- 【6:83】 消費電力やら定格性能やらについて
- [1] 名前：イカ 日時：2009/02/12-13:14:19 ID:E2HmSkX1
- こんにちは。久しぶりに覗いてみました。
さて、定格の話でもしようかと思ったのですが、なにやら車両の消費電力でいろいろな意見が出ているみたいですね。
とりあえず、その話を先にしておこうかと思います。
●省エネ性
私の考える車両の省エネ性です。
・103系 - 電気をよく食う車両。理由、重いから。
・201系 - 回生ブレーキが使えるので、103系よりはマシ。でも、やっぱり重いので、イマイチ。
・205系 - 省エネ車両。理由 - 軽いから。回生ブレーキの効率はやや低いが、車両が軽いのはよい。
●エネルギー消費を決める要素
みなさん電流がどうとか、難しい話をしていますが、私は結構単純に考えます。
エネルギー消費を決める要素は、以下の三つが主なものと考えます。
・質量
・速度
・回生性能
まず、質量。これは言わずもがなです。
ある質量Mをもつ車両が速度vまで加速するとき、必要な仕事量は
E = 1/2・M・v^2
です。また、車両が勾配を上るとき、高低差をhとすれば、必要な仕事量は、
E = M・g・h (gは重力加速度）
になります。エネルギー消費は単純に質量に比例します。
その他の走行抵抗も、空気抵抗以外は質量に比例すると言っていいでしょう。
重いことは必ずしも欠点ではありません。揺れが少ないなどのメリットもあります。
ただし、ストップアンドゴーをくり返す通勤形車両では、重いことは不利な条件と言えます。
次に速度、これも重要です。先に示した式のとおり、運動エネルギーは速度の二乗に比例します。
実は加速度はあまり関係ありません。同じ速度に達するならば、加速度の低い車両は加速時間が
余計に必要なだけで、結果として消費する電力はほぼ同じです。
また、速度で重量なことは、速度が高いほどたくさんの電気を必要とするということです。
たとえば、0km/h → 45km/hまでの必要なエネルギーと、45→90km/hまでに必要なエネルギーを
単純に比べると、後者は前者の3倍になります。
そして回生性能。回生ブレーキは運動エネルギーを電気エネルギーに戻してあげられるものです。
条件のよい場合で、約30%の回生が可能だと言われてています。
つまり、条件さえ整えば、30%程度の質量増はカバーできることになります。
別の言い方をすれば、30%程度軽くするだけで、回生ブレーキと同じ効果が常時得られることになります。
私が考えるのはこの3点だけです。ほかの要素はあまり関係ないと考えています。
●制御器の違いはどうか？
よく抵抗制御車は電気を熱にして捨てるから、電気を無駄に消費すると言われますが、
じつはたいした量ではありません。抵抗で電圧を制御するとき、直並列制御を組み合わせた場合で
50%増しの電力を消費するだけです。
50%というと大きいように聞こえますが、抵抗を使って電圧を制御するのは、比較的速度の低い領域です。
103系なら40km/hぐらいまで。
さきほど、速度が高いほどたくさんの電気を必要とすると書きましたが、これにも当てはまります。
103系が0→80km/hまで加速するとき、抵抗制御によって無駄にしているエネルギーは、
たかだか8分の1程度です。100km/hまでなら12.5分の1。
速度が上がるほど、その比率は小さくなっていきます。
また、界磁添加励磁制御は回生効率が低いと言われていますが、回生ブレーキも速度の2乗に比例します。
80km/hから回生ブレーキで減速するとき、20km/h以下の速度域で回生できる電力量は、全体の16分の1に
過ぎません。これも同様に大きな問題ではないわけですよね。
****
以上が私の見解です。みなさんと一致しているでしょうか？
- [74] 名前：永尾信幸 ◆OPjUH4NtiDY 日時：2009/02/21-21:50:38 ID:MLnc9BPe
- >>73
側面図は、平面図と合わせると具体的にわかる利点についての認識は同じなのですが、やはり手間がかかる部分ですね。
で、側面図については、多くの場合写真が掲載されてるので、それで代用できると考えたわけです。
代用というのは形式写真が少なく列車写真が多い現状では、実際には正確では無いのですが（中間車の形態が現状のウィキペディアの写真ではわかりにくい……先頭車と同形態であれば大きな問題にはならないけど）
そうそう、詳細図と全体図ってのが、私の書いた座席寸法図の考えです。
リンクしてくれた感じが良いですね。
また、座席寸法も車体全体に必要かと言うと、多くの形式では車端部から車体中央にかけてを見る事で対処できます。（イカさんが出してくれた名鉄5700系は両端非対称なので無理ですが）
で、ここでも大きく何が見たいのかをクローズアップして、ドア幅・座席詳細、クロス配置なら転換なのか固定なのか、前座席との間隔程度と詳細図だからとあれこれ詰め込まない方が良いのかとか、まぁ構想だけなので抽象的ですが。
同じ転換クロスでも、今回話に出た117系などは座席幅が1050mmありますし、って再度確認しますと、これ肘掛けを含んだ幅ですねぇ。。。。
名鉄車とかは肘掛けがありませんから、それをそのまま比較すると、私が言う「不公平な比較」になってしまいますね（笑）
117系の説明書を見てみましたが、座席幅だけ明確になる図面はまだはっきり見つけれてません。
うーん、困ったなぁ。。。肘掛けを含む・含まないで意味が変わるけど、簡易図面（本の付録とかで付いてくる図面）だとそこまで判別できないなぁ。。。
これだと、作れない・・・・・うーん。
- [75] 名前：永尾信幸 日時：2009/02/24-16:35:34 ID:TeCnU6AP
- 少し前に、直列で引っ張ったら抵抗損失を減らせれるのでは？という話をイカさんがしていたかと思いますが、今日スキャンした資料の中にそういう事例がありましたので紹介します。
電気鉄道 １９６７年１２月号
http://club103.kokuden.com/DT1967-12.png
名古屋鉄道の事例のようです。
- [76] 名前：イカ 日時：2009/02/28-01:33:54 ID:HAuQt3DT
- >>75
読んでみました。やっぱり名鉄ですか(笑)。らしいというか、何というか。
知人に名鉄の運転士がいるのですが、
「自分の担当する路線はラッシュ時4分間隔なのに、回生車が入らず、
電圧降下ばっかり起こして困る」
とこぼしていたのを思い出しました。
車両だと酷評されることの多い国鉄ですが、ことインフラとなると話は別です。
そもそも体制が違う。
仕事で関わると、鉄道の花形は車両ではなく、工務だということがよくわかります。
●電圧降下の話
同じ資料に電圧降下の話が出ていますね。
電圧降下を起こすとなぜ電力消費が増えるのか、これを読むとよくわかります。
さて、ある一定の速度に達するまでに必要なエネルギー、それにともなう電力消費は
以下の式で表すことができます。
エネルギー≒電力消費 ＝ 電圧×電流×時間
通常は電圧が一定で考えるわけですが、電圧が下がったらどうなるでしょうか。
必要なエネルギーを一定と考えると、電流×時間が増加することになります。
ここで登場するのが饋電損失です。
饋電損失は電流に比例するんですね。
つまり電圧降下を起こすと、抵抗損失が減る代わりに、饋電損失が増えるというわけです。
饋電損失は永尾さんが>>68で書かれていた、1番（巻線損失）におおむね比例しますが、
>>75の記事を読む限り、その影響は巻線損失より大きい感じがしますね。
●直列と並列
オームの法則を転がすと簡単にわかるのですが、抵抗値と消費電力は以下の関係にあります。
・直列の場合
抵抗が大きい機器ほど、作用する電圧が上がる。電流は一定 → 消費電力が増える。
・並列の場合
抵抗が大きい機器ほど、流れる電流が減る。電圧は一定 → 消費電力は減る。
ここでいう直列・並列とは、モーターのつなぎ方ばかりでなく、饋電設備や抵抗器、他の列車が
直列か並列かで変わってきます。
●抵抗制御車はなぜ空転しやすい？
抵抗制御車は粘着係数が低いとよく言われます。よく聞くのは、
「抵抗値を変化させるときに、トルクの急激な変化を伴うので、
そのショックで空転する」
というものですが、もう一つ大きな理由があります。
それは直並列制御です。
抵抗制御では抵抗損失を抑えるために、直並列制御を併用しますが、
これが空転を起こしやすい原因になっているようです。
粘着係数を決める一因として、再粘着特性があります。
これは「回転数が上がると、トルクを失う特性」と言い換えることができます。
もともと直巻モーターにはこの特性は備わっているのですが、
抵抗制御や直並列制御を使うと、この特性が失われることがあります。
モーターを並列に並べているとき、一つのモーターが空転したとします。
直巻モーターは回転数が上がると、抵抗値が増えて電流が流れにくくなるので、
空転したモーターは急激にトルクを失い、再粘着します。
ところが、直列に並んでいると話は変わってきます。
まず、制御器は電流を一定に保つ働きがあります。
空転したモーターに関係なく、直列に並んだすべてのモーターで電流をコントロールします。
空転したモーターは抵抗値が上がりますが、直列に並んでいるため、
作用電圧が上がって、電流が多く流れるように作用するんですね。
こうなると、空転したモーターはトルクをあまり失うことなく、
大空転に発展してしまうわけです。
- [77] 名前：イカ 日時：2009/03/08-23:01:03 ID:4LCZFgLl
- >>23に関して、書籍を持ってきましたので、該当部を引用します。
-----＜ここから＞
昭和47年3月、山陽新幹線オカマ開業時のダイヤ改正では、快速電車は昼間時
ほぼ1本運転で米原まで延長され、停車駅パターンも2系統容易されるなど充実
してきた。しかし、乗客のはかばかしい増加が見られず、全体としての運転本
数は、このまま50年代に入っても大きい差はなく低迷状態であった。
しかし50年代も半ばになると、このような状況に少しずつ変化が現れる。
都市外縁部の発展によって、通勤利用を中心に少しずつ乗客が伸び始めたこと、
並行私鉄の混雑や道路の渋滞も目立つようになり、次第に鉄道、解くに国鉄に
対する期待が高まりはじめた。国鉄名古屋鉄道管理局でもこのような事態を受
けて、昭和56年「PLAN'80 国鉄名古屋」を発表し、1980年代（昭和60年代半ば
まで）の名古屋都市圏での改善目標を明らかにした。名古屋を中心に等時隔、
高頻度の電車運転によるネットダイヤを形成、車両も従来ともすれば、東京付近や
急行で使い古された車両が充当されていたことを反省して新造車を投入し、
本格的なサービス改善に取り組もうとするものであった。
当時国鉄は経営難に直面しており、要因事情も厳しく計画通りには進まな
かったが、昭和57年から快速列車用に大阪付近で導入されて好評を得ていた
117系新造車を入線させた。
その後ダイヤ改正のつぢ、少しずつではあるが増発が行われるようになった。
たまたま貨物列車、優等列車の減量で普通列車の増発余力が生じたこと、従来の
6〜8両といった長編制の車両を運転台架設工事を行って短編成に分割すること
によって、経費増を抑えながら編成数の増加が可能となったことも増発に結びついた。
同61年11月、JR移行前の最後のダイヤ改正が行われた。この段階で、ラッシュ
時の輸送力増強を実現し、昼間時もやや時隔は乱れていたものの、おおむね
快速2本、各停3〜4本ダイヤが実現し、「PLAN'80」の目標が達成され、名古屋
都市圏のダイヤも都市型電車ダイヤとして脱皮を見ることになったのである。
（JR東海ぶらり沿線の旅 特別寄稿 須田寛）
----＜ここまで＞
- [78] 名前：永尾信幸 日時：2009/03/11-13:57:22 ID:YRR.8UEf
- >>77
ありがとうございます。
国鉄時代は結構至るところで１時間に１本とか２本という運転間隔でしたものね。
でも、私鉄並みに増発ってのは、ここでも書かれてますが貨物がある以上、なかなか難しかったのも事実なんですよね。
特に50年代ってフレートライナーに集約しはじめた頃で、小さな駅での集荷貨物がだいぶ減ってたような気がしますので、それだけ増発余力が出たと言う事でしょうか。
また、フレートライナーは速かったですが、そこら辺を走る貨物って、最高速度が70km程度だったし、電車と共存するにはかなり難しいんですよね。
名古屋圏でも実際に増発と言えるものがされたのは1986年11月で、それまでは117系を入れたとしても1時間に2本〜4本しか走ってなかったので、まだまだ須田さんの言われる「国電」にはほど遠かったですね。
ようやくＪＲ前に達成できて本人もホッとしてたんじゃないでしょうか？
113系2000番台も名古屋に入ってますから、案外須田さんの陳情が通っていたのかも知れませんね。
そういえば、グーグルで加速度計算器ってのを調べてたら、２ちゃんねるの加速度スレッドがひっかかったんだけど、なぜみんな計算しようとしないのだろう？
あんなに簡単なのに。
たぶん、裏返せば「計算の仕方を知らない」「知っていても基礎データがない」「計算出来る人はそんなスレッド参加しない」なのかと思いますが、加速度2.0km/h/sだったよなぁとか言う書き込みとかを見るたびに、それで何がはかれると言うのだ！と思ってしまうと言うか。
もともと関心が無かったのでどーでもよかったんだけど、やってみれば案外簡単。
絶対にそうやって計算したものを比較する方が良いと思うんだけどなぁ。
まぁ、ストップウォッチで計るとか言うのもいたくらいだから、そういう楽しみもあるんだろうけど。
そういう私もビデオ撮ったりして、実際に何分で名キロとかやりますから、そういう意味じゃ一緒っちゃ一緒ですけどね（笑）
113系のMT比1:1での加速度が1.6km/h/sってのもねぇ。。。1:1だと厳しいよ。。限流値とかにもよるけど1.2km/h/sってところじゃないのかなぁ。
だから、東海道線も横須賀線も15両の8M7Tって、そう速くないのよねぇ。
トップスピードをどれだけ維持できるかの話なんだけど、たぶんこうなってくると、あそこの住民さんはうーん1.6より少しM車が多いから1.7km/h/sくらいか？というような判断の仕方しか出来ないんじゃないだろうか。
なんか、それももったいないなぁって思う。あれだけの人が参加してるんだし・・・
まぁ、良いんですけど、ちょっと思ったもので。
- [79] 名前：イカ 日時：2009/03/11-19:41:42 ID:oTmmTP/V
- >>78
●名古屋局と117系
繰り返しになりますけど、昭和56年に名古屋圏の改善計画がスタートし、
車両やダイヤの改善が国鉄末期にかけて行なわれました。
57年の117系投入はその一環として行なわれたもので、たしかに投入時は
ダイヤも寂しいものでしたが、改善の途上であったわけです。
ダイヤの改善は61年まで段階的に進みます（JR化後も継続）
●加速度スレッド
見てみましたけど、たいした話は見あたらなかったです^^;
ところで、image BBSに手作り加速度計をアップしてみました(笑)
興味のある人は作ってみてください。
- [80] 名前：永尾信幸 日時：2009/03/12-09:45:53 ID:a0CSoGCO
- >>79
画像掲示板に加速度計測器、ありがとうございました。
前々から書いてますが、ちゃんと理解してる人って、こういう応用ができるんですよねぇ。
いいなぁ（笑）
名古屋と117系についてはその旨理解しています。
先に資料として紹介したジャーナルの名鉄との記事中にも同様な事が記載されていますし、特に三大都市と言われる名古屋において、中央西線は別としても関西線・東海道線ともにローカル扱いだったのは、現地を預かる長としては、やはりいきどおりを感じていたのではないかと思います。
輸送力は輸送量と相関関係が無ければ企画自体通りませんから、一気に増やす事は不可能なんですね。
少なくとも1980年代初頭は小輸送力頻発運転などというキーワードは国鉄には無かったわけですから致し方ない事です。
1985年3月改正時の名古屋駅上りの基本時刻は
10分頃 普通 大府行
25分頃 普通 岡崎行
40分頃 快速 豊橋(浜松)行
55分頃 普通 豊橋行
1986年11月改正時の名古屋駅上りの14時台時刻は
14:00 普通 大府行
14:14 快速 浜松行
14:17 普通 豊橋行
14:28 普通 岡崎行
14:39 快速 浜松行
14:51 普通 豊橋行
14:55 普通 武豊行→日中の乗り入れはこの1本のみ
1988年3月改正時の名古屋駅上りの基準時刻は
10分 快速 豊橋
13分 普通 豊橋
27分 普通 岡崎
40分 快速 浜松
48分 普通 浜松
56分 普通 岡崎
1988年でも発車時刻はちゃんと揃ってないですが、1986年11月で毎時、快速2本、普通4本体制(普通で豊橋までは2本)が整ったと言えます。
この後の改正(たぶん1989年かな)で、新快速の増発があったはずで、1990年3月改正では「それまで車両数の関係で蒲郡や岡崎で折り返していた新快速が全て豊橋まで延長されます」とある。
その1990年3月改正では
05分 普通 岡崎
13分 快速 豊橋（岡崎から普通)
18分 普通 豊橋
28分 新快速 豊橋
36分 普通 浜松
43分 快速 浜松
50分 普通 岡崎
58分 新快速 豊橋
新快速・快速・普通で2:2:4のダイヤができました。
また、岡崎から先も快速1本が岡崎以東普通になるので増発されています。
毎時8本走れば、ずいぶんと乗車チャンスが増えます。
このあたりで、ようやく東京・大阪の国電区間に肩を並べたと言えるかと思います。
須田さんの計画は、ビジョンを示しただけで、単年度計画にどうこうというわけじゃないのでしょうけど、こうやって徐々にその思いに近づいていったってのは、今振り返っても嬉しいものですね。
- [81] 名前：なにわ 日時：2009/03/14-18:47:23 ID:tr6Z00S/
- 名古屋地区の快速は１９７１年４月に誕生しています。
翌年３月には東海の格下げや区間短縮による捻出車で毎時１本運転になったのですが、どうも利用は芳しくなく、停車駅が増えたりしています。まあ、各駅停車毎時１本しかないのですから。
７５年３月には関西からとても短い停車時間の乗降には適さない、１５５系がやってきています。
この後、８０年春には関西から１１７系投入の捻出車である、１５３系や１６５系がやってきて、冷房車は増えています。
１１７系投入までなら、こういう感じでしょうか。
また７０年代には静岡地区にも快速運転が行われていました。沿線にそこそこのレベルの町が多いので、快速運転に適さないのか、自家用車利用のシェアが高いのか、復活はなく、１０分間隔の短編成運転にとどまっていますね。
- [82] 名前：イカ 日時：2009/03/18-18:45:46 ID:Q5viY.Hw
- >>81
名古屋付近の東海道線は駅が少なく駅間距離も長かったので、もともと快速は要らなかったんじゃないですかねぇ。
当時の豊橋〜名古屋間を見ても、以下の駅はありませんでした。
三河塩津・西岡崎・三河安城・野田新町・逢妻・南大高・金山・尾頭橋
名古屋の隣の駅は熱田で5km以上離れていましたし、岐阜〜名古屋間(30km)に至っては現在でもたった5駅しかありません。
- [83] 名前：管理人削除 日時：管理人削除 ID:??
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