界磁添加励磁制御
本方式の性能を確認するため国鉄吹田工場において、廃車を控えた101系に本制御装置一式とDM106形ブラシレス電動発電機を床上に艤装したほか、113系と同じ主電動機と駆動装置(歯車比は82:17 = 4.82)に交換した。1984年(昭和59年)3月に東海道本線大阪 - 野洲間で3日間にわたって走行試験が実施された。3月24日は、山陽本線を含めた当時の快速ダイヤに乗れるかの運転試験である。試験区間は以下のとおり。
3月21 - 23日:大阪 - 野洲間1往復(走行試験)
3月24日:大阪 - 東加古川 - (大阪) - 草津 - 大阪(運転試験)
クモハ101-179 + モハ100-228 + モハ100-79 + クモハ100-85(太字の2両が艤装した試験車、細字の2両はT車扱い)
この実用化試験のために製作された機器は以下のとおりである。主電動機はMT54D形が使用された。
CS922形主制御器
HS925形励磁装置(界磁制御装置・東洋電機製造が製作)
MR928形主抵抗器
IC932形誘導分流器(東洋電機製造が製作)
従来のCB12、CB13形断流器を改造(東洋電機製造が製作)
この試験結果から、本制御方式の性能確認や実用化の見通しが確認された。
基本構造は起動については旧来の抵抗制御を用い、扱う電流が小さいがゆえ安価な界磁調整器を用いて回生ブレーキを可能としたものである。すなわちモーターの電圧制御は旧来のままとして高コスト化を避け、比較的安価な界磁調整器によって得られる回生ブレーキによる省エネルギー効果に絞った方式であった。起動抵抗損は走行エネルギー全体より1桁少ないので、走行エネルギー回収率を向上させることで起動抵抗損分を埋められるのでコストパフォーマンスに優れ、民鉄では広く普及した。その一方で、この方式は電気鉄道に必要な駆動特性と界磁調整とを両立させるため複巻電動機を必要とした。複巻電動機は旧来の直巻電動機に比べ構造が複雑で、その分巻界磁利用時には負荷や電圧の変動に弱く、保守も手間がかかることが課題であった。
民鉄に比べて桁違いの大量導入かつ、広範な標準化を前提とせねばならない国鉄においては、コスト、保守、安定動作のいずれにも制約を伴う複巻電動機の採用は、それに伴うメリットと比較しても政策的に躊躇されるものであった。しかし、この回生制動の有効性重視の考え方こそ本稿「界磁添加制御」の基本であり、後日、直巻モータの界磁巻線を別電源で励磁して分巻特性を得て回生制動制御を行う方式として完成され、それは電圧・負荷変動の応答性にも優れた方式だった。