電機子チョッパ制御
これは、モーターの電機子を制御するチョッパ装置のほかに、並列する形でモーターの分巻界磁を制御する4つのチョッパ装置を、分巻界磁を接続したブリッジ回路に取付けており、「前進力行」「前進ブレーキ」「後進力行」「後進ブレーキ」の4つの運転モードの切替えを、4つのチョッパ装置で連続かつ円滑に行うことができる方式である 。4象限チョッパ制御 (4Quadrant: 4Q) とも呼ばれる。
チョッパ制御の最終形態であり、搭載するチョッパ装置の所要数は多くなるが、抵抗器や可動接点部品の大幅な削減ができるほか、無接点で主回路の切り換えもないことから、保守の低減が可能となっている。このチョッパ装置が開発が可能になったのは高耐圧、大容量の電力用半導体であるGTOサイリスタが開発されたことが大きな理由とされている。
チョッパ装置の素子に高速スイッチング特性に優れたGTOサイリスタを採用することで、従来のチョッパ装置のチョッピング速度を3倍程度に高めた高周波チョッパが可能となる(チョッパ周波数を660Hzから2,000Hz以上に高周波化)。
電動車の各車軸速度を検出し、マイコンで速度差や加速度・加速度変化率を瞬時に比較演算をし、空転制御を行うことで最大限の粘着を行う「高粘着制御」の導入。
上り・下り勾配および曲線など路線条件によって変化する加速度を限流値内で補正し、一定の加速度を引き出す「加速度一定制御」の導入。
制御マイコンにより、走行中常に変化する各車軸の粘着係数を最大限に引き出すことで、期待粘着係数19.1%、MT比1:1で起動加速度3.3km/h/sを実現している。
前述の通り、分巻チョッパ制御は営団地下鉄で積極的に採用を進めた。しかし、営団でも在来路線において1991年(平成3年)度に東西線05系第14編成と南北線9000系にVVVFインバータ制御が初めて採用され、1992年(平成4年)度から06系・07系を最初にVVVFインバータ制御の本格的な採用が始まり、同年度で本方式の採用は終了となった。なお、分巻チョッパを採用したいずれの4形式とも1993年(平成5年)以降に落成した車両はVVVFインバータ制御が採用されている。
日本の電車で、この分巻チョッパ制御を採用したのは前記した営団地下鉄の4車種のみである。新交通システム(AGT)としては、横浜新都市交通(現・横浜シーサイドライン)1000形、桃花台新交通(2006年10月営業廃止)100系、広島高速交通6000系で採用されている。
この制御装置を日本で初めて営業運転(実用化)に用いたのは、1970年(昭和45年)7月1日に使用を開始した阪神7001・7101形電車であった。ただし、回生ブレーキを搭載しておらず、力行専用のチョッパ装置であった。これは、阪神が主回路の無接点化による省メンテナンス化を目的としてこの装置を採用したためである。
日本初の営業運転された電機子チョッパ車という栄誉こそ阪神7001・7101形電車に譲ったものの(チョッパ制御は力行専用)、営団6000系電車は第1次試作車での十分な試験を経て1971年3月の営団千代田線2期線開業に合わせて量産車の営業運転が開始された。同車は世界で最初に回生ブレーキ付チョッパ制御を実用化した。
この後営団は本方式を標準とし、界磁抵抗を廃したAVF(自動可変界磁制御: Automatic Variable Field Control)式チョッパ制御(7000系で実用化)、さらに4象限チョッパ(高周波分巻チョッパ)へと改良を加え発展させながら長期間にわたって採用し続けた。
その後、オイルショックの洗礼を受けた緊縮経済下において、むしろ高効率の電力回生による省電力化性能が強く希求されるようになり、営団を筆頭とした日本全国の公営地下鉄に続き、当時の国鉄も省エネ電車としての201系、併せて前述の6000系同様のトンネル内放熱抑制を狙った常磐緩行線・営団千代田線直通用の203系を製造したが、後の205系では安価な界磁添加励磁制御に方向転換した。また、一部の大手私鉄でも国鉄と同じく高性能化と省エネの両立を狙って試作車を製造した。