自分が常日頃言っている「定格速度が低いから高速運転できないわけではない」や「定格速度の高低だけで高速性能は比較出来ない」と明らかに矛盾するように聞こえるだろうが、実はちょっと違う。
高速運転が出来るかどうかについては、メカ的には線路や台車、架線などの問題もあり、室内もその揺れに耐えれる構造なのかとか、騒音を遮断できるかとか、いろんな要素が考えられる。
ただ、ここは運転理論学会だ。理論的に走れるかどうかという部分で考えるなら、高速運転が出来るかどうかは、比較したい速度において、加速力がどの程度あるかという点で比較する事になる。
加速力と言うのは、ある速度において列車の速度を上げようとする力。もちろんマイナスへの加速力があればそれは減速するって事だけど・・・
で、100km/h時の加速力が30kg/tある列車と60kg/tある列車では、後者の方が倍も加速力が高い。
つまり、100km/h時点で両列車が並んでいて、次の1秒を見た時には、後者の列車は前者の列車が進んだ距離のおよそ2倍近くを走っている事になる。
両車の速度は、当然後者の方が高くなっている。
要は、高速で走れるかどうかは、その列車がどれだけ加速力を出せるかにかかっている。
だから、必要になってくるのは、速度ごとの加速力と言う事になる。その加速力はモーター車の引張力によって決められるから（加速力は、編成のモーター車の全引張力÷列車の重量・・と厳密にはここから勾配や走行抵抗を引く）力行ノッチ曲線を見て高速域で引張力が大きな形式は、同じ荷重の列車で運転するなら、引張力が小さな形式よりも高速時の加速力は高い＝高速性能があると言える。
ここには、定格速度がいくらだとか、そういう要素は全く入ってこない。だから、私が主張してるような事につながってくるわけだ。
定格速度云々ではなく、高速時の引張力で比較しろと。。。。
そうすれば、101系の100km/h時の1ユニット当たりの引張力1300kgと103系の100km/h時の1ユニット当たりの引張力1900kgを比較して前者が高速性能があるなんて口が裂けても言えない。
この辺も、運転理論が一般的で無く、性能を比較するためのパラメーターが「定格速度」くらいしか諸元から見いだせなかった事から広まった都市伝説であると言えるのだが、例えば曽根悟氏など電気関係の専門家なわけだが、そういう部分の説明を全くしていないというのが、とても不思議だ。
そもそも103系バッシングはよく見るが、それより性能の低い101系バッシングはほとんどない。逆に101系を擁護する記事が多いのは何かうさんくさい。
それも、結局は読者が理論武装してないから反論が出来なかったと言うだけであり、これからの鉄道ファンはきちっと理論武装をして、雑誌等の執筆者にプレッシャーを掛けていく必要があると考えている。
さて、ではタイトルに書いた定格速度が低いと高速運転には不利というのはどういう事かというと、出力を有効に使えるかどうかという視点での話だ。
昨日、定格速度について少し離したが、定格出力というのは、定格電流×端子電圧×モーター効率(だいたい0.8～0.9)だ。
103系の場合、一時間定格電流は330Aで、端子電圧は375V、330A時の効率は0.89なので、330x375x0.89=110.137kWになる。
下記は出力の状態を示した図だが、０から斜め右上に伸びてる実線が出力を示している。富士山形をしていて、電圧が少しずつあがるのと比例して出力も上がっていってるのがわかるかと思う。電圧は同じ区０から右上に伸びてる点線だ。
抵抗制御車では、電圧をモーターに一度にかけれない（大電流が流れてモーターが焼ける）ので、抵抗器を介して少しずつモーターに電圧をかけていっている。速度が上がるにつれて電圧が上がって出力をあげて言ってるという感じが図から読み取れるかと思う。
そして、富士山の頂上で電圧が一定になる。この状態が最大出力となる。起動からこの地点までを「定トルク領域」と呼ぶ。
電圧が一定になると、それ以上スピードを上げれないので、今度は電流を多く流れるように界磁を弱める。いわゆる弱め界磁領域に入るわけだが、ここでは電圧が一定で、電流も一定なので最大出力が維持される。しかし、速度を上げていながら出力を一定に保てるわけないので、その分モーターが出せる力は少しずつ落ちていく。一番上の実線を見てもらうと、全界磁から弱め界磁まで緩やかな斜めになってるかと思うが、速度があがるについれて引張力が落ちる、つまり加速力が落ちていくという事を示している。この弱め界磁領域の事を「定出力領域」と呼んでいる。
そして、界磁を最大まで弱めきったら、後はモーターの特性に従って、電流が落ちていき、それに従って出力や引張力も落ちていく。この領域を「特性領域」と呼ぶ。
電気車研究会 交流電気車両要論 川添雄司 1971年12月1日発行 52ページから引用
103系の場合は、低速でのトルクが大きく、定格速度になるのが早い。。。ということは、最大出力に到達するまで時間を要さないという事で、そのあたりが103系の効率の良さにつながるのだが、上の図で言うと、０から伸びてる実線が急激に上昇して35km/h程度で富士山の頂上に到達すると言う事になる。
103系は35%まで弱め界磁を用いるが、それでも65km/h程度までで、そこからは特性領域になる。
特性領域は速度と共に出力が落ちていくわけだから、103系は65km/hを超えた段階で出力が落ちていき、当然それに従って加速力の元になる引張力も落ちていく。
ちなみに113系の場合は、この特性領域に入るのが85km/h程度だから、70～80km/hの中速領域では出力は落ちていない。
そう考えると、低い速度で特性領域に入って、出力が落ち始める103系は高速運転にふさわしくないわけだ。
これが、タイトルの定格速度が低いと高速運転には不利になるという根拠だ。
ただ、最初に書いたように、実際には加速力を比較するわけで、そういうパラメーターを見れば良いのだが、一般論としていくら引張力が大きいと言っても、出力がどんどん落ちるような使い方は不適切と言われても仕方ないかも知れない。ちなみに103系が時速100km/hで走ってる時の電流量は205A程度で、先の出力の計算式で考えると205x375x0.89=68.4kWとなり、最大出力時の60%程度まで出力が落ちていると言える。
いつも、今まで趣味誌で語られてきた事を否定ばかりしてるから、たまには肯定的な書き込みもしてみようかなと、関連するような図を紹介してみた。
