Penyelesaian dan Kajian Kes

Fuji's Power Electronics menyumbang kepada penjimatan tenaga dan keselesaan perjalanan terbaik untuk kereta api peluru Jepun,"Shinkansen"

Gambar ihsan Syarikat Kereta Api Jepun Tengah

Pada 1 Julai 2020, Tokaido Shinkansen N700S mula beroperasi secara komersial selepas menjalani perubahan model penuh buat kali pertama dalam tempoh 13 tahun. Setiap tempat duduk dilengkapi dengan saluran keluar kuasa mudah alih di mana penumpang boleh mengecas telefon pintar mereka dan peranti lain manakala setiap kereta mempunyai LCD besar yang menunjukkan maklumat seperti kedudukan semasa dan destinasi kereta api. Ruang kaki dalam Kereta Hijau (Kereta Kelas Pertama) telah meningkat sebanyak 15%.

Matlamat Shinkansen adalah untuk membawa penumpang ke destinasi mereka dalam masa yang lebih singkat dengan keselamatan dan keselesaan yang lebih baik. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, usaha juga telah dibuat untuk mengurangkan penggunaan kuasa untuk mengelakkan pemanasan global. N700S boleh berjalan pada kurang daripada separuh penggunaan kuasa* jika dibandingkan dengan Siri 0, generasi pertama Shinkansen.

"Penyongsang penukar utama" ialah nadi Shinkansen

Fuji Electric telah menyumbang kepada evolusi Shinkansen dengan elektronik kuasa sejak penubuhan Shinkansen.

Elektronik kuasa ialah teknologi yang menyediakan kawalan elektrik yang optimum. Ia digunakan di banyak tempat yang memerlukan tenaga elektrik seperti kilang, jalan kereta api, kenderaan dan perkakas rumah, dan mengambil alih peranan menukar jenis elektrik (AC dan DC) dan tahapnya (arus dan voltan) bergantung kepada aplikasi.

Elektronik kuasa telah berkhidmat di dua kawasan semasa evolusi Shinkansen. Ia menyumbang kepada penjimatan tenaga dan mencipta perjalanan yang selesa. Apa yang telah mencapai faktor ini ialah "penyongsang penukar utama," yang sering dirujuk sebagai jantung Shinkansen. Unit ini menukarkan elektrik yang diambil daripada pantograf dan mengawal motor yang memacu Shinkansen secara optimum.

Penyongsang penukar utama, diletakkan di bawah lantai Shinkansen, mengawal motor secara optimum

Rajah yang dicipta oleh Fuji Electric dengan bahan yang disediakan oleh Central Japan Railway Company

"Separa konduktor kuasa" yang menentukan prestasi penyongsang penukar utama

"Separa konduktor kuasa" ialah peranti utama dalam elektronik kuasa yang menentukan prestasi penyongsang penukar utama. Fuji Electric ialah pengeluar terkemuka global dalam semikonduktor kuasa dan mempunyai kelebihan daya saing kerana mampu membangunkan secara bersepadu kedua-dua penyongsang penukar utama dan semikonduktor kuasa secara dalaman.

Semikonduktor kuasa menukar voltan dan kekerapan dengan menukar (HIDUP dan MATI) elektrik secara halus dan berulang kali pada kelajuan tinggi. Ini membolehkan penyongsang penukar utama mempunyai kawalan yang tepat ke atas kelajuan putaran motor.

Bagaimana untuk mengurangkan kehilangan kuasa yang disebabkan oleh pensuisan adalah satu cabaran dalam pembangunan semikonduktor kuasa. Ini kerana ia disambungkan secara langsung untuk menjimatkan tenaga pada penyongsang penukar utama. Tambahan pula, kehilangan kuasa ditukar kepada haba, yang menjejaskan peranti semikonduktor kuasa (cip) dan bahagian sekelilingnya, termasuk litar elektrik, dan adalah penting untuk menyediakan langkah balas untuk ini dari segi kualiti.

Mengurangkan kehilangan kuasa dan mengawal haba dengan teknologi proprietari

Semikonduktor kuasa dicipta dengan membentuk litar elektronik yang tepat pada wafer berbentuk cakera nipis. Menghiris wafer menjadi segi empat sama beberapa milimeter akan menghasilkan cip, dan cip ini kemudiannya disambungkan dengan pendawaian dan dibungkus dengan resin untuk mencipta modul. Mereka disepadukan ke dalam penyongsang penukar utama dalam bentuk modul.

Untuk mengurangkan kehilangan kuasa, kaedah tersedia di mana cip diproses untuk memastikan ia nipis dan jarak aliran elektrik dipendekkan. Walau bagaimanapun, kerana bahan wafer keras dan rapuh, wafer akan retak semasa proses pembuatan apabila mengurangkan lagi ketebalan.

Dengan pemikiran ini, Fuji Electric telah membangunkan teknologi pemprosesan yang unik. Dengan meminimumkan impak yang diletakkan pada wafer, kami telah dapat menghasilkan cip nipis dan dengan itu mengurangkan kehilangan kuasa. Kami juga telah mencipta teknologi pakej yang cekap menyejukkan kedua-dua permukaan cip yang dipanaskan dengan menukar untuk mengurangkan penjanaan haba.

Secara amnya, adalah perlu untuk membesarkan semikonduktor kuasa untuk membolehkan lebih banyak elektrik mengalir (untuk meningkatkan output). Walau bagaimanapun, inovasi teknologi ini telah membolehkan modul meningkatkan output (ketumpatan kuasa yang lebih baik) sambil mengekalkan saiznya. Ketumpatan kuasa semikonduktor kuasa yang digunakan pada N700S Shinkansen terbaharu adalah kira-kira dua kali ganda daripada yang dilengkapi pada Siri Nozomi 300 pertama yang mula beroperasi pada tahun 1992.

Mengurangkan penggunaan kuasa dengan menjadikan penyongsang penukar utama 70% lebih ringan

Penyongsang penukar utama dilengkapi dengan peranti penyejuk untuk mengurangkan haba yang dihasilkan oleh semikonduktor kuasa. Pada mulanya ia menggunakan blower untuk penyejukan (penyejukan udara paksa), tetapi pengurangan kehilangan kuasa semikonduktor kuasa untuk menurunkan penjanaan haba membolehkan ia menggunakan penyejukan semula jadi (penyejukan tanpa peniup) menggunakan udara yang mengenai kereta api semasa ia bergerak.

Dengan meningkatkan ketumpatan kuasa semikonduktor kuasa dan membuat kemajuan dengan peranti penyejukan, kami telah mengubah rupa penyongsang penukar utama dengan ketara. Apabila membandingkan N700S dengan Siri 300 di mana penyongsang penukar utama mula-mula diperkenalkan, output daripada penyongsang penukar utama telah meningkat lebih 40% manakala berat unit telah berkurangan kira-kira 70%. Ini telah menyebabkan pengurangan penggunaan kuasa (untuk menjimatkan tenaga) semasa kereta api dalam perjalanan.

■Perubahan dalam penyongsang penukar utama

Menggunakan teknologi kawalan tinggi untuk menyediakan perjalanan yang lebih selamat dan selesa

Apabila bercakap tentang elektronik kuasa Fuji Electric, faktor penting ialah teknologi kawalan, yang berfungsi seiring dengan semikonduktor kuasa. Satu jenis teknologi kawalan ialah "kawalan vektor," yang digunakan pada penyongsang penukar utama.
Kereta api mula bergerak perlahan-lahan dan memecut secara beransur-ansur, dan kemudian berjalan mengikut betapa licinnya landasan kereta api akibat hujan atau peristiwa lain yang serupa. Ini dicapai dengan mengesan keadaan daripada faktor-faktor seperti kekuatan arus elektrik yang mengalir ke motor dan dengan mengemas kini serta-merta kawalan motor dengan maklumat ini.

Kerja berpasukan yang tidak tergoyahkan merentas jabatan dan pangkalan pengeluaran
Meneruskan pembangunan Shinkansen

Untuk meningkatkan perpaduan ahli projek di enam jabatan syarikat yang tersebar di seluruh kilang dan pejabat, tanda logo yang direka dengan enam bintang telah dicipta dan dijadikan lencana untuk dipakai oleh ahli ini sepanjang masa. Lencana ini menekankan keinginan kuat ahli untuk menyediakan pelanggan dengan kualiti yang melebihi lima bintang.

N700S dilengkapi dengan penyongsang penukar utama yang menggunakan semikonduktor kuasa SiC* terkini, dan Fuji Electric mengambil bahagian dalam pembangunannya sebagai salah satu syarikat ahli teras. Penyongsang penukar utama kami akan menjadi lebih padat dan ringan untuk terus mengembangkan Shinkansen ke masa hadapan.

Fuji Electric menyokong mewujudkan pasukan sumber manusia yang pelbagai dan menghadapi cabaran menggunakan keupayaan keseluruhan pasukan ini dalam Dasar Pengurusan kami. Ahli syarikat kami, bersama-sama dengan pelanggan, akan terus mengasah kemahiran mereka yang dibangunkan setakat ini dan menyumbang kepada mencapai masyarakat mampan yang bekerjasama sebagai satu pasukan dengan pembuatan dari perspektif pelanggan.

*Silikon karbida (SiC)

Halaman Atas