看似低調?但其實相當重要的電車設備「SIV」是什麼?




提到在鐵道迷間知名度很高、位於車輛底部的設備,應該就是「VVVF」吧。

這個 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency=可變電壓可變頻率)逆變器控制裝置,是用來控制流入馬達電力的「控制裝置」(主控制器)的一種。過去列車的控制方式曾使用「電阻控制」或「斬波器(Chopper)控制」等方式,但近年製造的車輛普遍採用在將直流轉換為交流時同時控制電壓與頻率,藉此控制馬達的 VVVF 逆變器控制方式。

控制裝置是構成列車主回路(即供給馬達電力的回路)的重要設備之一。此外,列車還有另一個關涉不同回路的重要設備:補助電源裝置。

看似低調?但其實相當重要的電車設備「SIV」是什麼?
補助電源裝置的一種:SIV。圖為西武7000系所搭載的機種。

列車要能行駛靠的是馬達與控制裝置等系統,但車上還裝有許多使用電力的設備,例如車內照明、廣播設備、空調系統,以及為煞車與車門等設備供應壓縮空氣的壓縮機等。另外,控制裝置是把由受電弓(pantograph)取入的電力送給馬達的裝置,但要讓控制裝置本身運作,也需要另一種電力。產生並供應這些電力的,就是補助電源裝置。過去多採用「MG」,近年則以「SIV」為主流。

就以直流1500V區間的列車為例(內部構成依車型而異),補助電源裝置將從受電弓等取入的電力輸入後,轉換成三相交流440V、單相交流440V、直流100V等。

MG 指的是電動發電機(Motor Generator)。此裝置先令馬達運轉,再帶動連接在其旋轉軸上的另一個馬達(發電機)發電。聽起來有些繞,但在半導體技術進步之前,這是主流方式。

京急230形のMG。構造が簡単なため戦前から採用されてきましたが、近年の新車で採用されることは基本的にありません
京急230形的 MG。因結構簡單自戰前起就被採用,但近年新車基本上不再採用。

SIV 是靜止型逆變器(Static Inverter)。和 VVVF 逆變器控制裝置一樣,利用半導體將直流轉換為交流。因為比 VVVF 逆變器更早普及,有些車輛曾簡稱其為「逆變器」。另外,新幹線的補助電源裝置則稱作「APU」(Auxiliary Power Unit)。

東武80000系のSIV。「インバータ装置」と書かれていますが、VVVFインバータ制御装置ではありません
東武80000系的 SIV。雖然標示為「インバータ装置」,但並非 VVVF 逆變器控制裝置。
ちなみに、こちらが東武80000系のVVVFインバータ制御装置。従来車両よりも小型化されています
順帶一提,這是東武80000系的 VVVF 逆變器控制裝置。比傳統車輛更小型化。

和有旋轉部的 MG 相比,SIV 如其名為靜止型,沒有可動部件,因此維護性佳且噪音也低於 MG。因此近年製造的鐵道車輛,像 VVVF 一樣,補助電源裝置普遍採用 SIV。

雖然稱為「補助」電源裝置,但它是供應列車行駛所必需電力的重要設備。一旦故障,列車可能無法自行行駛。

例如,2025年6月 JR東日本的 E8 系曾發生車輛故障引起關注,而當時故障的是補助電源裝置。結果供給給主變換裝置(相當於直流列車的控制裝置)的電力中斷,主變換裝置的冷卻系統無法運作,導致無法正常運轉。

為了使列車在萬一故障時仍能繼續運行,SIV 內部通常分成兩組,並採用多種備援方式:如兩組同時運轉的方式(並列同步)、平時只運轉一組、另一組待命的方式(待機二重制),甚至在 SIV 故障時由 VVVF 逆變器控制裝置的一部分代替 SIV 的方式等。此外,若一編組搭載多台 MG 或 SIV,亦可在一台故障時由其他台供電給整個編組,從而維持運行。