バーニア制御
交流を取り入れ整流子電動機を駆動する交流電気車は、直流電気車のような抵抗制御を一般に用いず、交流車独自の電圧制御が行なう。一つは変圧器を用いる方法で、入力側(1次側)と出力側(2次側)の巻線比率によって異なる電圧を得ることができる。変圧器に切り替え可能なタップを設ければ、段階的に電圧を変えることが可能となり、これをタップ制御と呼ぶ。
もう一つの方法が位相制御である。タップ制御が電圧そのものを変えるのに対し、スイッチング機能を持つ整流器等によって特定の時間のみ電流を導通させ、平均電圧を制御する方法である。図2-2に位相制御の仕組みを示す。トリガと呼ばれる信号電流を制御電極に与えると交流電流が流れ、電流がゼロになるまで流れ続ける。トリガを与えるタイミングを変化させると、半波長分の導通を0から100パーセントまで自在に制御でき、平均電圧を連続的に変えることができる。
交流電化路線を走行する交流電気車においても、20世紀末ごろまで直流電動機が主として用いられたが、直流電気車とは異なる制御方式が採られた。交流電気車は電圧の制御が容易であり、抵抗制御を用いることなく、直巻整流子電動機にかかる電圧を変えることが可能であった。とくに連続位相制御と呼ばれる方式は、電圧を連続的に変化させることが可能であり、抵抗制御の課題であった不連続な回転力(トルク)の変化が生じない方式であった。その一方で位相制御は高調波と呼ばれるノイズを生じ、誘導障害を引き起こすことが課題であった。バーニア連続位相制御は、その対策の一つである。
そこで、少ない素子数で位相制御幅を小さくし、高調波の影響を抑える仕組みがバーニア連続位相制御である。本方式では変圧器の2次側を不等分割し、容量の小さな2組のサイリスタブリッジと、その2倍の容量を持つブリッジによって構成される。図2-5に不等5分割の事例を示す。この事例では、ブリッジT1・T2を巻線比率の8分の1とし、残りのT3・T4・T5を4分の1とする。T1を連続位相制御しT2と組み合わせることで8分の1単位で位相制御を行い、5分割でありながら8分割相当の細かな制御ができ、高調波の影響を小さくすることができる。
バーニア連続位相制御は1973年、日本国有鉄道(国鉄)によって新幹線の試験車両である961形電車に不等5分割方式の試験が実施された。961形は全国新幹線網計画に基づき、東海道・山陽新幹線と東北・上越新幹線の直通運転を想定した車両であった。