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제안 방법
- 회로방식은 2중 쵸퍼 + 6펄스 전압형 인버터 방식, 제어방식은 PWM 제어, 냉각방식은 자연냉각 방식을 적용하였다. 240kVA 보조전원 장치는 국내 독자기술로 개발되었으며, 소형 경량화, 고효율, 유지보수의 편리성, 고신뢰성을 구현하였다. 제어장치는 32bit CPU를 사용한 디지털 제어방식이며, 고장기록을 위한 Trace-Memory 기능을 탑재하고 있다.
- 240kVA급 보조전원장치에 대한 성능 특성을 확인하기 위하여 T차와 Th차 배전반 터미널에서 신호를 인출하여 분석에 이용하였다. 보조전원장치의 입력전압, 출력전압, 축전지 출력전압 등과 관련된 데이터들을 입력받도록 하였다.
- Data 동기화를 위해 T차에 설치되어있는 제어용 프로그램에서 DC 5V 신호를 입력받아 Ready 상태에서 데이터를 계측하고, 계측 중에는 저장, 종료 등의 각종 명령을 제어프로그램의 DC 5V로 제어한다. 아울러, 계측된 데이터는 하드 디스크에 저장되고, LAN 통신을 통해 실시간으로 전달되어 모니터링을 한다.
- 본 연구에서는 200km/h급에 맞게 보조전원장치 용량을 240kVA로 개발하였다. 개발된 보조전원장치를 철도차량에 취부한 후, 실제 영업구간을 운행하면서 보조전원장치와 관련된 여러 특성에 대한 분석을 통해 제작된 보조전원장치에 대한 성능을 확인하였다.
- 보조전원장치의 입력전압, 출력전압, 축전지 출력전압 등과 관련된 데이터들을 입력받도록 하였다. 계측 프로그램은 T차에 설치된 계측 제어모듈에 설치되어 전체 제어와 계측이 되도록 구성하였다. 보조전원장치 뿐만 아니라 추진장치, 제동장치 등에 대한 데이터를 받기 위해 계측시스템을 구성하였다.
- 계측 프로그램은 T차에 설치된 계측 제어모듈에 설치되어 전체 제어와 계측이 되도록 구성하였다. 보조전원장치 뿐만 아니라 추진장치, 제동장치 등에 대한 데이터를 받기 위해 계측시스템을 구성하였다.
- 제작된 보조전원 장치에 대한 성능을 확인하기 위해 계측시스템을 구성하였다. 보조전원장치 입력전압, 출력전압 등을 T차에 설치되어있는 배전반으로부터 입력받았다.
- 240kVA급 보조전원장치에 대한 성능 특성을 확인하기 위하여 T차와 Th차 배전반 터미널에서 신호를 인출하여 분석에 이용하였다. 보조전원장치의 입력전압, 출력전압, 축전지 출력전압 등과 관련된 데이터들을 입력받도록 하였다. 계측 프로그램은 T차에 설치된 계측 제어모듈에 설치되어 전체 제어와 계측이 되도록 구성하였다.
- 본 연구에서는 200km/h급에 맞게 보조전원장치 용량을 240kVA로 개발하였다. 개발된 보조전원장치를 철도차량에 취부한 후, 실제 영업구간을 운행하면서 보조전원장치와 관련된 여러 특성에 대한 분석을 통해 제작된 보조전원장치에 대한 성능을 확인하였다.
- LC 필터를 PWM 인버터 출력부에 연결하여 깨끗한 정현파가 나오게 하였다. 빠른 부하응답특성을 위하여 이중제어루프를 사용하였다. 그림 7은 보조전원장치 기동시 d축과 q축 전압 지령치와 시뮬레이션상의 실측치 변화를 살펴본 것으로, 지령치를 시뮬레이션상의 실측치가 잘 추종함을 확인하였다.
- 그림 4는 틸팅 제어용 AC/DC 컨버터부를 보여준다. 순간적인 부하 응답 특성을 빠르게 하기 위하여 PWM 컨버터로 구성하였다[12, 13].
- 아울러, 계측된 데이터는 하드 디스크에 저장되고, LAN 통신을 통해 실시간으로 전달되어 모니터링을 한다. 시험이 종료된 후에는 각 계측시스템에 저장된 데이터를 이동용 하드 디스크를 이용해 데이터를 백업하고 연구실로 이동한 후에 시험데이터를 분석한다. 그림 5는 계측시스템 구성도를 보여준다.
- 기존의 철도차량용 배터리 충전기는 대부분 3상 다이오드 브릿지를 통해 공급하였으나, 이 방식은 출력전압을 피드백 제어하지 않아 부하 영향에 민감하고, 전압을 정밀하게 제어하지 못하는 단점을 가지고 있었다. 이러한 문제 해결을 위해 240kVA급 보조전원장치의 배터리 충전기는 정밀 제어를 위해 디지털 제어가 가능한 싸이리스터 정류기를 이용하였다. 그림 4는 틸팅 제어용 AC/DC 컨버터부를 보여준다.
- 제작된 보조전원장치에 대한 성능을 확인하기 위해, 실제 영업노선인 오송에서 목포 구간을 운행하며, 쵸퍼전압, DC 100V 출력전압 등에 대한 성능을 수행하였다. 보조전원장치 쵸퍼 전압은 선간 출력전압이 DC 1,150V ±10%이내이어야 하는데, 그림 8과 같이 기준치 이내임을 알 수 있었다.
- 제작된 보조전원장치에 대한 성능을 확인하기 위해, 실제 영업노선인 오송에서 목포 구간을 운행하며, 쵸퍼전압, DC 100V 출력전압 등에 대한 성능을 수행하였다. 보조전원장치 쵸퍼 전압은 선간 출력전압이 DC 1,150V ±10%이내이어야 하는데, 그림 8과 같이 기준치 이내임을 알 수 있었다.
대상 데이터
- 본 연구에서 개발한 보조전원장치는 200km/h급에 채용하기 위해 제작된 장치로 240kVA 용량을 가지고 있다. PWM 제어방식과 자연냉각방식을 채택하고 있다.
- 제어장치는 디지털 제어방식이고, Trace-Memory 기능을 탑재하여 고장 을 기록할 수 있다. 장치의 구성은 변압기, 정류회로와 쵸퍼회로, 전지 충전부 등으로 구성되어 있다. 제작된 보조전원 장치에 대한 성능을 확인하기 위해 계측시스템을 구성하였다.
이론/모형
- 보조전원장치의 배터리 충전기는 3상 출력을 받아 변압기로 104V로 변환한 후, 싸이리스터 정류기를 통하여 DC100V로 내보내준다. 그림 6에서 보는 바와 같이, 보조전원 장치의 PWM인버터부와 전압제어기, 전류제어기로 구성된 주회로도를 Matlab simulink를 이용하여 시뮬레이션 하였다. LC 필터를 PWM 인버터 출력부에 연결하여 깨끗한 정현파가 나오게 하였다.
- 철도차량 보조전원장치는 에어컨, 히터와 같은 냉난방장치, 형광등과 같은 조명기기, 추진 및 제동장치 등의 각종 전장품의 제어전원을 공급하는 장치이다. 회로방식은 2중 쵸퍼 + 6펄스 전압형 인버터 방식, 제어방식은 PWM 제어, 냉각방식은 자연냉각 방식을 적용하였다. 240kVA 보조전원 장치는 국내 독자기술로 개발되었으며, 소형 경량화, 고효율, 유지보수의 편리성, 고신뢰성을 구현하였다.
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