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気仙沼市 歴史
2)ケセ+「前」説。本吉郡が設置される以前、まだ気仙郡に属していた頃、この地は気仙郡の南端だったので、ケセ（気仙）の入口の意味で計仙前／気仙前（けせのくち）と書いたのを、ケセノマエと誤読したのが訛って計仙麻（けせんま）になったという説。この場合『和名抄』の「気前郷」の読み方は初め「けせのくち郷」でのちに訛って「けせまえ郷」と読んだ可能性と、初めから「けせまえ郷」あるいは「けまえ郷」だった可能性とがある。本吉郡は気仙郡の南部と桃生郡の北部を合わせたものという説と気仙郡は含まれず桃生郡の北部だけで建郡したという説があり、後者の説が正しければ「気前郷」は無関係となる（ただしケセまたはケセマという小地名は気仙郡の郡境を越えて気仙沼の南北に散在しているので、「気前郷」が関係なくともこの説が成り立たないわけではない）。
3)ケセ+「真」説。計仙麻（ケセマ）のマは正真正銘を意味する「真」で、「ケセ（気仙）の真ん中」あるいは「ケセの中のケセ」という意味だという説。
2011年（平成23年）3月11日、マグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震が発生し、気仙沼市赤岩で震度6弱、本吉町および笹が陣で震度5強を記録した。大津波とそれによって流出した石油の引火による広域火災も発生し、被害は甚大なものとなった。cf. 東日本大震災。
気仙沼市 歴史
4月14日：GPS（全地球測位システム）を用いた国土地理院の調査の結果、岩手県・宮城県・福島県の広範な沿岸地域において、この地殻変動による著しい地盤沈下があったことが明らかとなった。特に岩手・宮城両県境付近の変動量は大きく、最大は牡鹿半島（宮城県石巻市域）の−120 cm、次いで陸前高田市小友町西の坊が−84 cmで市街地中最大、石巻市（宮城県）が−78 cm、そして気仙沼市は－76 cm、大船渡市は−73 cmであった（cf. 日本における地盤沈下）。
2016年（平成28年）3月1日時点で、市内の被害状況は死者1,214人、死亡率1.95%、行方不明者220人、住家全壊が8,483棟となっている。
気仙沼市 行政
気仙沼では、災害に備えた設備点検も兼ねて、1日4回（6, 12, 18, 21時）に防災無線が鳴る。
『夏は来ぬ』『海』『はまらいんや』ほか
いずれも旧：気仙沼市で既に宣言されていたものであるが、新市設置後の2006年（平成18年）9月27日に改めて以下の宣言が行われた。
気仙沼市 姉妹都市・友好都市
魚のサンマにまつわる縁（気仙沼は一大産地であり、東京の目黒区は落語の演目『目黒のさんま』の由来地）によって、2010年（平成22年）9月18日、友好都市協定が締結され、締結式として「目黒のさんま祭」が行われた。
気仙沼市 地域
2025年（令和7年）5月時点の各地区の人口と世帯数（住民基本台帳調査）。
増減率は5年前の2020年（令和2年）5月時点との比較。
気仙沼市 公的機関
宮城県警察
気仙沼・本吉地域広域行政事務組合（管轄：気仙沼市・南三陸町）
気仙沼市 公共施設
主な施設を掲載。
公民館
全13館のうち、12館は直営で1館は指定管理である。
図書館
気仙沼市立図書館は2館と1館の分室で構成される。
文化施設
運動施設
気仙沼市 経済・産業
漁業・水産業と観光が中心である。東日本大震災後は、ほぼ日刊イトイ新聞が支社を設け、糸井重里の助言を受けてセーター製造会社が起業されるなど新しい動きが見られる。
マグロ、カツオ、サンマは、全国有数の水揚げ高を誇る。ふかひれ（鱶鰭）の産地としても有名であり、水揚げ量は日本一である。市中心部には水産加工団地が発達している。牡蠣やホタテの養殖でも知られている。
施設
小売業では、複数の商店街と、イオン気仙沼店をはじめとする大型店、郊外店がある。
店舗を含む海岸近くの市街地は、東日本大震災による津波で大きな被害を受けた。地元住民向けの小売・飲食機能の回復と市外からの観光客誘致を兼ねて、商業施設や復興商店街（下記参照）が新たに整備されている。前者では、2011年12月に「気仙沼さかなの駅」が、2014年に「気仙沼 海の市」（店舗のほかシャークミュージアムや氷の水族館で構成）が、2017年11月に「南町紫神社前商店街」が、2018年には内湾地区に「迎」（むかえる）が開業した。
なお、「気仙沼さかなの駅」については施設の老朽化等により、2023年1月15日で営業を終了することになり、大半のテナントの店舗は市内で個別に営業を続けることになった。
気仙沼市 経済・産業
復興屋台村・復興商店街
東日本大震災被災により、気仙沼市全域の飲食店の7割が津波により店舗を失った。気仙沼市では被災を受けた飲食店の仮設店舗集合施設が市内各所に設けられ、事業再開に向けた活動が行われていた。屋台村は、2017年3月20日をもって閉鎖された。
南町紫市場・気仙沼復興商店街
気仙沼市南町地区にて商店街運営をしていた。いろはにほへとちの言葉から、イ館～チ館と建物があった。主なものとしてイ館に理想産業・特急寿司、ロ館にとんかつ勝子、ハ館に焼肉牛べぇ、二館に福建楼、ホ館にあさひ鮨、ヘ館に揚げたてコロッケ屋、ト館に〇安、チ館にクボタスポーツがあった。2017年4月に閉鎖され、店舗は前記の「南町紫神社前商店街」に再出店した。
前述のように、ふかひれ生産やそれに加工されるサメの水揚げが多いことから、「サメまち気仙沼」という地域おこしに取り組んでいる。食品としての加工や水族館での展示に加えて、サメ皮製品の専門店もある。
郵便局
簡易郵便局
バイオマス発電など再生可能エネルギーによる電力を調達して供給する「気仙沼グリーンエナジー」が市と民間企業の出資で設立され、2019年10月から電力供給を開始した。
気仙沼市 教育
ESD（持続可能な開発のための教育）が積極的に学校教育に取り入れられており、全ての小中学校および気仙沼高等学校がユネスコスクールに加盟している。
気仙沼中学校、松岩中学校、松岩小学校は、文部科学省が推進する「学力向上フロンティア」指定校（フロンティアスクール）である。
認可保育所（市立・私立）
認定こども園（市立・私立）
市立の鹿折・唐桑の2園は保育所型認定こども園で、私立の葦の芽星谷幼稚園は幼保連携型認定こども園である。
幼稚園（市立・私立）
児童館
自動車教習所
気仙沼市 交通
東日本旅客鉄道（JR東日本）
■ 大船渡線BRT
盛方面（気仙沼駅 - 内湾入口（八日町）駅 - 鹿折唐桑駅 - 八幡大橋（東陵高校）駅 - 唐桑大沢駅 - ）
上鹿折方面（気仙沼駅 - 鹿折唐桑駅 - 上鹿折駅）
■ 気仙沼線BRT
蔵内駅 - 陸前小泉駅 - 本吉駅 - 小金沢駅 - 大谷海岸駅 - 大谷まち駅 - 陸前階上駅 - 最知駅 - 岩月駅 - 松岩駅 - 赤岩港駅 - 南気仙沼駅 - 不動の沢駅 - 東新城駅 - 気仙沼駅
本吉駅 - （途中停車駅は上記と同じ） - 松岩駅 - 気仙沼市立病院駅 - 南気仙沼駅 - （途中停車駅は上記と同じ）  - 気仙沼駅
国土交通大臣指定に基づく高規格幹線道路（一般国道の自動車専用道路）
E45 三陸沿岸道路
一般国道45号歌津本吉道路（ - 小泉海岸IC - 本吉津谷IC）
一般国道45号本吉気仙沼道路（本吉津谷IC - 大谷海岸IC - 岩井崎IC - 気仙沼中央IC）
一般国道45号気仙沼道路（気仙沼中央IC - 気仙沼港IC - 浦島大島IC - 気仙沼鹿折IC - 唐桑半島IC）
一般国道45号唐桑道路（唐桑半島IC - 唐桑小原木IC）
一般国道45号唐桑高田道路（唐桑小原木IC - 大沢防災PA）
気仙沼市 交通
主要地方道
一般県道
大島汽船
遊覧船：気仙沼（観光船桟橋）、大島（浦の浜）から気仙沼湾内をクルージングする遊覧船が季節運航されている。
※かつては、気仙沼（観光船桟橋）・大島（外浜）・唐桑（鮪立、小鯖）を結ぶ唐桑航路があったが、利用者数の減少などから2007年（平成19年）に廃止。気仙沼（観光船桟橋） - 大島（浦の浜）を結ぶ大島航路は、気仙沼大島大橋の開通に伴い、2019年4月7日をもって運行を終了・廃止となった。
気仙沼市 出身著名人
政治
研究・教育
経済
文学・芸術
芸能
アナウンサー
スポーツ
ゆかりのある人物
津市立雲林院小学校
津市立雲林院小学校（つしりつうじいしょうがっこう）は三重県津市芸濃町雲林院にあった公立小学校。
津市立雲林院小学校 教育目標
自分、友達、学校、地域が好きな子どもの育成
津市立雲林院小学校 校歌
作詞：横山利明、補作：八木橋雄次郎、作曲：鈴木比呂司
高 (土地生産力)
高（たか）とは中世から近世にかけての日本で行われた、年貢または見積穫稲の多少によって土地の価値を示す名称である。
『古事類苑』によるとタケと同じで、高下、長短、多少、軽重などの総量を示すものであった。しかし前近代社会では年貢または見積もり収穫量の多少によってその土地の面積を示すのが一般的であり、それが貫高・永高・石高などである。
高 (土地生産力) 歴史
荘園制においては土地の広さを町段歩で表示し、その面積・等級に基づいて年貢公事が徴収されたが、鎌倉時代末から次第に荘園の収取体制が崩壊し、代銭納の普及とともに、土地はそこから納める銭貨の高、すなわち貫高で表示されるようになり、鎌倉～室町時代は収穫米の価格を換算して何貫文の土地と言われるようになった。
この貫高制においては同じ一貫文の土地でも面積は不定で、一段の場合もあれば二段の場合もあった。
この時代、土地の価値は年貢の収納高＝貫高であった。
また、戦国時代に入ると明の永楽通宝が関東を中心に普及し、良貨として選ばれた。年貢公事も永楽銭で徴収されることが多くなり、貫高は永高と変わった。永高はしかし貫高の一種であり、貫高制・永高制は極めて簡便だったが、全体の穫稲量すなわち生産高や耕地農民の取り分の考慮がないという欠点があった。
そこで石高制が登場することになる。
豊臣秀吉はまず「天正の石直し」と呼ばれる改革で石高を知行表示基準として諸大名・家臣・寺社などの格式を統一的に示すものとして用いた。
高 (土地生産力) 歴史
太閤検地ではこれまでの貫高・永高を廃し、田畠屋敷一筆毎に丈量し面積を把握、石盛して斗代、すなわち単位面積の生産高を測定し、面積に応じて文米、すなわち石高とした
石高は貫高とは違い、見積穫稲（生産高）である。石高制においては農民の保有地、それら一村限りを合計した村高も、大名やその家臣の知行地もすべて石高で表示された。しかもそれは年貢諸役賦課の基準となり各大名やその家臣の家格・軍役負担の基準となった。
石高制において、村内ないし領内の土地から算出する米の総上り高は「草高」、領主が実際に年貢として徴収する分を「現石」と呼んだ。
諸大名の石高中幕府への軍役奉仕の基準となるのは「朱印高（表高）」で、それとは別に領内検地に基づく貢賦課の基準である「内高」があった。地域によって石高が年貢高になる場合や、逆に収穫高を遥かに上回る場合もあり、表高と内高の乖離は新田開発や隠し田の摘発、荒引きなどによる内高の増減によって深まっていった。
そこに知行中心の擬制的石高制（尾張藩の概高（ならしだか）、松江藩の今高、岡山藩の直高、小倉藩の四ツ高、仙台藩の四一高など）が登場する。これらは年貢から逆算して知行高や賦役量などを計算する方法である。
高 (土地生産力) 歴史
その他、土地整理や石盛決定の都合で多くの名目があり、『地方凡例録』には反高、抓高（つかみだか）、無地高、色高、野高、海高、山高、桑高、楮高除地高（こうぞたかのぞきちたか）、除高（のぞきだか）、込高、延高等多くが挙げられている。各藩の事例を細かく調べ上げればその地域差と時代さは更に多様となりうる。
石高制は貫高・永高制よりも厳密で合理的な社会経済制度で、農民の保有高・年貢負担から大名の知行高・軍役負担・家格の基準に至るまでを為し、幕藩体制の根幹であった。
しかしながら享保の改革期に有毛検見取法（ありげけみどりほう）が採用され、石盛は実質的に無視されて、年貢徴収基準としての石高制は形骸化した。
やがて幕府は倒れ、新政府の政策の下、明治6年（1873年）、地租改正を期に高は完全に廃されて用いられなくなった。
演出家たちの日記 - ゴダール篇
『演出家たちの日記 - ゴダール篇』（えんしゅつかたちのにっき - ゴダールへん、仏語 TSR - Journal des réalisateurs : Jean-Luc Godard）は、2008年（平成20年）に製作したジャン＝リュック・ゴダールの短篇映画、スイス映画である。短篇シリーズ『演出家たちの日記』全13篇の一篇である。
演出家たちの日記 - ゴダール篇 概要
スイスのフランス語圏の放送局テレヴィジオン・スイス・ロマンドのテレビ番組『le 19:30』（ル・ディズヌヴェール・エ・ドゥミ、「ザ・19時30分」の意）の枠で、13人のスイスの映画監督が短篇映画を放映するという企画である。
ゴダール以外の参加者は、『ホーム 我が家』が2008年の東京国際映画祭で上映されたウルスラ・メイヤー、映画監督兼俳優のバルテレミ・グロスマン、『父を愛せよ』（2001年）のジャコブ・ベルジェ、『女翻訳家』（2006年）のエレナ・アザノフ、『パレード』（2001年）のリオネル・ベイエ、『わが名はバッハ』が2004年のスイス映画賞を受賞したドミニク・ド・リヴァ、「グループ5」のひとりであるフランシス・ロイセール、ロイセールとオムニバスを撮ったことのあるレイモン・ヴイヤモス、『妊娠ラプソディ』（1993年）のドゥニ・ラバグリア、『ギャラクシーにようこそ』（2001年）のパトリシア・プラトネ、『ラシェルは実現する』で2007年の第33回セザール賞短篇賞を受賞したフレデリック・メルムー、アニメーション映画『Max & Co.』（2007年）のフレデリック・ギヨームである。
演出家たちの日記 - ゴダール篇 概要
本作は、『ゴダールの映画史』のうち、『映画史 絶対の貨幣』（1995年 - 1998年）、セルゲイ・パラジャーノフの『ざくろの色』（1969年）、アンリ＝ジョルジュ・クルーゾーの『ピカソ - 天才の秘密』（1956年）などのアーカイヴ・フッテージの引用で構成されている。
ゴダールの挿入した字幕は下記の通り。
映画史 絶対の貨幣 Histoire(s) du cinéma La monnaie de l'absolu
君はなにも見なかった Tu n'as rien vu
ヒロシマで à Hiroshima
レニングラードで à Leninglad
マダガスカルで à Madagascal
ドレスデンで à Dresden
ハノイで à Hanoi
サラエヴォで à Sarajevo
映画史 Histoire(s) du cinéma
新しい波（漠然としたニュース） Une vague nouvelle
秘密の子ども L'enfant secret
最果ての地 Finis terrae
緑色の眼 Les yeux verts
私の好きなテーマ Mon cher sujet
映画史 新しい波（漠然としたニュース） Histoire(s) du cinéma Une vague nouvelle
沈黙 Le silence
演出家たちの日記 - ゴダール篇 概要
破られたページ La page cachée
そして人生は続く Et la vie continue
漠然とした月の話 Contes de la lune vague
新しい波（漠然としたニュース） モンタージュよ私の美しき不安 Une vague nouvelle Montage mon beau souci
終 The End
上記のようにテクストについても、フィリップ・ガレルの『秘密の子供』（1979年）、ジャン・エプスタンの『最果ての地』（1929年）、アンヌ＝マリー・ミエヴィルの『私の好きなテーマ』（1988年）、アッバス・キアロスタミの『そして人生は続く』（1992年）、溝口健二の『雨月物語』（仏題 Les Contes de la lune vague après la pluie、1953年）、15世紀の吟遊詩人の詩『美よ、私の美しき不安』などが引用されている。「ユヌ・ヴァーグ・ヌーヴェル Une vague nouvelle」は、「新しい波」とも「漠然としたニュース」とも受け取れる。
本作を含む『演出家たちの日記』全13篇は、YouTube内のTSRの公式サイト内で公開されており、ウェブ上で視聴することが可能である。本作は2008年5月15日から同サイトで公開されている。
機動第1旅団
機動第1旅団（きどうだい1りょだん）とは、大日本帝国陸軍の特殊部隊。関東軍直属の独立旅団であった。
機動第1旅団 沿革
1944年（昭和19年）8月、機動第2連隊を中核として機動第1連隊と機動第3連隊から編成。
本旅団は、風船爆弾にも使用された水素気球（空中歩行具）に兵士が一人ずつぶら下がって、夜間にソビエト連邦領内に空中より侵入し、後方攪乱を行う目的で編成された。
1945年（昭和20年）、実際に水素気球でソ連領内に侵入することなく終戦を迎えた。
寺田達志
寺田 達志（てらだ たつし、1953年 - ）は、日本の元官僚。環境省地球環境局長、地球環境審議官、環境省参与を経て、2013年から2016年まで駐ケニア特命全権大使兼国際連合環境計画常駐代表、国際連合人間居住計画常駐代表。
寺田達志 人物
一橋大学社会学部卒業後、1976年環境庁入庁。環境影響評価課等で、環境アセスメントについて定める環境影響評価法（1997年公布）の立案から施行まで一貫してたずさわった。そのほか公害健康被害の補償等に関する法律の改正法案策定、京都議定書の批准作業、石綿による健康被害の救済に関する法律の法案策定等にもあたった。
環境庁は、1997年に諫早湾干拓事業に介入できず国民の批判を浴びたことから、1998年に名古屋港の藤前干潟の埋め立て計画が問題となった際は、国内有数の干潟の埋め立てを認めれば前例となり、他の地域で埋め立てを止められなくなるなどと考え、名古屋市の埋め立て計画を全面的に否定する報告書を提出し、環境影響評価課長の寺田が単身で名古屋市役所を訪問し「しかるべき検討をお願いしたい」と述べるなど、強硬姿勢を示し、計画を中止させた。
寺田達志 人物
2004年には、地球温暖化について東京大学公共政策大学院で講義をした。
水・大気環境局水環境担当審議官等を経て、2008年地球環境局長に、2011年には地球環境審議官に就任。東アジアサミット環境大臣会合第3回環境的に持続可能な都市ハイレベルセミナーでは、冒頭で、共催国を代表して挨拶を述べた。
2012年退官し、環境省参与。水俣病被害者及びアスベスト問題被害者対策を担当した。2013年駐ケニア特命全権大使兼国連環境計画常駐代表。2016年に退任後、学校法⼈東京環境⼯科学園参与等。
2024年、瑞宝重光章受章。
ラボ☆マイスター
ラボ☆マイスター（Rabo☆Meister）とは、2009年4月8日から9月23日までフジテレビ系列の一部などで放送されていたバラエティ番組。ハイビジョン制作、同時ネット局のみ字幕放送。
電気車の速度制御
電気車の速度制御（でんきしゃのそくどせいぎょ）は、電気機関車や電車など電気を動力とする鉄道車両（電気車）を対象とした速度の制御方法である。本項では電気車に用いられる電動機の特性、および起動時や加速時の出力制御について、定トルク制御域、定出力制御域、特性領域と呼ばれる速度領域に分けて解説する。
電気車の速度制御 概要
1879年、シーメンス（ドイツ）が電車の試験運行を実施して以来、電気を動力とした鉄道（電気鉄道）は発展を続け、現代では鉄道の主たる方式となっている。
国内外問わず一般的な電気車の構成は下図のとおりである。パンタグラフ等の集電装置によって外部より電力を取り入れ、運転席からの指令によって主制御器が走行に適した電力に変換し、台車、台枠、車体のいずれかに装架した主電動機に電力が送られ、トルクすなわち回転力を発する。
電動機から車輪に伝達されたトルクは牽引力となり、走行にともなって発生する列車抵抗を差し引くと、電気車の加速力が得られる（右図）。
電気車において特徴的な部分は、レシプロエンジンやガスタービンエンジンを機械的に駆動力として利用する鉄道車両や自動車のように、複雑な変速装置と言った機構を必要としないことである。すなわちギア比は固定であり、かつトルクコンバータやクラッチなどの機構を有することなく、起動から高速走行まで対応している。この実現のため、始動トルクが大きい電動機を採用したうえで、速度に応じて電動機を制御する。起動時から低速域では一定の大きなトルクを発し、中速域に達すると出力を最大に保ったまま加速する制御が用いられている。
電気車の速度制御 概要
以下、電気車の主電動機に用いられる電動機の特性について述べ、その代表例として直巻整流子電動機、かご形三相誘導電動機について解説する。さらに、主電動機の特性や電化方式、技術の変遷によって分類されるさまざまな制御方式を、従来の抵抗制御・弱め界磁制御から最新のインバータ制御に至るまでその機構について説明する。
電気車の速度制御 電気車と電動機
鉄道車両は停止状態から高速域まで幅広い速度で走行し、勾配や牽引重量の変化により負荷が変動することから、電気車の動力源として電動機には次のような特性が求められる。
産業用の電動機、たとえば送風機やポンプは起動時の負荷が小さく、速度とともに負荷が上昇するものが多い。しかし、鉄道車両は始動時に牽引重量や出発抵抗といった大きな負荷が作用するため、起動時に大きなトルクが必要である。
また、一般の鉄道は、レールと車輪に生じる摩擦によって駆動力（トルク）を伝達する。これを粘着と呼ぶが、鉄同士の小さな摩擦であることから、登坂区間や雨天時などにおいて空転を引き起こす。ここで、電動機が速度の向上とともにトルクが減少する特性を持っていれば、空転を起した車輪は回転速度が急激に上がることでトルクを失い、再粘着して空転が収束しやすい。
このほか、負荷や電圧の変動に耐えられることや、複数の電動機を用いても負荷の不均衡が生じにくいことなどが必要とされる。
電気車の速度制御 電気車と電動機
電動機は回転する軸を持つ回転子と、回転子との相互作用によりトルクを発生させる固定子から構成される。電気車には、回転子に電機子、固定子に界磁と呼ばれる電磁石をそれぞれ配置した直流整流子電動機（電磁石界磁形整流子電動機）が古くから用いられてきた。この電動機は、電機子の回転に応じて極性を変えるための整流子やブラシを必要とするが、始動トルクが大きい、速度制御が容易などの利点を持つ。
さらに直流整流子電動機は、界磁と電機子を並列に接続する分巻、直列に接続する直巻、これら双方を合わせ持つ複巻に分類され、下表のように特性が異なる。このほか界磁を別電源とする他励方式もあり、その特性は分巻に類似する。
上記の中では、始動トルクが大きく速度変化の容易な直巻電動機が電気車の電動機として適しており、黎明期から搭載し活用された。また、界磁の制御がしやすい複巻電動機も、定速度制御や回生ブレーキを目的に採用された製品が存在する。
ここで、直巻電動機の特性について整理しておく。整流子電動機においてトルク（）は、界磁による磁束（）と電機子電流（）の積に比例する。
また、磁束は界磁電流（）に比例し、直巻電動機では界磁電流と電機子電流が一致することから、磁束は電機子電流に比例する。したがって、直巻電動機のトルクは電機子電流の2乗に比例する。
（ここには任意の定数）
電気車の速度制御 電気車と電動機
一方、電動機は発電機と基本構造が同じであり、界磁の中で電機子が回転すると起電力が発生する。これは電動機に与える電圧と逆向きに作用するため、逆起電力と呼ばれる。逆起電力は回転数と磁束の積に比例して増加することから、回転数が上がると電機子電流が流れにくくなりトルクが低下する。
これらの結果をまとめると、直巻電動機の特性は、
となり、右図に示す性能曲線が得られ、電気車が求める特性に合致したものとなる。
前項では直流電源による電動機について述べたが、さらに交流電源を使用する電動機について解説を加える。
整流子電動機も交流電源で使用が可能であるが、交流電源には誘導電動機や同期電動機が一般に広く使われる。整流子電動機が整流子とブラシにより極性を変えて回転するのに対し、これらの電動機は電圧の向きが周期的に変化する交流電源に同期して回転するものである。
これらの電動機は回転速度が電源周波数に依存するため、細かな速度制御が難しく、鉄道車両のような使用速度域の広い電動機には不向きとされてきた。しかし、20世紀後半のパワーエレクトロニクスの発展によって、電圧や周波数を自在に制御できるインバータが開発されると、一気に電気車の電動機として採用が進んだ。
電気車の速度制御 電気車と電動機
とりわけ電気車に採用が多いのは、かご形三相誘導電動機である。この電動機は三相交流を流す固定子と、かご形構造の回転子により構成される。固定子に電流を流すと、三相交流の波形に応じた回転磁界が発生し、かご形の回転子に誘導電流が流れて回転する仕組みである。整流子電動機とは異なり、回転子の誘導電流は回転磁界によって自然に生じるものであり、回転子へ電流を流すための整流子・ブラシを必要としないことから、小型・軽量化が図れるとともに高回転・高出力化も容易で保守性にも優れる。
かご形三相電動機のトルク（）は、電源電圧（）、電源周波数（）、回転磁界の回転速度（）、回転子の回転速度（）と、
の関係にある。ここに、はすべり、はすべり周波数と呼ばれるもので、すべりは磁界と回転子の回転速度の差であり、回転子に自励電流を生じさせ誘導電動機にトルクを与えるものである。上式から、誘導電気の特性は、
となり、ここで電源電圧およびすべり周波数を一定とすれば、直巻電動機と同様に『トルクが回転数の2乗に反比例』の特性が得られる。
最近では、誘導電動機に代わって埋込構造永久磁石同期電動機 (IPMSM) の採用も増えている。回転子に永久磁石を埋め込んだ空げきのある常磁性体を用いた電動機で、誘導電動機に比べ何らかの損失が少なく、高い効率が得られることが特長である。また、稼働時の放熱が小さいことから密閉構造とすることができ、騒音軽減や電動機内部への粉塵浸入の抑制も容易である。このような特長から、電気自動車やハイブリッドカーではIPMSMの採用が目立っている。一方で、永久磁石の鎖交磁束によって固定子における鉄損や誘起電圧が発生するため、必要に応じて無負荷（惰行運転）時にも弱め磁束制御を手動で行うほか、インバータの故障時に短絡電流を遮断する機器が必要である。また同期電動機としての特性上、複数のモーターを一括制御することは不可能であり、個別制御が必須となり構造が複雑になる。
電気車の速度制御 速度制御の基本
本来、速度制御とは電動機に与える特性値を調整して、負荷とつり合う回転速度を得ることを指す用語である。しかし、鉄道車両はあらゆる負荷が大きく、目標とする速度に達するまで相応の時間を要することから、異なる手法が採られる。
一般に電気車では、各速度領域における可能な限りの出力を得て、目標となる速度までいち早く加速するよう制御する。目標速度に達すると、電動機の出力を切ってしまい（ノッチオフという）惰性で走行するか、もしくは出力を低減して速度を維持するといった手法が採られる。このように、電気車においては、出力の制御を行った結果として得られる速度を、慣例的に速度制御と呼んでいる。
前述のとおり電気車の電動機は始動トルクが大きく、速度とともにトルクが低下する特性が求められる。しかしながら、このような特性の電動機は速度が低いほどトルクや電流が大きくなるため、低速度から所定の特性を発揮させると、粘着力以上のトルクを発生して空転を起こしたり、過剰な電流が流れて電動機を焼損するといった問題を生じる。また、速度が上がるにつれて急速にトルクが低下するため、高速化の障害となりかねない。
電気車の速度制御 速度制御の基本
そこで多くの場合、低速域では電流およびトルクを抑制して一定値に保ち、高速域ではトルクがあまり低下しないよう制御を行う。図Aはこの制御の考え方をグラフに示したものであり、回転数が低いときはトルクを抑えてT1に保ち、回転数がV1を越えると低下するトルクの向上を図る。これを実現するため、速度に応じて電圧や界磁等を変化させ、異なる特性曲線（図Bの細線）を得てトルクの制御を行う。
具体的な特性設計基準となる考え方としては、レールと車輪の粘着力限界を前提に、降雨など一般的悪条件で空転や滑走を起こさない範囲で加速・減速トルクを設定することが実用上の最大加速度、最大限速度を得る基本になる。
一般的には定加速、定減速制御と思われている応荷重装置も、動作の実態は粘着力限界内制御装置であり、軽荷重ではそれに応じてトルクを減じて、空転・滑走を起こさない限界内で動作させる装置である。この考え方だと直巻電動機である必要はなく、分巻電動機や誘導電動機、同期電動機を鉄道車両に使うことができる。
粘着力は速度が上がるに連れて減少するが、制御系に速度情報を取り込まないシステムでは速度V1以下が定トルクであるが、速度情報を取り込んで低速では大トルクとして引張力を上げることが可能で、近年の新幹線車両などは粘着力速度特性を想定して速度に応じてトルクを変えている。
電気車の速度制御 速度制御の基本
以下、図Bを参照しながら速度域ごとに制御方法を概説する。
起動時から低速域の範囲においては、必要とする以上のトルクを電動機が発生するため、電流を抑制して一定のトルクに保つ。主として電動機への電圧を変えることで制御する。起動時は電圧をごく低くしておき、図Bにおける左端の細線の特性を得る。速度が上がるとトルクは低下するため、これに合わせ徐々に電圧を上げていくと、特性曲線は順に右へ移動していき、トルクをほぼ一定に保つことができる。このとき、電動機の電流は一定に制御され、出力は速度とともに増加する。この制御は電圧が最大となる回転数V1まで行う。
鉄道車両の走行抵抗は一般に小さく、低速領域では速度にかかわらず大きな変化はないことから、電動機の発生トルクが一定であれば、ほぼ一定の加速度が得られる。このことから、定トルク制御を行う速度領域を定加速度領域と呼ぶことがある。
電気車の速度制御 速度制御の基本
電動機へ与える電圧（印加電圧）が最大となる（=回転数がV1に達する）と、そのままでは後述の特性領域として電動機の特性により速度反比例で電流が低下し、トルクが速度の2乗に反比例して急激に低下する。ここでさらに加速をしたい場合は、電圧制御以外の方法で電流やトルクの低下を抑制する制御方法が採られる。すなわち印加電圧はそのままに、最大電圧到達以降も一定電流で加速を続けると一定入力電力（=一定電圧×一定電流）となり、一定出力になる。これを定出力制御と呼ぶ。整流子電動機では界磁を弱める制御、誘導電動機ではすべり周波数を増やす制御を行って、その制御限界まで電流を一定に保つよう制御する。これにより、トルクは速度に反比例するようになり、速度の2乗に反比例する特性領域としてそのまま運転するよりもトルク低下を防いで加速力を確保できる。
定出力制御は必ず行われるものではなく、かつては弱界磁制御をしない車両が普通だったし、定トルク制御領域を広く取り、そのまま特性領域へ移行する方式もある。交流電化専用車両では変圧器次第で印加電圧の制御幅を広く採れるため、このようなケースがしばしば見られる。
速度が上がり最大電圧に達すると（回転数V1）、あるいは定出力制御が限界に達すると（回転数V2）、これ以上の速度向上は電動機の特性に依存する。すなわち、速度に反比例して電流は低下し、トルクは速度の2乗に反比例して低下していく。
以下、表に各速度領域における速度上昇と印加電圧、電流、発生トルク、出力の関係について示す。
電気車の速度制御 速度やトルクを制御する方法
整流子電動機の速度制御を行うにあたってもっとも効果的な方法は、電動機に作用する電圧（印加電圧）を変えることである。速度やトルクの制御が容易で、広い速度範囲を制御できるため、定トルク領域で用いられる。
下図は速度変化と電圧の制御について概念を示したものである。
この要領で速度の上昇とともに電圧を上げ、電機子電流とトルクを一定に保ちながら制御を行うのが、電圧による速度の制御である。
電圧を変動させる手法には、黎明期から採用されてきた簡便な手法から最新技術のパワーエレクトロニクスを用いた手法まで、さまざまな手法が用いられてきた。以下にその方法を概説する。
抵抗制御
電動機の始動時には始動抵抗を電動機と直列に配置し、過大電流を防ぐことがしばしば行われる。抵抗制御は始動抵抗を段階的に用意し、速度制御に応用したものである。簡便な方法であり、電気車の速度制御として古くから広く用いられている。一方で、抵抗による電流の損失や放熱が避けられないこと、抵抗値を変える際（進段時）に車体全体に衝撃が与える為滑らかな加速ができないことが欠点として挙げられる。
直並列組合せ制御
複数の電動機の配列を、直列・並列に切り替えることによって、各電動機の印加電圧を変える方法である。細かな制御はできないが、抵抗制御と組み合わせることで、抵抗損失を減らしたり、制御段数を増やして進段時の衝撃をある程度和らげる効果がある。
電気車の速度制御 速度やトルクを制御する方法
電圧制御
電源電圧を直接変化させる方法で、制御の応答が速く効率的であるが、直流電圧を制御するのは難しく、装置が大がかりで高価となりやすい。
この方法は交流電化から発展が見られた。ワードレオナード制御は交流電源に電動発電機を組み合わせたもので、発電機の界磁制御によって出力電圧を制御する方式である。電圧を自在に制御でき、直流への整流も同時に行えるが、電動機や発電機が別途必要なことから、重量が大きく設備費が高額となることが欠点で、電気車において主たる方式とはならなかった。また、交流は変圧器を用いて電圧を簡単に変えることができることから、変圧器の巻数を可変として出力電圧を制御し、直流に整流する仕組みがタップ制御である。さらに、整流器に制御電極を組み合わせると、連続的に電圧を変化できる位相制御が可能である。当初、水銀整流器が用いられ、その後シリコン整流器に制御電極を設けたサイリスタの登場によって、無接点のサイリスタ連続位相制御へと発展した。位相制御は交流波形の一部分を取り出し、パルス状の電源を得て平均電圧を制御するものである。
電気車の速度制御 速度やトルクを制御する方法
一方、直流電化では、サイリスタを直流電源に適用したサイリスタチョッパ制御（電機子チョッパ制御）がある。直流電源に対し高速でスイッチオン・オフを行い、平均電圧を制御するもので、連続制御が可能となり、安定した回生制動も得られる。このような方式をパルス幅変調(PWM)と言う。その一方、交流とは異なりスイッチをオフにするための機構が別途必要で、装置も高価であった。
整流子電動機に界磁調整器を取り付け、界磁の磁束を調整してトルクを制御する方法である。界磁の制御は、印加電圧を制御する方法に比べ効果は小さいが、電流の一部のみを扱うため装置が小型で費用も抑えられる。そこで、電圧による制御が限界に達した中速域から高速域において、加速特性の向上を目指した定出力制御に広く用いられる。
さて、直流整流子電動機の節で前述のとおり、整流子電動機においてトルク（）は界磁による磁束（）と電機子電流（）の積で表されることから、一見するとトルクは界磁に比例するように見える。
電気車の速度制御 速度やトルクを制御する方法
しかしながら実際には逆で、回転する電動機においてトルクは界磁の強さに反比例する特性を持つ。電機子が回転すると逆起電力を生じ、電機子電流が流れにくくなる。一方、逆起電力は回転数と界磁の強さに比例するため、界磁が強いと電機子電流は小さくなり、逆に界磁を弱めると多くの電流が流れるようになる。結果として、電機子電流が大きい後者の方が、トルクは大きくなる。このように、界磁を弱めることでトルクを増加させる方法を弱め界磁制御と呼ぶ。弱め界磁制御は中・高速域でのトルク特性の改善に用いられる。電圧の制御とは異なり、速度の上昇にともなうトルクの低下そのものは免れないものの、低下幅を抑制し、出力（=回転速度×トルク）を一定に保つことができる。
速度ともに上昇する逆起電力に着目し、電圧の制御と比較すると、
このように言い換えられる。
この特性を活かし、複巻電動機を用いて界磁を制御すると定速運転が可能となる。これは、速度が上昇すると逆起電力を上げて速度を下げ、速度が下がりすぎると逆起電力を低下させて速度を上げる機構である。
電気車の速度制御 速度やトルクを制御する方法
このほか界磁の制御方法として、複巻電動機を用いた界磁チョッパ制御・界磁位相制御や、直巻電動機を対象とした界磁添加励磁制御などがある。これらは、比較的高価なチョッパ制御や位相制御を、装置が小型で済む界磁制御に適用し、低い製造費用で回生制動を可能としたものである。加速時の制御においては、弱め界磁と原理に大きな差はない。
回転子が電機子の回転磁界を追って回転する誘導電動機や同期電動機の速度を制御する場合は、その単体特性に従い印加電圧と周波数を比例的に変える必要がある（右図前半）。電動機の誘起起電圧にインピーダンス降下を加えた電圧を供給して任意速度での運転を行う。これは直流電動機の起動と同じであるが、交流だから周波数の一致と位相関係が問題になる。
初期の電気車では、機械的な回転変流器を車内に設置し、電圧・周波数を可変とした三相交流を作ることを試みたが、必ずしも成功とは言えず、広く普及するには至らなかった。
その後、パワーエレクトロニクスの進歩によりPWMを用いたインバータが開発されると、無接点によるVVVFインバータ制御（可変電圧可変周波数制御=V/f一定制御：V-f比例制御）が可能となり、旧来の整流子電動機を凌駕するようになった。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
本節では、実際に用いられる代表的な制御方法を変遷とともに示し、各速度領域における制御の実際について述べる。まず、下表におもな速度制御の手法について、一覧を示した。速度制御の名称は特徴的な部分を抜き出したものとなっているが、実際は速度領域によって複数の制御方法を併用しているものがある。たとえば、界磁制御に特徴のあるものは、定トルク領域では大半が抵抗制御を採用している。
電気鉄道の始まりはドイツの電気技術者ヴェルナー・フォン・ジーメンスによるものであった。ジーメンスは1879年ベルリンで開かれた商業博覧会で電気機関車の展示と電車の試験運行を実施し、その2年後の1881年、ベルリン・リヒターフェルデ間において路面電車の営業運転を開始した。この電車は小型の二軸車であり、2本のレールから直流電源を得て走行する方式であった。一方アメリカでは、電気駆動の父と呼ばれるフランク・スプレイグが1888年にリッチモンド (バージニア州)で路面電車の運行を開始するとともに、架線集電や弱め界磁、総括制御といった直流電気車の基本システムを確立した。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
この直流電化で直巻電動機を駆動する手法は、電圧の制御に損失が伴う課題を抱えているものの、変圧器や整流器が不要であり、構造が簡便かつ安い製造費用で構成できる利点を有していた。このことから、さまざまな改良を加えながらも、基本構造はインバータ制御が普及する20世紀末まで広く用いられた。
古くから用いられてきた直流電気車の制御は、以下を基本とする。
ここで基本となるのは抵抗制御である。直巻整流子電動機は電流が回転速度に反比例することから、停止状態で電源電圧をそのまま作用させると、過大電流が流れ電動機を焼損したり、過大なトルクを発して車輪が空転を起こしてしまう。そこで、右図に示すように抵抗器を電動機と直列に配置して起動する。これによって電流は低く抑えられ、電源電圧は抵抗値に応じて電動機と抵抗器に分配される。起動時では、電動機の抵抗値に相当する逆起電力はほぼゼロであるため、電源電圧の大半は抵抗器に作用する。
やがて回転速度が上がってくると、電動機には印加電圧と逆向きの逆起電力が増加し、これにともなって電流が減少し発生トルクも下がっていく。ここで抵抗器の一部を短絡すると、電動機の印加電圧が上昇するとともに、電流とトルクが回復する。この要領で、回転速度に応じて電流が変化する電動機の特性に合わせ、段階的に抵抗を減らし、電流とトルクをほぼ一定に保つのが抵抗制御である。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
抵抗値の切り替えを進段と呼び、機関車では機関士が電流計を見ながら手動で操作し、電車では制御装置が電流値を検出して自動進段する方法が主流である。このときの電流値を限流値という。また、抵抗器は電流を流すと熱を発するため、進段せずに電流を流し続けると過熱して損傷する。したがって、抵抗制御は速度を上げるための過渡的な制御であり、速やかに進段してすべての抵抗を短絡しなければならない。速度制限のある上り勾配など、進段途中の速度を維持したまま力行を行う場合は、運転士のノッチ操作により電源のオン・オフを繰り返す『ノコギリ運転』を行う必要がある。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
抵抗制御のひとつの問題として、段階制御であることが挙げられる。抵抗値の進段を行う瞬間に電流値が跳ね上がり、これにともなってトルクが急変する。抵抗制御の電気車が発車してしばらくの間、加速に段階的な衝動を伴うのはこのためである。トルクの急変は乗り心地を損ねるばかりでなく、空転を引き起こす原因ともなることから、進段段数を多くして影響を抑えることが望ましい。図示の事例では4個の抵抗器を順に短絡する5段階の制御を示したが、抵抗値の異なる抵抗器を用意し、これらを組み合わせれば多段階の抵抗値が得られる。たとえば、抵抗値が異なる4組の抵抗器を用意すれば、理論上得られる抵抗値の組み合わせは16通りとなる。しかし、このような方法そのままではスイッチの開閉回数が極端に多くなり、また、各スイッチが電流を遮断する能力を持つ必要があるので、製品寿命の短さや製造費用が嵩むといった課題がある。さらに空転に対して条件の厳しい貨物用の電気機関車などでは、数段階の「副抵抗器」を別途用意し、進段時に小刻みな制御段を挿入して電流の微調整を可能とするものがあり、これを超多段制御、またはノギスの副尺（バーニヤ）に例えてバーニア抵抗制御と呼ぶ。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
抵抗制御におけるもう一つの問題として、抵抗損失がある。抵抗制御は電動機の印加電圧を抑えるため、余分となる電圧を抵抗器にかけ、電力の一部を熱として捨てる方法である。起動時は大半が抵抗器で消費され、進段にともなってその量は減っていくが、すべての抵抗を短絡するまでに消費する電力の半分が熱損失となってしまう（右図上段）。この損失は抵抗制御では避けられないが、これを低減する手法として組合せ制御の併用が一般に行われる。
一般に電気車では単一ではなく、複数の電動機が用いられる。組合せ制御は、これら複数の電動機配列を直列・並列に切り替えることで、個々の電動機への印加電圧を変えるものである。たとえば4個の電動機について考えてみると、4個直列の場合は電動機には電源電圧の4分の1しか作用しないが、そのうち2個ずつを並列につなぎ替えると電源電圧の2分の1が電動機に作用する（下図左）。この特性を利用すると、起動時には直列として印加電圧を抑え、速度が上がった段階で並列に切り替え印加電圧を起動時の2倍にすることができる。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
この方法は電動機個数の組合せに限りがあることから、2段階ないし3段階程度の大雑把な電圧制御しかできないが、抵抗制御と併用することで抵抗損失を減らすことができる。たとえば2段階の組合せ制御に対し、直列および並列でそれぞれ抵抗制御を行なうと、右図下段に示すように抵抗損失を半分にすることができる。さらに、制御段数も増やすことができ、進段時の衝撃を小さくする効果も得られる。
また、抵抗制御は抵抗器の過熱を避けるため進段途中の速度維持が制限されるが、組合せ制御を併用することによって、途中段階の速度維持が可能となる。下図右に示す直列最終段は抵抗器を使用しないため、連続使用が可能である。
抵抗制御・組合せ制御が最終段に達すると、電動機の印加電圧は最大となり、これ以上の電圧向上はできなくなる（下図の第一段階）。この状態で回転速度をさらに上げていくと逆起電力が増加し、回転速度に反比例して電機子電流（）が低下する（下図の第二段階）。また、直巻電動機は電機子と界磁を直列としていることから、電機子電流がそのまま界磁電流となり、磁束（）・電機子電流とも低下し、結果としてトルク（）は回転数の2乗に反比例して急激に低下してしまう（右図赤線）。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
ここでトルクの低下を抑制するには弱め界磁を用いる。下図の第三段階に示すように、界磁電流の一部を短絡したり別回路に流すことで界磁を弱めると、逆起電力が低下し電機子電流が回復する。このとき界磁磁束は小さくなるためトルクの低下は免れないものの、電機子電流を確保することで速度上昇にともなうトルクの低下幅を抑制できる（右図青線）。
界磁を弱める方法として、界磁の中間にタップを設けて界磁の一部を短絡する方法（界磁タップ制御または部分界磁式）や、界磁と並列に抵抗を配置して界磁電流の一部をバイパスさせる方法（界磁分流制御または分路界磁式）がある。いずれも段階的に界磁を制御する方法が採られ、ほぼ電機子電流が一定となるように制御する。これにより出力（=トルク×回転速度）を一定に保ったまま、加速することができる。界磁タップ制御は電動機の界磁巻線そのものにタップ端子を設ける必要があり、界磁磁束の制御段数も界磁分流制御ほど多くできないという欠点がある。
弱め界磁は電圧を変えることなく中高速域のトルク特性を向上できるが、際限なく界磁を弱めていくと電機子反作用により磁束が乱れ、整流不良を起こしてしまうことから、一般に全界磁（弱め界磁を用いない状態）の35%程度にまで弱めることが限界とされる。さらに界磁を弱める場合は、電機子反作用を抑える補償巻線を界磁に付与することで25%程度まで可能となる。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
また、弱め界磁はトルク向上の手段として用いられる以外に、逆にトルクを抑制する目的で使われる場合もある。逆起電力は回転速度に比例するため、回転速度がごく低い起動時はほとんど発生しない。したがって起動時に界磁を弱めた場合、逆起電力の影響はごく小さく、電機子電流はほとんど増加しない一方で、界磁磁束のみが小さくなることから、トルクは抑えられる方向へ作用する。この特性を利用して起動時のトルクを低く抑え、発車時の衝動を抑制する方式を弱め界磁起動と呼ぶ。
黎明期の電気鉄道は、市街電車や都市近郊路線など近距離運行の鉄道に用いられた。これらは直流電化によるものであったが、長距離路線の電化が計画されると交流方式が送電面で優位と考えられるようになり、19世紀末にはスイスで世界初の交流電化が行われている。その後国土の広いヨーロッパやアメリカを中心に採用されたほか、第二次世界大戦後は交流電気車技術の発展が進み、日本の新幹線も交流電化を採用している。
交流は直流に比べ電圧の制御が容易であり、高電圧を用いることで送電損失が小さく、変電所などの地上設備費用が低い利点を備えるほか、電気車の制御面においても低損失・粘着力向上などの利点を有している。
交流電気車は交流電化区間で走行する電気車を指すもので、必ずしも電動機として交流電動機を使用するわけではない。電化方式と電動機の組合せとして、次に示す方式がある。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
三相交流を取り入れ、交流誘導電動機を駆動するもの。
初期の電化方式で用いられた方法。三相交流を用いることから電力設備・集電設備が複雑であり、誘導電動機の速度制御が難しかったことから、広く普及するには至らなかった。
単相交流を取り入れ、交流のまま整流子電動機を駆動するもの。
20世紀前半にアメリカやドイツで採用された方式。界磁に電磁石を用いた整流子電動機はユニバーサルモーターとも呼ばれ、直流だけでなく交流でも使用可能である。ただし、周波数の高い商用電力（50Hzや60Hz）では整流不良を起こすため、16 2/3Hz（16.7Hz、50Hzの3分の1）など特殊な周波数で電化が行われた。
単相交流を直流に変換し、整流子電動機を駆動するもの。
1950年代にフランスを中心に実用化された方法。電気車に整流器を備え、取り入れた交流を直流に変換してから、直流整流子電動機を駆動する。電化には商用電力をそのまま使用でき、広く普及した。
単相交流をコンバータ・インバータにより三相交流に変換し、交流電動機（誘導電動機・同期電動機）を駆動するもの。
20世紀後半から用いられる現在の標準方式。可変電圧可変周波数制御（VVVFインバータ）により、三相交流電動機を制御する方法。インバータの動作は直流電源を必要とするため、いったんコンバータにより直流に変換を行う。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
ここでは主として、単相交流を直流に変換し、整流子電動機を駆動する電気車について述べる。交流電化では1万ボルト以上の高い電圧が用いられていることから、電動機に適した数百ボルトまで電圧を下げ、さらに直流電動機を駆動するため交流を直流に整流する必要がある。
交流は変圧器を用いて電圧を簡単に変えられる特性を持っており、変圧器を可変として電圧を制御するタップ制御が利用できるほか、波形の一部を取り出し平均電圧を制御する位相制御も可能である。この二つの電圧制御は幅広い速度制御に応用でき、抵抗制御に代表される直流電化に比べ損失が少なく、粘着性能においても有利である。
変圧器は入力側の1次巻線と出力側の2次巻線から構成され、1次巻線に交流を流すと電磁誘導により2次巻線に電流が流れる仕組みである。2次巻線の出力電圧は1次巻線と2次巻線の巻数比率に比例することから、数万ボルトに及ぶ架線電圧を巻線比率を調整することによって、電動機に適した電圧（千数百 - 数百ボルト）に下げることができる。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
ここで、巻線にタップを設けて巻数を可変とすれば、タップの切り換えによって異なる出力電圧が得られる。これを電動機の電圧制御に応用したのがタップ制御である。高圧側に前置した単巻変圧器のタップで切り替えを行なってから降圧変圧器で降圧するものを高圧タップ制御、2次巻線に対して行なうものを低圧タップ制御と呼ぶ。高圧タップ制御はタップで扱う電流が小さく、切り替え段数が多く取れる利点を有しているが、前置の単巻変圧器でタップ切換を行うため、変圧器が大型となり重量も増加する。このため、単巻変圧器と降圧変圧器の鉄心の一部（帰線磁路）を共用にして軽量化を図ったが、一見トランスの一次側をタップ切換するように見えて一部の技能者や鉄道ファンに誤解が拡がった。高圧タップ式では水銀整流器による整流をセンタータップ式回路にして、運転管理の必要な陰極を共通電位にして簡素化を図っても電圧切換は一組で済んだことで初期には主流だったが、大容量シリコン整流器の出現で、電圧切り替え機構が一組で済むブリッジ整流回路の採用が整備面においては利便性が高く、以降は低圧側での制御が主流となった。右図中段は低圧タップ制御の事例である。電動機の回転速度に合わせタップを切り替え、電動機の印加電圧を制御する。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
一方、変圧器のタップ制御で得られるのは交流であり、直巻電動機を駆動するためには、整流器を用いて直流に変換する必要がある。初期の交流電気車では水銀整流器が用いられた。水銀整流器は位相制御が可能であったが、振動対策や取り扱いが難しく、後に開発された半導体素子によるシリコン整流器へ移行した。また、元々の交流は正弦波であり、整流器で得られる電流は周期的に波を持った脈流となることから、平滑回路を挿入してなだらかな直流とする（右図下段）。変圧器のタップ制御は、抵抗制御とは異なり電流の損失がほとんどなく、電圧の制御幅も自由度が高いことが特長である。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
ところで、"タップ制御車は空転に強い"という俗説がある。タップ制御では”電動機が並列に接続され抵抗がないため空転が収束しやすく再粘着性に優れる”などという解説が巷にあふれているが、これは全面的に正しいとは言い難い（少なくとも上記の「理由」は明確に間違いである）。空転が発生した場合、当然にモーターによる逆起電力が急増し、回路電流が減る。自動進段制御の場合はこれを補う制御が行われ（抵抗制御・直並列組合せ制御の場合は抵抗が抜かれ）トルクが戻り、ますます空転するという状態を繰り返す。進段をしなければ回路電流は減り続けやがて空転が収まるはずであるが、再粘着時に回転が減ることで逆起電力も減少するためモーターにかかる電圧を減じない限り再度空転するはずである。よって空転を起こさない程度まで回路電流を減らして（ノッチを戻して）維持しなければ空転は収まらず運転を継続できないが、抵抗制御の場合は抵抗がすべて抜けた直列、直並列、あるいは並列の最終段以外において抵抗器の熱容量による制限で連続運転ができない。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
これに対し、印加電圧を直接制御するタップ制御では、どのノッチでも連続運転可能であるため、空転しない最大の出力をかけて運転することが容易である。この点はタップ制御(サイリスタ位相制御でも同様ではある)の利点であるが、空転検知能力がなく自動進段を備えたタップ制御車を仮定すると、上述の通り空転が始まった場合には自動進段の抵抗制御車同様収まる見込みはない。しかしながら、国鉄の製造した交流専用機関車は全車手動進段であるから、空転時に勝手に進段してしまうこともない。すなわち、空転に強いという理由の半分は手動進段であることに依っている訳である。
タップ制御は電力効率や再粘着性能に優れる一方で、有限個のタップ切換による段階制御であることから、抵抗制御と同様に切換時のトルク急変が伴い、空転そのものが発生しにくいわけではない。また、タップ切換時には大きな電流を切り入りするため、タップに電弧（アーク放電）を生じやすく、変圧器を損傷しやすい危険性を抱えている。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
これらの問題は、切り換えるタップの電圧差を連続的に制御して、トルクの急変や電弧発生を解消することで解決できる。これを電弧が生じないことから無電弧タップ制御、またはタップ間連続電圧制御と呼び、電圧の連続制御には位相制御を用いる。整流器に制御極（ゲート）を設けると、特定のタイミングで整流器をオンにできる。この特性を利用し、交流電流の波形に合わせてオンするタイミングをずらすことにより、平均電圧を連続的に制御するのが位相制御の仕組みである（右上図）。
位相制御の歴史は比較的古く、1935年（昭和10年）には水銀整流器による格子位相制御と組合せ制御を併用した電気機関車がドイツで試作されている。その後、第二次世界大戦を挟んで、1950年代から交流電気車の技術開発が活発化し、水銀整流器によってタップ間の電圧を連続的に制御できる車両が開発される。この当時は、トランジスタが発明され真空管に取って代わっていった時代であり、ほどなく水銀整流器も半導体素子であるシリコン整流器へと移行し、安定した性能が得られるようになった。その一方で、シリコン整流器は位相制御ができなかったため、無電弧タップ切換を行うには磁気増幅器の併用を必要とした。その後、制御極付きのシリコン整流器であるサイリスタが開発され、1960年代から電気車の位相制御に用いられるようになった。
電気車の速度制御 制御方式の変遷と各制御方式の詳説
右下図は、サイリスタを二組用いて無電弧低圧タップ切換を行う場合の概念を示したものである。1段目のタップを投入するとき、サイリスタT1を無点弧（出力ゼロ）の状態にしておくと、タップに電流が流れないため電弧を生じない。次に、サイリスタT1によって位相制御を行い、1段目のタップ電圧をゼロから最大まで制御したのち、2段目のタップをサイリスタT2に投入し同様に連続位相制御を行う。サイリスタT2の電圧が最大に達すると、T1はすべてT2に包含され電流が流れなくなるため、1段目のタップを切っても電弧はやはり生じない。この要領で、二組のサイリスタを交互に用いることにより、タップ切換で電弧を生じることなく連続的な電圧制御が可能となる。図の例ではサイリスタを用いたが、二組の磁気増幅器を用いても同様の制御が行える。
サイリスタの技術開発によって小型軽量な半導体素子による連続電圧制御が可能となると、さらに考え方を一歩進めて、タップ切換器を敢えてなくしてしまうことが考えられた。タップ切換は機械的なスイッチによって行われるが、これをサイリスタに置き換えて完全な無接点化を実現し、機器構成の簡素化・軽量化や整備性の向上を図るものである。この方式を一般にサイリスタ連続位相制御、あるいは単にサイリスタ制御と呼ぶ。