電動機内部の磁界が変化するから動きが滑らかになるんだよ。だから理想は正弦波を掛けること、なんだ。でも、それだと正弦波の周波数と電圧(振幅)を大きくすることも小さくすることもできない、つまり、電動機(モーター)の加減速をする制御ができなくて不便なわけ。

そこで、編み出されたのがスイッチング。これによって回路を工夫することで均電圧(ここ重要)を上げることもできるし、信号のオンオフの時間を変更すれば周波数を変えることができるようになって便利になったわけさ。
ただ、これには欠点があって、PWMの信号だとかで、元になる正弦波をぶった切って理やり均電圧を下げるから、変な電圧(ノイズ)が出たことになって、機械を痛めることになるんだよね。(サイリスタの仕組み参照)

ちなみにインバーターは直流を交流に直す回路のことをすんだよね。つまり、都内だとかの直流電化区間はインバーターを使ってモーターを回すんだよ。新幹線だとか地方の交流電化区間はコンバー
(省略しています。全て読むにはこのリンクをクリック!)
22 ななしのよっしん
2018/10/19(金) 16:45:50 ID: 0fH6mGS2tv
わかりづれぇw