直流電源装置（整流器）の歴史と将来

直流電源装置（整流器）は発電所、変電所、鉄道施設、水処理施設、医療施設、
放送局、工場、ビルなど、様々な分野で使用されていますが、日本における
その歴史と技術変遷について概要を掲示します。

【回転変流器】

１９１２年５月１１日、信越本線　横川駅ー軽井沢駅間の碓氷峠アプト式区間が
日本の幹線として初めて電化された際に出力電圧６００Ｖの回転変流器が使用されました。

回転子と巻線が交直両方で共用され、直流側リードは各整流子セグメントに接続し、
２組のブラシで直流負荷側に接続される直流電動機・発電機の構造
変圧器に起動タップを設け、約４０％程度の電圧で起動

当初：タップ切換のために電磁接触器または油入切換開閉器等を使用
　　　　　↓
起動用直列リアクターによる全電圧起動
（起動装置の簡素化）
特徴：（短所）起動盤等の付属設備が必要
　　　（短所）回転機の整流子の保守が必要

静止型直流電源装置（整流器）の登場

【水銀整流器】

１９００年　アメリカ人のクーパー・ヒューイットが水銀アークの整流性を
利用してガラス製水銀整流器を発明
ガラス製水銀整流器：６陽極ガラス整流管（従来型）

ＧＳユアサ（旧日本電池）：１９３５年に１号機納入　
　　　　　　　　↓
相管式（４陽極）ガラス製水銀整流器：大容量化、長寿命化
ＧＳユアサ（旧日本電池）：１９４９年に１号機納入

鉄製水銀整流器：（主に電鉄用）１９２０年にヨーロッパで研究開始
特　徴
ガラス製（短所）水銀蒸気が励磁される事によって紫外線が発生するため、
　　　　　　　　直視すると、目に悪影響
鉄　製　（短所）真空ポンプを常時運転する必要がある
　　　　（短所）水銀蒸気による汚染の可能性がある　

【画像引用】
日本電池株式会社（１９９５年）『GS　News Technical Report100周年記念号』
GSにおける電源システム技術のあゆみ
図１　相管式グライター水銀整流器回路図

【セレン整流器】

セレンのＰ型半導体としての性質を利用した整流器
自身で電流を制御する機能なし（普通型）タップ切換
ＧＳユアサ（旧日本電池）：１９４７年に１号機納入　
　　　　　　　　↓
自動定電圧制御（可飽和リアクトル式）：保守の無人化
特徴：（長所）信頼性が高い
（短所）許容電流や耐電圧が低い
用途：比較的小容量で信頼性を重視した電話用が主流

【引用】
日本電池株式会社（１９９５年）『GS　News Technical Report100周年記念号』
GSにおける電源システム技術のあゆみ
図３　浮動用セレン整流器回路図

【シリコン整流器】

１９５５年　シリコン整流素子がアメリカで発明
シリコン整流素子の機能はセレンと同じ
ＧＳユアサ（旧日本電池）：１９５９年に１号機納入　
　　　　　　　　　↓　
自動定電圧制御、高電圧・大電流化
特徴：　⇒（長所）低コスト ・信頼性が高い
　　　　　（短所）技術的発展性がない
用途：電鉄用など

【画像引用】
日本電池株式会社（１９９５年）『GS　News Technical Report100周年記念号』
GSにおける電源システム技術のあゆみ
図８　自動定電圧シリコン整流器回路図

【サイリスタ整流器】

単結晶シリコンを母材としたＰ型半導体とＮ型半導体を接合したＰ-Ｎ-Ｐ-Ｎの４層構造
（三端子のスイッチング素子）
外側のＰ層：陽極のアノード（Ａ）
外側のＮ層：陰極のカソード（Ｋ）
内側のＰ層：ゲート（Ｇ）

ＧＳユアサ（旧日本電池）：１９６２年に１号機納入　
出力電流が定格電流以下　⇒　定電圧制御
出力電流が定格電流超過　⇒　定電流制御
現　在　　　　　↓　
三相入力：純ブリッジ回路（６ＳＣＲ）
単相入力：混合ブリッジ回路（２ＳＣＲ）
特徴：（長所）信頼性が高い
　　　（長所）小容量から大容量まで対応
（短所）入力電流波形に大きな歪みを発生させる
商用周波数の波形を直接断続させて出力を一定電圧・一定電流に制御している
２０２２年現在も主流の整流器

【スイッチングレギュレータ整流器】

電源装置内部の動作周波数を高周波化し、トランスを小型化
ユニット方式（ｎ＋１）台並列冗長で高信頼性化

ＧＳユアサ（旧日本電池）：１９７９年に商品化　
　　　　　　　　↓　
現在：ＩＧＢＴ　ＰＷＭ制御
特徴：（長所）入力力率が高い
　　　（長所）入力高調波抑制
　　　（長所）将来の負荷増設に対応可能
　　　　　　　ユニット最大搭載数迄
　　　（短所）高コスト　　　　
用途：主に通信用（４８Ｖ・２４Ｖ）

【画像引用】
株式会社GSユアサ製品技術資料
直流電源装置　交流無停電電源装置の概要
２．３　スイッチング整流器の概要２．３．１　基本回路構成　図６

【トランジスタ整流器】

１９８４年に現在のＩＧＢＴが誕生【絶縁ゲートバイポーラトランジスタ】
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を主要部に組込んだ
バイポーラトランジスタ
サイリスタと同様にＰ-Ｎ-Ｐ-Ｎの４層からなる半導体素子でありながら
サイリスタ動作をさせずにＭＯＳゲートで電流を制御できる素子

ＧＳユアサ（旧日本電池）：１９９０年に開発　
ＰＷＭ制御（パルス幅変調）
リアクトルを用いて平滑化する必要がある
現在　　　　　　　　　↓
電力変換制御部／システム制御部を全てデジタル化
特徴：（長所）入力力率が高い・入力高調波電流抑制
　　　（短所）高コスト
　　　（短所）サイリスタ整流器よりサイズが大きい用途：水処理施設など
　　　　用途：水処理施設など

【画像引用】
日本電池株式会社（１９９５年）『GS　News Technical Report100周年記念号』
GSにおける電源システム技術のあゆみ
図１７　トランジスタ整流器の主回路図と動作

将来は次世代パワー半導体（SiC、Ga₂O₃等）の採用によって、高効率化、発熱量低減、装置の小型化が期待されます。

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