東京総合車両センター公開 その3 首都圏直流電車の主電動機 part3 MT54

東京総合車両センター公開での主電動機の展示に沿って、歴代の電車のモータを見ていますが、今回は国鉄抵抗制御新性能電車のスタンダード・モータだったMT54形です。

MT46、MT46Aが101系から始まる新性能電車の主電動機として東洋電機製造が設計したのに対して、MT54は日立製作所が1962年に設計・開発したモータで

端子電圧　375V
定格出力　120kW
定格回転数　1630 rpm 全界磁
定格電流　360A
最高回転数　4320 rpm

となり、MT46Aに対して20%出力が向上し、MT比１：１の車両構成でも25‰程度の勾配が登坂可能となり、経済性と輸送力を両立させました。

クモハ165-108　2014/8/12 リニア・鉄道館

MT54が最初に搭載された系列は165系で1963年3月、主制御器CS15と組み合わせて登場しました。勾配線区や寒冷地での運用を考慮し、153系に対して出力増強、耐寒性能が向上した急行形系列となりました。

急行形では交直両用系列の50Hz版451系､60Hz版471系においてもMT46AをMT54に置き換えて453系や、473系、さらに453系や473系に抑速ブレーキ機能を付加した455系、475系、(制御器はCS15B)、そして周波数を50/60Hz対応可能とした457系へと発展して行きました。また165系においては修学旅行用バージョン167系、さらに碓氷峠の協調運転用として169系が製造されました。

クモハ473-1+モハ472-1の1ユニットのみの製造で終わった473系 1981/11/26 金沢
ちょうど34年前に撮影した写真です。

特急形では151系、161系がモータを換装し、181系に、交直両用昼行特急車輛の481系、483系、485系、碓氷峠協調運転用489系、寝台特急電車581系、583系（モータは耐寒耐雪形のMT54B、主制御器もCS15E)、交流専用特急車両781系では417系で採用された強制通風冷却方式のMT54Eが採用されました。183系でもMT54が採用されました。

近郊形でも401/421系の出力増強タイプとして、403系、423系、さらに50/60Hz共用として415系、その直流版として111系の出力増強タイプ113系、勾配区間対応でノッチ戻し、抑速ブレーキ装備の115系（制御器はCS15A）に採用されました。

117系ではMT54Dが採用され、185系も同形式が採用されています。Dはネジがウイットネジ(インチネジ）から新JISネジ(メートルネジ）にかわり、互換性が無くなったことで新たに形式を起こしたそうです。

711系　試作902編成を組み込んだ編成　1991/8/20 苗穂

711系ではサイリスタ位相制御が採用され、MT54A電動機を永久並列接続し、端子電圧は375Vから500Vに引き上げ、定格電流を330Aに下げたことで、定格出力は150kWに上昇し、弱め界磁制御も廃して単純化されました。

国鉄以外では、

西武の601系からのカルダン車系列、701、801系は日立HS-836-Frb型 (端子電圧375V、定格出力120kW)ですが、国鉄のMT54と同一設計のモータでした。なんと国鉄の165系(1963年就役）よりも早い1962年に登場しています。さらに西武ではこのモータを国鉄101系と同じ84:15 (=5.60)の歯車比で駆動しており、加速力、牽引力重視の設定でした。国鉄では電力消費量の問題でこの歯車比の通勤車両は新造されず、581系583系を近郊型に改造した419系、715系で初めて101系の駆動装置を転用した際に登場しました。

北陸鉄道の7000系は廃車となった西武の701系のモータを再利用しており、えちぜん鉄道のMC6001形も愛知環状鉄道の100形などを譲受した際にJR東日本からMT54を購入し、搭載しました。伊豆箱根鉄道の3000系でも西武601系などと同仕様の日立製HS-836-Krb型が使用され、歯車比は86:15=1:5.73 となっています。

419系 D15編成 2008/9/5 越前花堂

165系の走行機器を再用した１M方式の107系ではMT54BもしくはMT54D 4基を永久直列接続とし、歯車比を165系の4:21から5:60に変更して使用しています。

107系　N1編成　他　20011/11/3 日光

こうやって挙げて行くと、103系のMT55、381系のMT58以外殆ど全てのMT46A以降の抵抗制御方式の国鉄新性能電車に使用された汎用モータであることが分かります。

CS15はCS12の発展型主制御器で電動カム軸式抵抗制御器
直列全界磁　13段　並列全界磁11段　並列弱め界磁　4段　
発電ブレーキ　ノッチ戻し制御　抑速発電ブレーキ付き　となっています。

にほんブログ村　

最後まで読んで戴きありがとうございます。
上のリンクをクリックされると面白い鉄道記事満載のブログ村。もしくは鉄道コムに飛ぶことができます。

1974,1975 北海道へ 4 我が国初の交流電車711系 その2

昨日の記事に続き、711系です。 

1991/8に北海道に行ったとき、711系の塗装が大きく替わっているのに驚きました。そして試作編成が３両化されてはいましたが、依然健在だったのには安心しました。

<試作車>

1967年に製作されました。クモハ711形+クハ711形の2両編成とされ、仕様の異なる2本が用意されました。
クモハ711-901+クハ711-901（S-901編成）
汽車会社製で、客用扉は4枚折戸両開き式、客室窓は16mm厚複層ガラス（1重）2段式のユニット窓でした。

クモハ711-902+クハ711-902（S-902編成）
日立製作所製で、客用扉は一般的な片開き式引戸、客室窓はキハ56系と同様の開閉可能な1段上昇式二重窓でした。 クハ711-902はディスクブレーキ装備のTR208Y形台車を装備し、室内天井には電気ヒーターを組み込んだ温風式送風機を設置しました。クモハ711-902の床下には防雪のため全体を覆う機器カバーを設けました。

1980年の第3次量産車製造時にクハ711形100番台を追加して3両編成とし、クモハ711形は編成の中間車として使用することとなりました。1999年10月までに運用を終了し、2編成とも廃車されました。S-901編成のみが苗穂工場構内に残存するそうです。

<第1次量産車>
モハ711形（1 - 9）
クハ711形（1 - 16）

函館本線の小樽 - 滝川間電化開業用として、1968年に製作されました。 3両編成を基本単位とし、運転台をもたない中間電動車モハ711形が新たに設定されました。電気機器類は軽量化と製作価格低減のため仕様を変更し、主変圧器はTM13A形に、主制御器はCS35形に形式を変更しました。パンタグラフは下枠交差式のPS102B形です。「雪切室」は点対称配置に変更され、車体側面向かって左側（2 - 3位）に配置しました。
モハ711-9は2両編成の試作車を3両で使用するための増結用として製作され、主に901編成に組み込んで使用されました。同車は 1980年にクハ711-118 - 218と編成を組成し、以後は通常の3両編成として使用しました。
クハ711形は試作車の902とほぼ同一構造とされたが、屋根上の通風器は一般の押込式に変更され、洗面所窓の形状も変更された。車両間の引き通しは「両渡り」構造に変更されました。台車は密封コロ軸受・ディスクブレーキ装備のTR208形です。

<第2次量産車>

モハ711形（51 - 60）
クハ711形（17 - 36）

函館本線の旭川電化用として、1969年に製作されました。
モハ711形は誘導障害対策のため各電気機器の仕様を変更し、主変圧器は2次側巻線を2分割したTM13B形、主制御器は主電動機の直並列接続化に対応したCS38形を装備しました。車両番号は50番台を付番して区別しています。
クハ711形は循環式汚物処理装置の準備工事がなされた程度で大規模な仕様の変化はなく、番号は第1次量産車の続番とされた。

S056編成　1991/8/19　まだ千歳空港駅だった頃の現在の南千歳駅　

<第3次量産車>

モハ711形（101 - 117）
クハ711形（101 - 120、201 - 218）

千歳線 - 室蘭本線（札幌 - 苫小牧 - 室蘭）電化用として、1980年に製作されました。各部の仕様が変更され、100番台に番号区分されました。 車体は難燃化構造とされ、客用扉はステンレス製です。側面に字幕式行先表示器を装備したため、その位置の窓は固定式となりました。クハ711形では当初から前照灯を4灯構成とし、正面上部にホイッスルを装備しました。車体前部の雨樋は40系気動車同様、ステンレス製の外付式に変更しました。 本区分では車両間の引通しが「片渡り」とされ、クハ711形は奇数向き（100番台）・偶数向き（200番台）で仕様が異なります。100番台はトイレ・洗面所を設けず、定員は96名（うち座席70名）に増加しました。200番台にトイレ・洗面所を装備し、循環式汚物処理装置も当初から装備します。
クハ711-119・120は2両編成の試作車を常時3両編成で使用するために製作され、クモハ711形の前位に追加組成して使用されました。 モハ711形は電気機器類が781系電車と同様のPCB不使用構造とされ、主変圧器・主整流器をそれぞれTM13D形・RS39B形に変更しました。主制御器は水銀不使用構造のサイリスタを搭載するCS48形です。

S108編成　1991/8/19

<改造>

１．試作車の量産化改造

試作車（900番台）について、量産車と仕様を統一するための改造が2度実施されました。 1回目の改造は1968年に行われ、制御機器類の誘導障害対策・量産車との併結対応がなされました。客用扉横の戸閉スイッチは撤去、クモハ711形ではパンタグラフが量産車と同一の下枠交差式PS102B形に換装され、902の床下機器カバーは撤去されました。 2回目の改造は1970年度に行われ、S-901編成では冬季の取扱に難のあった4枚折戸を通常の引戸に変更しました。主回路の各機器も変更され、試作車特有の装備は二段窓を除き量産車とほぼ同一の仕様に改められました。

２． 前照灯増設

降雪時の視界確保のため、前照灯を増設する改造が行われました。 正面上位の種別表示器直上部に砲弾型外装のシールドビーム2灯を増設し4灯化するもので、1973年にクハ711-3・4に試験取付を行い、1977年からクモハ711形・クハ711形に施工されました。1979年に全車への対応を完了しています。

前照灯増設改造されたS-059編成　2002/8/26 札幌

３．主変圧器などの非PCB化改造

従来より変圧器の絶縁油として使用されてきたポリ塩化ビフェニル (PCB) は1972年に製造が禁止され、本系列の第3次量産車（100番台）や 781系電車では絶縁油にシリコン油を使用した非PCB仕様の主変圧器・主整流器が採用されました。本系列の第2次量産車までに使用されたPCBを使用する機器についても非PCB機器への取替えが検討され、1976年にモハ711-8 - モハ711-51に試験交換を実施しました。 試験結果を踏まえ、第1次・第2次量産車の全車を対象とする交換工事が1977年から開始された。1982年に全車の交換を完了しています。

４．客用扉増設改造

札幌周辺での乗降客の増加に対応するため、客用扉を増設する改造が行われました。クハ711形の車体中央部に同一仕様の片開き式扉を設けるもので、クハ711-1・2を1987年9月に先行改造の後、同年12月から第3次量産車のクハ711形を対象に改造が行われました。721系同様、中央扉にもきちんとしたデッキがあり、客室との間には両開きの仕切り扉が備わりました。 施工車は扉の帯上下に同色の細帯を付して区別しました。 クハ711-1・2・106・111・115 - 117・206・211・215 - 217
モハ711形は重量の関係で台枠強度の確保が困難なため、各番台とも客用扉の増設改造は行われていません。

３両のうち、モハを除く両端クハが３扉改造されたS-106編成 2002/8/27 札幌

５．室内設備仕様検討用改造（S-112編成）

731系電車開発に伴う仕様検討のため、1995年に苗穂工場で1編成3両が改造された。 S-112編成（クハ711-112+モハ711-112+クハ711-212）全車を対象とし、室内諸設備の仕様変更（デッキの撤去・半自動装置・ドア開閉ボタン設置（後に撤去）・クールファンの設置・モハ711-112のオールロングシート化）が施工され、クハ711形では比較のため座席配置変更（一部ロングシート付き・ロングシート無し、片側ボックス席の1人掛け化）を施工しました。改造は座席等の接客設備が主で、外観上の差異はほとんどありません。 改造後は一般車と共通に使用されましたが、クールファン取付部から室内に水が侵入するなど、改造に起因する不具合が多発したそうです。2006年7月以降は使用されず、同年11月に廃車となりました。

６．冷房装置搭載改造

2001年より分散式冷房装置の搭載工事が苗穂工場で行われました。対象は後期製作の100番台で、客用扉増設未実施11編成33両のうち、S-110・S-114の2編成を除く9編成27両に施工されました。 モハ711-101 - 105・107 - 109・113
クハ711-101 - 105・107 - 109・113・201 - 205・207 - 209・213

冷房装置搭載改造がなされたS-101編成　2002/8/27　札幌

同じくS-102編成　2008/3/23　上野幌

７．パンタグラフ換装

着雪による離線を防ぐためと補給部品を社内で統一する目的で、モハ711形のパンタグラフをシングルアーム式に換装する工事を2004年秋から2005年秋にかけて実施しました。

シングルアーム式パンタグラフに換装されたS-114編成　2010/6/26 上野幌

にほんブログ村

1974,1975 北海道へ 4 我が国初の交流電車711系 その1

今回は北海道シリーズでこれまでにも何回か登場してきている711系について触れます。

1974/7　深川駅で乗り換えの際に初めて遭遇した711系

国鉄が1967年に設計・開発した、日本初の量産交流近郊形電車で、函館本線の電化事業と並行して、徹底した耐寒耐雪機能を考慮して開発された北海道内初の国鉄電車です。本系列は在来線営業車初の交流専用で設計され、かつ1M方式を採用した量産車となりました。

1967年に試作車2編成4両が完成し、各種試験が行われました。量産車は1968年から製作され、同年8月28日の小樽 - 滝川電化開業時に営業運転を開始しました。1969年の旭川電化、1980年の千歳線 - 室蘭本線室蘭 - 沼ノ端電化と道内の電化区間が延長される度に増備されました。


711系試作S-902 編成　まだ2連で活躍していた頃　1975/8/9 岩見沢

同じくS-902編成が貨車に挟まれ回送されるシーン　1975/10/5 札幌

汎用的に使用できる車内設備を有し、普通列車のみならず「かむい」「さちかぜ」の急行列車にも使用されました。

1987年の国鉄分割民営化では全車が北海道旅客鉄道（JR北海道）に承継されましたが、後継の721系 - 731系の製作により、1990年代後半からは淘汰が進んでいまする。なお、2014年度末をもって営業運転を終了させる方針であることが2012年11月に報道されました。

<車体>

構体は普通鋼製で、1,000mm幅の片開き引戸を車体両端の片面2か所に配しました。客室と出入口を扉で仕切ったデッキを備え、455系などの急行形電車に類似する構造です。客室窓は1,080mm × 680mmの1段上昇式で、内外2組の窓枠をもつ二重窓とし、内側の窓枠をFRP製とするなど、冬季の車内保温を重視した構造をもっています。

電動車のモハ711形には、大容量の「雪切り室」が客室内2位、3位側の2か所に設置されており、吸気口も車体側面の高い位置にあります。これは主電動機冷却のための外気を一度室内に導いたうえで雪を分離し、機器類への雪の侵入を防ぐためのものです。雪切り室と主電動機の間は床下の風洞と蛇腹でつながれています。

特急用として北海道に導入された485系1500番台が北海道の雪による故障続発で撤退したのに対し、北海道用に設計された711系などは冷却空気系に負圧を生じない設計を貫き、北海道特有の細かい粉雪の進入を防いだことで安定運用となりました。

電動機冷却用の風洞は床下の空間に設けられ、断熱材を収容する必要もあるため、床面は暖地向け車両に対して50mm（レール面基準）高い位置にあります。床面高は電動機を持たない制御車クハ711形も同一寸法とされ、このため前面の運転台窓・貫通扉・種別表示器は本州向け電車より高い位置となっており、屋根から前頭部へかけての傾斜もありません。

前照灯はシールドビームを正面中位の左右に各1灯、標識灯・タイフォンは正面下位に設ける。灯火類は国鉄電車の規定位置にあるため、相対的な取付位置は低く見え、標準的な「東海形」の前面とは印象が異なります。前部の排障器（スカート）はエゾシカやヒグマなどの大型動物や、氷塊との衝突を考慮し、耐衝撃性を向上した大型のもので、板厚も厚くなっています。

車両間の貫通幌は車体側と幌枠側の両方に固定用クランプを持つ独特の仕様で、国鉄新性能電車では唯一のものです。

外部塗色は車体全体を赤2号（えんじ色）、先頭車の前面下部をクリーム4号とした配色でしたが、1985年から塗色変更が実施され、明るめの赤1号の地色に、前面と側面窓下にクリーム1号の帯を配したものに変更されました。室内の化粧板も暖地向け近郊形のような淡緑ではなく、新幹線0系や特急・急行用車両などと同じ薄茶色4号です。

1975/8の札幌駅でのS54編成　電車もですが、駅の構造も大きくかわっていることが分かります。

<制御系>

日本の電車では初めてサイリスタ位相制御を採用しました。着雪による故障の起こりやすい接点（スイッチ）類を極力排除し、冬季のトラブル回避とシステムの小型化を図りました。主電動機は永久並列の構成で、電圧制御のみを行い弱界磁制御は用いていません。

勾配区間での走行がなく、また力行時に起動抵抗器を使用しないため、さらに多くの抵抗器を必要とする発電ブレーキは装備しません。常用ブレーキは電磁直通空気ブレーキのみを装備しました。

機器構成の簡略化で軽量化が図られ、電動車は1両で主回路を構成する1M方式が採用されました。

量産車ではモハ711形1両の両端に制御車であるクハ711形を組成し、1M2Tの3両編成を基本構成としました。これはサイリスタ位相制御の採用で高い粘着性能が得られたことと、主電動機MT54の端子印加電圧を高くしたことにより、定格出力が標準の120kW → 150kWで弱界磁制御を排して単純化し、定格速度が同一歯車比の抵抗制御車の52.5km/h → 73.0km/hへとそれぞれ向上したことで可能となったもので、コストを抑えつつ、輸送力を確保することに貢献しています。反面、3両編成中に電動車が1両のみでMT比が低く、公称の起動加速度値1.1km/h/sは一般の特急形電車をも下回りました。

まだ塗装は登場時の塗装ですが、前照灯は４灯になった1983年夏の姿　1983/8/23 札幌

札幌駅で781系特急「ライラック」と並ぶ　

<台車>

台車は本系列専用のDT38形・TR208形で、それぞれDT32形・TR69形をベースとし、インダイレクトマウント式空気バネの枕バネと円筒案内式の軸箱支持装置、密閉形円錐コロ軸受をもつ。軸バネはゴムで被覆され、凍結による減衰機能喪失を防止します。基礎ブレーキ装置はDT38形が両抱き式踏面ブレーキ、TR208形がベンチレーテッドディスクブレーキです。軸受け、軸箱支持共に、国鉄量産形電車では初採用の方式です。

主電動機は直流直巻電動機のMT54A形（第2次量産車まで）・MT54E形（第3次量産車）を用いています。これは国鉄新性能電車が広汎に使用する電動機MT54形（120kW、印加電圧375V）を基に、印加電圧を500Vに上げ、電圧比例的に出力150kWの交流電車用定格としたものです。冷却は独立した送風機を使用する他力通風方式で、車体の「雪切り室」と床下風道の循環気流を併用する方式として、氷雪の進入を防いでいます。この副次作用で、他形式に比べ、同じ主電動機を装備しながら、冷却ファンの音がしないことも特徴となっています。

動力伝達は中空軸平行カルダン駆動方式で、歯車比は近郊形標準の4.82に設定されました。

次回は試作、量産車、そして改造について触れます。

以上、Wikipediaの記事を参考にしました。

にほんブログ村