駆動に誘導電動機を用い、VVVF(可変電圧・可変周波数)インバータで制御する方式の機関車。
誘導電動機は、従来の直流電動機と異なりブラシと整流子がなく、構造が単純なため、堅牢で、高速回転化しやすい。直流電動機に比べ、保守が容易で高出力化しやすいという利点がある。
また従来の抵抗制御と異なりインバータ制御では接点を無くすことができ、保守が軽減される。さらに電動機を停止の際に発電機として利用する回生ブレーキを高性能化することができる。
このように、メリットが多い制御方式であり、最近では新製される電車のほとんどがこの制御方式を採用している。
以下に、JR貨物が製作した主な新形機関車の諸元を示す。
| 種別 | 電気機関車 | ディーゼル機関車 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 形式 | EF200 | (参考) ED500 |
EF210 | EH500 | EH200 | DF200 | |
| 機関車方式 | 直流1500V インバータ制御方式 | 交流20kV 直流1500V インバータ制御方式 | 直流1500V インバータ制御方式 | 交流20kV(50/60Hz) 直流1500V インバータ制御方式 | 直流1500V インバータ制御方式 | 電気式 機関回転数制御方式 インバータ制御方式 | |
| 軸配置 | Bo-Bo-Bo | Bo-Bo | Bo-Bo-Bo | (Bo-Bo)+(Bo-Bo) | (Bo-Bo)+(Bo-Bo) | Bo-Bo-Bo | |
| 運転整備重量 [t] | 100.8 | 67.2 | 100.8 | 134.8 | 134.4 | 96 | |
| 最高運転速度 [km/h] | 110 | 120 | 110 | 110 | 110 | 110 | |
| 主要寸法 | 車体長 [mm] | 19,400 | 17,600 | 18,200 | 25,000 | 25,000 | 19,600 |
| 車体幅 [mm] | 2,912 | 2,887 | 2,808 | 2,800 | 2,805 | ||
| 車体高 [mm] | 4,210 | 3,963 | 4,280 | 3,960 | 4,078 | ||
| 動輪直径 [mm] | 1,120 | 1,120 | 1,120 | 910 | |||
| 機関車性能 | 定格出力 [kW] | 6,000 | 4,000 | 3,390 | 4,000 | 4,520 | 1800 |
| 定格牽引力 [kN] | 261 | 187 | 199 | 240 | 294(最大) | ||
| 定格速度 [km/h] | 81.2 | 75> | 59.5 | 58.4 | |||
| 台車方式 | ボルスタレス方式2軸ボギー | ボルスタレス方式2軸ボギー | ボルスタレス方式2軸ボギー | ボルスタレス方式2軸ボギー | ボルスタレス方式2軸ボギー | ボルスタレス方式2軸ボギー | |
| 動力伝達方式 | 1段歯車減速 リンク式 | 1段歯車減速 | 1段歯車減速 ころ軸受ツリカケ式 | 1段歯車減速 ころ軸受ツリカケ式 | 1段歯車減速 ころ軸受ツリカケ式 | ||
| 歯車比 | 16:75(4.69) | (4.94) | 16:71(4.44) | 16:82(5.13) | 15:64(4.27) | ||
| 制御方式 | PWM方式電圧形1インバータ1モータ制御 1段抵抗発電ブレーキ | PWM方式電圧形1インバータ1モータ制御 発電ブレーキ | PWM方式電圧形1インバータ2モータ制御 1段抵抗発電ブレーキ | PWM方式電圧形1インバータ(IGBT)2モータ制御 1段抵抗発電ブレーキ | PWM方式電圧形1インバータ1モータ制御 1段抵抗発電ブレーキ | ||
| 主変換装置(インバータ)出力 [kVA] | 1,150*6 | 1,160*4 | 1,477*3 | 1,210*4 | 970*6 | ||
| 補助電源装置出力 [kVA] | 190*1(電動発電機) | 160*1(インバータ) | 140*1(インバータ) | 169*2(インバータ) | |||
JR貨物ではまず1990年に直流電化区間専用のEF200形と交流・直流電化区間両用のEF500形を試作した。VVVFインバータ駆動の利点を生かし、思い切った大出力化が図られた。
またEF500形などの6000kWでは出力が大きすぎるため、4軸で出力4000kWの交直流インバータ電気機関車ED500形を日立が開発した。しかし本線上の試運転(1992年11月から)は行なわれたが、増備はされず、すでに日立へ返却されている。
EF200形は1992年から営業運転を開始し、1997年4月現在 21両が在籍する。東海道・山陽本線で活躍している。しかし変電所の容量が不足するため、出力は約4100kWに抑えている[b]。またEF500形は試験に供されただけで、増備されていない。
なおJR貨物は、電動機をブレーキ時に発電機として用い、その際に発生する電力は、自車に積んである抵抗器に流す、発電ブレーキを採用している。
より省エネな回生ブレーキを採用しない理由は色々あると思われるが、安定したブレーキ力が確保できないことがその主な理由と思われる。
回生ブレーキは、近くに加速中の電車・電気機関車がいないと使用できない。貨物列車は列車密度の低い区間を走行することもあり、回生ブレーキが安定して使用できるとは限らない。
高速化する北海道地区の旅客列車ダイヤに合わせるには、従来のDD51形ディーゼル機関車では性能が不十分だった。そこで1992年に非電化区間用の電気式ディーゼル機関車DF200形が登場した。
この車両は、車内のディーゼルエンジンで発電機を動かして、発電された電力を用いて、誘導電動機を駆動し、機関車を動かす(電気式ディーゼル機関車)。誘導電動機の制御にはVVVFインバータが使われている。
1993年から営業運転を開始し、1994年度〜96年度に各3両、97年度に2両、98年度に1両が増備され、1999年4月現在 13両が在籍する[f]。全車が北海道で活躍している。
なおJR貨物は、EF210形で愛称名を公募したが、DF200形についても愛称名を公募している。[g]
価格は、1999年度増備分が1両 約4億円。[h]
機関にはドイツのMTU社が製造した12V396シリーズを搭載している。直接噴射式水冷4サイクルV型12気筒給気冷却器・過給機付きで、連続定格出力は1250kwとなっている。[j]
ただ、1999年12月から登場した5次車から機関がコマツ製のものに変更された。このため50番台へ番号が飛んだ。[i]
0番台で唯一 コマツ製の機関を搭載している10号機は、MTU社製のものに換装される予定。[i]
1996年2月にはEF65形置き換え用のEF210形 直流電気機関車が試作された。従来のEF210・EF500・DF200形機関車では、1台のインバータで1つの誘導電動機を制御していたが、この機関車は1台のインバータで2台の誘導電動機を制御する。1997年12月から営業運転を開始した。1998年10月のダイヤ改正までに18両が増備される。また一般公募の結果、「ECO-POWER 桃太郎」の愛称名が付けられた[e]。
さらにEH500形 交直流電気機関車が1997年に試作された。関東から北海道の五稜郭までの通し運転を目指している。
EF210とEH500は台車やモーターを共通にし、部品点数を減らしている。
また1999年度事業計画で、JR貨物が新たに2種類の電気機関車の開発を始めることが明らかにされた。EF64形の置き換え用に8軸駆動の直流電気機関車 EH-X形と、EF81形置き換え用の6軸駆動の交直流電気機関車 EF-Y形である。[g]
その後、EH200形・EF510形として、より詳細な計画が明らかになっている。試作車はともに2001年に登場した。愛称が公募され、2003年3月に、それぞれ「エコパワー・ブルーサンダー」と「エコパワー・レッドサンダー」と決定した。