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초록
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철도의 무선전력전송 시스템을 구현하는데 있어 급전선로에서 생성된 자기장은 레일에 유기전압을 형성한다. 레일의 유기전압은 궤도회로의 동작 및 안전사고에 영향을 줄 수 있기 때문에 최소화하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 3가지 무선전력전송 선로에 대해서 레일에 형성되는 유기전압의 관계를 시뮬레이션을 통하여 살펴보고 레일 유기전압을 줄이기 위한 급전선로의 자기장 분포를 제시한다.

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The magnetic field generated by the feeding line of a wireless power transfer system induces voltage on the rail of a railway system. The induced voltage of the rail can have a bad influence on the track circuit and on safety. This paper simulated three feeding lines to study the relation between th...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 특히 철도환경의 경우 급전선로 좌우로 레일이 있으며 두 레일이 연결되면 하나의 폐루프가 형성이 되고 자기장이 선로 안쪽에서 쇄교하게 되면 유기전압이 형성이 된다. 레일의 규격에 따라서 유기전압의 양이 조금 달라질 수는 있지만 본 논문에서는 급전선로와 레일 유기전압과의 관계를 살펴보기 위하여 레일을 고정을 하고 진행하였다. 철도환경에서 무선전력전송의 급전선로의 구성을 Fig.
  • 무선전력전송의 주파수를 60kHz 로 하고 급전전류를 300A로 넣고 시뮬레이션을 했다. 무선 전력전송에 있어서 선로주변의 자기장(EMF)의 세기도 안전을 위하여 중요한 파라미터이며, 본 논문에서는 선로 중심으로부터 1.75m 떨어진 지점의 EMF를 같이 살펴보았다. 시뮬레이션은 3차원 전자기 해석 시뮬레이션 상용소프트웨어 [11]를 사용하였고 결과는 Fig.
  • 레일은 열차가 움직이는 변위를 줄여 공극을 일정하게 유지하고 열차의 위치가 틀어지는 것을 막아주는 장점이 있는 반면에 급전선로에서 형성되는 자기장에 의해 전압이 유기될 수 있다. 본 논문에서는 무선전력 전송을 철도에 적용할 경우 레일 유기전압이 형성될 수 있음을 제안하고 다양한 급전선로에 대해서 레일의 유기전압을 시뮬레이션을 통하여 분석한다 또한 유기전압을 최소화하기 위한 급전선로의 배치를 제시하고자 한다.
  • 일반적으로 픽업 코일의 너비는 급전선로의 너비와 유사하게 설계하고 픽업상단에는 자기장 차폐 및 픽업의 효율을 높이기 위하여 페라이트 판을 사용한다. 본 논문에서는 일반적인 픽업 구조를 활용하여 각 선로로부터 얻을 수 있는 픽업의 유기전압을 살펴보았다. Fig.
  • 본 논문에서는 철도에 무선전력전송을 적용할 경우 레일에 유기전압이 형성되어 문제를 야기 할 수 있음을 제시하였다. 그리고 이를 해결하기 위해서 레일안쪽에 형성이 되는 급전선로의 자기장이 상쇄될 수 있도록 서로 반대방향으로 형성되게 구성하는 것이 유리함을 제시하였다.
  • 기존구조에서 쇄교하는 자기장을 줄이기 위해서는 급전선로에 코어를 사용하거나 픽업모듈의 형상을 디자인 하여야 한다. 하지만 근본적으로 자기장을 줄이는데 한계가 있기 때문에 본 논문에서는 급전선로의 형상을 바꾸어 레일 유기전압을 줄이는 것에 대해서 살펴본다. 쇄교하는 자기장을 서로 상쇄시키기 위한 급전선로는 2가지가 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선전력전송 시스템은 무엇인가? 무선전력전송 시스템은 공급되는 전기에너지를 접점 없이 부하에 전달하는 방법이다. 무선으로 전원을 공급하기 위해서는 저주파는 전류가 잘 유기되지 않기 때문에 일반적인 전원 주파수를 사용할 수 없고 고주파로 변환을 해 주어야 한다.
무선으로 전원을 공급하기 위해 어떤 주파수를 사용해야하는가? 무선전력전송 시스템은 공급되는 전기에너지를 접점 없이 부하에 전달하는 방법이다. 무선으로 전원을 공급하기 위해서는 저주파는 전류가 잘 유기되지 않기 때문에 일반적인 전원 주파수를 사용할 수 없고 고주파로 변환을 해 주어야 한다. 또한 최대한의 에너지를 전달하기 위해서 급전선로와 픽업의 리액턴스 성분을 줄이는 공진구조를 사용한다.
무선전력전송장치는 어느 분야에서 적용되고 있는가? 무선전력전송장치는 수 W에서 수백 kW까지 다양하게 연구가 되고 있다. 적은 용량의 응용에서는 휴대폰 및 노트북, 소형가전, 로봇 충전 등에 적용이 되고 있으며 대용량 응용에서는 자동차, 버스, 철도 충전에 적용되고 있다[2-9]. 적은 용량의 경우 고주파 소자가 다양하게 개발이 되고 있기 때문에 주파수를 높여 MHz 단위에서 연구가 활발히 진행이 되고 있으며, 대용량의 경우 주파수를 올리는 것에는 소자한계로 인하여 수십 kHz 단위에서 연구가 되고 있다.
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참고문헌 (12)

  1. Aiguo Patrick Hu (2009) Wireless/Contactless Power Supply, VDM Verlag, Germany, pp. 5. 

  2. M. Stratmann, P. trawinski (2004) Rechargeable Toothbrushes with Charging Stations, US patent, US6798169 B2. 

  3. H. Abe, H. Sakamoto, K. Harada (2000) A noncontact charger using a resonant converter with parallel capacitor of the secondary coil, IEEE Trans. On Industry Applications, 36, pp. 444-451. 

  4. S.Y.R. Hui, W.W.C. Ho (2005) A new generation of universal contactless battery charging platform for portable consumer electronic equipment, IEEE Trans. on Power Electronics, 20, pp. 620-627. 

  5. J. Huh, S. Lee, C. Park, G.-H.Cho, C.-T. Rim (2010) High performance inductive power transfer system with narrow rail width for on-line electric vehicles, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 647-651. 

  6. S. Lee, J. Huh, C. Park, N.-S. Choi, G.-H.Cho, C.-T. Rim (2010) On-line electric vehicle using inductive power transfer system, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 1598-1601. 

  7. Bombardier Transportation (2010) PRIMOVE Contactless and Catenary-Free Operation, EcoActive Technologies. 

  8. B. Lee, S. Hong, J. Kim, C. Park, S. Lee, J. Lee (2013) 60kHz Wireless power transfer system for tram, Railway Journal, 16(1), pp. 8-11. 

  9. K. Hwang, S. Kim, S. Kim, Y. Chun, S. Ahn (2012) Design of wireless power transfer system for railway application, International Journal of Railway, pp. 167-174. 

  10. S. Ahn, et al. (2010) Low frequency electromagnetic field reduction techniques for the on-line electric vehicle (OLEV), IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, pp. 625-630. 

  11. ANSYS Maxwell. 

  12. ICNIRP Guidelines (1998) Guidelines for Limiting Exposure to Time-varying Electric, Magnetic, and Electromagnetic fields (up to 300 GHz). 

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