＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊

14　電気機関車の制御作用（田中隆三の電気機関車読本　�[）

14　電気機関車の制御作用 

　線電圧を適当に加えて主電動機の速度制御を行うことを制御作用と称する。
　主電動機を制御するには（6.2）高速度遮断機（6.3）過電流継電器（6.4）単位スイッチ（6.5）主抵抗器（6.7）逆転器等を操作する必要があるが、これを操作するためには、（9.1）主幹制御器を取扱うことにより、9節で述べた各種機器を作用させる。
　主幹制御器には既に述べたように、直接架線電圧を加えることなく、電動発電機で発生した低圧を用いる。
　いわゆる間接制御法によるため、その作用は複雑となるが、これには、一回の約束のもとに描かれた電気回路の結線図を用いることにより、容易に会得することができる。
　この一回の約束による結線図をワイヤリングダイヤグラムまたは単につなぎという。
　電気機関車のつなぎには主回路・制御回路・補助回路・灯回路等に大別するが、制御作用として直接必要な回路は主として主回路と制御回路の二つである。
　よって以下この回路のつなぎによって制御作用を説明しよう。

14.1　つなぎの見方 top

　つなぎは一定の約束のもとに描かれる。
　よって、どんな複雑な回線でもこの約束を一通りのみこめば、容易に作用が会得できるばかりでなく、さらにこれを応用して任意の回線を読み、また作ることもできる、
　つなぎの表わし方については、昭和3年1月鉄道省工作局で制定した「電気車機械器具及ツナギ線ノ表ワシ方規則」によっているから、これをもとにして要点を略述しよう。

14.1.1　線の書き方に対する約束 top

14.1.4　機器番号のつけ方に対する約束 top

　各機械・器具の一つ一つにも番号をつけておいて、番号を見ればすぐそれが何であるかがわかるようになっている。
　この番号のつけ方は前項の線番号の数字とそれぞれ関連を持っている。

　ア　主幹制御器回路の機器
　　　50から99までを用いる。
　イ　主回路の機器
　　　550から599までを用いる。
　以上でつなぎの表わし方と約束についてはわかったが、さて実際のつなぎに当ってみると、どこから見はじめるか、どの方向に電流が流れるか、どんな形をしたものが「入」でどんな形が「切」であるかについて当惑することが多い。
　よって、次にこれらの原則的に必要なことを羅列してみよう。
　�@　電源がどこにあるか
　　　主回路の電源側はいうまでもなくパンタダラフであるから、容易に発見できるが、制御回路の方は電動発電機から出る（＋）線を発見せねばならない。
　これには低圧配電盤（290）を探すか、線番号208を見出せばよい。
　�A　電流はどの方向に流れるか
　　　主回路でも制御回路でも接地記号を見出して先に見出した電源との間の最も近い路を選ぶ。
　制御回路では数回線が同時に回路を作ることが多いが、主回路では単一か二又は三回路のみである。
　�B　どれが「入」でどれが「切」か
　　　すべてつなぎは電源のないときの様子を示したものであるから、そのままでは回路は成り立たない。
　あるものを一つ操作するとそれにつながりをもつ他の機器がはたらき、ついで第2のつながりができ、順次これらのことをくりかえして、ついに一つの回路を構成する。
　主回路では「主接触器作用順序表」の○印で「入」を判別し、制御回路では主幹制御器のノッチ位置が順次接触指（Ｏ印の部分）に移動して回路を作るものとして判断する。

14.2　主回路の作用 top

　主回路の作用はノッチ位置に応じた接触器の作用する順序によって構成される。
　これには、碁盤目の縦の方向にノッチ位置を、横の方向に接触器の番号を記した「主接触器作用順序表」と称するものと、主回路の実際のつなぎとによって知ることができる。

　下図はＥＦ15・58形電気機関車の主回路つなぎであり、下の表は主接触器作用順序表を示す。



　実際の回路をたどる前に心得ておきたいことに次の三つのことがらがある。
　　ア　電動機の個数とその組合せの方法
　　イ　ノッチの数
　　ウ　主接触器の種類とその個数
　この形式では
　　ア　電動機は6個あってその組合せは直列・直並列並びに並列の3段組合せがあって、これに弱界磁制御がつけ加えられる。
　　イ　ノッチ数は直列が11ノッチ、直並列が7ノッチ、並列が7ノッチと更に弱界磁ノッチが2ノッチで合計27ノッチある。
　　ウ　主接触器には断流器3個、抵抗スイッチ9個、組合スイッチ10個並びに弱界磁スイッチ８個合計30個ある。
　これだけ頭へ入れておくと至極便利である。
　次に、直列・直並列・並列の各組合せの間で変っでいる点はどこかをあらかじめ知っておくと都合がよい。
　すなわち、総じて言えることは、各組合せとも
　　ア　組合スイッチと界磁スイッチは動かない。
　　イ　断流器は原則として動かないが、ただ、直列最終ノッチと直並列1ノッチがちがうだけである。
　　ウ　抵抗スイッチは各ノッチともほとんど一定でないが、ノッチの進むに従い段々抜けて行って、各組合せとも最終ノッチは全部閉じられることである。

これで予備知識が一通り得られたから、実際のつなぎ第110図についてしらべてみよう。 ア　直列ノッチ 　1ノッチではＬ1 Ｋ2 Ｋ8 Ｋ4、 Ｆ11 Ｆ21 Ｆ31 Ｆ41 の8個の接触器がつくから、主抵抗器は全部挿入された含まＭ6−Ｍ4−Ｍ5−Ｍ2−Ｍ1−Ｍ3の順序で直列全界磁つなぎとなる。 　2ノッチから10ノッチまでぱ抵抗スイッチがいろいろに働いて漸次短絡される。 　11ノッチでは全部の抵抗スイッチが短絡され直並列全界磁の全速運転樗となる。 　そしてここでL2、Ｌ3 が働いて直並列への準備つなぎとなる。 イ　直並列への渡り 　Ｔ1では抵抗器を再び直列1ノッチの状態にもどすが、Ｋ1が入らないからこのときは既に、L2、L3が入っても第3群の抵抗器だけが挿入されたままでいる。 　Ｔ2ではＫ5が入ってＭ6、Ｍ4、Ｍ5の接地回路をつくると共にＭ1、Ｍ3、Ｍ2を短絡する。 　Ｔ3ではＫ2が切れてＭ1、Ｍ3、Ｍ2を回路から切りはなす。 ウ　直並列ノッチ 　12ノッチではＫ1、Ｋ6が入って2群の抵抗器は並列に挿入され、Ｍ6、Ｍ4、Ｍ5とＭ1、Ｍ3、Ｍ2の2回路を構成する。 　13ノッチではＬ1が入って3群の抵抗器は並列に挿入され端子電圧は､増加する。 　14ノッチから18ノッチまでは抵抗スイッチが漸次短絡されて、最後に全短絡し直並列全界磁で全速運転となる。 エ　並列への渡り 　Ｔ6では抵抗器の一部を残したまま他の全部が挿入される。 　Ｔ5ではＫ7、Ｋ8が入ってＭ6、Ｍ4とＭ1Ｍ3の接地回路をつくると共にＭ5、Ｍ2を短絡する。 　Ｔ6ではＫ3、Ｋ4、Ｋ5 が切れてＭ5、Ｍ2を回路から切りはなす。 オ　並列ノッチ 　19ノッチでは抵抗器の一部を挿入してＫ9、Ｋ10を入れてＭ5、Ｍ2 回路を独立させる。 　20ノッチから23ノッチまでは抵抗スイッチが漸次短絡されて、最後に全短絡した並列全界磁で全速運転となる。 カ　弱界磁ノッチ 　24ノッチでは抵抗器の一部が挿入されて界磁スイッチは奇数番号から 偶数番号に切換えられ、いわゆる弱め界磁ノッチの第1段に入る。 　25ノッチでは抵抗器は全部短絡されて弱め界磁で全速運転となる。

14.3　制御回路の作用 top

　電気機関車の制御作用は低圧によって間接的に行われるいわゆる間接制御であるから、主幹制御器（9節）の構造は比較的小型で且つ簡単である。
　しかし主幹制御器による制御回路への電源の切入は電動機に個敷すなわち主接触器の数が多くなるほど複雑となる。よって実際のつなぎについて個々に分析してこれが解説をしよう。

�B　主幹制御器の逆転ハンドル（50−1または2−b）を操作して逆転円筒（注1）を転換して制御器内回線1aからの電源を2（または3）へ送って逆転器（注2）を転換する準備をすること。
　このことは逆転ハンドルはかえしても速度制御ハンドルを1ノッチヘ移さないと逆転器は転換しないことを意味する。
　こうして速度制御ハンドルを1ノッチに進めることによって、機関車に起動するのである（第112図）が以下順を迫ってつなぎの変化を説明しよう。
　なお、この形式の制御回路は最近改造されて、制御スイッチは低圧カノピスイッチに変ったから、第112図において（385−2a）（385−1a）に記号が変るだけであるが、逆転器はＲＶ13形2個になったから（563−2）に電磁弁2個を増設したことになるので、これと（563−1）の前進コイルおよび後進コイルとをそれぞれつなげばよい。
（図では563−2に電磁コイルのツナギが略してある）

（注1）逆転器筒は主幹制御器内にあって、主円筒に対するもので、手動で転換するものである。
（注2）逆転器は高圧室にあって、電磁弁のはたらきによって速度制御ハンドルを任意ノッチに進めめることによって動作する。両者は混同されやすいから注意を要する。

イ　直並列への渡り �@　Ｔ1では回線4、5、6、7、8、9、10、11、12、13が死ぬから、各抵抗スイッチが切れて抵抗器は直列1ノッチのときと同じ状態に挿入されるが、ただちがうところは、断流器Ｌ1が切れてＬ2、Ｌ3が閉じていることである。 �A　Ｔ2では回線18が生きるから、電源は電動機開放器562−1、5C2−2を通ってＫ10切の連動（注3）を経て組合スイッチＫ5の電磁コイルをはたらかしてこれを閉じる。 　このことは組合スイッチＫ10とＫ5との間には何かの原因のために同時作用することがあると、第109図でわかるように、Ｍ5の回路には直接1500Ｖが加わって電動機の閃絡を起す恐れがあるので、これを防ぐために、Ｋ10が切れている間だけ、つまり図の位置にあるときだけＫ5が働くことができることを示す。 　こうて主回路は第110図の直並列渡りＴ2で示したように、Ｍ2、Ｍ1、Ｍ3を短絡した回路をつくる。

（注3）単位スイッチの連動単位スイッチ式の制御装置においては、カム軸式と違って数多くのスイッチが個々別々に働くようになっているので、これらが何の故障もなく作用している間はよいが、中には故障のため作用しないものが生じたとき、場合によっては短絡または接地回路を生ずることがある。 　これを防止するために、ある特定のスイッチの間で、一方が切れないと他方が入らないようにする(切の連動)とか、一方が入らないと他方が入らないようにする(入の連動)ために電気的に相互に鎖錠しあう装置をいう。 　切の連動というのは連動につながる回線が連動によって閉路となっているもの、入の連動で閉路となっていないものをいう。

�B　Ｔ6では回線16が生きるから、電源はＫ6切の連動を涵つて開放器561−1、562−3を経て組合スイッチＫ2の電磁コイルまでくるが、これが接地回路をつくるためにはＬ1Ｌ2のいずれかの入の連動が閉路していなければならない。
　ところが、実際にはＬ2が既に働いているから回路ができているので、Ｋ2は働く。
（Ｌ2入の連動の説明は省く）
　こうして主回路は第110図の直並列渡りＴ3で示したように、Ｍ2、Ｍ1、Ｍ3を回路から切離してしまう。
　つまり短絡式渡り方法をとるわけである。

ウ　直並列ノッチ

�@　12ノッチ回線14が生きるから、電源は二つに分れて、一方は組合スイッチＫ1電磁コイルにいたって、Ｌ3入の通勤の入るのを待つ。
　しかし、Ｌ3は既に閉じているからこの連動を戻ることができてK1は働く。
　他の方はＫ4切の連動を通って開放器562−3を経てＫ2切の連動にいたり、組合スイッチＫ6をはたらかす。
　（Ｌ3入の連動の接地回路は前に同じ）
　よって112ページに図示したような直並列回路に受る。
�A　13ノッチ回線4が生きるから、断流器L1を閉じて3群の主抵抗器は並列に挿入され、合成抵抗が小さくなって加速される。
�B　14ノッチから18ノッチこれらのノッチでは直列の場合と同様、抵抗スイッチが次第に閉じて行って、合成抵抗はますます減じ、18ノッチでは完全に主抵抗はぬけるので、112ページの図示のような回路になって、電動機は直並列全速運転となる。

エ　直並列ノッチ
�@　Ｔ4ではＴ1と同様、回線5,6,7,8,9,10,11,12が死ぬからこれらの抵抗スイッチは切れるが、Ｔ1とちがうところは、回線13が生きたままとなっているから、回路に1部抵抗が入って渡り電流を制限する。
　このとき回路は113ぺージに示した通りである。
�A　Ｔ5では回線19が生きるから電源はＫ8切の連動を経て562−2を通ると回線19aとなって二つに分れる。
　一つはＫ7電磁コイルにいたってＬ3が閉じるのを待つが、Ｌ3は既に入っているから組合スイッチＫ7は閉じる。
　また他の一つはＫ8電磁コイルを働かせるので、組合スイッチＫ8は閉じる。
　こうしてＭ5、Ｍ2は短絡され、ごいわゆる短絡式渡り方式をとって、113ぺ−ジで示した主回路となる。
�B　Ｔ6では間接17と18が切れる。17は前記直列1ノッチ（d）で働いた組合スイッチがそのままＫ3、Ｋ4 が切れるし、18は前記Ｔ2で働いた組合スイッチＫ5が切れることになるので、113ページで図示したように、Ｍ5、Ｍ2を主回路から切りはなす。

オ　並列ノッチ

�@　19ノッチ回線20、5、12が生きるから、先ず20によって電源は二つに分れ、一つは562−2を緩て同様20cとなり、562−1を経て回線20d、Ｋ5切の連動を通って回線20e、Ｋ3切の連動を通ってＫ10電磁コイルにいたるが、Ｌ1、Ｌ2 は閉じているから、組合スイッチＫ10ははたらき、また他の一つはＫ4切の連動を経て上と同様にして組合スイッチＫ9をはたらかす。
　次に5によって、抵抗スイッチＲ13を閉じ、12によってＲ21を閉じる。
　よって、Ｍ5、Ｍ2は回路に並列につながれて、113ページの図のように抵抗群の1部は並列に挿入される。
�A　20ノッチから23ノッチこれらのノッチでは直並列の場合と同様、抵抗スイッチが次第に閉じて行って、合成抵抗は段々減じ、23ノッチでは完全に全抵抗はぬけるので、113ページの図示の回路となり、電動機は並列全速運転となる。

カ　弱界磁ノッチ

�@　24ノッチ回線21、5、11、12が死んで22が生きるから、先ず21が死ぬことにより、Ｆ11、Ｆ21、Ｆ31、Ｆ41 というＦの奇数番号スイッチが接地を失って切れて、次に22が生きることによりＦ12、Ｆ22、Ｆ32、Ｆ42 というＦの偶数番号スイッチが閉じる。
　これらの間には同時作用が行われると、一時回路が構成されないことがあるので、これを防ぐために回線2bが1ノッチから始終生きていて、奇数番号のスイッチに対してはF12の切の連動でつながれていて、偶数番号スイッチが切れる前に奇数番号が切れることを防ぎ、偶数番号のスイッチに対しては、Ｆ11の切の連動とＦ22の入の連動とにつながれていて、奇数番号のスイッチが切れる前に偶数番号が切れることを防いでいる。
　同様5、11、12が生きることによりそれぞれ回路に1部抵抗が挿入されることは前に同じ。
�A　25ノッチ回線5、11、12が再び生きるので、抵抗スイッチは全部短絡されて、弱め界磁スイッチが全電圧を加圧されることにより、電動機は弱界磁で全速運転となること、113ぺ−ジ図示の通りである。

キ　電動機解放運転

　主電動機の一部に故障を生じたときは、その電動機を含む1組の電動機を主回路から切りはなして、残りの1組か2組の電動機で運転することは電動機開放運転（モータ・カットアウト）という。
　従来の電気機関車では2個電動機を開放すると、残りの電動機では直列運転しかできないものが多かったが、最近の機関車では直列のほかに並列運転を継続することができるようになっている。
　電動機開放運転における制御作用を知るには、別に「主電動機開放の場合の主接触器作用順序表」によることが必要である。ＥＦ15・58形における同表には次の3つのケースの順序表が用意されている。（第109図参照）
（1）Ｍ1Ｍ3開放の場合
（2）Ｍ4Ｍ6開放の場合
（3）Ｍ2Ｍ5開放の場合
　いま、Ｍ1Ｍ3開放の場合における制御作用について、その概要を説明すれぱ次の通りである。
　第109図において、Ｍ1Ｍ3を開放することは主回路の562−1を開放することであるから、第111図において制御回路の562−1（6ケ所ある）は何れも右側に倒されるので、各ノッチでは次の変化が起る。

�@　直列1ノッチ
　回線4が生きることによる作用は変りないが、回線16及び21が生きることによりＫ2及びＫ4電磁弁の電源が切れ、次の2つの回路が構成される。
回線16−（562− 1）−（562−2）一回線17c− Ｋ3 電磁弁−接地
回線21−F12電磁弁一回線2b−（562−2）−（562−1）一回線20a−Ｋ9電磁弁−接地
　かくて第109図において（＋）−Ｌ1−R（略）−Ｍ4−Ｍ6−Ｋ3−Ｍ6-Ｋ9−Ｍ2-（−）
となる。（2ノッチ以下は省略する）

�A　直並列渡りノッチ
　先ず回線15及び18が生き、ついで16が死ぬから、次の作用が起る。
回線15− Ｌ1、Ｌ2電磁弁−接地

なお、回線16が死ぬことによってＫ3電磁弁が切れるから、Ｍ2Ｍ5は回路から一旦開放されると共に、Ｍ6Ｍ4回路は一部回路を構成して並列つなぎの準備をする。

�B　並列ノッチ（実は直並列1ノッチ）
　回線14が生きるので次の作用が起る。


�C　誤って並列ノッチに投入した場合には、先ず同様20が生きるが562−1はいずれにも通じているからＫ10電磁弁は働いて回路に変りはない。
　以後は平常運転と全く同様にして抵抗が順次抜けて行くだけであるから、結局、開放運転の場合は各組合せとも直並列と並列とは全く同じ出力しか出ないことで、言わば意味のない手数をかけるに過ぎないこととになる。
　よって作用順序表には各場合とも直並列ノッチがなくて並列のみを表示しているのである。

�D　弱界磁ノッチ
　弱界磁ノッチを投入しても同回線には開放器連動は入っていないから回線21が死んで22が生きることによる奇数番号の界磁スイッチと偶数番号の界磁スイッチが入れ代ることは平常運転と変りない。
　すなわち、開放運転の場合弱界磁ノッチを使用しようとするには、直並列ステップは遊びノッチとして用いた後に投入するほかに方法はない。
　Ｍ4Ｍ6開放の場合と、Ｍ2Ｍ5開放の場合の制御作用は上記と多少の相違があるが、基本となる点は殆んど同様であるから省略する。

top
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊