KR20180078422A - 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기 - Google Patents

다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기에 관한 것으로; 전차선의 교류전원이 입력되면 직류전원으로 변환하여 출력하도록 다권선의 고주파 변압기가 구비되는 복수의 모듈 컨버터의 입력단이 서로 직렬 연결되어 전차선으로부터 공급되는 교류전원의 전압을 분담하여 입력받고, 상기 복수의 모듈 컨버터의 출력단은 서로 병렬 연결되어 전력을 분담하여 전원 모선으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 견인부하 및 보조부하 등에 전원을 공급하는 회로의 간소화를 통해 철도차량의 중량을 경감시킬 수 있어 에너지 효율 개선과 철도차량의 운행 성능 및 운송능력의 향상 효과가 있다.

Description

다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기 {Semiconductor Transformer for Railway Vehicle using Multiwinding High-frequency Transformer }
본 발명은 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 다권선 고주파 변압기를 적용한 반도체 변압기의 출력을 철도차량간 연결케이블을 통하여 각 철도차량에 공급하는 전원모선을 구성하므로써 견인부하 및 보조부하 등에 전원을 공급하는 회로를 간소화하고 부하상태에 따라 출력 컨버터의 운전을 조절하여 반도체 변압기의 운전효율을 향상시킬 수 있는 철도차량용 반도체 변압기에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량은 대형수송수단으로서 점진적으로 그 이용인원이 증가함에 따라 그 중요성이 확대되고 있으며, 전국적인 연결망을 갖도록 건설 또는 운영되고 있는바, 이와 같은 철도의 양적 팽창에 따라 철도의 이용자는 성능, 안정성, 쾌적성 및 기술력 확보 등 질적 서비스의 향상을 요구하고 있는 실정이다.
기존의 철도차량용 주변압기는 교류 전압을 견인 모터 및 기타 차량에 설치된 전기장치가 작동하기 적합한 전압 레벨로 강하시키는 것으로, 등록특허 제10-1621803호, 등록특허 제10-0881086호 등에 제안된 바 있다. 이와 같은 통상의 주변압기는 2차측 코일을 통해 견인구동 장치에 전력을 공급하며, 보조 코일(또는 3차코일)을 통해 보조전원장치에 전력을 공급한다.
그런데, 전차선으로부터 공급되는 25000V의 높은 전압이 철도차량용 주변압기에 직접 입력되므로 절연을 유지하기 위하여 대량의 절연유를 사용하므로 환경의 문제와 절연유의 절연성능을 유지하기 위한 주기적인 유지보수를 필요로 하고 절연db의 열화 등으로 인한 고장 발생 시 대규모의 교체작업 등을 필요로 하여 이에 대한 개선이 필요하다.
또한, 주변압기는 2차측 코일을 통해 전력을 공급받는 견인구동 장치는 견인 컨버터 장치와 견인 인버터 장치로 구성되어지며, 견인 컨버터 장치는 주변압기로부터 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환시키고, 다시 직류 전압을 견인 인버터에 제공하여 견인 모터를 구동시킨다. 전동차 등 철도차량은 열차를 구성하는 각 차량에 동력이 분산되어 있으며, 주변압기, 견인구동장치 등은 객실의 하부에 분산되어 설치되어야 한다.
이와 같이, 종래 철도차량의 전력 공급을 위한 주변압기, 견인 컨버터, 견인 인버터는 철도차량에 설치되는 기기 가운데 대형, 중량인 장치들로 체적 및 중량의 크기는 각 차량마다 설치되는 기기배치 및 차량의 중량에 영향을 미치는 것으로, 차량의 기기배치 및 에너지 효율의 향상을 위하여 각 장치들의 체적 및 중량을 감소시키는 것이 설계에 있어 매우 중요하다.
참고문헌 1: 등록특허 제10-1621803호 참고문헌 2: 등록특허 제10-0881086호
따라서, 본 발명은 이러한 점에 착안한 것으로서, 본 발명은 다권선 고주파 변압기를 적용한 반도체 변압기의 출력을 철도차량 간 연결케이블을 통하여 각 철도차량에 공급하는 전원 모선을 구성함으로써 견인부하 및 보조부하 등에 전원을 공급하는 회로를 간소화하고 부하상태에 따라 출력 컨버터의 운전을 조절하여 반도체 변압기의 운전효율을 향상시킬 수 있는 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
전차선의 교류전원이 입력되면 직류전원으로 변환하여 출력하도록 다권선의 고주파 변압기가 구비되는 복수의 모듈 컨버터의 입력단이 서로 직렬 연결되어 전차선으로부터 공급되는 교류전원의 전압을 분담하여 입력받고, 상기 복수의 모듈 컨버터의 출력단은 서로 병렬 연결되어 전력을 분담하여 전원 모선으로 출력하는 것을 특징으로 하는 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기를 제공한다.
이때, 상기 복수의 모듈 컨버터는 전차선의 교류전원이 전압이 분담된 상태로 입력되면 직류전원으로 변환하는 입력측 AC/DC 컨버터와, 상기 AC/DC 컨버터의 직류전원을 고주파 교류전원으로 변환하는 고주파 DC/AC 인버터와, 상기 고주파 DC/AC 인버터의 고주파 교류전원이 1차측으로 입력되면 변압하여 2차측으로 출력하는 고주파 변압기와, 상기 고주파 변압기의 2차측 고주파 교류전원을 직류전원으로 변환하는 출력측 AC/DC 컨버터로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 복수의 모듈 컨버터는 입력측 AC/DC 컨버터의 입력단이 서로 직렬 연결되고, 상기 출력측 AC/DC 컨버터의 출력단은 서로 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 입력측 AC/DC 컨버터와 고주파 DC/AC 인버터 및 출력측 AC/DC 컨버터는 3 level NPC(Neutral-Point-Clamped) H-Bridge로 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 전원 모선의 직류전압은 각 철도차량에 구비되는 견인 인버터에 공급되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 전원 모선의 직류전압은 각 철도차량에 구비되는 냉난방, 등구류, 기타 객실 서비스기기를 포함하는 보조부하에 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 견인부하 및 보조부하 등에 전원을 공급하는 회로의 간소화를 통해 철도차량의 중량을 경감시킬 수 있어 에너지 효율 개선과 철도차량의 운행 성능 및 운송능력의 향상 효과가 있다.
아울러, 본 발명에 의하면 에너지 효율을 개선하는 한편 NPC(Neutral-Point-Clamped) 구조의 스위칭 구조를 구성하므로서 반도체 소자에 가해지는 전압 스트레스를 낮추어주어 안정성 및 신뢰성을 높임과 동시에 스위칭 주파수를 높게 사용할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기의 상세 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 철도차량용 반도체 변압기의 모듈 컨버터를 도시한 상세 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기(Semiconductor Transformer)(100)는 전차선(1)으로부터 공급되는 25000V의 높은 교류전원이 입력되면 직류전원으로 변환하여 출력한다.
이때, 반도체 변압기(100)의 직류 출력단을 철도차량(10)의 전원 모선(Train Bus)(12)에 연결하여 각각의 철도차량(10)에 직접 공급하므로써 견인구동 장치를 구성하는 견인 컨버터를 이용하지 않고도 직접 직류전압을 각 철도차량(10)에 구비되는 견인 인버터(200)에 공급할 수 있어 동력 분산식의 철도차량을 구성하기 용이하다.
물론, 상기 견인 인버터(200)는 반도체 변압기(100)로부터 공급되는 직류 전원이 전원 모선(Train Bus)(12)을 통해 공급되면 다시 교류 전원으로 변환하여 견인 모터(Tractioin Motor)(210)를 구동시킨다.
그리고, 상기 각각의 철도차량(10)에 구비되는 냉난방, 등구류, 기타 객실 서비스기기 등의 보조부하(Aux. Circuit)(300)는 상기 전원 모선(Train Bus)(12)으로부터 공급되는 직류 전원을 공급받아 구동된다.
이와 같은 본 발명에 따른 반도체 변압기(100)는 도 2를 참고하면 집전장치(20)를 통해 전차선(1)의 교류전원이 입력되면 직류전원으로 변환하여 출력하는 복수의 모듈 컨버터(110)의 입력단이 서로 직렬 연결되어 전차선(1)으로부터 공급되는 25000V의 높은 교류전원의 전압을 분담하여 입력받고, 상기 복수의 모듈 컨버터(110)의 출력단은 서로 병렬 연결되어 전력을 분담하여 전원 모선(Train Bus)(12)으로 출력하는 구성이다.
이때, 상기 각각의 모듈 컨버터(110)는 전차선(1)의 교류전원이 전압이 분담된 상태로 입력되면 직류전원으로 변환하는 입력측 AC/DC 컨버터(112)와, 상기 AC/DC 컨버터(112)의 직류전원을 고주파 교류전원으로 변환하는 고주파 DC/AC 인버터(114)와, 상기 고주파 DC/AC 인버터(114)의 고주파 교류전원이 1차측으로 입력되면 변압하여 2차측으로 출력하는 고주파 변압기(116)와, 상기 고주파 변압기(116)의 2차측 고주파 교류전원을 직류전원으로 변환하는 출력측 AC/DC 컨버터(118)로 구성되며, 이들이 하나의 모듈을 형성한다.
이와 같은 각각의 모듈 컨버터(110)의 입력측 AC/DC 컨버터(112)의 입력단은 서로 직렬 연결되어 전차선(1)의 높은 교류전원의 전압을 분담 입력받으며, 상기 출력측 AC/DC 컨버터(118)의 출력단은 서로 병렬 연결되어 전력을 분담하여 전원 모선(Train Bus)(12)으로 출력한다.
즉, 복수(n개)의 모듈 컨버터(110)에서 상기 입력측 AC/DC 컨버터(112)의 입력단은 직렬로 연결하여 전차선 전압을 1/n로 분담하도록 하므로써 전력반도체에 가해지는 전압스트레스를 경감시킬 수 있으며, 상기 출력측 AC/DC 컨버터(118)의 출력단은 병렬로 연결하여 철도차량에서 필요로 하는 전력을 공급하는 데 있어 전력을 1/n로 분담하여 전류 스트레스를 경감시킬 수 있다.
이때, 직렬 연결된 입력측 AC/DC 컨버터(112) 및 고주파 DC/AC 인버터(114)와 병렬로 연결되는 부하측의 출력측 AC/DC 컨버터(118)는 고주파 변압기(116)에 의하여 전기적으로 분리되고 자기적인 결합에 의하여 에너지만을 전달하게 된다.
그리고, 상기 고주파 변압기(116)는 다권선의 고주파 변압기로 구성하여 각각의 모듈 컨버터(110)간의 자기회로를 공유하므로써, 철도차량(10)의 부하가 줄어드는 경우 n개의 출력 컨버터 가운데 일부만 작동하여 높은 효율로 출력을 공급하므로써 경부하시 효율이 저감되는 것을 방지하고 반도체 변압기(100)의 운전효율을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 모듈 컨버터(110)를 구성하는 입력측 AC/DC 컨버터(112)와, 고주파 DC/AC 인버터(114) 및 출력측 AC/DC 컨버터(118)는 도 3에 도시한 바와 같이 3 level NPC(Neutral-Point-Clamped) H-Bridge로 구성하여 양방향의 에너지 전달이 가능하고, 각각의 반도체 스위칭 소자(112a,114a,118a)에 인가되는 전압을 또 다시 전차선 전압/(2n)으로 낮추어 주므로써 각각의 반도체 스위칭 소자(112a,114a,118a)가 겪게 되는 전압 스트레스를 낮추어 주며, 고주파 교류출력의 출력 주파수를 높게 설정하여 고주파 변압기(116)의 크기를 줄일 수 있도록 하여 중량과 부피를 많이 차지하게되는 반도체 변압기(100) 전체의 중량과 크기를 줄일 수 있다.
그리고, 집전장치(20)를 통해 전차선(1)으로부터 공급되는 전압이 교류구간의 경우 반도체 변압기(100)로 입력되고 직류구간의 경우 차량의 전원모선에 직접 연결되는 구성을 하여 전차선 전압이 직류인 구간과 교류인 구간을 모두 운행할 수 있도록 한 교류/직류 겸용의 차량회로를 구성한 것으로 스위치(20) 전환에 따라 교류구간만을 운행하는 철도차량의 경우 전차선(1)의 교류전압을 철도차량(10)의 전원 모선(12)에 직접 연결하도록 한 회로를 생략하므로써 교류구간의 전용차량을 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다권선 고주파 변압기(116)는 부하구조에 따라 몇 개의 서브그룹으로 구분하여 구성할 수도 있으며, 사용하는 반도체 스위칭 소자(112a,114a,118a)의 용량이 충분한 경우 또는 모듈 컨버터(110)의 숫자를 줄이거나 스위칭 주파수를 높이 사용할 수 있는 소자의 경우에는 3-level NPC(Neutral-Point-Clamped) 구조가 아닌 2 level의 구조를 가질 수 있다.
이와 같은 다권선 고주파 변압기(116)를 사용함으로써 철도차량의 중량을 경감시킬 수 있어 에너지 효율과 철도차량의 운행 성능 및 운송능력을 향상시키고, 효율을 개선하는 한편 NPC(Neutral-Point-Clamped) 구조의 스위칭 구조를 구성하므로서 반도체 소자에 가해지는 전압 스트레스를 낮추어주어 안정성 및 신뢰성을 높임과 동시에 스위칭 주파수를 높게 사용할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 전차선 10: 철도차량
12: 전원 모선 100: 반도체 변압기
112: 입력측 AC/DC 컨버터 114: 고주파 DC/AC 인버터
116: 고주파 변압기 118: 출력측 AC/DC 컨버터
200: 견인 인버터 210: 견인 모터
300: 보조부하

Claims (6)

  1. 전차선의 교류전원이 입력되면 직류전원으로 변환하여 출력하도록 다권선의 고주파 변압기가 구비되는 복수의 모듈 컨버터의 입력단이 서로 직렬 연결되어 전차선으로부터 공급되는 교류전원의 전압을 분담하여 입력받고, 상기 복수의 모듈 컨버터의 출력단은 서로 병렬 연결되어 전력을 분담하여 전원 모선으로 출력하는 것을 특징으로 하는 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 모듈 컨버터는 전차선의 교류전원이 전압이 분담된 상태로 입력되면 직류전원으로 변환하는 입력측 AC/DC 컨버터와, 상기 AC/DC 컨버터의 직류전원을 고주파 교류전원으로 변환하는 고주파 DC/AC 인버터와, 상기 고주파 DC/AC 인버터의 고주파 교류전원이 1차측으로 입력되면 변압하여 2차측으로 출력하는 고주파 변압기와, 상기 고주파 변압기의 2차측 고주파 교류전원을 직류전원으로 변환하는 출력측 AC/DC 컨버터로 구성되는 것을 특징으로 하는 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 모듈 컨버터는 입력측 AC/DC 컨버터의 입력단이 서로 직렬 연결되고, 상기 출력측 AC/DC 컨버터의 출력단은 서로 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 입력측 AC/DC 컨버터와 고주파 DC/AC 인버터 및 출력측 AC/DC 컨버터는 3 level NPC(Neutral-Point-Clamped) H-Bridge로 구성되는 것을 특징으로 하는 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전원 모선의 직류전압은 각 철도차량에 구비되는 견인 인버터에 공급되는 것을 특징으로 하는 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전원 모선의 직류전압은 각 철도차량에 구비되는 냉난방, 등구류, 기타 객실 서비스기기를 포함하는 보조부하에 공급되는 것을 특징으로 하는 다권선 고주파 변압기를 이용한 철도차량용 반도체 변압기.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109655698A (zh) * 2019-02-01 2019-04-19 唐智科技湖南发展有限公司 一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统
KR102094832B1 (ko) * 2018-11-29 2020-03-31 한국철도기술연구원 반도체 변압기의 제어 전원 공급 장치
KR20200066441A (ko) * 2018-11-30 2020-06-10 한국철도기술연구원 지능형 반도체 변압기 시스템의 전력 균형 제어 장치
WO2020119273A1 (zh) * 2018-12-11 2020-06-18 株洲中车时代电气股份有限公司 一种列车及其多流制的列车变流系统
KR20210149197A (ko) * 2019-08-22 2021-12-08 엔알 일렉트릭 컴퍼니 리미티드 반도체 변압기
KR20230049798A (ko) * 2021-10-06 2023-04-14 한국철도기술연구원 철도차량 추진시스템의 반도체 변압기 제어 장치 및 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102441170B1 (ko) 2020-10-06 2022-09-06 한일전원공업주식회사 소음저감을 적용한 고주파 변압기

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11511949A (ja) * 1996-04-13 1999-10-12 アーベーベー・ダイムラー−ベンツ・トランスポルタツィオーン（テヒノロギー）・ゲーエムベーハー 高電圧電力コンバータシステム
JP2002369311A (ja) * 2001-06-05 2002-12-20 Meidensha Corp 電気車の電源回路方式及びき電システム
US20050111246A1 (en) * 2003-11-25 2005-05-26 Jih-Sheng Lai Multilevel converter based intelligent universal transformer
JP2010130837A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Toshiba Corp 鉄道車両用モータ駆動制御装置
JP2012050162A (ja) * 2010-08-24 2012-03-08 Hitachi Ltd 鉄道用車上電気機器を搭載した鉄道車両及び鉄道車両の編成列車

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11511949A (ja) * 1996-04-13 1999-10-12 アーベーベー・ダイムラー−ベンツ・トランスポルタツィオーン（テヒノロギー）・ゲーエムベーハー 高電圧電力コンバータシステム
JP2002369311A (ja) * 2001-06-05 2002-12-20 Meidensha Corp 電気車の電源回路方式及びき電システム
US20050111246A1 (en) * 2003-11-25 2005-05-26 Jih-Sheng Lai Multilevel converter based intelligent universal transformer
JP2010130837A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Toshiba Corp 鉄道車両用モータ駆動制御装置
JP2012050162A (ja) * 2010-08-24 2012-03-08 Hitachi Ltd 鉄道用車上電気機器を搭載した鉄道車両及び鉄道車両の編成列車

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DC-LINK VOLTAGE RIPPLE COMPENSATION METHOD FOR SINGLE PHASE 3-LEVEL PWM CONVERTERS1,.2013.04.27 *
THREE-LEVEL THREE-PHASE NEUTRAL-POINT-CLAMPED BACK-TO-BACK CONVERTER APPLIED TO A WIND EMULATOR,2009.10.06 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102094832B1 (ko) * 2018-11-29 2020-03-31 한국철도기술연구원 반도체 변압기의 제어 전원 공급 장치
KR20200066441A (ko) * 2018-11-30 2020-06-10 한국철도기술연구원 지능형 반도체 변압기 시스템의 전력 균형 제어 장치
WO2020119273A1 (zh) * 2018-12-11 2020-06-18 株洲中车时代电气股份有限公司 一种列车及其多流制的列车变流系统
CN109655698A (zh) * 2019-02-01 2019-04-19 唐智科技湖南发展有限公司 一种基于电源共享的铁路货车故障诊断系统
KR20210149197A (ko) * 2019-08-22 2021-12-08 엔알 일렉트릭 컴퍼니 리미티드 반도체 변압기
KR20230049798A (ko) * 2021-10-06 2023-04-14 한국철도기술연구원 철도차량 추진시스템의 반도체 변압기 제어 장치 및 방법

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