直流電車と交流電車の違いとは!なぜ2種類の電車があるの?

京阪電車

直流電車と交流電車。

日本では、現在この2種類の電車が走っています。

内訳をみると日本の大半では直流電車が走っていますが、北海道、東北、九州地方といった地方の在来線と、新幹線は交流電車となっています。

ここで気になるのが、直流電車と交流電車の違いや、なぜ2種類あるのかということです。それぞれ、どんなメリットやデメリットがあるのでしょうか?

このページでは、そんな直流電車と交流電車についてお話していきます。

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直流電車と交流電車の違い

まずは、直流電車と交流電車とはどのような電車なのかから見ていきたいと思います。

直流電車と交流電車
  • 【直流電車】電源に直流を使っている電車
  • 【交流電車】電源に交流を使っている電車

って、そのまんまですね(笑)

これではざっくりしすぎて何が何だか分かりませんので、もう少し詳しく電源である直流と交流の違いを確認していきます。

ポイント!直流と交流の違い【直流】常に一定の電圧がかかっていて、同じ方向に電流が流れる電源
(例:乾電池や車のバッテリーなど)

【交流】プラスとマイナスの電圧が交互に切り替わり、電流の流れる向きも変化する電源
(例:家庭電源など)

直流電車は一定の電流と電圧である直流を、交流電車は電圧や電流が変化する交流電源を使った電車なのですね。

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それぞれの電車の特徴

わざわざ2種類の電車が存在しているわけですから、そこには何かしらのメリットやデメリットがあるはずですよね。

ここからは、直流電車と交流電車、それぞれの特徴についてみていきたいと思います。

直流電車の特徴

まずは、直流電車の特徴からです。その特徴は、下記の通りです。

直流電車の特徴

  • 動力のモーターは直流の方が簡単に回せるため、車両を安く製造できる(メリット)
  • 地上の設備で、交流を直流に変換する設備が必要(デメリット)

直流電車のメリットは、電車の駆動させるモーターが直流の方が簡単に回せるため、車両に必要な設備が少なくて車両を安く製造できることです。

デメリットは、車両とは逆に線路に付随する地上設備のコストは高くなることです。日本の発電所で作られる電気は交流のため、交流から直流に変換する設備が必要になるからです。

交流電車の特徴

次は、交流電車の特徴です。その特徴は、下記の通りです。

交流電車の特徴

  • 地上の設備は、直流よりも少なくて済む(メリット)
  • 直流では取れない、大きな出力が取れる(メリット)
  • 車内で交流を直流に変換するため、車両を製造する費用は高くなる(デメリット)

交流電車のメリットとデメリットは、直流電車と逆ですね。交流電車は電源に交流を使うので、発電所の電気をそのまま使うことができるので地上の設備は安くて済みます。

しかし、電車の中で交流をモーターに使いやすい電源に変えないといけないので車内にその設備が必要になり、車両の製造コストは高くなります。

また、交流電車のもう一つのメリットとして、大きな出力が取れるということがあります。大きな出力を得るためには高い電圧で電気を送る必要がありますが、その場合は交流の方が適しているからです。

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2種類の電車がある理由

直流電車と交流電車のメリットやデメリットが分かったところで、ここからはそれぞれの電車が使われている地域とその理由をお伝えしていきます。

直流電車が使われている地域と理由

まずは、直流電車が使われている地域とその理由から見ていきたいと思います。

直流電車が使われている地域

  • 関東・中部・関西・中国・四国地方のJR線
  • 全国の私鉄・全国の地下鉄

日本のほとんどの地域では、直流電車が走っているのですね。

直流電車のメリットは車両の製造費用が安いことですから、都市部などたくさん電車が走るところに適しています。

地上の設備が少々高くついても、たくさん電車を造らないといけないので車両一台の値段を安くした方がメリットがあるのですね。地上の設備は、線路を走っている電車の数によってあまり違いませんからね。

この中で、関東・中部・関西は分かるけど、中国・四国地方ってそんなに都会だったっけと思うところ、ありますよね。

そんな中国四国地方ですが、直流電車が走っているのはやはり人口が多い都市部である瀬戸内側がほとんどです。ではその他の地域はというと、そもそも電気で走る電車ではなくディーゼルエンジンで走る汽車が走っているのですね。

交流電車が使われている地域と理由

次は、交流電車が走っている地域とその理由です。

交流電車が使われている地域

  • 新幹線
  • 北海道・東北・九州地方のJR線

直流電車とは反対に、交流電車のメリットは地上の設備が安くて済むところです。そのため、電車の数があまり多くない地方路線で採用されています。電車が少々高くなっても、地上の設備が安い方がメリットが出るのですね。

それともう一つは、新幹線。新幹線はスピードを出すために高い出力が必要になりますので、高出力が取れる交流電車が使用されているのです。

直流で発電すればもっと簡単になる!?今までの話からすると、最初から直流で発電して、高出力が必要な新幹線だけ交流にする変電設備があればもっと簡単にできるのではと思うところ、ありますよね。

 

しかし、実際には発電所で作られる電気は交流で、さらに交流のまま発電所から送電されるのでこのようなことはできません。これは、大量の電気を発電したり送電したりするのは直流だと非常に難しいのに対し、交流であれば比較的簡単にできるからです。

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交直流電車とは?

ちなみに、直流と交流どちらでも走ることが可能な電車もあり、その電車を交直流電車と言います。これらの電車は、直流区間と交流区間をまたがって走らないといけないところで使われています。

例えば、JR西日本の下関駅と、JR九州の小倉駅を結ぶ、下関発小倉行の電車などです。下関から門司駅まではJR西日本の管轄となるため直流電源、門司駅から小倉駅まではJR九州の管轄となるため交流電源となります。

異なる電源の区間を走って目的地まで行けませんから、交直流電車が使われているのですね。

ちなみに、直流と交流電源を切り替える際にはあるい地点で突然切り替えることはできないので、デッドセクションという区間を設けて電源を区別しています。

豆知識!デッドセクションデッドセクションとは、電化された鉄道において、異なる電源の接続点に設置される無通電区間のことです。この区間は電車に全く電気が供給されないため、電車は惰性走行で走ります。

 

上記の門司駅の例では、門司駅の下関方面側にデッドセクションが設けられており、この区間では電気を受け取れません。ここでは電気が受け取れずに車内の照明も消えてしまうのですが、このような理由があったのですね。

また、常磐線・水戸線・つくばエクスプレスでは、少し特殊な事情で交直流電車が使用されています。

これは、茨城県石岡市に気象庁地磁気観測所という地磁気を観測するための設備があり、直流電車が走ると地磁気に影響を与え、正しい観測ができなくなってしまうという理由からです。

そのため、観測所から半径30~40km以内には直流電車を走らせてはいけない決まりになっていて、この区間のみ交流電源、他の区間は直流電源で走るために、交直流電車が使われています。

終わりに

以上で、直流電車と交流電車の違いについての話を終わります。

今まで良くわからなかった直流電車と交流電車の違いが、スッキリと分かることができました!

今度電車に乗るときは、この電車が直流電車なのか交流電車なのかちょっと気にしてみたら、面白いかもしれないですね(^^)

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