| 연구개발개요 |
○ 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
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| 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
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| 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 지원3) 공동연구기관(에너지인)· 시험항목 및 규격 분석· 신뢰성 보증시험 검토· 개발품 환경시험 평가절차서 분석· 가속수명시험 시뮬레이터 제작· 철도차량 IGBT개량 동력제어장치 가속수명시험 결과 분석· 현차 적용시험 지원4) 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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