交流電車はなぜ交流のまま走らない？交流電源をそのまま利用する電車の仕組みを解説

鉄道の電車は、架線から受け取った電気を車両内部で変換して動いています。交流電化の路線では変圧器を使って電圧を下げ、その後に直流へ変換してモーターを動かす方式が一般的でした。しかし、現在では交流の電気をそのまま利用して走る電車も存在します。この記事では、なぜ交流電車で直流変換が行われるのか、そして交流のまま走行する電車がどのような仕組みを持っているのかを解説します。

交流電車でも昔は直流モーターを使っていた

鉄道車両の歴史では、長い間、直流モーターが主流でした。直流モーターは速度制御が比較的簡単で、鉄道車両の駆動用として扱いやすかったためです。

そのため、交流電化された路線でも、架線から受け取った交流電力を車両内で変換し、直流モーターへ供給する方式が多く採用されました。

この方式では、車両に搭載した変圧器で高い架線電圧を下げ、整流器によって交流を直流へ変換します。これが、交流電車で「変圧器で直流に変える」と言われる理由です。

現在の交流電車は交流モーターを使うものが多い

現在の鉄道車両では、半導体技術の発達によって交流モーターを効率よく制御できるようになりました。そのため、交流電車の多くは架線から受けた交流電力を利用して交流モーターを動かしています。

ただし、架線から来る交流をそのままモーターへ接続しているわけではありません。車両内では、まず電圧を調整し、その後インバーターという装置によってモーターを制御しやすい交流へ変換しています。

つまり現在の電車では「交流を直流に変えて使う」のではなく、「交流を制御された交流に変えて使う」という方式が一般的になっています。

交流のまま使う電車は存在するのか

交流電気を利用して走る電車は実際に存在します。特に近年の新幹線や在来線の交流区間を走る電車では、交流モーターを使った車両が多く採用されています。

例えば、新幹線車両では架線から受け取った交流電力を車両内の主変圧器で適切な電圧に変換し、コンバーターやインバーターを通して交流モーターを動かします。

この場合、最終的にモーターへ流れる電気は交流ですが、速度や力を細かく制御するために電子的な変換が行われています。

なぜ架線の交流をそのままモーターにつながないのか

交流電源をそのままモーターにつなぐことが難しい理由は、列車の速度や発進時の制御が必要だからです。

例えば、駅を出発するときには大きな力が必要ですが、高速走行中には力よりも効率が重要になります。電車では状況に応じてモーターの回転速度や出力を細かく変える必要があります。

インバーターを使うことで、周波数や電圧を変化させ、モーターを最適な状態で動かすことができます。そのため、単純に交流を流すよりも高性能な運転が可能になります。

直流電化と交流電化の違い

鉄道では直流電化と交流電化の両方が使われています。それぞれにメリットがあります。

交流電化では高い電圧で電気を送ることができるため、長距離区間でも電力損失を抑えられます。そのため、新幹線や地方の長距離路線などで多く採用されています。

一方で、車両側には変圧器や変換装置が必要になるため、設備は複雑になります。

まとめ

交流電車は、昔は交流を直流に変換して直流モーターを動かす方式が多く使われていました。しかし現在では、インバーター技術の発展により、交流モーターを利用する電車が主流になっています。

そのため「交流電車は直流に変えて使うもの」というのは昔の方式を説明したものであり、現在の電車では交流を制御して交流モーターを動かす仕組みが一般的です。

交流の電気をそのまま利用する電車は存在しますが、安全で効率的に走行するために、車両内部では高度な電力変換と制御が行われています。