KR20110116732A - 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치 - Google Patents

철도차량 모의관성부하의 전력투입장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치에 관한 것으로, 실제 환경에 가까운 관성부하를 적용하기 위해 4개의 플라이휠을 구성하고, 한전의 상용전력과 더불어, 440V의 자체 발전전력을 함께 투입함으로써 4개의 플라이휠이 안정적으로 추진될 수 있게 함으로써 실제 환경에서의 관성부하에 해당하는 컨버터 및 인버터의 특성값을 산출해낼 수 있게 한 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치를 제공함에 그 목적이 있다.

Description

철도차량 모의관성부하의 전력투입장치{POWER SUPPLY APPARATUS OF SIMULATION INERTIA LOADING DEVICE FOR RAILROAD VEHICLE}
본 발명은 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 실제 환경에 가까운 관성부하를 적용하기 위해 4개의 플라이휠을 구성하고, 한전의 상용전력과 더불어, 440V의 자체 발전전력을 함께 투입함으로써 4개의 플라이휠이 안정적으로 추진될 수 있게 함으로써 실제 환경에서의 관성부하에 해당하는 컨버터 및 인버터의 특성값을 산출해낼 수 있게 한 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 일반적으로 전동차의 안전성에 있어, 가장 중요한 장치인 추진제어장치의 성능을 현차시험의 이전에 차량의 가상 운행환경을 설정하여 시험하는 설비로 모의관성부하설비가 사용되고 있는 바, 이는 전동차의 핵심부품인 인버터 및 견인전동기를 시험하기 위해 필요한 것으로써, 크게 전원설비, 피시험체, 관성부하설비로 구성된다.
이때, 철도차량 추진제어장치의 조합시험을 위해 사용하고 있는 관성부하설비는 차량무게에 해당하는 관성을 플라이휠(Flywheel)로 연결하여 가속 및 감속시험을 하는 것인데, 이는 견인전동기를 제어하는 인버터 성능특성 확인과 전동차의 기동부터 정지상태까지 발생되는 모든 기계적 또는 전기적인 데이터값을 구하기 위한 것이었다.
종래 관성부하설비는 도 1에 도시된 바와 같이, 견인전동기(21)-커플링(Coupling: 3: 31, 31’, 31”)-기어(Gear)-플라이휠(Flywheel: 7)의 순서로 기계적인 연결관계를 갖으며, 차량무게에 해당하는 관성을 플라이휠(7)에 연결하는 구조를 갖는 것이다.
보다 상세하게, 종래의 모의관성부하장치(M)는 구동모터((21)Motor)와, 커플링((31,31',31')coupling)과, 토크메터((4)Torque meter)와 플라이휠((7)Flywheel)과 브레이크((6)Break) 순서로 프레임상에 연결되는 장치로서, 상기 토크메타(4)와 플라이휠(7)의 사이로 클러치(1)를 커플링에 의해 연결하므로서 구성된다.
여기서, 상기 모의관성부하장치(M)는 진동 및 소음에 대응하기 위한 구성으로 구동모터가 설치고정되는 프레임부(2)와, 싱글 디스크 플랙스로 양체결용 볼트에 의해 탄성체를 삽입하여 진동 및 편심에 대응하도록 각 부위별로 3개 형태의 커플링(31,31',31')이 적용되는 커플링부와, 축의 회전수(rpm) 및 토크(torque)를 실시간으로 디지털 처리하는 토크메타((4)Torque meter)와, 전동차의 관성을 전동기축으로 환산한 등가관성을 산출하여 축소설계한 플라이휠(7)과, 상기 플라이휠((7)Flywheel)의 기본하중 및 최대동하중을 만족하도록 설계된 베어링(5)과, 상기 플라이휠((7)Flywheel)을 정지시키는 역할을 하는 에어 브레이크((6)Break Part)로 이루어지는 것으로, 이러한 모의관성부하장치(M)의 관성체로서 적용설치되는 플라이휠(7)은 전동차의 관성을 전동축으로 환산한 등가관성을 산출하여 축소제작되는 것으로, 이에 따라 모의관성부하장치(M)의 크기를 축소한 것이다.
이에, 상기와 같은 모의관성부하장치(M)에 있어, 상기 토크메타(4)와 플라이휠(7)사이로 클러치(1)가 설치되는 것인데, 이는 도 1에 도시된 바와같이 모의관성부하장치(M)로 적용되는 커플링(31',31')에 의해 토크메타(4) 및 플라이휠(7)의 축과 결합이 이루어지는 것이다.
보다 상세하게, 도 2a, 2b는 종래의 실시예에 따른 철도차량 모의관성부하장치의 구조를 도시한 도면이다. 도 2a는 종래의 철도차량 모의관성부하장치의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 2b는 회로도이다.
종래에는 통상적으로 철도차량 모의관성부하장치를 구성함에 있어서, 단일의 견인전동기(21)와 플라이휠(7)을 기어박스(40)를 통해 결합시켜 구성하였으나, 이 경우 플라이휠(7)의 관성부하가 차량의 무게에 해당하지 않을 정도로 작으므로 정확한 인버터(48)의 특성값을 추출해낼 수 없었다는 문제가 있었다. 따라서, 모의시험으로써의 역할을 거의 기대하기 어려웠었다.
최근에는 도 2a에 도시된 바와 같이, 복수개의 견인전동기(21)와 플라이휠(7)을 기어박스(40)를 통해 결합시켜 구성하였으나, 이 경우 플라이휠(7)의 관성부하가 차량의 무게에 해당하지 않을 정도로 작았었다.
즉, 통상의 전력투입장치(41)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 한전의 3상 상용라인을 통해 380V의 전력을 공급받는 전력입력부(42)가 구성되고, 변압기(4)를 통해 일정한 전압으로 변압되고, 컨버터(46) 및 인버터(48)를 통해 피시험체에 적정 전압을 공급하면, 공급된 전원을 공급받아 인버터(48)가 모의관성부하장치(M)를 부하로 사용하여 인버터(48)를 구동시험할 수 있게 구성되어져 있다.
상기 컨버터(46)와 인버터(48)의 구성은 교류를 직류로 변환하고, 다시 변환된 직류를 교류로 변환하는 과정에서 필요 전압으로 변압하고, 주파수를 조정함으로써 상기 모의관성부하장치(M)에 포함된 견인전동기(21)의 속도를 제어하기 위한 구성이다.
바람직하게, 철도차량의 무게에 해당할 정도의 관성부하를 일으키기 위해서는 상기 플라이휠(7)이 적어도 4개는 장착되어야 하지만, 플라이휠(7)을 4개 장착할 경우에는 전력투입장치의 투입 전력이 부족하여 제대로 된 견인전동기(21)의 구동이 어려웠다는 문제가 있었다.
즉, 도 2b에 구성된 전력투입장치(41)로는 4개의 플라이휠(7)을 구동시킬 수 없으므로, 실제의 환경에 가까운 관성부하에 대한 다양한 시험이 불가능하였다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 실제 환경에 가까운 관성부하를 적용하기 위해 4개의 플라이휠을 구성하고, 한전의 상용전력과 더불어, 440V의 자체 발전전력을 함께 투입함으로써 4개의 플라이휠이 안정적으로 추진될 수 있게 함으로써 실제 환경에서의 관성부하에 해당하는 컨버터 및 인버터의 특성값을 산출해낼 수 있게 한 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 견인전동기가 고정설치되며 진동 및 소음에 대응하기 위한 프레임부와, 양체결용 볼트에 의해 체결되며 탄성체가 연결부위로 삽입되어 진동 및 편심에 대응토록 구성되는 커플링부와, 전동차의 관성을 전동기축으로 환산한 등가관성을 산출하여 축소 설계한 플라이휠과, 상기 플라이휠의 기본하중 및 최대동하중을 만족하도록 설계된 베어링부와, 축의 회전수(rpm) 및 토크(torque)를 실시간으로 디지털 처리하는 토크메타부(Torque meter Part)와, 상기 플라이휠(Flywheel)을 정지시키는 역할을 하는 브레이크부(Break Part)로 이루어지며, 추진제어장치의 견인특성시험 및 기타 여러 시험을 수행하도록 전동차의 관성을 전동기축으로 환산한 등가관성을 산출하여 각 구성부위가 설계된 철도차량의 모의관성부하 장치에 있어서, 상기 플라이휠을 기어박스에 대해 각각 4개를 연결시켜 실제 철도차량의 등가관성부하를 제공하며, 그 4개의 플라이휠에 추진력을 제공하기 위한 4개의 견인전동기를 각각 장착하고; 각 견인전동기에 전력을 투입하기 위해, 한전의 3상 상용전력인 380V의 전원을 입력하는 전력입력부와; 전력입력부로부터 투입된 전압을 변압시키는 제 1 변압기와; 440V 전압의 전력을 추가로 발생시키는 발전전력 투입부와; 상기 발전전력 투입부로부터 투입된 전압을 변압시키는 제 2 변압기와; 상기 제 1, 2 변압기의 출력전력을 인가받아 모의관성부하장치(M)를 부하로 사용하여 구동시험하는 컨버터 및 인버터로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 컨버터는 그 입력단에 상기 제 1, 2 변압기의 출력전력을 합산하여 인가받는 것을 특징으로 하는 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 모의관성부하장치(M)는 그 내부에 상기 발전전력 투입부의 작동을 제어하는 전력 제어부가 더 포함된 것을 특징으로 하는 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 전력입력부와 발전전력 투입부는 각 출력전력의 위상을 동기처리하는 동기화 처리부가 더 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치가 제공된다.
본 발명에 따른 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치는 보다 실제적인 차량 무게가 반영된 관성부하 시험을 하기 위해 플라이휠을 4개 구성하고, 해당 플라이휠의 관성부하가 정상적으로 추진될 수 있도록 전력투입단에 별도의 발전설비를 구성함으로써 보다 실제적인 환경에서의 관성부하 시험을 통해 컨버터 및 인버터의 정확한 특성값을 추출해낼 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 실시예에 따른 철도차량의 모의관성부하장치의 외형을 도시한 측면도,
도 2a, 2b는 종래의 실시예에 따른 철도차량 모의관성부하장치의 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량의 모의관성부하장치의 구조를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치에 대한 회로 구성을 도시한 회로도이다.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량의 모의관성부하장치의 구조를 도시한 도면, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치에 대한 회로 구성을 도시한 회로도이다.
이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치(51)는 실제 환경에 가까운 관성부하를 적용하기 위해 4개의 플라이휠을 구성하고, 한전의 상용전력과 더불어, 440V의 자체 발전전력을 함께 투입함으로써 4개의 플라이휠이 안정적으로 추진될 수 있게 함으로써 실제 환경에서의 관성부하에 해당하는 인버터의 특성값을 산출해낼 수 있게 한 장치이다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치(51)는 실제 관성부하의 환경으로 상기 플라이휠(7)을 4개 설비할 경우, 전력 부족량을 감당하기 위해 한전의 상용전력과 더불어, 440V의 자체 발전전력을 함께 투입함으로써 정확한 인버터(48)의 특성값을 연산할 수 있게 한 장치이다.
보다 상세하게, 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치(51)에는 모의관성부하장치(M)가 제공되는 바, 그 모의관성부하장치(M)의 대부분 구성은 공지의 구성이다.
즉, 모의관성부하장치(M)는 견인전동기(21)가 고정설치되며 진동 및 소음에 대응하기 위한 프레임부(2: 도 1참조)와, 양체결용 볼트에 의해 체결되며 탄성체가 연결부위로 삽입되어 진동 및 편심에 대응토록 구성되는 커플링부(31)와, 전동차의 관성을 전동기축으로 환산한 등가관성을 산출하여 축소 설계한 플라이휠(7)이 구성된다.
물론, 본 발명에서는 상기 플라이휠(7)이 실제의 차량 관성부하와 동일하도록 4개를 설비한다.
또한, 상기 플라이휠(7)의 기본하중 및 최대동하중을 만족하도록 설계된 베어링부(5)와, 축의 회전수(rpm) 및 토크(torque)를 실시간으로 디지털 처리하는 토크메타부(Torque meter Part: 4)와, 상기 플라이휠(Flywheel: 7)을 정지시키는 역할을 하는 브레이크부(Break Part: 6)로 이루어지며, 추진제어장치의 견인특성시험 및 기타 여러 시험을 수행하도록 전동차의 관성을 전동기축으로 환산한 등가관성을 산출하여 각 구성부위가 설계된다.
상기한 설명에서와 마찬가지로, 본 발명의 모의관성부하장치(M)는 상기 플라이휠(7)을 기어박스(40)에 대해 각각 4개를 연결시켜 실제 철도차량의 등가관성부하를 제공하며, 그 4개의 플라이휠(7)에 추진력을 제공하기 위한 4개의 견인전동기(21)를 각각 장착한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치(51)는 각 견인전동기(21)에 전력을 투입하기 위해, 한전의 3상 상용전력인 380V의 전원을 입력하는 전력입력부(42)와; 전력입력부(42)로부터 투입된 전압을 변압시키는 제 1 변압기(43)가 구성된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치(51)에는 440V 전압의 전력을 추가로 발생시키는 발전전력 투입부(50: 발전기)와; 상기 발전전력 투입부(50)로부터 투입된 전압을 변압시키는 제 2 변압기(44)가 구성된다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치(51)에는 상기 제 1, 2 변압기(43,44)의 출력전력을 인가받아 모의관성부하장치(M)를 부하로 사용하여 구동시험하는 컨버터(46) 및 인버터(48)로 구성된다.
이때, 상기 컨버터(48)는 그 입력단에 상기 제 1, 2 변압기(43,44)의 출력전력을 합산하여 인가받을 수 있도록 분기라인이 형성되어져 있다.
즉, 컨버터(46) 및 인버터(48)를 통해 피시험체에 적정 전압을 공급하면, 공급된 전원을 공급받아 인버터(48)가 모의관성부하장치(M)를 부하로 사용하여 인버터(48)를 구동시험할 수 있게 구성되어져 있다.
상기 컨버터(46)와 인버터(48)의 구성은 교류를 직류로 변환하고, 다시 변환된 직류를 교류로 변환하는 과정에서 필요 전압으로 변압하고, 주파수를 조정함으로써 상기 모의관성부하장치(M)에 포함된 견인전동기(21)의 속도를 제어하기 위한 구성이다.
이때, 상기 전력입력부(42)와 발전전력 투입부(50)에는 각각 서로 다른 전력의 위상을 동기화처리하기 위한 동기화 처리부(45)가 구성되는 바, 그 동기화 처리부(45)는 위상 동기처리를 통해 변압후의 전력 합산이 가능하도록 하는 구성이며, 해당 구성은 공지의 구성이다.
한편, 상기 모의관성부하장치(M)는 그 내부에 상기 발전전력 투입부(50)의 작동을 제어하는 전력 제어부(52)가 더 포함되어져 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치(51)는 상기 플라이휠(7)을 기어박스(40)에 대해 각각 4개를 연결시켜 실제 철도차량의 등가관성부하를 제공하며, 그 4개의 플라이휠(7)에 추진력을 제공하기 위한 4개의 견인전동기(21)를 각각 장착한 경우라면, 상기 모의관성부하장치(M)의 내부에 구성된 전력제어부(52)에서 구동 스위칭신호를 상기 발전전력 투입부(50)로 발생시켜 발전전력 투입부(50)의 내부에 구성된 발전기(미도시)가 기동하게 한다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치(51)는 보다 실제적인 차량 무게가 반영된 관성부하 시험을 할 수 있으며, 그로인해 컨버터 및 인버터의 정확한 특성값을 추출해낼 수 있다.
컨버터 및 인버터 특성값의 연산은 바람직하게 인텔사의 i8097BH 프로세서를 사용하였으며, 장치내 동작상태를 알 수 있도록 기록계기와 퍼스널컴퓨터에 의하여 데이터를 기록하거나 분석할 수 있도록 구성되나, 이 구성은 공지의 구성이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치는 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.
1:클러치, 4:토크메타,
5:베어링, 6:브레이크,
7:플라이휠, 21:견인전동기,
42:전력입력부, 43,44:제 1,2변압기,
45:동기화처리부, 46:컨버터,
48:인버터, M:모의관성부하장치,
50:발전전력 투입부, 52:전력제어부.

Claims (4)

  1. 견인전동기가 고정설치되며 진동 및 소음에 대응하기 위한 프레임부와, 양체결용 볼트에 의해 체결되며 탄성체가 연결부위로 삽입되어 진동 및 편심에 대응토록 구성되는 커플링부와, 전동차의 관성을 전동기축으로 환산한 등가관성을 산출하여 축소 설계한 플라이휠과, 상기 플라이휠의 기본하중 및 최대동하중을 만족하도록 설계된 베어링부와, 축의 회전수(rpm) 및 토크(torque)를 실시간으로 디지털 처리하는 토크메타부(Torque meter Part)와, 상기 플라이휠(Flywheel)을 정지시키는 역할을 하는 브레이크부(Break Part)로 이루어지며, 추진제어장치의 견인특성시험 및 기타 여러 시험을 수행하도록 전동차의 관성을 전동기축으로 환산한 등가관성을 산출하여 각 구성부위가 설계된 철도차량의 모의관성부하 장치에 있어서,
    상기 플라이휠을 기어박스에 대해 각각 4개를 연결시켜 실제 철도차량의 등가관성부하를 제공하며, 그 4개의 플라이휠에 추진력을 제공하기 위한 4개의 견인전동기를 각각 장착하고;
    각 견인전동기에 전력을 투입하기 위해, 한전의 3상 상용전력인 380V의 전원을 입력하는 전력입력부와; 전력입력부로부터 투입된 전압을 변압시키는 제 1 변압기와;
    440V 전압의 전력을 추가로 발생시키는 발전전력 투입부와; 상기 발전전력 투입부로부터 투입된 전압을 변압시키는 제 2 변압기와;
    상기 제 1, 2 변압기의 출력전력을 인가받아 모의관성부하장치(M)를 부하로 사용하여 구동시험하는 컨버터 및 인버터로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 컨버터는 그 입력단에 상기 제 1, 2 변압기의 출력전력을 합산하여 인가받는 것을 특징으로 하는 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 모의관성부하장치(M)는 그 내부에 상기 발전전력 투입부의 작동을 제어하는 전력 제어부가 더 포함된 것을 특징으로 하는 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전력입력부와 발전전력 투입부는 각 출력전력의 위상을 동기처리하는 동기화 처리부가 더 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량 모의관성부하의 전력투입장치.
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