IN地铁时刻•番外番V02A:东洋电机制造GTO-VVVF史话
在1970年代,有关高压大电流晶闸管的研究一直是顺风顺水的,这一时期也是日本各大电机厂商研讨VVVF控制技术的高峰期。本期从东洋GTO开始讲起。

起步:RG610番台
1979年6月,东洋成立专门小组研究铁道车辆用VVVF,研究成果在1980年搭载于相铁6000系6306号车上,不过当时这套装置是装在车厢内的。

6306号车的试验装置以逆导型普通晶闸管为基础,额定工作点为2500V/400A,以1C4M方式控制175kW电动机。通过这套装置,东洋开始摸索VVVF的控制原理和操作,此后又在阪急1600系1601号车上搭载额定工作点为2500V/500A的逆导型普通晶闸管VVVF试验装置,不过这套装置明显压缩了体积,并在散热层面进行改良,可以装在车厢下方,也因此朝着实用化方向更近了一步。

再往后,便是1984~1985年间两次重要的GTO试验(分别在大阪地下铁20系和东急6000系(初代)上进行),它们标志着日本的GTO-VVVF的开端。东洋参与了第二次试验,将额定工作点为4500V/2000A的试验装置(以1C4M方式控制165kW电动机)搭载于6002号车进行长期运行测试,充分验证了其有效性。
6002号车虽然只是昙花一现,但它为东洋GTO-VVVF的正式商用奠定了坚实基础,测试结果很快就得到了转化,即为1986年生产的RG614系列。

不过很可惜,RG614系列GTO-VVVF现在再也听不到了,这里简要介绍一下系列内各产品的情况。
东急7600系(RG614-A-M):1986年5月上线,运行于池上线和多摩川线,2015年2月隐退。

RG614-A-M是东洋首款正式商用的GTO-VVVF,其额定工作点为4500V/2500A,以1C8M方式控制110kW电动机,在世界上首次采用1C8M控制技术。

京成3200形3294编成(RG614-B-M):1960年代初上线,1986年进行VVVF改造,由于频繁出现机器故障而于2004年1月隐退。(有关这列车的资料很少)

阪急7300系7310号车(RG614-C-M):1986年左右上线,运行于千里线和京都本线。RG614-C-M是RG614系列中最迟被淘汰的产品,其额定工作点为4500V/2500A,以1C4M方式控制180kW电动机,在2018年伴随7300系的翻新改造而被替换为RG6021-B-M(东洋中期IGBT-VVVF)。

相铁3000系、5000系(RG614-D-M):3000系仅1列,于1940年代末上线,1986年进行VVVF改造,1999年隐退;5000系则于1950年代末上线,1988年进行VVVF改造,2009年隐退。

RG614-D-M的额定工作点为4500V/2500A,以1C4M方式控制180kW电动机,首先在3000系试验成功,然后在5000系进行推广。

现存最早的RG610番台GTO-VVVF则是广岛电铁3800形的RG616-A-M(1987年上线),它也是世界首款使用热管走行风冷技术的GTO-VVVF。

值得一提的是,1980年代末,埼玉博览会和横滨博览会上分别展示了HSST-04和HSST-05磁悬浮样车,它们搭载的控制装置也是东洋GTO-VVVF(RG618-A-M)。

RG610番台中的RG617-A-M和RG619-A-M分别搭载于养老铁道7700系(原东急7700系)和阪急8300系先行车(8300F、8301F),前者目前尚未被淘汰,后者则在2022年12月随8301F启动更新改造而绝迹。

RG610番台为东洋赢得了京成和阪急两大重要客户,那么之后东洋GTO-VVVF的发展又如何呢?
进化:RG620/630番台
继7600系和7700系之后,东洋在1988年又承接了东急的新订单,这次是1000系的RG621-A-M,以1C8M方式驱动130kW电动机。目前1000系运行在东急系统的并不多,有一些让渡到了福岛交通、上田电铁等等第三铁道部门。不过除了1000系增购车用RG636-A-M和7700系IGBT试验车之外,由于东急的VVVF重心转移到了日立,东急便再也没有采购过东洋的其他VVVF产品。

至于相铁,同样由于它的VVVF重心转移到了日立,所以除了9000系的RG638-A-M(已于2013~2014年被替换为日立VFI-HR2820Q)之外,相铁再也没有采购过东洋的其他VVVF产品。

不过东洋并不发愁:首先,东洋一直都与国铁(及其民营化后的JR集团)保持密切合作,例如JR四国8000系试作车搭载的便是东洋GTO-VVVF(RG625-A-M);其次,东洋又迎来了两个重要客户:京急和京阪。

东洋在1989年接到京阪的订单,为7000系提供RG622-A-M,六年之后又为7200系和9000系提供RG622-B-M。两种产品的额定工作点均为4500V/3000A,以1C4M方式控制200kW电动机,在当时是日本除了新干线之外驱动能力最强的GTO-VVVF。

东洋与京急的结缘则是从1989年1500形的VVVF化工程开始的,1500形的第一批改造车搭载RG627-A-M,第二批改造车则与600形前几批车一同搭载RG627-B-M。

京急和京阪在IGBT-VVVF时代是东洋的常客,甚至于京急的最新车型(新1000形1890番台)使用的都是东洋的SiC技术,这个留到后续专栏再提。

而对于老客户,东洋已经有能力制作性能优异的VVVF产品了。京成AE100的RG630-A-M、京成3700形的RG633-A-M和阪急8300系量产车的RG637-A-M都是东洋GTO-VVVF的经典之作。


值得一提的是,RG633-A-M也在京成3600形3668编成(1988年3月上线,1999年2月进行VVVF改造)上试验成功,目前3668编成仍然以4节编组形式运行在金町线。

与此同时,东洋VVVF在有轨电车领域得到了很大发展,推出了RG629系列。
广岛电铁3900形(RG629-A-M,部分更新为RG6039-A-M):1990~1996年制造,共计8辆。广岛电铁是东洋的另一个重要客户,其在1997年增购的3950形同样搭载东洋GTO-VVVF。

鹿儿岛市电2110~2140形(RG629-B-M,部分更新为RG6039-D-M):1991~1993年制造,包括2110形3辆,2120、2130、2140形各2辆。

函馆市电2000形、3000形(RG629-C-M,部分更新为RG6039-B-M):2000形共2辆,3000形共4辆,均为1993年上线,它们是函馆市电的首批VVVF控制车。

富山地方铁道8000形(RG629-D-M):1993年制造,共计5辆,运行于富山市内的轨道线。

丰桥铁道モ780形(RG629-E-M):1997~1998年制造,共计7辆,原为名古屋铁道岐阜市内線和揖斐線的最后一款车型,在这两条线路废线后被让渡至丰桥铁道。

在1990年代末期,由于GTO的能耗问题,IGBT逐渐进入人们的视野,东洋也开始了它的IGBT-VVVF转型之路。

收尾:RG640/650番台
关于RG640/650番台,目前能查到的信息并不多,重要产品包括东武20000/20400系的RG642-A-M、东武9050系的RG642-B-M、名铁3500/3700系的RG645-A-M以及京王1000系(2代)1、2次车奇数编成的RG655-A-M(采用逆导GTO,额定工作点为4500V/1500A,以1C4M方式控制190kW电动机)。不过东武的VVVF重心后来转移到了日立,名铁的则是转移到了三菱,而京王后来采购的东洋IGBT-VVVF也只是局限在1000系(2代)的范围之内。至于老客户,东洋继续为京急600形的增购车提供RG656-A-M,进一步巩固了与京急的合作关系。

顺便说一句,东洋在1981年为东武9000系提供过AFE斩波装置RG609-A-M(先行车)和RG615-A-M(量产车),1997年,先行车的斩波装置被替换为和量产车同型,这也是东洋最后提供的AFE斩波装置。

接下来要讲的事,想必很多人都知道了:东洋与北京地铁结下了不解之缘。更进一步地说:
DKZ4是东洋GTO最后的倔强。

首先来看看DKZ4最早的样子。

DKZ4的GTO-VVVF(RG644-A-M)以1C4M方式控制180kW电动机,额定工作点为4500V/4000A。
北京地铁1号线采用DC 750V第三轨供电方式,与日本主流的DC 1500V接触网供电方式完全不同,东洋在第三轨供电方面的研究几乎是一片空白,加之RG644-A-M为东洋乃至日本首次向中国出口的VVVF,因此东洋把大量精力投入其中,后来它果然不负众望,成为东洋的翘楚产品,并发表于1999年的《东洋电机技报》第103号。

DKZ4的订单虽然早于名铁3500/3700系,但是直到1998年才开始交付,使得RG644-A-M成为目前可查证的东洋最迟交付的GTO-VVVF,它陪伴了北京地铁整整十五年,成为北京人的一项集体记忆。

2015年,伴随1号线的CBTC信号改造,DKZ4装上了RG6023-A-M(东洋初-中过渡期IGBT-VVVF),而拆下的RG644-A-M暂时尘封在四惠车辆段里。

如今的北京地铁1、9、10号线,以及八通线和亦庄线都有东洋的影子,这些留到后续专栏再提。