チョッパ制御
チョッパ制御(チョッパせいぎょ)とは、電流のON-OFFを繰り返すことによって直流または交流の電源から、実効値として任意の電圧や電流(一般的には直流、交流の場合も含まれる)を擬似的に作り出す電源回路の制御方式である。「チョッパ」(chopper) とは英語で「切り刻むもの」の意であり、電流(電圧)を切り刻んでいるかのように制御している意味である。主に電車の主電動機の制御や直流安定化電源(ACアダプタ)等に用いられる。入力電圧より下げる制御を「降圧チョッパ」、スイッチング時に発生するスパイク電流を用いて入力電圧より上げる制御を「昇圧チョッパ」と呼ぶ。
整流器(コンバータ・順変換器)
とも言う。
任意の電力を取り出す際に、抵抗制御やシリーズレギュレータでは、余分な電力を「熱」として捨てているのに対し、チョッパ制御では制御素子で電流を高速でON-OFFし、必要な電力だけを取り出すため、熱によるエネルギーの損失が少ない。制御素子にはサイリスタやパワートランジスタなどを用いる。
ON-OFFを繰り返すことからノイズが発生するため、安定化電源等では2次側にノイズフィルタを用いることが多い。
一般的なチョッパ制御回路では、出力電圧・電流などに応じてON時間とOFF時間の割合(デューティ比)を変化させ、負荷が変動しても安定した出力を得られるようになっている。
電子回路においては回路が複雑になるが、直流出力の製品では必要な部品を殆どワンパッケージ化したDC-DCコンバータや、スイッチング素子やチョークコイルなど数点の部品を追加するだけでチョッパ制御回路が実現できるICが発売されている。商用電源-直流出力の製品においてはスイッチングACアダプタなどとして、従来のトランス式電源回路を置き換えている。
ただしオーディオ・ビジュアル家電においては、スイッチングによるノイズを嫌って、あえて従来のトランスやシリーズレギュレータ等を用いた電源回路が採用される事がある。
鉄道車両においては、加速時には降圧チョッパとして動作させ、速度に応じてON時間とOFF時間の割合(デューティ比)を増加させて平均電圧を上げていく。減速時は主回路を切替えた後に昇圧チョッパとして動作させ、回路の電圧を架線電圧より高めることで主電動機が発生させた電力を架線に流し、回生ブレーキを実現する。速度が落ちると主電動機から発生する電圧も低くなるため、やはりデューティ比を上げて常に架線電圧以上の電圧を確保する。このとき、架線電圧を大幅に上回ってしまわないよう、抵抗器や専用の降圧チョッパ(ブレーキチョッパ)を挿入してから架線に戻すこともある。装置によっては、雨などによって加速中に空転が発生した場合に、それを検知してデューティ比を一時的に下げて粘着性能を確保する機能も搭載されている。また、電圧を断続的に変化させ、それに応じた電流を直流電動機に流しているので、主電動機の性能上できるだけ直流に近い電流を流することが望ましいため、リアクトルと呼ばれるコイルを主電動機と直列に接続するほか、主電動機にフライホイールダイオードを逆並列に接続して、無加圧時(チョッパのOFFの時間)において、循環電流をリアクトルを介して主電動機との間に流すことにより、直流に近い電流としている。
1968年、千代田線の営団6000系電車(一次試作車。電機子チョッパ制御)で初めて使われた。
また、エネルギー効率を高めたAVF(自動可変界磁)チョッパ制御が1974年、営団7000系電車(有楽町線)で採用された。
国鉄201系電車で採用された電機子チョッパ制御は最も電流の大きい回路で使用されることから装置が大型、高価、誘導障害対策が必要なため量産採用されたのはかなり珍しい部類である。特に営団01系電車で採用された4象限チョッパ装置ではパワーブロックが2組必要でVVVFインバータ制御と大差無い機器構成のため、多くが増備の段階でVVVF方式に設計変更されているが、京都市交通局10系電車や東京都交通局10-000形電車のようにそのまま増備された例もある。ブラシのある直流モーターを使用するため、VVVF方式で使う各種交流モーターに比べて省メンテナンス性で劣る。そのため近年新車としてチョッパ制御を採用された車両は皆無に等しい。また、VVVFインバータ制御の車両において、列車密度が低い線区で回生ブレーキを使用すると、電動機が発生させた電力が架線に流れず回生失効を起こす場合があるため、抵抗器を介した発電ブレーキ回路を構成してチョッパ制御を行うブレーキチョッパシステムを搭載している車両もある。
鉄道車両用装置はどの回路をスイッチングするかによってそれぞれ名称が異なる。詳しくは関連項目を参照されたい。
取消線の車両は搭載していた車両の機器更新や廃車で消滅している。
札幌市営地下鉄 3000形、6000形、7000形(いずれも全廃)
仙台市地下鉄 1000系(現在全車VVVFインバータ制御(1000N系)に改造)
営団地下鉄(現: 東京地下鉄) 6000(全廃)/7000(全廃)/8000系、01(全廃)/02(全廃)/03(全廃)/05系(01系5次車以降・02系20編成以降・03系26編成以降・05系14編成および19編成以降はVVVFインバータ制御、6000系/7000系は一部を除き、8000系、02系、03系3ドア車、05系ワイドドア車は全車VVVFインバータ制御に改造)
都営地下鉄 10-000形(全廃)
東武鉄道 9000型(9050型はVVVFインバータ制御)、20000型(20400型に改造により消滅、20050型・20070型はVVVFインバータ制御)
名古屋市交通局  3000形(2023年度までに引退予定)、5000形(全廃)
桃花台新交通 100系(全廃)
京都市営地下鉄 10系(3次車以降は全車VVVFインバータ制御に改造、1・2次車は全廃予定)
大阪市営地下鉄(現在のOsaka Metro) 10系(風冷式/フロン沸騰冷却式 17編成 - 26編成はIGBT素子のVVVFインバータ制御(10A系)に改造、全廃)
神戸市営地下鉄 1000形、2000形(両形式とも現在VVVFインバータ制御に改造)
阪神電気鉄道 7001形(回生制動なし。のち界磁添加励磁制御に改造の上2000系に改番後全廃)、5151形、5311形(いずれも改造で取り付け、のち全廃)、5131形・5331形(全廃)
日本国有鉄道 201系(2023年内に引退予定)、203系(全廃)
横浜市営地下鉄 2000系(全廃)
福岡市交通局 1000系(現在全車VVVFインバータ制御(1000N系)に改造)
広島電鉄 800形 (一部VVVFインバータ制御に更新)
広島高速交通 6000系(2025年度までに引退予定)
北九州高速鉄道 1000形(VVVFインバータ制御に更新中)
長崎電気軌道 2000形(路面電車初の量産車、全廃)
山陽電気鉄道 270形(全廃)(長期実用試験で281号に取り付けられた。吊り掛け駆動方式の一般営業車では唯一の電機子チョッパ制御車(ただし回生ブレーキは非搭載))
日本国有鉄道 国鉄EF67形電気機関車(EF60・EF65形電気機関車からの改造。直流電気機関車では唯一の電機子チョッパ制御車)
西日本旅客鉄道(JR西日本) 207系0番台(パワートランジスタ素子 (PTr) VVVFインバータ制御。中間電圧発生回路にGTOサイリスタチョッパを採用)
近鉄3000系電車(全廃) 京都市営地下鉄10系に準じた機器であったが誘導障害が生じた
南海8000系電車 (初代)(名目上廃車) 抵抗制御に改造され6200系に編入
阪急2300系電車(全廃)の改造車 (2311/2331)、5300系(5863)、2200系(2700/2710、電装解除の上6000系に編入)
これら電機子チョッパを採用した車両は、通電時にチョッパ装置よりブザーのような一定周波数の発振音を発する。