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전동차용 PMSM 추진제어장치 개발
Development of PMSM Propulsion Control System for Electric Train 원문보기

전력전자학회 2020년도 춘계학술대회, 2020 Aug. 18, 2020년, pp.169 - 171  

정만규 (현대로템(주)) ,  서정우 (현대로템(주)) ,  노애숙 (현대로템(주)) ,  김동명 (현대로템(주)) ,  정은성 (현대로템(주))

초록
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지구온난화와 같은 환경적 문제점들로 인해 에너지 저감 및 고효율의 기술개발을 통한 탄소 저감이 주목을 받고 있다. 시대적 관심과 요구에 발맞춰 에너지 저감 효과가 있는 영구자석동기 전동기 등의 신기술을 철도차량에 적용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. PMSM을 철도차량에 적용하기 위해 추진제어장치는 인버터 한 대가 한 대의 전동기를 제어하는 1C1M 방식이어야 하며, 유지보수성과 안정성을 확보하기 위해 전동기와 인버터 사이를 전기적으로 분리해줄 수 있는 차단기가 필요하다. 또한 에너지 저감과 고효율을 달성하기 위해서 추진제어장치는 소형, 경량화 구조로 개발 되어야 한다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 6호선 본선(봉화산↔공덕)에서 자동운전으로 2회 왕복 소비전력량 측정 시험을 실시하였다.
  • 그림 6는 추진제어장치의 벡터제어 알고리즘이다.[3] 운전석의 견인력 지령을 최대토크(MTPA)를 발생하는 전류지령치로 변환하여 동기좌표계 PI 전류제어기를 사용하여 제어한다. 레졸버센서의 위치를 위상각으로 변환하여 좌표변환에 사용한다.
  • 만차시험은 각 차량에 승객을 가상한 20Ton의 물통을 적재한 후 실시 한다. 그림 7은 만차상태에서 가속도 측정 시험 파형이다.
  • PMSM이 취부된 6호차는 7호차 대비 29%의 에너지를 절감하고 있다. 표 3은 6개월 동안 상업운전을 실시하였을 때 소모된 소비전력량을 비교 하였다. PMSM이 취부된 6호차는 7호차 대비 37.

대상 데이터

  • 그림 4은 시험 차량 편성을 나타내고 있다. 8량 편성 M3카(6호차)의 유도전동기/인버터(미쯔비시사 제조)를 개발된 PMSM과 추진제어장치로 교체하여 시험을 실시하였다. 그림 5는 개발된 추진제어장치를 6호선 33편성 6호차(600대)에 취부한 사진이다.
  • 개발된 추진제어장치는 6호선 본선에서 시험을 실시하였으며, 시험 항목은 철도차량 기술기준 Part51에 의거하여 실시하였다. 그림 4은 시험 차량 편성을 나타내고 있다.
  • 개발된 추진제어장치에서 발생하는 소음을 기존 인버터와 비교하기 위하여 차량 내부의 대차 상부 1.6m에서 소음을 측정하였다. 그림 9는 소음을 측정하는 장면을 나타내고 있다.
  • 세계적으로 관심 있는 에너지 절감과 고객의 요구 사항과 일치하여 전동차 운행시 소비전력량을 절감하는 방향의 연구가 선진국 및 국내에서 진행되고 있다. 국내에서는 2017년에 부산시 1호선 40량에 도시바사의 PMSM 추진제어장치가 적용되었다. 이에 국산화의 요구 증대로 PMSM 추진제어장치를 로템과 서울교통공사가 공동으로 개발하여 서울시 6호선 본선 선로에서 시험을 진행하였다.
  • 8량 편성 M3카(6호차)의 유도전동기/인버터(미쯔비시사 제조)를 개발된 PMSM과 추진제어장치로 교체하여 시험을 실시하였다. 그림 5는 개발된 추진제어장치를 6호선 33편성 6호차(600대)에 취부한 사진이다. 그림 6는 추진제어장치의 벡터제어 알고리즘이다.
  • 하나의 인버터 회로는 3개의 IGBT 패키지로 구성되며, 4회 로를 포함한 인버터는 유니트는 12개의 IGBT 패키지로 구성된다. 선로차단기(LB BOX)와 필터리액터(FL)는 서울시 6호선 전동차에 취부된 장치를 그대로 사용하였다.
  • 국내에서는 2017년에 부산시 1호선 40량에 도시바사의 PMSM 추진제어장치가 적용되었다. 이에 국산화의 요구 증대로 PMSM 추진제어장치를 로템과 서울교통공사가 공동으로 개발하여 서울시 6호선 본선 선로에서 시험을 진행하였다.
  • 5배 증가 하였다. 추진제어장치의 경량화를 위하여 알루미늄 박스를 사용하였다. 경쟁사 모델보다 중량을 18% 저감 하였다.
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