VVVF車加速特性　　　2002/03/16
基本的な特性曲線は抵抗制御と変わらない！
速度センサーで粘着限界一杯の制御をすればＶＶＶＦの方が高加速・高減速が可能。

See→VVVFインバータ解説

VVVF車動作状況

　VVVF車のモータがどんな条件で動作しているか、目の子ですが推定してみましょう。
まず速度と回転数の関係は、
ｖ＝πｆＤ／Ｋ(ｐ／２)×（１−Ｓ）
いま、極対数ｐ／２＝２、ギヤ比Ｋ＝７、車輪直径Ｄ＝0.86ｍ、最高速度ｖ＝140／3.6m/s、 最高速度での誘導電動機スベリ率Ｓ＝0.01とするとき ｆ＝ｖＫ(ｐ／２)／{πＤ(１−S)｝＝140×７×２／{3.6×π×0.86×0.99}＝203.55Hz (＝6,106rpm)、滑り周波数はｆ−0.99ｆ＝2.04Hzとなる訳です。 従って、この周波数はVVVF制御により2.04Hｚ〜203.55Hzの間連続調整されます。 （小型誘導電動機のスベリ率は５％〜10％が多いが、鉄道車両用は特に低スベリ率の設計というので、仮に最大速度で１％としておきます）

　トルクとの関係は、まずＣＶＶＦ領域下限を最高回転数の何割から採るか、
次いでVVVF領域上限をそのＣＶＶＦ領域下限の何割に採るか、
という設定で決まります。
これは特性的にはそれぞれ抵抗制御車の特性領域下限、弱界磁領域下限に対応。 抵抗制御車と併結する鉄道も見かけるから、その場合の特性形状は非常に似通った ものと考えられます。そうしないとトルクの強い片方に負荷が集中してしまいます。

　そこで、ＣＶＶＦ領域：特性領域下限を最高速度(最高回転数)の約１／２の72km/h、 VVVF領域上限をその３／４の54km/hと仮定します。
この間のスベリ増領域は、定出力(＝定電流)に制御すればトルクは速度に反比例し弱界磁制御と同じになり、定トルクに制御すれば、出力が速度に比例することになります。
　通勤電車を低ＭＴ比で運行する場合は空転・滑走からVVVF領域でのフルトルクは出せないから、出力一定制御ではトルクの低下するスベリ増領域で、定トルク制御を行って高速特性改善を行う余地があります。これは抵抗制御の通勤車でも弱界磁定格の方が大きい車両が存在するから、フルに増力は無いにしてもＶＶＶＦ車としては十分有り得る特性です。「VVVF車は高速加速が良い」という通説の根拠の一つは此処かもしれません。もう１つはVVVFには起動抵抗損が無いのでVVVF上限をより高速度に設定して差し支え無いためその間の加速が落ちないことです。

　Ｅ２１７系１１両編成の４Ｍ７Ｔで、平坦地加速度2.2km/h/sとして、54km/hまで それを維持すると、１両28トン＋乗客200人×60kgの概算で、
出力＝Ｆｖ＝Ｍαｖ
　　　＝(28＋200×60／1000)×(2.2/3.6)×(54/3.6)×１１／４／４
　　　＝２５２kw　。
　95kW定格の篭型誘導電動機を瞬時とはいえ此処まで使うか！と思いますが、
１ユニットカットで東京トンネル脱出３％勾配に必要な加速度が
9.8×30／1000×3.6＝1.0584km/h/sだから、フルユニットでその２倍以上の2.2km/h/s というのは極めて妥当な値といえます。モータの篭型回転子の耐高熱特性の良さと、それに伴う格段の放熱性能、熱容量とで可能になっているのでしょう。主たる抵抗損を生ずる部分に熱に弱い絶縁物が無いというのは強いです！絶縁物は高耐熱品でも200ﾟCも温度上昇があれば劣化・絶縁破壊を起こしますが、アルミ鋳物やバー溶接の回転子では、鉄心の磁性が落ちる高温まで使えそう。熱がメタルのオイルを飛ばさない限りは回っていそうです。

（E217が現実にどんな設定で作られているかは資料の足らない当推定計算とは別物ですが、そう遠くはないと思います）