直流電車と交流電車の違いとは？それぞれのメリットを解説！

2022年11月7日

こんにちは！

疑問を持つ子

直流電車と交流電車があるって聞いたけど、何が違うの？

悩む子

それぞれのメリットが知りたいな

今回はこんな疑問を解決します！

シモ

直流と交流は電気の送り方の違いです！
それぞれにメリットとデメリットがありますよ！

この記事で分かること

直流とはプラスからマイナスへと一方向にしか流れない電気のこと
交流とはプラスからマイナスへと電気が入れ替わっていき、時間ごとに流れる電圧が変わる電気のこと
直流電車・交流電車とは変電所からの架線電源をどちらで受け取るかの違い
直流電車・交流電車にはそれぞれメリット・デメリットがあり、使い分けられている

10年間電車整備士をしていて、直流電車と交流電車のどちらも整備経験がある筆者がお話しします！

それでは、よろしくお願いします！

直流電車と交流電車の違い（基礎編）

電気には直流と交流があります。これは電気の流れ方の違いで、それぞれに特徴があります。変電所から架線を通して電車に送る電気にも直流と交流があり、それぞれ「直流電車」「交流電車」として使い分けられています。

ではそもそも直流と交流ってどんな電気なんでしょうか？それぞれについてお話します！

直流の電気とは？

直流の電気とは、プラスからマイナスへと一方向にしか流れない電気のことです。身近なものだと乾電池が直流の電気になります。英語で言うとDirect Current（DC）です。

シモ

単1〜5などの乾電池は直流の1.5V

また直流の電気は時間によって電圧が変化せずに一定の電気が流れることも特徴です。以下の図ようなイメージになります。

電車の場合は架線からの直流電源は1500V、750V、600Vの電圧を使用している場合があり、本州の都市部ではこのスタイルが多く採用されています。

交流の電気とは？

交流の電気とは、プラスからマイナスへと電気が入れ替わっていき、時間ごとに流れる電圧が変わる電気のことです。身近なものだと家庭用のコンセントが交流の電気になります。英語で言うとAlternative Current（AC）です。

シモ

家庭用のコンセントは交流の100V

ちなみにゲーム機やパソコン動かす際に使う電源ケーブルには「ACアダプタ」というものがついていて、交流の電気を直流の電気に変換して機器を動かしています。以下の図のようなイメージになります。

交流の場合は常に電圧が変化しているので、実際に使用している電気を平均で計算した「実効値」と呼ばれる電圧が表示されます。実効値は直流に換算するといくらか？というイメージです。

なので直流100Vと交流100Vを使用した場合の電球の明るさは同じになります！

交流ではプラスとマイナスが1秒間に何回入れ替わるかを「Hz（ヘルツ）」という単位で表します。

東日本では50[Hz]、西日本では60[Hz]の交流がコンセントから流れています。つまり1秒間に50回か60回もプラスとマイナスが入れ替わっているんですね！

電車の場合は架線からの交流電源だと20000V、25000Vの電圧を使用している場合があり、地方路線や新幹線ではこのスタイルを採用しています。

直流電車と交流電車の違い（変電所編）

では直流と交流の違いが分かったところで、電車で使用する場合にはどういった違いがあるのか。まずは電車にどうやって電気が届くのかというと

発電所→変電所→架線→パンタグラフ→電車

といった順番で流れてきます。詳しい話は電車の動力源は電気！その電気はどこから来るの？で解説しております。

この電気の流れではそれぞれにポイントがあります。

発電所→変電所では交流の電気だと変圧しやすいので効率が良い
電車の場合、変電所からの電気は直流・交流の2種類ある
電車は直流電気を使ってモーターを回している

順番に見ていきましょう！

発電所からの電気は交流だと送電効率が良い

発電所の電気は50万ボルトや20万ボルトといった超高圧の電気で変電所まで送ります。なぜ超高圧で送電しているかと言うと電圧が高いほど送電の効率が良いからです！
例えば電気は送るときに50万ボルトあっても、送っている途中で損失が発生してしまい、1万ボルトになってしまうといったイメージです。

このように、送電途中で損失してしまうことを「電圧降下」と言います。

次に変電所では何をしているかと言うと、超高圧の電気をちょうど良い電圧に調整する役割があります。この時、直流の電気よりも交流の方が変圧が簡単であるという特徴があります。直流の場合は設備的に費用がかかったり、変圧時にロスが生じてしまいます。そのため、変電所までの電気は交流で送電されます。

電圧降下や変圧について詳しく見る