| 3차년도 |
ㆍ광주지하철 1호선 차량간 기기 인터페이스 분석을 위한 기존 시스템 정보 수집 ㆍ광주지하철 1호선 전동차에 적용할 IPM 전동기용 추진제어시스템 기술 개발 ㆍ일체형 Rib와 Web을 적용한 210kW 철도차량 견인용 IPM 전동기 최적화 설계 (설계오차 6%이내, 전동기 효율 95%이상, 역률 88% 이상 목표) ㆍ210kW 철도차량 견인용 IPM 전동기 제어 알고리즘 설계 ㆍ도시철도차량 견인용 IPM 전동기 시스템/부품 성능시험 기술개발
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1) 주관연구기관((주) 다원시스) ㆍ 광주지하철 1호선 전동차와 추진제어시스템간 인터페이스 분석 및 정립 - 추진제어시스템 입출력 신호 확인 - 추진제어시스템 외함 제작을 위한 전동차 치수 측정 - 기존 역행/제동을 위한 동작 시퀀스 정보 수집 및 분석 - 전력변환장치에 대한 시뮬레이션 ㆍ 광주지하철 1호선 전동차에 적용할 동기전동기 구동용 1C1M 인버터 설계 - VVVF 인버터 요소 기술 개발 및 기초 설계, 보완 2) 공동연구기관(한양대학교/로텍) ㆍ 기술 이전 내용의 특허 기술 적용 및 전자계 해석을 통한 양산 수준의 철도차량 견인용 IPM 전동기 설계 기법 개발 - 일체형 Rib와 Web을 적용한 IPM전동기 형상 설계 - IPM 전동기 설계인자를 이용한 최적화 설계 ㆍ 전동기 제작 양산을 고려한 IPM 전동기의 효율, 역률, 출력밀도 개선 향상 연구 - 최대속도에서 신뢰성있는 베어링 설계 및 선정 - 최대속도에서 강인한 샤프트 설계 - IPM 전동기 부품 1단계 개발 ㆍ 일체형 Rib와 Web적용에 따른 모터 회전시의 강성 해석 3) 공동연구기관(중앙대학교) ㆍ IPM 전동기의 수학적 모델링 ㆍ 도시철도차량 견인용 IPM 전동기 제어 시 발생하는 문제점 분석 ㆍ 제어 알고리즘 검증을 위한 소형 IPM 전동기 HILS 구축 ㆍ 고급 제어 알고리즘을 적용하여 부하 변동을 고려한 IPM 전동기 속도 제어 알고리즘 설계 ㆍ 제어 알고리즘 검증을 위한 시뮬레이터 설계4) 공동연구기관(한국기계전기전자시험연구원) ㆍ 다이나모를 이용한 전동기 성능시험 기술 개발 ㆍ 전동기 및 인버터 연계 출력 및 전력품질 측정 기술 확보 및 시험 - 전동기, 인버터 성능평가 기술 개발 및 시험 - 구동시스템(전동기 및 인버터 연계) 성능평가 기술 개발 및 시험(전동기 + 인버터 최대출력 및 효율 최적화) ㆍ 다이나모미터, 전력분석기 등 성능시험 평가시스템 장비 유지보수 및 업그레이드 - 시험용 전동기/인버터의 사양에 맞는 다이나모미터의 소모품(커플링, 케이블) 유지보수 - 시험용 전동기/인버터의 사양에 맞는 전력분석기 등 측정장비 업그레이드 ㆍ시험용 지그 설계 및 제작 지원
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
○ 외국사에 종속된 영구자석 동기전동기를 적용한 추진제어시스템의 원천기술 개발을 통한 기술자립 및 기술경쟁력 확보○ 한양대학교 산학협력단의 특허를 적용한 영구자석 동기전동기를 개발 적용함으로써 외국사 보다 우수한 효율을 가지는 시스템 개발 가능○ 가격 경쟁력을 기반으로 해외 도시철도 기술수출 가능○ 영구자석동기전동기를 적용한 추진제어시스템의 원천기술을 토대로 고속철도, 경전철, 트렘 및 전기자동차 등 유사분야에 기술적 파급효과가 클 것으로 예상○ 추진제어 시스템 변경에 따른 관련장치간의 보호기능 등 요소기술의 확보○ 동일 크기 조건에서 전동기 출력 향상○ 전동기 효율 극대화로 인한 에너지소비전력 저감 효과
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| 사회 경제적 파급효과 |
○ 향후 전동차용 견인전동기가 유도전동기에서 영구자석동기전동기로 변경함에 있어 수입 대체로 인한 국부유출 방지 및 구입비용 절감○ 견인전동기 효율향상을 통한 에너지 사용 절감으로 국가적인 과제인 수송 분야 온실가스 감축목표(34.3%) 달성, 도시철도 운영기관 전기료 경감○ 대용량의 유도전동기를 적용하는 타 산업계에 기술적 연계 가능성○ 선진국의 철도차량 고속화 및 효율화 기술개발에 대응하여 선도기술 확보○ 개발도상국의 철도 인프라 구축에 따른 세계철도차량 시장증가에 대비하여 시장진입 기회 획득○ 2016년 철도통계연보의 수도권 지하철 전력사용량 949,255,297 kW를 기준으로 볼때 영구자석동기전동기를 적용할 경우 효율이 기존 전동기 대비 약 6% 상승하여 연간 약 50억원의 전력요금 절감이 되는 것으로 예상○ 연간 231조원 규모의 세계철도시장에서 출력 밀도와 효율이 우수한 IPM 전동기 설계기술을 보유함으로써 기술경쟁력을 높일 수 있음
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| 활용방안 |
○ 본 과제에서 개발된 영구자석동기전동기 및 추진제어시스템은 광주도시철도공사1호선에 시범으로 적용하여 신뢰성 및 안전성을 검증하고, 점차 확대하여 노후된 차량의 추진시스템을 개량할 수 있도록 함○ 제품 제작 시 관련 부속설비는 국내 개발품 적극 적용한 부품 국산화○ 타 운영기관의 신설 및 노후된 철도차량에 적용하여 단계적 상용화○ 영구자석 동기전동기 및 추진제어시스템 제작의 원천기술 확보를 통하여 광주도시철도공사 유지보수 노하우를 접목 기존품 보다 우수한 제품을 개발하여 해외 철도시장을 개척○ 현 개발시스템과 유사하게 대용량의 견인전동기를 적용하는 경전철, 트램, 전기자동차 등에 기술 활용 기대
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