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    回生ブレーキから見た国鉄211系電車

    直巻電動機を利用しつつ、補助電源を利用して界磁調整を可能とした。主回路は抵抗制御のままであるため打ち切り速度は15-30km/h程度と高いが、回生失効は起こりにくい。界磁チョッパ制御を直流直巻電動機に応用した制御方式で、界磁チョッパ制御の問題であった複巻電動機の過渡特性の悪さを克服した形となり、大容量半導体が不要で安価であることから、国鉄?JRでは211系、205系など新製車両に多用され、特に後者は1,461両の国鉄形式第5位(在来線に限れば第4位)の大量製造に至った。また、日本初の回生ブレーキ搭載交直流車両である651系もこの方式である。また、抵抗制御の車両から簡易に改造できるというメリットもあり、私鉄や公営地下鉄では京阪2200系・営団5000系などのように既存形式からの改造がよく行われた。回生ブレーキ フレッシュアイペディアより)

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    回生ブレーキから見た機械

    タイヤの回転を使いモーターで電力を発生させ、車両に搭載した蓄電池を充電し、加速時の電力とする。構造は、インバータによる可変電圧可変周波数制御(VVVF)を搭載した鉄道車両と同じで、回生負荷が蓄電池に変わるものである。ただし、頻繁な高深度充電は電池の寿命を著しく短くするため、回生電力量は抑えられている。また、ハイブリッドカーのうち、エンジンとタイヤが機械的につながっている車両(パラレル式、スプリット式など、エンジンも駆動力とするもの)ではエンジンブレーキも併用される。回生ブレーキ フレッシュアイペディアより)

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    回生ブレーキから見たサイリスタ連続位相制御

    発電ブレーキの併設は、近鉄大阪線のように山間で急勾配が長距離に渡って続く区間を擁し、回生失効によるブレーキ力低下が重大事故につながる危険性のある路線で使用される車両を中心として、フェイルセーフ性を確保する目的で行われている。抵抗制御をベースとした制御方式(直巻他励界磁制御、界磁チョッパ制御、界磁添加励磁制御)では元々電圧制御段が抵抗制御であるため、従来通りこれを発電ブレーキの抵抗として使用できるが、電機子チョッパ制御、サイリスタ連続位相制御、VVVFインバータ制御、及び日本では主流に至らなかった回転式位相変換器を用いた交流電動車の場合は、専用に抵抗器を搭載する必要がある。また、抵抗制御を使用している車両であっても通常よりも大容量の抵抗器を搭載するケースが少なくない。回生ブレーキ フレッシュアイペディアより)

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    回生ブレーキから見た発振

    マイクロコントローラとスイッチング素子の組み合わせを3つ(6素子)以上構成して直流電源から速度にあわせて三相交流を作り出し、誘導電動機を利用できるようにしたもの。回生時は速度にあわせて各相に逆電圧をかけるよう制御して、直流電力を得る。打ち切り速度は理論上数km/hまで保持出来るが、鉄道車両の中にはあえて他の制御方式の車両とタイミングをあわせるため、高い速度で打ち切りを行う場合もある。交流から交流への直接変換回路は開発中であるため、電源が交流の場合は回生時に一度インバータ部で直流を作りだし、コンバータ部で再び交流にして架線に返す(加速時と役割が逆転する)。電車による交流電源への回生が一般化したのは、この方式が普及してからである。インバーターに搭載のソフトウェアによっては純電気ブレーキが利用できる。この制御方式を採用している車種のほとんどは、回生失効時には特有の発振音(ノイズ)が聞こえなくなるので、他の制御方式に比べ判別しやすい。回生ブレーキ フレッシュアイペディアより)

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    回生ブレーキから見た交流

    この現象は特に直流電化されている路線で発生しやすい。これは交流電化に比べて直流電化では「き電」区間が短いという要因にもよるが、直流変電所において交流から直流への変換にダイオードブリッジ(シリコン整流器)が用いられていることに起因する。ダイオードブリッジは電流の流れる方向を規制するその機器の特性上、交流から直流へ変換することはできても、直流から交流へ逆変換することはできない。そのため回生ブレーキによって発電した電力は、変電所を通じて直流→交流となることはなく、特に対策を施さない場合は同じ変電所の同じき電区間内に電力を消費する他の「負荷」がなければ回生ブレーキは作動せず、「回生失効」となる。回生ブレーキ フレッシュアイペディアより)

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    回生ブレーキから見た寿命

    タイヤの回転を使いモーターで電力を発生させ、車両に搭載した蓄電池を充電し、加速時の電力とする。構造は、インバータによる可変電圧可変周波数制御(VVVF)を搭載した鉄道車両と同じで、回生負荷が蓄電池に変わるものである。ただし、頻繁な高深度充電は電池の寿命を著しく短くするため、回生電力量は抑えられている。また、ハイブリッドカーのうち、エンジンとタイヤが機械的につながっている車両(パラレル式、スプリット式など、エンジンも駆動力とするもの)ではエンジンブレーキも併用される。回生ブレーキ フレッシュアイペディアより)

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    回生ブレーキから見た電源

    交流電化においては比較的変電所の回路が簡単(降圧のみで整流を行わない)で、架線から変電所を通し、電源側への回生も容易である。また、き電区間が長いため(距離が長くなれば列車本数も多くなる)、発生した電力を他の車両が消費する機会も多い。もっとも、国鉄時代に技術が確立された日本の交流車両や交直流車両は、直巻整流子電動機を動力に用いる直流車両に(変圧器と)整流回路を追加した方式であり、交流側に電力を戻すには、車両側から架線側に周波数と電圧の位相に合わせた電気を架線に戻さなければならない為、可逆コンバータ(インバータ機能を持つ整流回路)を搭載する必要があり、最近まで回生ブレーキはあまり用いられていなかったが、近年の半導体の電力変換技術の進歩により、架線側の周波数と電圧の位相に合わせた電気を架線に戻すことが容易にできるようになり、それにより交流区間での回生ブレーキが一般に使用されている。回生ブレーキ フレッシュアイペディアより)

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    回生ブレーキから見た気動車

    気動車でもハイブリッド方式である東日本旅客鉄道のキハE200形は回生ブレーキを採用している。下記の「自動車」と同様に、回生負荷を自車の蓄電池としているが、余剰分のブレーキ力も一旦電力として回収し、発電機をモーターとして作動させ、エンジンを排気ブレーキモードで回す(抗力をより大きくする)ことにより余剰電力を消費している。回生ブレーキ フレッシュアイペディアより)

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    回生ブレーキから見た南海高野線

    具体的な機器としては、古くは変電に用いられる回転変流機に交流・直流間の電力相互変換が可能な性質があるため、これが用いられていたが、静止形の変換器のうち、現在主流のシリコン整流器(シリコンダイオード)は電流を一方向にのみ流すというダイオードの性質を利用した整流方法からも明らかなように、この性質は備わっていないため、発生する電力を抵抗器で熱エネルギーの形で放出させるかインバータなどを使用して給電側に電力を帰す回生電力吸収装置を別途設置している(南海高野線や近鉄大阪線など)。また、かつての京阪京津線のように高頻度運転を実施する他線区(京阪本線)のき電系統へ供給、そちらを走行する列車に消費させることで発生電力を吸収するケースも存在した。このほか、京浜急行電鉄のように、回生電力の有効活用を目的にフライホイール式電力貯蔵装置を設置したり、近年では、キャパシタや蓄電池を利用した回生電力貯蔵装置も開発されている。回生ブレーキ フレッシュアイペディアより)

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    回生ブレーキから見た鉄道信号機

    直流1,500Vき電システムの場合、上限電圧は1,850Vに定められているので、変電所ごとに電圧監視をして設定した電圧(1,700V前後)に達するとインバータ(直流→交流50/60Hz一定、電圧も一定)→変圧器→自社送電線→駅や信号機の電力として使う。抵抗器は設定値をオーバーした場合に抵抗を並列に入れて消費するために用いられる。この抵抗式は小規模な路面電車や通過する列車本数の少ない区間などで使われる。回生ブレーキ フレッシュアイペディアより)

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