| 4차년도 |
○ 컨버터 일체형 경량 반도체 변압기 및 영구자석 동기전동기 신뢰성 시험
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○ 1세부 - 주관연구기관(한국철도기술연구원): 1) 구성품/조합시험 공인시험 2) 반도체 변압기 정적 및 동적 부하 시험 (1) 반도체변압기 25kV급 초기충전 구동 및 제어 시험 (2) 반도체변압기 부하측 3MW (2MW + 1MW) 정적 입증 시험 (3) 반도체변압기 부하측 동기전동기 구동한 동적 입증 시험 3) 반도체 변압기 신뢰성 입증 시험 (1) 조합 시험절차서를 근거로 한 신뢰성 입증시험 진행 수행 4) 반도체 변압기 주행 선로 시운전 형식시험 (1) 4량 1편성 도시철도로 실차 및 시운전 시험 수행 - 공동연구기관((주)효성): 1) 구성품/조합시험 공인시험 2) 반도체변압기 구성품 제어 시험 (1) 서브모듈 2, 4, 6직렬 시험 (5kV to 15kV) (2) 서브모듈 8, 10 12직렬 시험 (20kV to 30kV) (3) 반도체 변압기 통합시험 3) 2MVA급 컨버터 일체형 주변압기 추진시스템 조합 제어 시험 (1) 철도차량 추진 시스템과 연계한 지상모의시험 4) 철도차량탑재 실증시험 (1) 시제품 철도차량 설치 (2) 철도차량 정적 시험 (3) 철도차량 동적 시험 - 공동연구기관 (㈜팩텍) 1) 단품 인증시험 2) 반도체 변압기용 서브모듈 개선품 검증 (1) 구성품 최종 성능 검증 (2) 모듈단위 검증 3) 반도체 변압기 신뢰성 시험 및 현차시험용 1[Set] 제작 및 검증 (1) 개선품 서브모듈의 직렬연결(2, 4, 6, 8, 10, 12) 시험 (2) 반도체 변압기(12모듈) 기능 검증 - 공동연구기관(국제전기㈜) 1) 고주파변압기 형식 인증시험 2) 고주파변압기 내전압 최종 개선 3) 30kV급 리드선 제작 및 시험 4) 조합시험 지원 및 결과 분석 5) 유지보수 매뉴얼 작성 6) 변압기 시스템 RAM 및 안전성 활동 검증 ○ 2세부 - 협동연구기관(한국철도기술연구원) 1) 현차시험용 영구자석 동기전동기 설계 2) 영구자석 동기전동기 추진시스템 조합시험 3) 영구자석 동기전동기 추진시스템 차량 설치 4) 영구자석 동기전동기 추진시스템 신뢰성 입증 시험 5) 영구자석 동기전동기 추진시스템 주행 선로 시운전 형식시험 6) 실용화를 위한 홍보용 기초자료 작성(성능, 가격 비교, 국내외 시장전망 등) - 공동연구기관(현대로템㈜) 1) 현차시험용 영구자석 동기전동기 설계 2) 영구자석 동기전동기 시스템 차량 취부 및 현차시험 지원 3) 영구자석 동기전동기 추진시스템 유지보수 방안 연구 - 공동연구기관(㈜맥시스) 1) 영구자석 동기전동기 제작 2) 현차시험용 동기전동기 차량 설치 지원 3) 영구자석 동기전동기 유지보수 방안 연구 - 공동연구기관(㈜브이씨텍) 1) 영구자석 동기전동기 추진 인버터 제작 및 시험 2) 영구자석 동기전동기 추진 인버터 구성품 시험 3) 현차시험용 인버터 차량 설치 지원 4) 영구자석 동기전동기 추진 인버터 유지보수 방안 연구
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
○ 기술적 측면 - 첨단 기술을 접목한 고효율, 고안정성으로 차별화된 추진시스템 핵심기술 확보 - 철도차량의 핵심 부품인 추진시스템 기술개발 기획으로 철도분야 수출경쟁력을 향상시키기 위한 핵심 기술 확보 및 국가 기술 경쟁력 확보 전략 수립 - 10량 1편성 기준, 기존의 주변압기/컨버터/인버터/전동기로 구성된 추진시스템 대비 약 10톤을 절감할 수 있을 것으로 기대되며, 철도차량 축중 감소에 따른 차량(차륜, 베어링 등)/인프라(궤도, 노반 등) 유지보수성이 향상될 것으로 기대 - 컨버터 일체형 주변압기에 의해 기존 주변압기를 대체 하여 경량화 된 차량 및 전력시스템 구성이 가능. 선진국 주도의 주변압기 기술 종속 탈피 및 독자적 기술 확보 가능
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| 사회 경제적 파급효과 |
○ 경제적ㆍ산업적 측면 - 반도체변압기 및 영구자석 동기전동기 적용시, 도시철도 운영기관에서 사용하는 전체 전력량의 최대 약 3.6% 수준의 절감 효과를 가져올 것으로 기대(‘15년 기준) * 금액으로 환산시 최대 약 120억원 수준의 전기세 절감 가능 - 컨버터 일체형 경량 반도체변압기는 기존 주변압기 대비 가볍고, 유지보수성이 우수하며, 비상운전 가능 등 기술적 우위를 갖는 선진적 기술로서, 향후 확보된 기술을 기초로 해외진출 추진이 가능할 것으로 기대 - 전동기의 자기회로 최적 설계법/최적 권선법과 관련된 연구를 통해 핵심설계 기술을 확보 가능할 것으로 기대되며, 확보된 핵심기술의 변형 등을 통해 타 산업에서도 활용이 가능할 것으로 예상됨○ 사회적 측면 - 고속철도/일반철도/도시철도 등 철도차량 공통의 핵심기술 개발로 철도차량의 운행 안정성 향상 위한 기술대안 확보 및 철도교통 서비스 경쟁력 확보 - 영구자석 동기전동기 및 인버터 추진시스템을 철도차량에 적용시 전력변환 회로의 고장에 의한 추진시스템 안전성이 증대되며 고주파 노이즈 저감에 의한 소음 및 진동 저감 가능
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| 활용방안 |
○ ‘21년 이후 도시철도 운영기관의 노후차량 대체를 위해 연간 200량 규모의 도시철도차량 발주가 예상되는 바, 신규 차량 적용 시 정부에서 추진 중인 온실가스 저감 목표 달성에 기여 가능○ 반도체변압기, 영구자석 동기전동기 최적 설계ㆍ제작 기술 확보 및 성능검증 경험을 바탕으로 국내 시장을 넘어 해외로 진출할 수 있는 수준의 기술경쟁력 확보○ 전기에너지가 동력원인 추진시스템을 사용하는 철도 외 타산업에도 일부 변형 등을 통해 활용 가능○ 기존 차량의 견인전동기 교체 수요 발생시, 본 과제 성과물(견인전동기)의 인터페이스 변경 등을 통해 대응이 가능○ 철도차량 제작업체 및 부품제작업체 등 기술 수요처에 기술 이전을 통한 수출 경쟁력 확보○ 용량 증대 연구를 통한 고속철도 및 전기기관차 등에 적용하므로서 철도선진국 수준의 철도차량 추진기술 확보
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