KR20220000684A - Power conversion device and auxiliary power supply method for AC and DC combined electric rail vehicles - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a power conversion apparatus for supplying an auxiliary power for an ACDC dual voltage electric railway vehicle and a method for supplying the auxiliary power. According to the provided power conversion apparatus for supplying the auxiliary power for the ACDC dual voltage electric railway vehicle and the provided method for supplying the auxiliary power, When converting an electric railway vehicle which uses an existing AC power source to an ACDC dual voltage vehicle, hassle and a cost of newly designing an AC and DC auxiliary power supply can be reduced. As a result, retrofitting of the ACDC dual voltage vehicle is advantageous. The power conversion apparatus for supplying the auxiliary power for the ACDC dual voltage electric railway vehicle of the present invention comprises: a main transformer; an MPU; and an APU.

Description

교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치 및 보조전원 공급방법 {Power conversion device and auxiliary power supply method for AC and DC combined electric rail vehicles}{Power conversion device and auxiliary power supply method for AC and DC combined electric rail vehicles}

본 발명은 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치 및 보조전원 공급방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교류 전원을 이용하는 전기철도차량을 교직겸용 차량으로 개조시 설계 변경을 최소화하고 비용을 절감할 수 있어 교직겸용 차량의 개조에 유리한 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치 및 보조전원 공급방법에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device for supplying auxiliary power and a method for supplying auxiliary power for an electric railway vehicle for teaching and teaching, and more particularly, to minimize design changes and cost when converting an electric railway vehicle using AC power to a vehicle for teaching and teaching. It relates to a power conversion device for supplying auxiliary power and a method for supplying auxiliary power for an electric railway vehicle for both teaching and teaching, which is advantageous in remodeling the vehicle for teaching and teaching.

일반적으로 전기철도차량은 전차선을 통해 외부에서 전기를 공급받고 외부 전원이 교류인지 직류인지에 따라 차량의 전력변환장치가 설계단계부터 다르게 구성된다. 철도 기관차의 전장품은 각각의 입력전원을 만들어주는 전력변환장치를 제외하면 직류든 교류든 동일하기 때문에 특정 노선의 차량에서는 교류/직류 겸용이 가능한 전력변환장치를 사용하여 운행하기도 한다. 이와 관련된 선행기술로 등록특허 제10-2112039호 등이 있다.In general, electric railway vehicles are supplied with electricity from the outside through a catenary, and the power converter of the vehicle is configured differently from the design stage depending on whether the external power source is AC or DC. Since the electrical components of railway locomotives are the same whether they are direct current or alternating current, except for the power converter that creates each input power, vehicles on a specific route use a power converter that can combine alternating current and direct current to operate. As prior art related thereto, there is registered Patent No. 10-2112039 and the like.

이러한 교직겸용이 가능한 전력변환장치는 기본적으로 입력에 따라 전차선의 전원 유형을 선택하는 교직절환스위치와 차단기가 각각 존재하고 교류/직류를 모두 입력받을 수 있는 주전력변환장치로 구성된다. 주전력변환장치는 구동모터에 전력을 공급하는 MPU(Main Power Unit)와 제어전원, 공기압축기, 조명장치, 냉난방기 등의 전력을 공급하는 APU(Auxiliary Power Unit)로 구성된다.The power converter that can be used for alternating current is basically composed of a main power converter that selects the power type of the catenary according to the input and has a circuit breaker and a circuit breaker, and can receive both AC/DC input. The main power converter consists of an MPU (Main Power Unit) that supplies power to the drive motor and APU (Auxiliary Power Unit) that supplies power to the control power supply, air compressor, lighting device, and air conditioner.

기존의 교직겸용 차량에서는 교류 입력이 들어오면 주변압기에서 MPU가 필요로 하는 전압과 APU가 필요로 하는 전압으로 변환해 사용하고, 직류 입력이 들어오면 교직절환스위치 및 차단기를 통해 주변압기 및 MPU와 APU의 교류입력을 건너뛰고 중간 변환단계인 DC link에 직접 전차선 전원이 공급된다. When an AC input comes in, the peripheral voltage converts it into the voltage required by the MPU and the APU and uses it. When a DC input comes in, it is connected to the peripheral voltage and the MPU through a cross-cutting switch and circuit breaker. The AC input of the APU is skipped and catenary power is supplied directly to the DC link, which is the intermediate conversion stage.

따라서, MPU와 APU는 교류와 직류로 공급받는 전원에 문제없이 동작할 수 있게 입력범위가 설계되어 있다.Therefore, the MPU and APU are designed with an input range so that they can operate without problems with the power supplied by AC and DC.

위와 같은 교직겸용 차량의 특징에 의해 기존의 교류 차량을 직류 차량으로 개조하는 경우에는 팬터그래프부터 MPU, APU까지의 장치를 수정하여야 한다. 예를 들어 교직겸용 팬터그래프로의 교체, 교직절환스위치 추가, 직류 차단기 추가, 교직겸용이 가능한 MPU 및 APU 개조 등의 작업이 필요하다. In the case of converting an existing AC vehicle to a DC vehicle due to the characteristics of the vehicle for teaching and teaching as described above, the devices from the pantograph to the MPU and APU must be modified. For example, it is necessary to change to a pantograph for both teaching and teaching, add a changeover switch, add a DC circuit breaker, and remodel MPU and APU that can be used for both teaching and teaching.

그중에 MPU 및 APU 개조의 경우는 기존의 DC link 전압이 가선에서 공급하는 직류 입력전압과 다르다면 새로 재설계해야 하는 문제점이 있다. 예를 들어 우리나라 8500호대 교류 차량의 경우 MPU에서는 DC link에서 DC 2,600V로 변환한 전원을 사용하교 APU에서는 DC 750V로 변환한 전원을 사용하고 있다. 이 차량에 교직 겸용을 위해 DC 3,000V를 연결하는 경우 MPU에서는 DC 3,000V 전압의 수용이 가능한 소자를 사용하여 그대로 사용할 수 있지만 보조전원공급장치인 APU에서는 3,000V를 사용할 수 없어 APU를 새로 제작하여 장착해야 한다. 이 경우 APU 설계/제작을 위한 비용이 추가되고 이미 설계된 차량 내부의 공간에 기능이 보강된 APU를 맞춰 제작해야 하므로 설계의 어려움이 수반될 수 밖에 없다.Among them, in the case of MPU and APU remodeling, if the existing DC link voltage is different from the DC input voltage supplied from the overhead line, there is a problem that a new design is required. For example, in the case of the No. 8500 AC vehicle in Korea, the MPU uses the power converted from DC link to DC 2,600V, and the APU uses the power converted to DC 750V. If DC 3,000V is connected to this vehicle for both teaching and teaching, it can be used as it is by using an element that can accommodate DC 3,000V voltage in the MPU. must be installed In this case, the cost for APU design/manufacturing is added, and design difficulties are inevitable because the APU with enhanced functions must be tailored to the already designed space inside the vehicle.

이러한 어려움은 국내 교류 차량을 개조하여 예를 들어 북한지역까지 기관차 교체 없이 화물을 운송하려는 경우에 더욱 크게 나타난다. 국내 철도노선의 경우 AC 가선은 25kV를 사용하고 DC 가선은 주로 1500Vdc를 사용하기 때문에 기존에 개발된 국내 교직겸용 차량은 25kVac와 1,500Vdc에서만 동작한다. These difficulties appear even greater when a domestic exchange vehicle is modified to transport cargo to North Korea without replacing the locomotive, for example. In case of domestic railway lines, AC line uses 25kV and DC line mainly uses 1500Vdc.

따라서, 남북간 철도 노선이 이어진다 하더라도 북한 지역의 3,000Vdc 노선에서는 운행이 불가하다. 이를 해결하기 위해 전용 교직겸용 차량을 새로 제작하는 방법이 있으나 설계/제작 비용이 크게 발생하는 단점이 있다.Therefore, even if the inter-Korean railway line continues, it cannot be operated on the 3,000Vdc route in North Korea. In order to solve this problem, there is a method of newly manufacturing a dedicated teaching/teaching vehicle, but it has a disadvantage in that design/manufacturing costs are large.

참고문헌 1: 등록특허 제10-2112039호Reference 1: Registered Patent No. 10-2112039

본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 기존의 교류 전원을 이용하는 전기철도차량을 교직겸용 차량으로 개조할 때 교류 및 직류 겸용의 보조전원장치를 새롭게 설계해야 했던 번거로움과 비용을 줄일 수 있어 교직겸용 차량의 개조에 유리한 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치 및 보조전원 공급방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve these problems, and the present invention is to reduce the inconvenience and cost of having to newly design an auxiliary power supply for both AC and DC when converting an electric railway vehicle using an existing AC power source into a vehicle for teaching and teaching. An object of the present invention is to provide a power conversion device for auxiliary power supply and a method for supplying auxiliary power for an electric railway vehicle for both teaching and teaching, which is advantageous for remodeling the vehicle for teaching and teaching.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은; The present invention in order to solve this technical problem;

팬터그래프를 통해 입력되는 전력을 변압하는 주변압기와, 상기 주변압기의 2차측에 구비되어 전기철도차량의 구동모터에 전력을 공급하는 MPU와, 상기 주변압기의 2차측에 구비되어 차량부하에 전력을 공급하는 APU로 구성되는 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치에 있어서, 상기 MPU는 상기 주변압기의 2차측에 연결되어 주변압기 2차측의 2차 권선으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제1 A/D 컨버터와, 상기 제1 A/D 컨버터의 출력단에 연결되어 직류 전력을 구동모터의 구동전원으로 변환하는 제1 인버터를 포함하며; 상기 팬터그래프와 상기 주변압기 또는 MPU의 DC link를 연결하는 교직절환스위치가 포함되는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치를 제공한다. A peripheral voltage that transforms power input through the pantograph, an MPU provided on the secondary side of the peripheral voltage to supply power to a driving motor of an electric railroad vehicle, and a secondary side of the peripheral voltage supply power to the vehicle load In the power conversion device for supplying auxiliary power for an electric railroad vehicle for teaching and work combined use consisting of an APU that supplies a first A/D converter for converting power, and a first inverter connected to an output terminal of the first A/D converter to convert DC power into driving power of a driving motor; It provides a power conversion device for auxiliary power supply for an electric railway vehicle for teaching and teaching, characterized in that it includes a cross-rectangular changeover switch for connecting the pantograph and the DC link of the peripheral voltage or the MPU.

이때, 상기 교직절환스위치는 상기 팬터그래프와 주변압기 및 MPU의 DC link 사이에 구비되는 것을 특징으로 한다. At this time, the cross-rectangular changeover switch is characterized in that it is provided between the pantograph and the peripheral voltage and the DC link of the MPU.

그리고, 상기 APU는 상기 주변압기의 2차측에 연결되어 주변압기 2차측의 3차 권선으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제2 A/D 컨버터와, 상기 제2 A/D 컨버터의 출력단에 연결되어 차량부하를 위한 전력으로 변환하는 제2 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the APU includes a second A/D converter connected to the secondary side of the peripheral voltage to convert AC power supplied from the tertiary winding of the secondary side of the peripheral voltage into DC power, and an output terminal of the second A/D converter It is characterized in that it comprises a second inverter connected to the power for the vehicle load.

또한, 상기 주변압기의 1차측 1차권선은 상기 교직절환스위치를 통해 상기 팬터그래프와 연결되고, 상기 주변압기의 2차측 2차권선에는 상기 MPU와 연결되고, 상기 주변압기의 2차측 3차권선은 상기 APU와 연결되며, 상기 팬터그래프가 MPU의 DC link와 전기적으로 연결되어 상기 팬터그래프를 통해 직류 전력이 MPU의 DC link를 통해 공급되면 상기 직류 전력은 인버터로 동작하는 상기 제1 AC/DC 컨버터를 통해 상기 주변압기에 연결되는 APU로 공급되는 것을 특징으로 한다.In addition, the primary side primary winding of the peripheral pressure is connected to the pantograph through the orthogonal switching switch, the secondary side secondary winding of the peripheral pressure is connected to the MPU, and the secondary side tertiary winding of the peripheral pressure unit is It is connected to the APU, and when the pantograph is electrically connected to the DC link of the MPU so that DC power is supplied through the DC link of the MPU through the pantograph, the DC power is transmitted through the first AC/DC converter operating as an inverter. It is characterized in that it is supplied to the APU connected to the peripheral pressure.

그리고, 상기 MPU의 제1 AC/DC 컨버터 입력단에는 60Hz 정현파를 만들어주기 위한 AC 필터 캐패시터와 보조 인덕터가 구비되는 것을 특징으로 한다.And, the first AC / DC converter input terminal of the MPU is characterized in that the AC filter capacitor and the auxiliary inductor for generating a 60Hz sine wave is provided.

또한, 본 발명은;In addition, the present invention;

팬터그래프를 통해 입력되는 전력을 변압하여 MPU와 APU에 전력을 공급하는 주변압기의 2차측에 연결되어 주변압기 2차측의 2차 권선으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제1 A/D 컨버터와, 상기 제1 A/D 컨버터의 출력단에 연결되어 직류 전력을 구동모터의 구동전원으로 변환하는 제1 인버터를 포함하는 MPU를 이용한 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급 방법에 있어서, 상기 팬터그래프에서 상기 MPU의 제1 A/D 컨버터와 제1 인버터를 연결하는 DC link로 직류 전력을 공급받는 제1단계; 상기 DC link로 공급된 팬터그래프의 직류 전력을 상기 제1 AC/DC 컨버터를 통해 상기 주변압기로 공급하여 상기 APU로 분배하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급방법도 제공한다. The first A/D converter that transforms the power input through the pantograph and is connected to the secondary side of the peripheral voltage supplying power to the MPU and the APU to convert AC power supplied from the secondary winding of the peripheral voltage secondary side into DC power and a first inverter connected to the output terminal of the first A/D converter to convert DC power into driving power of a driving motor. a first step of receiving DC power from a DC link connecting the first A/D converter and the first inverter of the MPU; A second step of supplying the DC power of the pantograph supplied through the DC link to the peripheral voltage through the first AC/DC converter and distributing to the APU; A power supply method is also provided.

이때, 상기 제2단계에서, 상기 제1 AC/DC 컨버터는 인버터로 동작하여 상기 DC link로 공급된 팬터그래프의 직류 전력을 상기 주변압기 2차측의 2차 권선으로 공급하는 것을 특징으로 한다. In this case, in the second step, the first AC/DC converter operates as an inverter to supply the DC power of the pantograph supplied through the DC link to the secondary winding of the secondary side of the peripheral voltage.

그리고, 상기 주변압기 2차측의 2차 권선에 연결되는 상기 MPU의 제1 AC/DC 컨버터 입력단에는 60Hz 정현파를 만들어주기 위한 AC 필터 캐패시터와 보조 인덕터가 구비되는 것을 특징으로 한다. And, the first AC/DC converter input terminal of the MPU connected to the secondary winding of the secondary side of the peripheral voltage is characterized in that the AC filter capacitor and the auxiliary inductor for generating a 60Hz sine wave is provided.

아울러, 상기 제2단계에서, 상기 제1 AC/DC 컨버터는 DAB(dual active bridge) 컨버터 방식 또는 PSFB(phase shifted full bridge) 컨버터 방식으로 동작하여 상기 DC link로 공급된 팬터그래프의 직류 전력을 상기 주변압기 2차측의 2차 권선으로 공급하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the second step, the first AC/DC converter operates in a dual active bridge (DAB) converter method or a phase shifted full bridge (PSFB) converter method to convert the DC power of the pantograph supplied to the DC link into the main It is characterized in that it is supplied to the secondary winding of the secondary side of the transformer.

본 발명에 따르면, 전기철도차량에 설치되는 전력변환장치를 새로 설계하지 않고 기존의 교류 전기기관차를 교직겸용이 가능하도록 개조가 가능하여 경제적이고 실용적인 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to modify an existing AC electric locomotive to be used as a teaching job without newly designing a power conversion device installed in an electric railroad vehicle, so that there is an economical and practical effect.

아울러, 본 발명에 따르면 기존의 전력변환장치의 제어방식만을 수정하여 교직겸용이 가능한 보조전원장치를 만들 수 있다.In addition, according to the present invention, only the control method of the existing power conversion device can be modified to create an auxiliary power supply that can be used for both teaching and teaching.

특히, 본 발명에 따르면 국내 8500호대의 화물 전기기관차를 손쉽게 개조하여 북한지역까지 기관차의 교체 없이 화물을 운송할 수 있는 장점이 있다. In particular, according to the present invention, there is an advantage of being able to transport cargo to North Korea without replacing the locomotive by easily remodeling the domestic 8,500 cargo electric locomotive.

도 1은 일반적인 화물전기기관차(8500호대)의 보조전원 공급용 전력변환장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치의 동작 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치의 동작 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치의 보조전원공급 시뮬레이션 예를 도시한 도면이다.1 is a block diagram of a power conversion device for supplying auxiliary power of a general freight electric locomotive (No. 8500 unit).
2 is a block diagram of a power conversion device for supplying auxiliary power for an electric railway vehicle for teaching and teaching according to the present invention.
3 is a diagram illustrating an operation example of a power conversion device for supplying auxiliary power for an electric railway vehicle for teaching and teaching according to an embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating an operation example of a power conversion device for supplying auxiliary power for an electric railway vehicle for teaching and teaching according to another embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an example of a simulation of auxiliary power supply of a power conversion device for auxiliary power supply for an electric railway vehicle for teaching and teaching according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치 및 보조전원 공급방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다. Hereinafter, the power conversion device for auxiliary power supply and the auxiliary power supply method for the electric railway vehicle for teaching and teaching according to the present invention will be understood by the embodiments described in detail with reference to the accompanying drawings.

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.Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

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. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so at the time of the present application, they can be replaced It should be understood that various equivalents and modifications may exist.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치는 기존의 교류 전기철도차량의 전장품 수정을 최소화하여 경제적이고 효율적인 차량 개조가 이뤄질 수 있도록 한다.1 to 3, the power conversion device for auxiliary power supply for an electric railway vehicle for teaching and teaching according to the present invention minimizes the modification of electrical components of the existing AC electric railway vehicle so that economical and efficient vehicle modifications can be made. .

이와 같은 본 발명에 따른 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치는 팬터그래프(100)를 통해 입력되는 전력을 변압하는 주변압기(200)와, 상기 주변압기(200)의 2차측에 구비되어 전기철도차량의 구동모터(500)에 전력을 공급하는 MPU(Main Power Unit)(300)와, 상기 주변압기의 2차측에 구비되어 차량부하(600)에 전력을 공급하는 APU(Auxiliary Power Unit)(400)를 포함한다. The power conversion device for supplying auxiliary power for an electric railway vehicle for teaching and teaching according to the present invention as described above includes a peripheral voltage converter 200 that transforms power input through the pantograph 100, and the secondary side of the peripheral pressure device 200. Auxiliary Power (MPU) (Main Power Unit) 300 that is provided and supplies power to the driving motor 500 of the electric railway vehicle, and APU (Auxiliary Power) that is provided on the secondary side of the peripheral voltage and supplies power to the vehicle load 600 Unit) (400).

이 경우 상기 주변압기(200)는 수동소자로서 양방향 입력이 가능하므로 1차측에는 1차 권선(210)이 구비되고, 2차측에는 2차 권선(220) 및 3차 권선(230)이 구비된다. 이에 상기 주변압기(200) 1차측의 1차 권선(210)에는 팬터그래프(100)가 연결되고, 상기 주변압기(200) 2차측의 2차 권선(220)에는 MPU(Main Power Unit)(300)가 연결되고, 상기 주변압기(200) 2차측의 3차 권선(230)에는 APU(Auxiliary Power Unit)(400)가 연결된다. 이러한 구조는 기본적으로 1차측의 교류전력을 2차 및 3차 권선(220,230)에서 분압하여 MPU(300)와 APU(400)에 분압하여 전력을 공급한다.In this case, the peripheral voltage 200 is a passive element, and since bidirectional input is possible, the primary winding 210 is provided on the primary side, and the secondary winding 220 and the tertiary winding 230 are provided on the secondary side. Accordingly, the pantograph 100 is connected to the primary winding 210 of the primary side of the peripheral voltage 200, and the secondary winding 220 of the secondary side of the peripheral voltage 200 is MPU (Main Power Unit) 300. is connected, and an auxiliary power unit (APU) 400 is connected to the tertiary winding 230 of the secondary side of the peripheral voltage 200 . This structure basically divides the AC power of the primary side in the secondary and tertiary windings 220 and 230 to supply power by dividing the voltage to the MPU 300 and the APU 400 .

이때, 상기 MPU(300)는 상기 주변압기(200)의 2차측에 연결되어 주변압기(200) 2차측의 2차 권선(220)으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제1 A/D 컨버터(310)와, 상기 제1 A/D 컨버터(310)의 출력단에 연결되어 직류 전력을 구동모터(500)의 구동전원으로 변환하는 제1 인버터(320)를 포함한다.At this time, the MPU 300 is connected to the secondary side of the peripheral voltage 200, a first A / D for converting the AC power supplied from the secondary winding 220 of the secondary side of the peripheral voltage 200 to DC power It includes a converter 310 and a first inverter 320 connected to the output terminal of the first A/D converter 310 to convert DC power into driving power of the driving motor 500 .

또한, 상기 APU(400)는 상기 주변압기(200)의 2차측에 연결되어 주변압기(200) 2차측의 3차 권선(230)으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제2 A/D 컨버터(410)와, 상기 제2 A/D 컨버터(410)의 출력단에 연결되어 제어전원, 공기압축기, 조명장치, 냉난방기 등의 차량부하(600)를 위한 전력으로 변환하는 제2 인버터(420)를 포함한다.In addition, the APU 400 is connected to the secondary side of the peripheral voltage 200, a second A / D for converting AC power supplied from the tertiary winding 230 of the secondary side of the peripheral voltage 200 to DC power The converter 410 and the second inverter 420 that is connected to the output terminal of the second A/D converter 410 and converts it into power for the vehicle load 600 such as control power, air compressor, lighting device, air conditioner, etc. includes

이러한 구성만으로 이루어지는 경우는 일 예로 도 1에 도시된 바와 같이 기존의 교류 전기기관차인 8500호대의 전기계통과 동일하며 이러한 계통 구성은 팬터그래프(100)를 통해 25kV의 전압이 들어오면 주변압기(200)를 통해 MPU(300)에서는 1400Vac, APU(400)에서는 408Vac을 얻어 중간단계에서 각각 2600Vdc, 750Vdc를 생산한다. In the case of only such a configuration, for example, as shown in FIG. 1 , it is the same as the electrical system of the existing AC electric locomotive No. 8500, and this system configuration is when a voltage of 25 kV enters through the pantograph 100, the peripheral voltage 200. Through the MPU (300), 1400Vac, APU (400) to obtain 408Vac to produce 2600Vdc, 750Vdc, respectively, in the intermediate step.

최종적으로 MPU(300)에서는 구동모터(500)에 전력을 전달하고 APU(400)는 제어전원, 공기압축기, 조명장치, 냉난방기 등의 차량부하(600)에서 사용하는 보조전원을 생산하게 된다. 이러한 구조에 의하면 DC 3,000V를 사용하기 위해서는 MPU(300)와 APU(400)가 DC 3,000V에서 동작할 수 있는 구조여야 한다. Finally, the MPU 300 transmits power to the driving motor 500 and the APU 400 produces auxiliary power used by the vehicle load 600 such as control power, air compressor, lighting device, and air conditioner. According to this structure, in order to use DC 3,000V, the MPU 300 and the APU 400 must have a structure that can operate at DC 3,000V.

이때, MPU(300)의 경우에는 DC link 전압이 2,600V이지만 구성품인 스위칭 반도체 소자(IGBT, MX900GXH1US53)는 4,500V까지 동작이 가능한 스펙을 가지고 있어 3,000V의 DC전압을 그대로 입력해 주어 동작시킬 수 있다. 반면에 APU(400)의 경우는 DC-link 전압이 750V로 3,000V에 비해 매우 낮아 외부의 DC전압을 그대로 입력해 줄 수 없는 실정이다. 즉, 이러한 구성에서는 APU(400)의 재설계가 필요하다.At this time, in the case of the MPU 300, the DC link voltage is 2,600V, but the component switching semiconductor device (IGBT, MX900GXH1US53) has a specification that can operate up to 4,500V, so it can be operated by inputting a DC voltage of 3,000V as it is. have. On the other hand, in the case of the APU 400, the DC-link voltage is 750V, which is very low compared to 3,000V, so it is impossible to input an external DC voltage as it is. That is, in this configuration, redesign of the APU 400 is required.

이에 본 발명에서는 상기 APU(400)의 재설계 없이 팬터그래프(100)를 통해 입력되는 가선 전원인 직류 전력을 공급받아 기존의 MPU(300) 및 APU(400)를 동작시킬 수 있는 방안을 제안한다.Accordingly, the present invention proposes a method capable of operating the existing MPU (300) and the APU (400) by receiving DC power, which is a wire power input through the pantograph 100, without redesigning the APU (400).

이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 팬터그래프(100)와 주변압기(200) 및 MPU(300)의 DC link(330) 사이에는 교직절환스위치(110)가 추가로 연결된다. For this purpose, as shown in FIG. 2 , a cross-rectangular changeover switch 110 is additionally connected between the pantograph 100 and the DC link 330 of the peripheral voltage 200 and the MPU 300 .

그리고, 상기 교직절환스위치(110)와 DC link(330) 사이에는 전력계통의 보호를 위한 직류차단기(120)가 연결된다. 즉, 교직절환스위치(110)의 작동에 따라 팬터그래프(100)는 주변압기(200) 또는 MPU(300)의 DC link(330)와 선택적으로 연결된다.In addition, a DC circuit breaker 120 for protection of the power system is connected between the cross-rectangular changeover switch 110 and the DC link 330 . That is, the pantograph 100 is selectively connected to the DC link 330 of the peripheral voltage 200 or the MPU 300 according to the operation of the cross-rectangular changeover switch 110 .

이에 따라 교직절환스위치(110)의 스위칭 상태에 따라 팬터그래프(100)를 통해 공급되는 전력이 AC 전력이면 상기 주변압기(200)의 1차측으로 공급되어 2차측의 MPU(300) 및 APU(400)로 전력을 분배하고, 팬터그래프(100)를 통해 공급되는 전력이 DC 전력이면 상기 MPU(300)의 DC link(300)를 통해 제1 A/D 컨버터(310)와 제1 인버터(320)로 공급된다.Accordingly, if the power supplied through the pantograph 100 according to the switching state of the orthogonal changeover switch 110 is AC power, it is supplied to the primary side of the peripheral voltage 200 and the MPU 300 and APU 400 of the secondary side. to distribute power, and if the power supplied through the pantograph 100 is DC power, it is supplied to the first A/D converter 310 and the first inverter 320 through the DC link 300 of the MPU 300 . do.

이하 도 2를 참고로 본 발명에 따른 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치의 작동 관계를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 2, the operation relationship of the power conversion device for supplying auxiliary power for the electric railway vehicle for teaching and teaching according to the present invention will be described in detail.

우선, 교직절환스위치(110)의 스위칭 상태에 의해 팬터그래프(100)가 MPU(300)의 DC link(330)와 전기적으로 연결되면 팬터그래프(100)를 통해 가선 전원인 DC 3,000V의 직류 전력이 MPU(300)의 DC link(330)를 통해 제1 인버터(320)에 공급되어 정상 출력이 가능하다. First, when the pantograph 100 is electrically connected to the DC link 330 of the MPU 300 by the switching state of the cross-rectangular changeover switch 110, the DC power of DC 3,000V, which is the wiring power source, is the MPU through the pantograph 100. A normal output is possible by being supplied to the first inverter 320 through the DC link 330 of 300 .

이때, MPU(300)의 DC link(330)를 통해 유입된 직류 전력은 MPU(300)의 제1 AC/DC 컨버터(310)을 역동작시켜 제1 AC/DC 컨버터(310)와 연결되는 주변압기(200)의 2차측을 통해 직류 전력이 공급되고, 다시 주변압기(200)의 1차측을 거쳐 2차측에 연결되는 APU(400)로 분배된다.At this time, the DC power introduced through the DC link 330 of the MPU 300 reversely operates the first AC/DC converter 310 of the MPU 300 to be connected to the first AC/DC converter 310 . DC power is supplied through the secondary side of the transformer 200 , and is again distributed to the APU 400 connected to the secondary side via the primary side of the peripheral voltage 200 .

여기서, 상기 제1 AC/DC 컨버터(310)를 구성하는 스위치 소자의 브릿지 구조는 전원 흐름의 역방향 동작이 가능하며 가선 전원이 MPU(300)의 DC link(330)에 그대로 입력되면 평소에는 동작하지 않는 장치이므로 역방향 운행이 가능하다. Here, the bridge structure of the switch element constituting the first AC/DC converter 310 allows the reverse operation of the power flow, and when the wire power is directly input to the DC link 330 of the MPU 300, it does not normally operate. Since it is a non-reverse device, it is possible to operate in the reverse direction.

이와 같이 MPU(300)의 제1 AC/DC 컨버터(310)와 APU(400)의 제2 AC/DC 컨버터(410) 및 주변압기(200)의 1차 및 2차측 결선 구조를 활용하면 일반적인 절연형 DC/DC 컨버터 구조를 만들 수 있다. 이 경우 DC/DC 컨버터는 DC의 전압 레벨을 조절하는 장치이므로 이 구조를 활용하면 가선 전원인 DC 3,000V의 전압을 DC 750V로 조절할 수 있다. As such, if the primary and secondary side wiring structures of the first AC/DC converter 310 of the MPU 300 and the second AC/DC converter 410 and the peripheral voltage 200 of the APU 400 are utilized, general insulation type DC/DC converter structure can be made. In this case, since the DC/DC converter is a device that adjusts the voltage level of DC, using this structure, the voltage of DC 3,000V, which is the wiring power source, can be adjusted to DC 750V.

이러한 전력변환장치의 동작 원리를 더 살펴보면 먼저 MPU(300)의 제1 AC/DC 컨버터(310)는 역방향 동작시에 교류를 생성할 수 있는 인버터로 동작하여 주변압기(200)의 2차 권선(220)에 교류전원을 공급한다. Looking further into the principle of operation of this power converter, first, the first AC/DC converter 310 of the MPU 300 operates as an inverter capable of generating an alternating current during reverse operation to operate the secondary winding ( 220) is supplied with AC power.

이때, 주변압기(200)는 수동소자로서 양방향 입력이 가능하므로 1차 권선(210), 2차 권선(220), 3차 권선(230)의 권선비에 따라 전압이 결정되고 2차 권선(220)쪽에 1400Vac의 전원을 만들어주면 자연스럽게 1차 권선(210)에서는 25kV가 형성되고 3차 권선(230)에서는 원래 공급받는 전압인 408Vac가 형성되어 APU(400)의 제2 AC/DC 컨버터(410)는 별다른 수정없이 기존 동작이 가능하다. At this time, since the peripheral voltage 200 is a passive element and can be input in both directions, the voltage is determined according to the turns ratio of the primary winding 210 , the secondary winding 220 , and the tertiary winding 230 , and the secondary winding 220 . If you create a power of 1400Vac on the side, 25kV is naturally formed in the primary winding 210, and 408Vac, which is the originally supplied voltage, is formed in the tertiary winding 230, so the second AC/DC converter 410 of the APU 400 is Existing operation is possible without any modification.

이하에서는 도 3 내지 도 5를 참고로 이상의 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치의 동작 원리를 이용하여 실제 구성이 가능한 3가지 방안을 설명하고 이의 시뮬레이션을 수행하여 보조전원을 위한 750V DC link 전압 생성이 가능함을 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 3 to 5, three methods that can be actually configured using the operating principle of the power conversion device for auxiliary power supply for the above-mentioned electric railway vehicle for teaching and teaching will be described, and simulations thereof are performed for auxiliary power. It explains that it is possible to generate 750V DC link voltage.

먼저, 도 3은 MPU(300)의 제1 AC/DC 컨버터(310)를 인버터 형태로 동작시키는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 이에 의하면 MPU(300)의 제1 AC/DC 컨버터(310)에서 주변압기(200)에 가장 적합한 60Hz의 출력을 생성하여 전원을 공급이 가능하도록 하기 위해 MPU(300)의 제1 AC/DC 컨버터(310) 입력단에 AC 필터 캐패시터(130)와 보조 인덕터(140)를 구비하여 주변압기(200) 2차측 2차 권선(220)에 60Hz 정현파를 만들어준다. First, FIG. 3 is a diagram illustrating a method of operating the first AC/DC converter 310 of the MPU 300 in the form of an inverter. According to this, the first AC/DC converter of the MPU 300 generates an output of 60Hz most suitable for the peripheral voltage 200 in the first AC/DC converter 310 of the MPU 300 to supply power to the first AC/DC converter of the MPU 300 . (310) An AC filter capacitor 130 and an auxiliary inductor 140 are provided at the input terminal to generate a 60Hz sine wave in the secondary winding 220 of the secondary side of the peripheral voltage 200.

이러한 구성에 의하면 MPU(300)의 제1 AC/DC 컨버터(310) 출력단에 연결되는 DC link(330)에서 공급되는 50V DC link 전압이 주변압기(200) 2차측 2차 권선(220)에 공급되고, 이는 주변압기(200) 1차측 1차 권선(210)과 2차측 3차 권선(230)을 거쳐 APU(400)의 제2 AC/DC 컨버터(410)의 입력에서는 교류 입력과 같이 408Vac가 들어오므로 원래의 제어 방식으로 동작하여 750Vdc 전압을 만들어줄 수 있다. According to this configuration, the 50V DC link voltage supplied from the DC link 330 connected to the output terminal of the first AC/DC converter 310 of the MPU 300 is supplied to the secondary-side secondary winding 220 of the peripheral voltage 200 . In the input of the second AC/DC converter 410 of the APU 400 through the peripheral voltage 200, the primary side primary winding 210 and the secondary side tertiary winding 230, 408Vac is Since it is in, it can operate in the original control method and make a 750Vdc voltage.

다음으로 두 번째와 세 번째 방법은 도 3의 AC 필터 캐패시터(130)와 보조 인덕터(140)와 같은 추가적인 회로 구성이 필요하지 않고 기존의 구성을 그대로 이용하는 방법이며 제어기법에서만 차이가 있다. Next, the second and third methods do not require an additional circuit configuration such as the AC filter capacitor 130 and the auxiliary inductor 140 of FIG. 3 and use the existing configuration as it is, and there is a difference only in the control method.

우선 두 번째 방법은 DAB(dual active bridge) 컨버터 방식을 이용한 것으로서 MPU(300)의 제1 AC/DC 컨버터(310)와, APU(400)의 제2 AC/DC 컨버터(410) 양쪽을 모두 제어하는 방식이다. 이는 양방향 제어에 적합하고 보조회로 없이 ZVS가 되는 특징이 있다. First, the second method uses a DAB (dual active bridge) converter method and controls both the first AC/DC converter 310 of the MPU 300 and the second AC/DC converter 410 of the APU 400 . way to do it It is suitable for bidirectional control and has the characteristic of being ZVS without auxiliary circuit.

다음으로 세 번째 방법은 PSFB(phase shifted full bridge) 컨버터 방식을 이용한 것으로서 브릿지 구조에서 대각선에 위치한 스위치의 위상차를 조절하는 방식이다. MPU(300)의 제1 AC/DC 컨버터(410)만 제어하고 APU(400)의 제2 AC/DC 컨버터(410)는 앞서 첫 번째 방법인 인버터 제어 방식과 다르게 제어를 하지 않고 수동소자로 동작하게 두어 풀브릿지 정류기로 동작시킨다. Next, the third method uses a phase shifted full bridge (PSFB) converter method, which adjusts the phase difference of switches located diagonally in the bridge structure. Only the first AC/DC converter 410 of the MPU 300 is controlled, and the second AC/DC converter 410 of the APU 400 operates as a passive element without controlling differently from the inverter control method that is the first method above. to operate as a full-bridge rectifier.

이상의 세가지 방법을 적용하여 시뮬레이션 한 결과는 도 5에 도시된 바와 같다.Simulation results by applying the above three methods are shown in FIG. 5 .

시뮬레이션 결과 세 가지 방법 모두 APU(400)의 DC link(430)에서 750Vdc의 전압을 얻을 수 있었다. 기존 회로를 수정하지 않고 개조하는 방법은 DAB 컨버터와 PSFB 컨버터 방식이므로 이 두 가지 방법이 실제 차량 개조에 실용적으로 사용함이 바람직하다. As a result of the simulation, all three methods were able to obtain a voltage of 750Vdc from the DC link 430 of the APU 400 . Since the method of remodeling the existing circuit without modifying it is the DAB converter and the PSFB converter method, it is desirable that these two methods be practically used for the actual vehicle modification.

이 세가지 방식 중 DAB 컨버터는 두 브릿지 구조를 모두 제어해야하고 고주파 제어 신호가 낮은 상용주파수(60Hz)에서 설계된 주변압기에서 왜곡될 가능성이 있다. PSFB 컨버터는 한쪽 브릿지만 제어하여 제어가 더 심플하고 제어 주파수를 낮추면 주변압기의 왜곡을 최소화 할 수 있다.Among these three methods, the DAB converter has to control both bridge structures, and there is a possibility that the high-frequency control signal may be distorted by the peripheral voltage designed at a low commercial frequency (60Hz). The PSFB converter controls only one bridge, so the control is simpler, and when the control frequency is lowered, the distortion of the peripheral voltage can be minimized.

이상에서 설명한 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급방법을 정리하면, 팬터그래프(100)를 통해 입력되는 전력을 변압하여 MPU(300)와 APU(400)에 전력을 공급하는 주변압기(200)의 2차측에 연결되어 주변압기(200) 2차측의 2차 권선으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제1 A/D 컨버터(310)와, 상기 제1 A/D 컨버터(310)의 출력단에 연결되어 직류 전력을 구동모터(500)의 구동전원으로 변환하는 제1 인버터(310)를 포함하는 MPU(300)를 이용한 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급방법에 있어서, 상기 팬터그래프(100)에서 상기 MPU(300)의 제1 A/D 컨버터(310)와 제1 인버터(320)를 연결하는 DC link(330)로 직류 전력을 공급받는 제1단계와, 상기 DC link(330)로 공급된 팬터그래프(100)의 직류 전력을 상기 제1 AC/DC 컨버터(310)를 통해 상기 주변압기(200)로 공급하여 상기 APU(400)로 분배하는 제2단계를 포함하여 구성된다. Summarizing the auxiliary power supply method for the electric railway vehicle for teaching and teaching as described above, the peripheral voltage 200 that transforms the power input through the pantograph 100 to supply power to the MPU 300 and the APU 400 A first A/D converter 310 that is connected to the secondary side and converts AC power supplied from the secondary winding of the secondary side of the peripheral voltage 200 into DC power, and an output terminal of the first A/D converter 310 In the auxiliary power supply method for an electric railway vehicle for teaching and teaching using a MPU (300) including a first inverter (310) connected to and converting DC power into driving power of the driving motor (500), the pantograph (100) ) in the first step of receiving DC power from the DC link 330 connecting the first A/D converter 310 and the first inverter 320 of the MPU 300, and the DC link 330 and a second step of supplying the supplied DC power of the pantograph 100 to the peripheral voltage 200 through the first AC/DC converter 310 and distributing it to the APU 400 .

그리고, 상기 제2단계에서, 상기 제1 AC/DC 컨버터(310)는 인버터로 동작하여 상기 DC link(330)로 공급된 팬터그래프(100)의 직류 전력을 상기 주변압기(200) 2차측의 2차 권선으로 공급한다.And, in the second step, the first AC/DC converter 310 operates as an inverter and converts the DC power of the pantograph 100 supplied to the DC link 330 to the secondary side of the peripheral voltage 200. supplied by the secondary winding.

또한, 상기 주변압기(200) 2차측의 2차 권선에 연결되는 상기 MPU(300)의 제1 AC/DC 컨버터(310) 입력단에는 60Hz 정현파를 만들어주기 위한 AC 필터 캐패시터(130)와 보조 인덕터(140)가 구비된다.In addition, an AC filter capacitor 130 and an auxiliary inductor ( 140) is provided.

그리고, 상기 제2단계에서, 상기 제1 AC/DC 컨버터(310)는 DAB(dual active bridge) 컨버터 방식 또는 PSFB(phase shifted full bridge) 컨버터 방식으로 동작하여 상기 DC link(330)로 공급된 팬터그래프(100)의 직류 전력을 상기 주변압기(200) 2차측의 2차 권선으로 공급한다.And, in the second step, the first AC/DC converter 310 operates in a dual active bridge (DAB) converter method or a phase shifted full bridge (PSFB) converter method and is supplied to the DC link 330 in a pantograph. The DC power of (100) is supplied to the secondary winding of the secondary side of the peripheral voltage (200).

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.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations are possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. The scope of protection should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 팬터그래프 110: 교직절환스위치
200: 주변압기 300: MPU
310: 제1 A/D 컨버터 320: 제1 인버터
330: DC link 400: APU
410: 제2 A/D 컨버터 420: 제2 인버터
430: DC link 500: 구동모터
600: 차량부하 100: pantograph 110: cross-direction changeover switch
200: ambient pressure 300: MPU
310: first A/D converter 320: first inverter
330: DC link 400: APU
410: second A/D converter 420: second inverter
430: DC link 500: drive motor
600: vehicle load

Claims (9)

팬터그래프를 통해 입력되는 전력을 변압하는 주변압기와, 상기 주변압기의 2차측에 구비되어 전기철도차량의 구동모터에 전력을 공급하는 MPU와, 상기 주변압기의 2차측에 구비되어 차량부하에 전력을 공급하는 APU로 구성되는 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치에 있어서,
상기 MPU는 상기 주변압기의 2차측에 연결되어 주변압기 2차측의 2차 권선으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제1 A/D 컨버터와, 상기 제1 A/D 컨버터의 출력단에 연결되어 직류 전력을 구동모터의 구동전원으로 변환하는 제1 인버터를 포함하며;
상기 팬터그래프와 상기 주변압기 또는 MPU의 DC link를 연결하는 교직절환스위치가 포함되는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치.
A peripheral voltage that transforms power input through the pantograph, an MPU provided on the secondary side of the peripheral voltage to supply power to a driving motor of an electric railroad vehicle, and a secondary side of the peripheral voltage supply power to the vehicle load In the power conversion device for auxiliary power supply for the electric railway vehicle combined with teaching, consisting of APU to supply,
The MPU is connected to the secondary side of the peripheral voltage, a first A/D converter for converting AC power supplied from the secondary winding of the secondary side of the peripheral voltage to DC power, and is connected to the output terminal of the first A/D converter and a first inverter that converts DC power into driving power of the driving motor;
A power conversion device for supplying auxiliary power for an electric railway vehicle for teaching and teaching, characterized in that it includes a cross-rectangular changeover switch for connecting the pantograph and the DC link of the peripheral voltage or MPU.
 제 1항에 있어서,
상기 교직절환스위치는 상기 팬터그래프와 주변압기 및 MPU의 DC link 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치.
The method of claim 1,
The orthogonal changeover switch is a power conversion device for supplying auxiliary power for an electric railway vehicle for teaching and teaching, characterized in that it is provided between the pantograph, the peripheral voltage and the DC link of the MPU.
 제 1항에 있어서,
상기 APU는 상기 주변압기의 2차측에 연결되어 주변압기 2차측의 3차 권선으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제2 A/D 컨버터와, 상기 제2 A/D 컨버터의 출력단에 연결되어 차량부하를 위한 전력으로 변환하는 제2 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치.
The method of claim 1,
The APU is connected to the secondary side of the peripheral voltage, a second A/D converter for converting AC power supplied from the tertiary winding of the secondary side of the peripheral voltage to DC power, and is connected to the output terminal of the second A/D converter A power conversion device for supplying auxiliary power for an electric railway vehicle for teaching and teaching, characterized in that it comprises a second inverter that converts it into electric power for the vehicle load.
 제 1항에 있어서,
상기 주변압기의 1차측 1차권선은 상기 교직절환스위치를 통해 상기 팬터그래프와 연결되고, 상기 주변압기의 2차측 2차권선에는 상기 MPU와 연결되고, 상기 주변압기의 2차측 3차권선은 상기 APU와 연결되며,
상기 팬터그래프가 MPU의 DC link와 전기적으로 연결되어 상기 팬터그래프를 통해 직류 전력이 MPU의 DC link를 통해 공급되면 상기 직류 전력은 인버터로 동작하는 상기 제1 AC/DC 컨버터를 통해 상기 주변압기에 연결되는 APU로 공급되는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치.
The method of claim 1,
The primary winding of the peripheral pressure is connected to the pantograph through the orthogonal changeover switch, the secondary winding of the peripheral pressure is connected to the MPU, and the secondary winding of the peripheral pressure is the APU. is connected with
When the pantograph is electrically connected to the DC link of the MPU and DC power is supplied through the DC link of the MPU through the pantograph, the DC power is connected to the peripheral voltage through the first AC/DC converter operating as an inverter. A power conversion device for auxiliary power supply for an electric railway vehicle for teaching and teaching, characterized in that it is supplied as an APU.
 제 1항에 있어서,
상기 MPU의 제1 AC/DC 컨버터 입력단에는 60Hz 정현파를 만들어주기 위한 AC 필터 캐패시터와 보조 인덕터가 구비되는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급용 전력변환장치.
The method of claim 1,
The first AC/DC converter input terminal of the MPU has an AC filter capacitor and an auxiliary inductor for generating a 60Hz sine wave.
 팬터그래프를 통해 입력되는 전력을 변압하여 MPU와 APU에 전력을 공급하는 주변압기의 2차측에 연결되어 주변압기 2차측의 2차 권선으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제1 A/D 컨버터와, 상기 제1 A/D 컨버터의 출력단에 연결되어 직류 전력을 구동모터의 구동전원으로 변환하는 제1 인버터를 포함하는 MPU를 이용한 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급방법에 있어서,
상기 팬터그래프에서 상기 MPU의 제1 A/D 컨버터와 제1 인버터를 연결하는 DC link로 직류 전력을 공급받는 제1단계;
상기 DC link로 공급된 팬터그래프의 직류 전력을 상기 제1 AC/DC 컨버터를 통해 상기 주변압기로 공급하여 상기 APU로 분배하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급방법.
The first A/D converter that transforms the power input through the pantograph and is connected to the secondary side of the peripheral voltage supplying power to the MPU and the APU to convert AC power supplied from the secondary winding of the peripheral voltage secondary side into DC power And, in the auxiliary power supply method for an electric railway vehicle for teaching and teaching using an MPU comprising a first inverter connected to the output terminal of the first A/D converter to convert DC power into driving power of the driving motor,
A first step of receiving DC power from the pantograph to a DC link connecting the first A/D converter and the first inverter of the MPU;
A second step of supplying the DC power of the pantograph supplied through the DC link to the peripheral voltage through the first AC/DC converter and distributing to the APU; Power supply method.
 제 6항에 있어서,
상기 제2단계에서, 상기 제1 AC/DC 컨버터는 인버터로 동작하여 상기 DC link로 공급된 팬터그래프의 직류 전력을 상기 주변압기 2차측의 2차 권선으로 공급하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급방법.
7. The method of claim 6,
In the second step, the first AC/DC converter operates as an inverter and supplies the DC power of the pantograph supplied through the DC link to the secondary winding of the secondary side of the peripheral voltage. Auxiliary power supply method for
 제 7항에 있어서,
상기 주변압기 2차측의 2차 권선에 연결되는 상기 MPU의 제1 AC/DC 컨버터 입력단에는 60Hz 정현파를 만들어주기 위한 AC 필터 캐패시터와 보조 인덕터가 구비되는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급방법.
8. The method of claim 7,
Auxiliary for an electric railway vehicle for teaching and teaching, characterized in that an AC filter capacitor and an auxiliary inductor for generating a 60Hz sine wave are provided at the input terminal of the first AC/DC converter of the MPU connected to the secondary winding of the secondary side of the peripheral voltage. Power supply method.
 제 6항에 있어서,
상기 제2단계에서, 상기 제1 AC/DC 컨버터는 DAB(dual active bridge) 컨버터 방식 또는 PSFB(phase shifted full bridge) 컨버터 방식으로 동작하여 상기 DC link로 공급된 팬터그래프의 직류 전력을 상기 주변압기 2차측의 2차 권선으로 공급하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량을 위한 보조전원 공급방법. 7. The method of claim 6,
In the second step, the first AC/DC converter operates in a dual active bridge (DAB) converter method or a phase shifted full bridge (PSFB) converter method to convert the DC power of the pantograph supplied to the DC link to the peripheral voltage 2 Auxiliary power supply method for an electric railway vehicle for teaching and teaching, characterized in that the supply to the secondary winding of the vehicle side.
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KR102112039B1 (en) 2018-12-26 2020-06-15 한국철도기술연구원 Method and apparatus for testing a catenary free driving performance of ac/dc combined electric train

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140117634A (en) * 2012-01-30 2014-10-07 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 Main circuit system for electric rolling stock
KR102112039B1 (en) 2018-12-26 2020-06-15 한국철도기술연구원 Method and apparatus for testing a catenary free driving performance of ac/dc combined electric train

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