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SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제 개요 15
제1절 연구개발 목적 및 필요성 15
1. 연구개발 목적 15
2. 연구개발의 필요성 16
3. 연구개발 범위 18
제2장 국내외 기술 개발 현황 19
제1절 국내외 기술개발 동향 19
제2절 국내외 시장동향 및 규모 20
제3장 연구 수행 내용 및 성과 21
제1절 연구수행 목표 및 내용 21
1. 연구개발 목표 21
2. 연구성과 점검기준 22
3. 연구수행 방법 23
제2절 연구과제 진행 프로세스 26
1. 인터페이스 및 실용화 기술 검증 26
2. 연구수행을 위한 공정회의 및 기술검토 회의 28
3. 기술 분석을 위한 현차 조사 및 시험 29
4. 현차시험 시험기준 검토 30
5. 개발품 실용화 방안 및 절차 32
제3절 이중계 보조전원장치 실용화 기술개발 33
1. 장치일반 33
2. 이중계 보조전원장치 설계 35
3. 기존 보조전원장치와의 비교 58
4. 보조전원장치 시제품 제작 63
5. 보조전원장치 시험용 가변부하장치 설계 및 제작 68
6. 이중계 보조전원장치의 시험 및 평가 71
제4절 보조전원장치용 통신제어기(SIBCOS) 실용화 기술개발 73
1. 보조전원장치 통신제어기 분석 73
2. 보조전원장치 통신제어기의 제작 및 보완 79
3. 보조전원장치 통신제어기의 시험 및 평가 86
제5절 현차시험 89
1. 현차시험 기술검토 및 심의 89
2. 차량 인터페이스 및 호환성 시험(조합시험) 94
3. 현차시험 95
4. 현차시험 결과 101
제6절 보조전원장치 LCC분석 및 하드웨어 신뢰도 예측 114
1. 기존품 LCC 분석 114
2. 개발품 LCC 분석 117
3. 민감도 분석 및 LCC 절감방안 119
제4장 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 122
제1절 목표 달성도 122
제2절 관련 분야 기여도 123
1. 기존 기술과의 차별성 123
2. 기존 기술 대비 혁신성 124
제5장 연구개발성과의 활용 계획 125
제1절 사업화 계획 125
제2절 사업화의 기대효과 126
제6장 연구개발과제의 대표적 연구실적 127
제7장 참고 문헌 128
표 1. 보조전원장치의 형식 비교 19
표 2. 지멘스 전기기관차 EuroSprinter 20
표 3. 전기기관차(8200호대) 운용현황 20
표 4. 연구개발 방법 23
표 5. 개발품 제어기능 검사 기준 26
표 6. SIBCOS 통신 분석 27
표 7. 개발품 인터페이스 기술 검증 27
표 8. 공정회의 및 기술검토회의 일시 및 장소 28
표 9. 기존품 성능 조사(본선 시운전) 29
표 10. 철도차량기술기준 주요장치별 기능 30
표 11. 개발품과 기존품 사양 비교 31
표 12. 보조전원장치(개발품) 주요사양 33
표 13. 보조전원장치 그룹별 부하종류 및 부하용량 34
표 14. 컨버터회로 입력 설계조건 35
표 15. 컨버터회로 IGBT 손실계산서[원문불량;p.35] 36
표 16. 인버터회로 입력 설계조건 39
표 17. 인버터회로 IGBT 손실계산서[원문불량;p.39] 40
표 18. 기존 dv/dt 제한필터 구성품 43
표 19. dv/dt 제한필터 구성품 46
표 20. 보조전원장치 GDU 설계사양 47
표 21. PWM전력스택 전용제어기 구성 카드 종류 및 기능 50
표 22. PWM전력스택 주요구성품 56
표 23. 보조전원장치 사양비교(기존품-개발품) 58
표 24. 보조전원장치 전력소자(IGBT) 형상비교[원문불량;p.57] 58
표 26. 보조전원장치 전력소자 비교결과(기존품-개발품) 60
표 27. 전력스택 냉각장치 형상 및 특징 비교(기존품-개발품) 60
표 28. 전력스택 냉각성능 시뮬레이션 비교(기존품-개발품) 61
표 29. PWM전력스택 전력소자 배치에 따른 특징 비교(기존품-개발품) 61
표 30. 보조전원장치 주요개선사항(기존장치와의 비교) 62
표 31. 보조전원장치 입력회로 구성품 및 송풍기 사양 64
표 32. PWM전력스택 주요구성품 64
표 33. PWM전력스택 전용제어기 구성품 사양 65
표 34. LCR필터(dv/dt제한필터) 구성품 66
표 35. 가변부하장치 시뮬레이션 결과파형 69
표 36. 시험용 가변부하장치 구성 및 기능 70
표 37. 보조전원장치 공장시험 항목 71
표 38. 보조전원장치 3자 입회시험 주요결과물[원문불량;p.71] 72
표 39. 보조전원장치 공인기관 의뢰시험 결과[원문불량;p.71] 72
표 40. 장치 하드웨어 분석결과 73
표 41. MVB 사양 74
표 42. MVB Data Format 75
표 43. MVB Data Format 시뮬레이션 검증[원문불량;p.75] 76
표 44. 외부 커넥터의 Plug Type 정리(예) 76
표 45. MMI 고장코드(일부 발췌) 77
표 46. SIBCOS Signal Analyzer 요구사항, 제작 및 활용 77
표 47. 제품 구성 및 성능 78
표 48. PCB 보드 제작 78
표 49. 외함 3D Modeling, 구성 및 기능 78
표 50. 전용 프로그램 UI 및 시험 구성 79
표 51. SIBCOS-M!300 구성의 비교[원문불량;p.78] 79
표 52. SIBCOS-M1300 사양비교 80
표 53. Input & Output 회로변경[원문불량;p.79] 80
표 54. MVB Control Unit 변경[원문불량;p.79] 80
표 55. Analog Input 회로 변경[원문불량;p.80] 81
표 56. Connector 회로 변경[원문불량;p.80] 81
표 57. PCB 보드 제작 81
표 58. 외함 설계 및 제품 제작 81
표 59. 분석대상 정리 82
표 60. 분석절차 82
표 61. MVB Port 구성 정리 83
표 62. MVB 프로토콜 분석 정리(1) 83
표 63. MVB 프로토콜 분석 정리(2) 83
표 64. MMI 고장코드 분석결과 84
표 65. 시험 장치 및 개요 86
표 66. 시험항목 및 적용규격 86
표 67. 전자파적합시험 공인시험성적서[원문불량;p.86] 87
표 68. SIBCOS-M1300 시험기 설계 및 제작, 시험 88
표 69. 철도차량 현차시험 기술검토 89
표 70. 개발품 현차시험 기간(한국철도공사 차량내규 제22조) 90
표 71. 현차시험 구분 90
표 72. 현차시험 항목 91
표 73. 개발품 점검 주기 및 항목 92
표 74. 현차시험 위험도 분석 92
표 75. 현차시험 업무 처리 절차 93
표 76. 조합시험 94
표 77. 현차시험 계획 95
표 78. 정적시험 시험 및 검사 항목 97
표 79. 구내 시운전 개요 98
표 80. 구내 시운전 시험항목 98
표 81. 본선 시운전 개요 99
표 82. 본선 시운전 시험항목 99
표 83. 현차시험 영업운전 개요 100
표 84. 현차시험 시험항목 및 기준 100
표 85. 현차시험 결과('18.12.1일 기준) 101
표 86. 현차시험 관련문서 103
표 87. 개발품 설치 및 취부 호환성 시험 결과 104
표 88. 제어성능 시험 결과 104
표 89. 정상특성 시험 결과 105
표 90. 연장급전 제어 및 기능시험 결과 105
표 91. 고장검지 및 처리 기능 시험 결과 106
표 92. 보조전원장치 감시 및 기록 시험 결과 107
표 93. 중련시험 결과 107
표 94. 고조파 시험 결과 107
표 95. 정적상태 온도모니터링 결과비교 109
표 96. 동적상태 온도모니터링 결과비교 109
표 97. 접지선 칼라 및 배선인입구 기밀 보강 조치결과 110
표 98. 부하시험기 접지선 설치 조치결과 110
표 99. 차상컴퓨터 고장기록 110
표 100. 통신고장 시험방법 및 결과 112
표 101. 차량전원 방전시험 112
표 102. 화면표시기 고장 기록 112
표 103. 전기기관차 고장현황 115
표 104. 전기기관차 개통별 고장현황 115
표 105. 보조전원장치의 예방정비비 분석모델 116
표 106. 보조전원장치 고장률 예측 결과 118
표 107. 보조전원장치의 형식비교 123
표 108. 기존장치 대비 개발품의 개선 124
표 109. 지멘스 전기기관차 차종별 생산년도 및 대수 125
그림 1. 연구개발 목적 및 기대효과 15
그림 2. 8200호대 신형전기기관차 일반 16
그림 3. 전기기관차 MVB 통신구성 및 보조전원장치 통신제어기(SIBCOS) 16
그림 4. 전기기관차 주요장치 교체주기 및 운용현황 17
그림 5. 보조전원장치 국산화에 따른 기대효과 17
그림 6. 8200호대 전기기관차 보조전원장치 18
그림 7. 통신제어기 SIBCOS 외형(좌, 기존품), Block Diagram(우, 개발품) 18
그림 8. 국내외 보조전원장치 기술 현황 19
그림 9. 연구개발 수행체계 25
그림 10. 하드웨어 인터페이스 조사 26
그림 11. 공정회의 및 기술검토 회의 28
그림 12. 개발품의 조합시험(전기기관차 8236호, 2017.9.20.~9.22/제천차량사업소) 29
그림 13. 개발품 선정근거 및 신청, 기술개발확인서[원문불량;p.31] 32
그림 14. 전기기관차 보조전원장치 전력회로 구성 33
그림 15. 전기기관차(8200호대) 보조전원장치 위치[원문불량;p.33] 34
그림 16. 보조전원장치 그룹별 부하종류[원문불량;p.33] 34
그림 17. 조건별 모듈손실(IGBT + DIODE) 결과비교 그래프 36
그림 18. 컨버터 제어기 구성도 37
그림 19. 시뮬레이션파형(1) 37
그림 20. 시뮬레이션파형(2) 38
그림 21. 시뮬레이션파형(3) 38
그림 22. 시뮬레이션파형(4) 38
그림 23. 시뮬레이션파형(5) 39
그림 24. 시뮬레이션파형(6) 39
그림 25. 부하별 모듈손실 결과비교 그래프 41
그림 26. 인버터 제어기 구성도 41
그림 27. 인버터시뮬레이션파형(1) 42
그림 28. 인버터시뮬레이션파형(2) 42
그림 29. 인버터시뮬레이션파형(3) 42
그림 30. dv/dt 제한필터의 형태 43
그림 31. 출력 PWM 전압에 dv/dt필터가 적용된 파형(8200호대 전기기관차의 보조전원장치의 출력전압) 44
그림 32. dv/dt 제한 필터의 전기회로 구성 44
그림 33. dv/dt 제한필터의 출력전압 파형 45
그림 34. dv/dt 제한필터의 출력전압 FFT 결과파형 45
그림 35. dv/dt 제한필터 설계도면 46
그림 36. 보조전원장치 PWM전력스택용 GDU 내부구성도 47
그림 37. De-Saturation 검출 시 게이트 및 고장의 처리 49
그림 38. PWM전력스택 GDU 회로 및 PCB 설계도면[원문불량;p.48] 49
그림 39. 입력 및 APF방식의 출력 시뮬레이션파형 51
그림 40. 제안된 mMA 필터 개념도 52
그림 41. 입력 및 mMAF 방식의 출력 시뮬레이션파형 53
그림 42. 제안된 mMAF를 적용한 PLL 제어블록도 53
그림 43. PWM전력스택 전용제어기 회로설계도면[원문불량;p.53] 54
그림 44. 전용제어기 카드별 배치도 55
그림 45. PWM전력스택 전용제어기 MCU PCB설계도면 55
그림 46. PWM전력스택 전용제어기 SIF 및 SMPS PCB설계도면 55
그림 47. PWM전력스택 하드웨어 3D모델링 56
그림 48. 보조전원장치 입력회로 설계도면(대표도) 57
그림 49. 보조전원장치 외함 설계도면(대표도) 57
그림 50. 기존IGBT, 80kW정격, 저전압/최대전류/Fs=1.8kHz 59
그림 51. 기존품IGBT와 개발품IGBT의 성능비교 시뮬레이션 59
그림 52. 전기기관차용 보조전원장치(전면, 후면) 63
그림 53. 보조전원장치 입력회로 및 송풍기 63
그림 54. 보조전원장치 PWM전력스택 65
그림 55. PWM전력스택 전용제어기 65
그림 56. LCR필터(dv/dt제한필터) 66
그림 57. 보조전원장치 주회로도[원문불량;p.66] 67
그림 58. 보조전원장치 제작도면(대표도)[원문불량;p.66] 67
그림 59. 피시험체를 포함한 백투백 가변부하시험장치 구성도[원문불량;p.67] 68
그림 60. 백투백 가변부하장치 시뮬레이션회로[원문불량;p.68] 69
그림 61. 보조전원장치 시험용 가변부하장치 제작도면 및 시제품 70
그림 62. MVB OSI Layer(IEC 61375-3-1) 75
그림 63. 현차시험 기술검토 시행 89
그림 64. 현차시험 차량(전기기관차 8280호) 90
그림 65. 현차시험 위험성 평가 92
그림 66. 개발품 현차 설치 및 시험 97
그림 67. 영업시운전 사진 100
그림 68. 동적시험 주행키로(한국철도공사 KOVIS포털 조회 결과) 102
그림 69. 영업운전 누적 주행키로(2018. 12. 1. 기준) 102
그림 70. 영업운전 누적 주행키로(2018. 9. 28. 기준) 102
그림 71. 정기검수 및 임시검수 내역(한국철도공사 KOVIS 조회 결과) 102
그림 72. 고장검지 및 처리기능 시험 106
그림 73. 감시 및 기록 시험 106
그림 74. LCR출력필터 기능확인을 위한 출력파형 비교 108
그림 75. 절연구간 통과시험(계측 결과 등) 108
그림 76. 방전램프 설치 및 작업 안전표지 부착 109
그림 77. 열차운행정보전송장치(RTD) 고장기록(8280호, 2018.4.11.) 111
그림 78. 차상컴퓨터 고장기록 111
그림 79. 보조전원장치 전력스택 고장기록 111
그림 80. 차량전원 방전시험을 위한 계측장비 112
그림 81. 차상컴퓨터 고장기록(8280호, 2018.9.14.) 113
그림 82. 방전시험 고장기록 비교 분석[원문불량;p.112] 113
그림 83. 차상컴퓨터 고장기록(보조전원 통신고장, 2018.4.11.~2018.12.01.) 113
그림 84. 전기기관차 PBS 114
그림 85. 년도별 보조전원장치 LCC분석 116
그림 86. 전기기관차 PBS 117
그림 87. PWM module에 대한 RBD 117
그림 88. PWM 전력모듈에 대한 FT 117
그림 89. 연도에 따른 LCC 및 예방정비비 누적비용 118
그림 90. 기존품 및 개발품 LCC 분석 119
그림 91. 기존품에 대한 유지관리비 분석 120
그림 92. MTBF 증감에 따른 수명주기비용 120
그림 93. RFID 적용한 의약품 관리운영 프로세스 일례 121
그림 94. 철도분야 사례(일본) 121
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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