R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202020RTRP-C148755-03 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 철도기술연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 철도차량 동력제어장치 IGBT 개량 실용화 연구개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2018-07-27 ~ 2021-02-28 | |||||
| 연구책임자 | 임동원 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
7명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
19명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 480,000,000 원 기업 : 177,500,000 원 계 : 657,500,000 원 |
총연구비 | 정부 : 1,200,000,000 원 기업 : 449,000,000 원 계 : 1,649,000,000 원 |
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| 연구기관명 | (주)이건산전 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-B552989-000425-01 | |||||
| ISBN | 979-11-954614-1-7 | |||||
| 주요 내용 |
○ 현재 부산교통공사 2호선 전동차(Alstom, 프랑스)는 20년 이상 운행중이지만 한계수명까지는 도달하지 않아 신규차량의 제작은 이루어지지 않고 있는 상황이나, 전동차 핵심 주요장치인 동력제어장치는 노후화 등에 따른 그 성능이 감소하고 있는 추세 ○ 전동차 핵심장치인 동력제어장치의 주요소자에 대한 고장 발생 시 동일품목의 단종으로 전동차 유지보수 및 정비에 매우 큰 애로점이 발생하고 있는 현실이며, 이로 인한 대체품 선정 시 구매소요시간과중 등으로 구매비용 또한 높음 ○ 동력제어장치 시스템 전체를 교체하기 위해서는 운영사의 예산 부족 ○ 부족한 예산 범위에서 최대한 효율적으로 동력제어장치의 성능을 높이기 위해서 시스템 전체가 아닌 주요 전력 부품인 인버터 스택을 개량하는 방향으로 추진 ○ 단순히 전력소자를 GTO에서 IGBT로 교체 적용하는 것이 아니라 GTO와 IGBT의 소자특성에 구동드라이버 방식, Turn-on/Turn-off time, 모터의 전류치, 모터의 토크치, 제어기의 스위칭주기, 회생전압등을 감안 ○ 동력제어장치의 전력소자인 GTO를 IGBT로 변경하여 STACK 단위로 개량하는 기술 개발로 저비용 고효율의 동력제어장치에 의한 차량 운영사의 정비효율 및 원가절감 요구사항에 부합 ○ IGBT모듈에 전압, 전류를 감지할 수 있는 센서를 설치하여 고장 정보 검출하며 이러한 고장정보를 근거리 통신을 통해 데이터를 송출하며 검수자의 소프트웨어을 통해 모니터링하여 예방점검 가능 ○ 전동차는 여러대의 차량의 조합으로 운영되며 IGBT 차량과 기존 GTO 차량을 혼용 구성하여 운행할 수 있도록 연구개발 진행 ○ 동력제어장치의 IGBT 인버터 스택 개량을 실용화 하여 사업화로 연계, 업체의 매출 증대 및 원활한 철도 차량의 운영 [최종목표] ○ 연구목표 - GTO 전력소자를 IGBT로 적용 STACK을 개량 동력제어장치의 기본/상세설계 및 시제품 제작 - 근거리통신 기반으로 동력제어장치 고장 모니터링 장치 시제품 제작(STACK 모듈측 펌웨어장치 및 프로그램 + 단말기용 App) - 공인기관 시험 및 현차 시험을 통한 성능 및 신뢰성 검증 - IGBT 개량 동력제어장치에 대한 RAMS 분석 및 가속 수명시험에 의한 신뢰성 확보 ○최종성과물 - 동력제어장치 IGBT 인버터 모듈 및 근거리 통신 장치 시제품 제작 - 공인시험기관 의뢰 시제품의 신뢰성 시험(시험 성적서) - 부산교통공사 현차 시험을 통한 신뢰성 평가 보고서 - RAMS 분석 및 가속 수명시험 보고서 [연구내용 및 범위] ○ 부산교통공사 동력제어장치 관련 인터페이스 조사·분석 ○ 수요처의 상세요구사항 도출 ○ 동력제어장치 IGBT 인버터 스택 모듈 및 근거리 통신 고장 모니터링 장치 소프트웨어 기본/상세설계 ○ 동력제어장치 IGBT 인버터 스택, 근거리 통신 고장 모니터링 장치 시제품 제작 및 성능평가 ○ 부산교통공사 현차설치, 성능평가 및 보완 ○ 동력제어장치 IGBT 인버터 스택 모듈 RAMS 분석 및 가속 수명 검증 1) 주관연구기관(이건산전) · 부산교통공사 전동차의 동력제어장치 인터페이스 조사 및 검토 · 철도차량 IGBT개량 동력제어장치 시제품 설계(통신, 고장 검지 데이터 검출회로 포함) · 근거리 통신 기반 고장 모니터링 장치 설계 · 철도차량 IGBT개량 동력제어장치 시제품 제작 · 근거리통신 기반 고장 모니터링 소프트웨어 제작(펌웨어 + 단말기용 App) · 개발품(1Set)과 시운전 차량간 인터페이스 적용 · 개발품 성능 평가방안 수립 · 공인시험기관의뢰 환경, 진동, 전자파 시험 실시 - 환경(온도)시험 규격 IEC60068-2-1 저온시험 IEC60068-2-2 고온시험 IEC60068-2-30 온습도싸이클 시험 IEC60068-2-14 온도변화 시험 - 진동시험 규격 IEC61373 철도차량 설비의 충격 및 진동 시험 - 전자파 시험 규격 IEC61000-4-2 정전기 방전 내성 시험 IEC61000-4-3 RF 방사 내성 시험(80MHz~2.5GHz) IEC61000-4-4 전기적 빠른 과도현상/버스트 내성 시험 IEC61000-4-5 서지 내성 시험 IEC61000-4-6 전도 내성 시험(0.15MHz~80MHz) - 조합시험 · 개발품 1량 설치 및 본선 시운전 · 개발품 1편성 설치 및 본선시운전 · 개발품 성능시험 평가결과 검토 · 현차시험 6개월을 통한 성능 및 신뢰성 검증 2) 공동연구기관(부산교통공사) · 운영 방안 조사 분석 · 시운전 차량간 인터페이스 연구 · 운영 방안 조사 분석 · 시운전 차량간 인터페이스 연구 · 개발품 본선 시운전을 통한 성능검증 지원 · 개발품 6개월이상 현차시험 운행 지원 3) 공동연구기관(에너지인) · 시험항목 및 규격 분석 · 신뢰성 보증시험 검토 · 개발품 환경시험 평가절차서 분석 · 가속수명시험 시뮬레이터 제작 · 철도차량 IGBT개량 동력제어장치 가속수명시험 결과 분석 · 현차 적용시험 지원 4) 위탁연구기관(네모시스) · 철도차량 IGBT 개량 동력제어장치 예비 신뢰성 및 위험원 분석 · 철도차량 IGBT 개량 동력제어장치 신뢰성/유지보수성 목표 설정 · 철도차량 IGBT 개량 동력제어장치 신뢰도 예측 · 철도차량 IGBT 개량 동력제어장치 고장모드, 영향 및 치명도분석 · 철도차량 IGBT 개량 동력제어장치 위험도 평가 · 철도차량 IGBT 개량 동력제어장치 유지보수성 분석 |
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| 색인어 | 한글 | 동력제어 | 혼합운용 | 비용절감 | 경량화 | 실용화 |
| 영문 | Power Control | Mixed Operation | Cost Savings | Lightweight | Practical Use | |
| 최종보고서 | 최종보고서ver10_(주)이건산전.pdf | |||||