KR20100032485A - 선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템 - Google Patents

선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템 Download PDF

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KR20100032485A KR1020080091393A KR20080091393A KR20100032485A KR 20100032485 A KR20100032485 A KR 20100032485A KR 1020080091393 A KR1020080091393 A KR 1020080091393A KR 20080091393 A KR20080091393 A KR 20080091393A KR 20100032485 A KR20100032485 A KR 20100032485A
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Abstract

선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템이 개시된다. 본 발명의 전동차의 전기제동 시스템은, 견인전동기; 설정제동토크에 따라 견인전동기를 제어하는 인버터; 선로의 구배에 따른 견인전동기의 부하토크를 추정하는 부하토크 추정기; 설정제동토크가 일정한 값을 갖는 제1 제동모드에서 설정제동토크가 점차적으로 감소하는 제2 제동모드로 전환하는 제동모드 전환기; 및 제2 제동모드에서, 견인전동기의 회전속도와 추정 부하토크에 기초하여 설정제동토크를 감소시키는 정지 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 공기제동을 사용하지 않고서도 전동차를 안정적으로 정차시켜 승차감 등의 전동차의 성능을 향상시키고 친환경적인 측면에 기여할 수 있다.
전동차, 전기제동, 공기제동, 구배, 정차

Description

선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템{ELECTRIC BRAKING SYSTEM CONSIDERING RAIL GRADE FOR ELECTRIC RAIL CAR}
본 발명은, 전동차의 전기제동 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기제동으로 전동차를 정차시키는 전동차의 전기제동 시스템에 관한 것이다.
최근에 철도차량, 특히 지하철이 대중교통의 중요한 수단으로 발전하게 됨에 따라 승객의 편의 증진과 안전을 위해 전동차의 운전의 신뢰성이 높게 요구되는 한편, 전동차의 성능향상을 통한 보다 안정적이고 경제적인 전동차의 운영이 요구되고 있다.
통상적으로, 전동차는 정차하고자 할 때, 처음에는 전기제동을 사용하여 감속하다가 대략 5kmh 이하의 저속영역에서 정차 지점까지는 공기제동을 사용하고 있다.
여기서, 「전기제동」은 견인전동기를 발전기를 작동시켜 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 제동력을 얻는 방식이고, 「공기제동」은 공기압력에 의한 디스크의 마찰을 이용하여 제동력을 얻는 방식을 말한다.
그런데, 공기제동은 제동부품의 마모 및 이로 인한 소음 및 분진을 발생시켜 궁극적으로 유지보수비용의 증가와 승차감 저하 등의 전동차 성능을 저하시키므로, 가능하다면 전동차의 제동에 있어서 공기제동의 사용의 기회를 줄이는 것이 바람직하다.
따라서, 저속 영역에서 공기제동을 사용하지 않고 전기제동으로 전동차를 정차시킬 수 있는 새로운 제어 시스템이 요구되고 있는데, 전기제동으로 전동차를 정차시키고자 할 때에는 공기제동은 정차 후 정지를 유지하는 정차브레이크의 기능만 담당하게 된다.
한편, 선로의 구배가 있는 곳에서 전기제동으로 전동차를 정차시키려면, 정지 후 공기제동에 의한 정차브레이크를 사용하기 전까지 견인전동기의 회전을 방지하여야 하므로, 견인전동기가 선로의 구배에 상응하는 토크를 발생시켜야 한다.
즉, 전기제동으로 전동차를 정차시키는 제어 시스템에 있어서는 선로의 구배에 의한 영향에 대한 고려가 필요하다.
본 발명의 목적은, 공기제동을 사용하지 않고서도 전동차를 안정적으로 정차시켜 승차감 등의 전동차의 성능을 향상시키고 친환경적인 측면에 기여할 수 있는 전동차의 전기제동 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 견인전동기; 설정제동토크에 따라 상기 견인전동기를 제어하는 인버터; 선로의 구배에 따른 상기 견인전동기의 부하토크를 추 정하는 부하토크 추정기; 상기 설정제동토크가 일정한 값을 갖는 제1 제동모드에서 상기 설정제동토크가 점차적으로 감소하는 제2 제동모드로 전환하는 제동모드 전환기; 및 상기 제2 제동모드에서, 상기 견인전동기의 회전속도와 상기 추정 부하토크에 기초하여 상기 설정제동토크를 감소시키는 정지 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제동모드 전환기는, 상기 회전속도와 상기 추정 부하토크에 기초하여 상기 제1 제동모드에서 상기 제2 제동모드로 전환하는 시점을 결정할 수 있다.
상기 제동모드 전환기는, 하기의 수학식 1을 만족하는 시점에서 상기 제2 제동모드로 전환할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112008065575516-PAT00001
여기서,
T : 제1 제동모드의 설정제동토크
Figure 112008065575516-PAT00002
: 추정 부하토크
k : 비례상수
ω : 견인전동기의 회전속도
상기 정지 제어기는, 하기의 수학식 2에 따라 상기 설정제동토크를 감소시킬 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112008065575516-PAT00003
여기서,
T* : 제2 제동모드의 설정제동토크
Figure 112008065575516-PAT00004
: 추정 부하토크
k : 비례상수
ω : 견인전동기의 회전속도
상기 부하토크 추정기는, 비례적분 제어기를 이용하여 상기 견인전동기의 회전속도를 추정하는 과정을 통해 상기 부하토크를 추정할 수 있다.
상기 부하토크 추정기는, 하기의 수학식 3 및 4에 의해 상기 부하토크를 추정할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112008065575516-PAT00005
[수학식 4]
Figure 112008065575516-PAT00006
여기서,
Je : 전동차의 평균 관성모멘트
Figure 112008065575516-PAT00007
: 견인전동기의 추정 회전속도
ω : 견인전동기의 회전속도
T* : 제2 제동모드의 설정제동토크
Figure 112008065575516-PAT00008
: 추정 부하토크
ki : 비례적분 제어기의 적분 게인
kp : 비례적분 제어기의 비례 게인
상기 정지 제어기는, 상기 회전속도와 상기 추정 부하토크의 궤환에 1차 지연필터를 사용할 수 있다.
상기 견인전동기의 회전속도를 검출하는 속도검출기를 더 포함할 수 있다.
상기 견인전동기는, 영구자석형 견인전동기일 수 있고, 상기 인버터는, VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 인버터일 수 있다.
본 발명은, 전동차의 전기제동시 견인전동기와 인버터 사이에 저항을 전기적으로 연결함으로써, 인버터의 최대출력전압을 넘어서는 고속영역에서 일정 토크 운전영역의 충분한 전기제동력을 확보할 수 있으므로 공기제동을 생략할 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도 면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동차의 전기제동 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 전기제동 시스템에서 제동모드의 전환을 설명하기 위한 그래프이며, 도 3은 도 1의 전기제동 시스템의 제2 제동모드에 대한 제어 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전동차의 전기제동 시스템(100)은, 견인전동기(110)와, 설정제동토크에 따라 견인전동기(110)의 구동을 제어하는 인버터(120)와, 선로의 구배에 따른 견인전동기(110)의 부하토크를 추정하는 부하토크 추정기(130)와, 제동모드를 전환하는 제동모드 전환기(140)와, 견인전동기(110)의 회전속도()와 부하토크 추정기(130)에 의해 추정된 부하토크(
Figure 112008065575516-PAT00009
)에 기초하여 설정제동토크를 감소시키는 정지 제어기(150)를 구비한다.
이때, 부하토크 추정기(130), 제동모드 전환기(140) 및 정지 제어기(150)는, 전동차를 정차시키기 위한 제어를 담당하는 수단으로, 마이크로 프로세서(micro-processor) 등을 이용하여 인버터(120) 내부에 모듈화되거나 별도의 기기로 구현될 수 있다.
그리고, 견인전동기(110)의 회전속도()는 속도검출기(미도시)에 의해 검출되어 부하토크 추정기(130), 제동모드 전환기(140) 및 정지 제어기(150)에 입력된다. 이때, 속도검출기(미도시)는 레졸바 방식 또는 엔코더 방식으로 구현될 수 있다.
도 1을 참조하면, 견인전동기(110)는, 전동차에 구동력을 제공하는 수단으로, 전동차의 동륜을 구동하여 전동차를 주행시킨다. 본 실시예에서는 견인전동기(110)로 최근 전동차에서 많이 채용되고 있는 영구자석동기전동기(PMSM)가 사용된다.
영구자석동기전동기는 교류전동기 중 하나로, 3상 권선으로 권선수가 정현파 형태로 구성되는 고정자(전기자)와, 영구자석으로 N-S 자속을 발생시키는 회전자를 구비하는데, 다른 교류전동기와 마찬가지로 직류전동기에서 요구되는 정류자와 브러시가 생략되어 유지보수비용이 저렴하고 직류전동기 대비 크기에 비해 출력이 크다는 이점을 갖는 동시에, 회전자가 영구자석이므로 회전자의 부피와 무게가 상대적으로 작아 관성이 감소하므로 속도응답성이 우수하다는 이점을 갖는다.
다만, 본 발명에서 견인전동기(110)는 영구자석동기전동기에 한정되지 아니하며, 유도전동기, 동기전동기 등의 다른 교류전동기가 견인전동기(110)로 사용될 수 있음은 물론이다.
한편, 전동차의 전기제동시, 견인전동기(110)는 발전기로 변환되어 전력을 발생시킨다. 여기서, 전기제동이란, 견인전동기(110)로의 전력 공급을 멈추어 통상의 구동을 정지해 통상의 차륜의 회전을 반대로 견인전동기(110)에 입력하는 형태로 전달하는 것으로, 견인전동기(110)를 발전기로 작동시켜 운동에너지를 전기에너 지로 변환하여 제동력을 얻는 제동 방식이다.
이러한 전기제동은, 제동시 발생하는 전력을 제동저항기를 통해 열에너지로 변환하여 외부로 발산함으로써 제동력을 얻는 발전제동과, 제동시 발생하는 전력을 가선으로 보내어 주위에 주행 중인 다른 전동차에 인가하거나 전기에너지 저장장치에 충전함으로써 제동력을 얻는 회생제동으로 구분된다.
도 1을 참조하면, 인버터(120)는, 직류전력을 교류전력으로 변환하는 장치로, 견인전동기(110)의 구동을 제어한다. 본 실시예에 사용되는 인버터(120)는 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 인버터(120)로, 전동차의 상단부에 마련된 판토그래프(pantograph, 집전기)를 통해 입력되는 직류전력을 요구되는 전압과 주파수를 갖는 교류전력으로 변환하여 이를 견인전동기(110)에 인가함으로써 견인전동기(110)의 구동을 제어한다. 이때, 견인전동기(110)의 속도 및 토크는 인버터(120)에 의해 결정되는 전압과 주파수에 의해 제어된다. 한편, 판토그래프를 통해 교류전력이 입력되는 경우에는 교류전력이 컨버터(미도시)에 의해 직류전력으로 변환된 후 인버터(120)에 입력된다.
한편, 인버터(120)는, 전동차의 전기제동시 제동모드에 따라 달리 입력되는 설정제동토크에 기초하여 견인전동기(110)를 제어한다. 즉, 인버터(120)는 전동차의 전기제동시 견인전동기(110)에서 발생하는 제동토크가 설정제동토크에 추종하도록 견인전동기(110)의 구동을 제어한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 부하토크 추정기(130)는, 선로의 구배에 따른 견인전동기(110)의 부하토크를 추정하는 수단으로, 견인전동기(110)의 회전속도()와 인버터(120)의 설정제동토크에 기초하여 선로의 구배에 따른 견인전동기(110)의 부하토크를 추정한다. 부하토크 추정기(130)의 세부적인 구성과 원리에 대한 설명은 후술하기로 한다.
선로의 구배란, 전동차가 주행하는 선로가 경사진 것을 말한다. 이러한 선로의 구배는 전동차의 견인력에 영향을 미치므로 가능한 한 구배가 없도록 선로를 수평으로 하는 것이 바람직하나, 산악이나 구릉지대 등의 지리적 환경에 의해 선로의 구배는 발생할 수밖에 없다. 선로의 구배는 진행방향에 따라 상향구배(오르막)와 하향구배(내리막)로 구분된다.
한편, 전동차를 전기제동으로 정차시키기 위해서는, 위와 같은 선로의 구배를 고려해야 하는데, 본 명세서에서 부하토크란, 전기제동시 선로의 구배에 의해 발생하는 전동차의 움직임을 보상하기 위해 요구되는 견인전동기(110)의 토크를 말한다. 즉, 인버터(120)는 전동차의 정차 시점에서 견인전동기(110)가 선로의 구배에 따른 부하토크에 해당하는 토크를 발생하도록 견인전동기(110)를 제어하여야 한다.
참고로, 도 2는 하향구배에서의 설정제동토크와 부하토크를 나타내고 있는데, TL은 실제 부하토크이고,
Figure 112008065575516-PAT00010
은 부하토크 추정기(130)에 의해 추정된 부하토크이며, 도 2에서 TL 와
Figure 112008065575516-PAT00011
는 실질적으로 동일한 값을 갖는 것으로 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전기제동 시스템(100)에서 제동모드는, 설정제동토크가 일정한 값을 갖는 제1 제동모드와, 설정제동토크가 점차적 으로 감소하는 제2 제동모드를 포함한다. 이때, 제2 제동모드는 전동차의 정차점에 근접하는 극 저속영역에서 전동차의 전기제동을 제어하기 위한 제동모드이고, 제1 제동모드를 수행하는 시간에 비해 상대적으로 매우 짧은 시간 동안 수행된다. 참고로 실험에 의할 때, 제2 제동모드는 견인전동기(110)의 회전속도()가 대략 3rpm 정도에서 시작된다.
이하, 설명의 편의를 위해, 제1 제동모드에서의 설정제동토크(T)를 제1 설정제동토크, 제2 제동모드에서의 설정제동토크(T*)를 제2 설정제동토크라 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제동모드 전환기(140)는, 위와 같은 특성을 갖는 제1 제동모드에서 제2 제동모드로의 전환하는 수단으로, 견인전동기(110)의 회전속도()와 부하토크 추정기(130)에 의해 추정된 부하토크(
Figure 112008065575516-PAT00012
이하 '추정 부하토크'라 함)에 기초하여 제1 제동모드에서 제2 제동모드로 전환하는 시점을 결정한다.
구체적으로, 제동모드 전환기(140)는, 아래의 [수학식 1]을 만족하는 시점에서 제동모드를 전환한다.
[수학식 1]
Figure 112008065575516-PAT00013
여기서,
T : 제1 설정제동토크
Figure 112008065575516-PAT00014
: 추정 부하토크
k : 비례상수
: 견인전동기의 회전속도
비례상수 k는 전동차 승차감, 제어 정밀도 등을 고려하여 실험적으로 결정된다. 이때, k가 증가할수록 제동모드의 전환점은 정차점( = 0)에 근접하게 되므로 전동차 승차감은 향상되나 제어 정밀도는 떨어지는 경향을 보인다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 정지 제어기(150)는, 제2 제동모드에서 제2 설정제동토크를 인버터(120)에 입력하는 수단으로, 견인전동기(110)의 회전속도()와 추정 부하토크(
Figure 112008065575516-PAT00015
)에 기초하여 제2 설정제동토크를 감소시킨다. 즉, 제2 제동모드에서 인버터(120)에 입력되는 제2 설정제동토크는 일정한 값으로 고정되는 것이 아니라, 견인전동기(110)의 회전속도()와 추정 부하토크(
Figure 112008065575516-PAT00016
)에 대한 함수로 표현되고, 전동차의 정차점에 가까워질수록 감소하여 최종적으로 추정 부하토크(
Figure 112008065575516-PAT00017
)에 수렴한다.
구체적으로, 정지 제어기(150)는 아래의 [수학식 2]에 따라 제2 설정제동토크를 감소시킨다.
[수학식 2]
Figure 112008065575516-PAT00018
여기서,
T* : 제2 설정제동토크
Figure 112008065575516-PAT00019
: 추정 부하토크
k : 비례상수
: 견인전동기의 회전속도
한편, 본 실시예에 따른 정지 제어기(150)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 입력되는 견인전동기(110)의 회전속도()와 추정 부하토크(
Figure 112008065575516-PAT00020
)의 궤환에 1차 지연필터(151)를 사용하는데, 이는 견인전동기(110)의 회전속도()의 검출 및 부하토크의 추정에 있어서 발생하는 오차와 노이즈 등을 최소화하기 위함이다.
이하, 도 3을 참조하여 제2 제동모드에서 선로의 구배에 따른 부하토크를 추정하는 방법을 설명한다.
부하토크 추정기(130)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 비례적분 제어기(PI controller)를 이용하여 견인전동기(110)의 회전속도()를 추정하는 과정을 통해 제2 제동모드에서 선로의 구배에 따른 견인전동기(110)의 부하토크를 추정한다.
구체적으로, 부하토크 추정기(130)는, 아래의 [수학식 3] 및 [수학식 4]에 의해 제2 제동모드에서 선로의 구배에 따른 부하토크를 추정한다.
[수학식 3]
Figure 112008065575516-PAT00021
[수학식 4]
Figure 112008065575516-PAT00022
여기서,
Je : 전동차의 평균 관성모멘트
Figure 112008065575516-PAT00023
: 견인전동기의 추정 회전속도
ω : 견인전동기의 회전속도
T* : 제2 설정제동토크
Figure 112008065575516-PAT00024
: 추정 부하토크
ki : 비례적분 제어기의 적분 게인
kp : 비례적분 제어기의 비례 게인
[수학식 3]에서 Je는 전동차의 평균 관성모멘트를 나타내는데, 전동차의 실제 관성모멘트(J, 도 3 참조)는 전동차에 탑승한 승객 수에 따라 달라지므로, 실제 관성모멘트(J)를 정확히 알 수 없는 바, 선로의 구배에 따른 부하토크를 추정하는 연산 과정에서는 대략적인 전동차의 평균 관성모멘트(Je)를 사용한다.
[수학식 4]에서 제어 파라미터인 ki 및 kp 는 각각 적분 게인 및 비례 게인으로, 수학적 혹은 실험적/경험적인 방법을 통해 결정된다.
한편, 전술한 바와 같이, 제동모드 전환기(140)가 제1 제동모드에서 제2 제동모드로 전환하는 시점을 결정하는데 있어서, 선로의 구배에 따른 부하토크를 추정하는 것이 요구되는데(수학식 1 참조), 이 경우에 있어서도 추정 부하토크(
Figure 112008065575516-PAT00025
)는 위와 같은 원리로 얻어진다. 다만, [수학식 3]에서 제2 설정제동토크(T*)는 제1 설정제동토크(T)로 대체된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전기제동 시스템(100)은, 전동차의 정차점에 근접하는 극 저속영역에서 인버터(120)에 입력되는 설정제동토크를 점차적으로 감소시킴으로써, 공기제동을 사용하지 않고서도 전동차를 안정적으로 정차시킬 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전기제동 시스템(100)은, 공기제동시 발생하는 제동부품의 마모와 이로 인한 소음 및 분진을 억제할 수 있으므로, 승차감 등의 전동차의 성능을 향상시키고 친환경적인 측면에 기여할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명 의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동차의 전기제동 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 전기제동 시스템에서 제동모드의 전환을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 도 1의 전기제동 시스템의 제2 제동모드에 대한 제어 블럭도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 전동차의 전기제동 시스템.
110 : 견인전동기
120 : 인버터
130 : 부하토크 추정기
140 : 제동모드 전환기
150 : 정지 제어기

Claims (10)

  1. 견인전동기;
    설정제동토크에 따라 상기 견인전동기를 제어하는 인버터;
    선로의 구배에 따른 상기 견인전동기의 부하토크를 추정하는 부하토크 추정기;
    상기 설정제동토크가 일정한 값을 갖는 제1 제동모드에서 상기 설정제동토크가 점차적으로 감소하는 제2 제동모드로 전환하는 제동모드 전환기; 및
    상기 제2 제동모드에서, 상기 견인전동기의 회전속도와 상기 추정 부하토크에 기초하여 상기 설정제동토크를 감소시키는 정지 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제동모드 전환기는,
    상기 회전속도와 상기 추정 부하토크에 기초하여 상기 제1 제동모드에서 상기 제2 제동모드로 전환하는 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제동모드 전환기는,
    하기의 수학식 1을 만족하는 시점에서 상기 제2 제동모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112008065575516-PAT00026
    여기서,
    T : 제1 제동모드의 설정제동토크
    Figure 112008065575516-PAT00027
    : 추정 부하토크
    k : 비례상수
    ω : 견인전동기의 회전속도
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정지 제어기는,
    하기의 수학식 2에 따라 상기 설정제동토크를 감소시키는 것을 특징으로 하는 선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템.
    [수학식 2]
    Figure 112008065575516-PAT00028
    여기서,
    T* : 제2 제동모드의 설정제동토크
    Figure 112008065575516-PAT00029
    : 추정 부하토크
    k : 비례상수
    ω : 견인전동기의 회전속도
  5. 제1항에 있어서,
    상기 부하토크 추정기는,
    비례적분 제어기를 이용하여 상기 견인전동기의 회전속도를 추정하는 과정을 통해 상기 부하토크를 추정하는 것을 특징으로 하는 선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 부하토크 추정기는,
    하기의 수학식 3 및 4에 의해 상기 부하토크를 추정하는 것을 특징으로 하는 선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템.
    [수학식 3]
    Figure 112008065575516-PAT00030
    [수학식 4]
    Figure 112008065575516-PAT00031
    여기서,
    Je : 전동차의 평균 관성모멘트
    Figure 112008065575516-PAT00032
    : 견인전동기의 추정 회전속도
    ω : 견인전동기의 회전속도
    T* : 제2 제동모드의 설정제동토크
    Figure 112008065575516-PAT00033
    : 추정 부하토크
    ki : 비례적분 제어기의 적분 게인
    kp : 비례적분 제어기의 비례 게인
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정지 제어기는,
    상기 회전속도와 상기 추정 부하토크의 궤환에 1차 지연필터를 사용하는 것을 특징으로 하는 선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 견인전동기의 회전속도를 검출하는 속도검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 견인전동기는, 영구자석형 견인전동기인 것을 특징으로 하는 선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인버터는, VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 인버터인 것을 특징으로 하는 선로의 구배를 고려한 전동차의 전기제동 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3636894B2 (ja) 1998-08-04 2005-04-06 財団法人鉄道総合技術研究所 電気ブレーキの制御方法及びその装置
JP3546930B2 (ja) 1998-09-02 2004-07-28 財団法人鉄道総合技術研究所 電気ブレーキの制御方法及びその装置
JP3541928B2 (ja) 1998-12-24 2004-07-14 財団法人鉄道総合技術研究所 電気ブレーキの制御方法及びその装置
KR100717354B1 (ko) 2005-12-20 2007-05-10 한국철도기술연구원 전동차의 전기 브레이크를 이용한 정지제어 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150081150A1 (en) * 2013-08-20 2015-03-19 General Electric Company System and method for controlling a vehicle
US9227515B2 (en) * 2013-08-20 2016-01-05 General Electric Company System and method for controlling a vehicle

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