技術的進步讓人驚嘆不已。
JR東日本與三菱電機於9月25日宣布,將在山手線E235系試裝次世代車輛驅動用變頻器設備,計劃在2026年2月前於一列車輛上試裝兩台,將進行控制狀態和維護性確認。

什麼是「VVVF變頻器」?
電車配備有調整電機電流的設備「控制裝置」,用以控制行駛中的加減速。從架空線供應的電力會通過這一裝置送到電機。過去,「電阻控制」曾是主流,但近年來,許多新製造的電車都採用了以半導體為基礎的「VVVF變頻器控制裝置」。
VVVF(可變電壓可變頻率)變頻器控制自1970年代在日本鐵路界開始積極開發,1980年代後半開始大量採用。自1990年代以來,越來越多的業者採用了這種技術。最初普遍使用的開關元件是「GTO(門極關斷)晶閘管」和「IGBT(絕緣閘雙極晶體管)」,但近年來,基於SiC(碳化硅)元件的「MOSFET」也開始被許多公司採用。

VVVF變頻器控制裝置透過高頻率開關操作來控制電機的運行。雖然並不是物理上反覆進行開關操作,但這是控制所需的重要機制,然而同時也會產生熱量和噪音等損耗。
儘管傳統的SiC元件採用的VVVF變頻器控制裝置相較於以前使用Si(矽)元件的IGBT-VVVF變頻器控制裝置,在開關速度和損耗減少方面的優勢是明顯的。此次發表的下一代VVVF變頻器控制裝置似乎在性能上更勝於傳統的SiC元件的產品。
非常小型化的「下一代VVVF」,但有什麼奧秘?
下一代VVVF採用了經過優化的半導體芯片結構和封裝結構,使用了最新的SiC元件,因此單個元件的開關損失約減少60%,實現了省能源化。

此外,如前所述,開關損失會以熱量和聲音的形式產生,因此需要對此進行對策。在熱量對策方面,控制裝置配備了散熱器。由於這次的下一代VVVF因開關損失降低而減少了元件的發熱,散熱器的減小成為了可能。此外,經過重新配置部件,體積減少約60%,質量減輕約50%的成果也隨之實現。
E235系的VVVF變頻器控制裝置雖然比E233系等早期的車輛小,但此次發表的下一代VVVF卻比現有的E235系用的還要小型。雖然安裝方向似乎變更了90度,但從圖像上看,它似乎只佔用了一扇乘客上下車的門檻的一側,或甚至更小的空間,可見其體積非常小。

然而,傳統E235系用控制裝置中內置的斷流器在下一代VVVF中似乎被分離出來了。控制裝置的大小雖大幅縮小,但包括斷流器和濾波電抗器在內的整個系統的尺寸到底有多大變化,目前尚不清楚。
儘管如此,控制裝置的小型化使得設備配置能夠更分散地進行,提高了地板下設備配置的靈活性,這本身就是非常大的優勢。
從圖像上看,以往一台裝置的配置變為現在兩台,且設置位置從車輛中部移至車端附近的台車,加以分散配置。傳統E235系的控制裝置是用一台控制四個電動機(1C4M),而此次試驗搭載的下一代VVVF則是一台控制兩個電動機(1C2M)。

