그림 1. 도시철도차량 추진시스템 개발 요구사항 자문회의 검토 의견 31

그림 2. 도시철도차량 추진시스템 개발 요구사항 자문회의 사진 31

그림 3. 기존 차량 기기 배치 35

그림 4. 기기 배치 방안 1 35

그림 5. 기기 배치 방안 2 36

그림 6. 차량 underframe 설치 가능 범위 36

그림 7. 반도체 변압기 기기배치 안 36

그림 8. 평면도 37

그림 9. 전면도 37

그림 10. 측면도 38

그림 11. Isometric View 38

그림 12. interface 회로 38

그림 13. 주변압기 회로 39

그림 14. 속도제어 회로 39

그림 15. 주회로차단기 제어회로 41

그림 16. 고압보조기기 회로 42

그림 17. 열차종합제어장치 신호 인터페이스 43

그림 18. 열차성능 곡선 및 인버터 입력 44

그림 19. 반도체변압기 시스템의 입력 전압에 따른 입력... 44

그림 20. 조건 1 시뮬레이션 파형 45

그림 21. 조건 2 시뮬레이션 파형 45

그림 22. 조건 3 시뮬레이션 파형 46

그림 23. 반도체 변압기 정격 조건 시뮬레이션 결과 46

그림 24. 시뮬레이션 회로도 47

그림 25. 반도체변압기 정격 출력 파형 47

그림 26. 절연을 고려한 모듈배치 구조 48

그림 27. 2중화 절연 구조 48

그림 28. 이중구조 프레임 기중조건 전계해석 결과 48

그림 29. 이중구조 프레임 충진재 적용 전계해석... 49

그림 30. Air 시뮬레이션 결과 49

그림 31. impulse 시험 장비 49

그림 32. 절연시험 시료 및 시험 JIG 50

그림 33. 절연시험 현장 사진 50

그림 34. AC/DC 컨버터 출력전압 시뮬레이션 파형 52

그림 35. 고압 측 게이트 신호와 스위치 전압 파형 52

그림 36. 저압 측 게이트 신호와 스위치 전압 파형 52

그림 37. 부하에 따른 직류단 전압... 53

그림 38. 직류단 전압 시뮬레이션 결과 53

그림 39. 입력전류 및 부하 53

그림 40. 출력전압 및 부하 54

그림 41. 컨버터 일체형 경량 반도체변압기 구성도 54

그림 42. 반도체 변압기 모듈 회로도 56

그림 43. 단일 모듈의 방열판 구성 56

그림 44. 고압 측 방열판 1 3D 도면 57

그림 45. 고압 측 방열판 2 3D 도면 57

그림 46. 고압 측 방열판 3 3D 도면 58

그림 47. 저압 측 방열판 3D 도면 58

그림 48. 고압 측 박스 3D 도면 59

그림 49. 저압 측 박스 3D 도면 59

그림 50. 4권선 변압기의 단면 60

그림 51. 8권선 변압기의 단면 60

그림 52. Shell type 10kHz 65kVA 600V/375V 유입변압기 61

그림 53. Shell type 10kHz 75kVA 525V/375V 유입변압기 62

그림 54. Shell type 10kHz 150kVA 1050V/375V 유입변압기 62

그림 55. 구동 주파수에 따른 특성 63

그림 56. 1, 2차 측 위치 변경에 따른 도체의 기계력 및 누설자속 계산 64

그림 57. 최종 설계된 변압기의 구조 64

그림 58. 정격부하 운전상태 65

그림 59. 최종사양 설계서 65

그림 60. 반도체 변압기 시스템 구성도 67

그림 61. AC/DC 컨버터와 DC/DC 컨버터의 회로 68

그림 62. 모듈 수에 따른 모듈 회로도... 68

그림 63. 모듈 수에 따른 효율 비교 69

그림 64. 스위칭 주파수에 따른 무게 및 부피 비교 70

그림 65. 스위칭 주파수에 따른 손실 비교 70

그림 66. 반도체 변압기 시스템 71

그림 67. 스텍별 회로연결 설계안 71

그림 68. 고압스텍 2대 모듈구성 및 절연박스 설치구조 72

그림 69. 반도체 변압기 2대 모듈구성 72

그림 70. 저압스텍 2대 모듈구성 73

그림 71. 시험용 축소모델 외함 외부구조-1/2 73

그림 72. 시험용 축소모델 외함 외부구조-2/2 74

그림 73. 시험용 축소모델 외함 내부구조-1/2 74

그림 74. 시험용 축소모델 외함 내부구조-2/2 75

그림 75. 전체 모듈 회로도 76

그림 76. 검토용 외함 외부 구조 76

그림 77. 차량 시스템 및 인터페이스 회로 77

그림 78. 철도안전법 체계 78

그림 79. 철도기술기준 체계 78

그림 80. 철도차량 형식승인제도의 시행 절차 79

그림 81. 철도차량 기술기준의 상세 내용 79

그림 82. 절연구간 통과 시 3호차, 5호차의 가선 전압 80

그림 83. 사구간 통과 및 전차선 인터페이스 검토 81

그림 84. 수냉시스템 적용 요구사항 검토 81

그림 85. 단계별 시험 요구사항 맵 85

그림 86. 기존 차량의 전력회로 제어 인터페이스 구성 85

그림 87. 반도체변압기 탑재 차량의 전력회로 제어 인터페이스 구성안 85

그림 88. 추진장치성능시험기 86

그림 89. 반도체변압기 성능조합시험 실시 방안 86

그림 90. 단계별 시험 요구사항 맵 87

그림 91. 조합시험 구성도 87

그림 92. 반도체변압기 모듈 주회로도 88

그림 93. 반도체변압기 모듈 제어배선도 89

그림 94. 열해석 시뮬레이션 결과(DC/DC 컨버터 저압측 예) 90

그림 95. Cold Plate 세트 3D 모델 도면 90

그림 96. 센서 인터페이스 회로도 91

그림 97. 절연 전원공급장치 회로도 및 실물 사진 91

그림 98. 반도체변압기 제어 시스템 93

그림 99. 단상 SST 제어블록도 관련 전체 회로도 94

그림 100. AC/DC 변환부 제어 블록도 94

그림 101. DC/DC 변환부 제어 블록도 95

그림 102. AC/DC 변환부 95

그림 103. DC/DC 변환부 95

그림 104. 회로 구성 96

그림 105. 입출력 전압 및 전류 96

그림 106. 제작사양서 96

그림 107. 센서 인터페이스 회로도면 97

그림 108. 절연형 전압센서 회로도면 97

그림 109. 절연형 파워서플라이 회로도면 98

그림 110. SMPS 회로도면 98

그림 111. AC/DC Module 도면 98

그림 112. DC/DC Module 도면 98

그림 113. AC/DC Module 3D 모델링 99

그림 114. DC/DC Module 3D 모델링 99

그림 115. 전원부 회로도 99

그림 116. 센싱부 회로도 99

그림 117. 고장신호 입력부 회로도 100

그림 118. PWM 출력부 회로도 100

그림 119. Gate Interface 보드 회로도 100

그림 120. 서브모듈 제어기 구조 101

그림 121. 서브모듈 제어기 3D 모델링 101

그림 122. AC/DC 변환부 실물 사진 102

그림 123. DC/DC 변환부 실물 사진 102

그림 124. SMPS 자체 시험 102

그림 125. 온도센서 측정 데이터 103

그림 126. AC/DC 방열판 시험 103

그림 127. DC/DC 방열판 시험 103

그림 128. AC/DC 방열판 시험 결과 103

그림 129. DC/DC 고압부 방열판 시험 결과 104

그림 130. DC/DC 저압부 방열판 시험 결과 104

그림 131. 단일 모듈 테스트 배드 구성도 104

그림 132. 단일 모듈 실험환경 104

그림 133. 단일 모듈 실험결과 파형 105

그림 134. 모듈 2직렬 실험환경 105

그림 135. 모듈 2직렬 실험 파형 105

그림 136. 모듈 6직렬 테스트 배드 구성도 106

그림 137. 모듈 6직렬 테스트 배드 구축 사진 106

그림 138. 테스트배드 구축 사진 107

그림 139. 모듈 6직렬 실험파형 107

그림 140. 12모듈용 테스트 배드 구성도 108

그림 141. 12직렬 모듈 테스트 배드 및 조합시험용... 108

그림 142. 모듈 12직렬 실험파형 109

그림 143. 상위제어기 실물 사진 109

그림 144. 서브모듈 제어기 실물 사진 109

그림 145. 서브모듈 제어기 기능시험절차서 110

그림 146. 서브모듈 제어기 블록다이어그램 및 측정 110

그림 147. 서브보듈 제어기 기능시험 결과 111

그림 148. Ring 구조로 구성된 EtherCAT 시험 구성도 111

그림 149. 상위제어기와 10개의 서브모듈 제어기 간 통신 시험 112

그림 150. 제어 연산시간 및 통신 인터럽트 시간 확인 파형 112

그림 151. 부하 인가 시험 파형 112

그림 152. 12직렬 모듈 부하 시험파형 113

그림 153. 25kV 인입부 형상 114

그림 154. 인입부 절연 시험결과 114

그림 155. 인입부 절연 보강방안 115

그림 156. 절연보강 후 인입부 절연 시험결과 115

그림 157. 절연 접속박스 제작 115

그림 158. FRP 절연 함체 3D모델링 116

그림 159. 초기 제작품 절연시험 결과 - 25kV 절연파괴 116

그림 160. 수정 제작품 절연시험 결과 - 60kV 1분 시험완료 116

그림 161. 초음파 카메라 측정 결과 - 외부 117

그림 162. 초음파 카메라 측정 결과 - 내부 117

그림 163. 모듈 상부 사진 117

그림 164. 모듈 상부 절연시험 결과 118

그림 165. 모듈 상부 절연 보강 - 부스바 가공 118

그림 166. 모듈 상부 절연 보강 - 부스바 가공 후 118

그림 167. 절연 보강 후 시험 - 보강전 45kV 조건 / 보강후 55kV 조건 119

그림 168. 균일전계 조건 절연 시험 119

그림 169. 도전성 페이스트 외부 도포 119

그림 170. 도전성 페이스트 외부 도포 후 외함 절연시험 결과 120

그림 171. 도전성 페이스트 내외부 도포 후 외함 절연시험 결과 120

그림 172. 반도체 변압기 시스템 구성 및 필터 인덕터 121

그림 173. 필터 인덕터 외형 및 절연시험 조건 121

그림 174. 필터 인덕터 절연시험 결과 - 초음파 관측 122

그림 175. AC/DC 컨버터 게이트 신호와 스위치 전압(시뮬레이션) 122

그림 176. 출력 전압(시뮬레이션) 122

그림 177. 출력 전압 주파수(시뮬레이션) 122

그림 178. AC/DC 컨버터 출력전압 파형(1kHz) 123

그림 179. DC/DC 컨버터 게이트 신호와 스위치 전압(시뮬레이션) 123

그림 180. DC/DC 컨버터 출력전압 파형(10kHz) 123

그림 181. 반도체변압기 시스템 도면 124

그림 182. 반도체변압기 고압스택 모델링 124

그림 183. 반도체변압기 저압스택 모델링 124

그림 184. 고주파변압기 1차 시제품 125

그림 185. 고주파변압기 1차 중량 125

그림 186. 고주파변압기 최종 시제품 125

그림 187. 반도체변압기 외함 125

그림 188. 냉각장치 126

그림 189. 냉각장치 성적서 중 중량 발췌 126

그림 190. AC전압 20kV 측정 127

그림 191. 제어 및 부하 시험 127

그림 192. AC전압 26kV 측정 127

그림 193. 제어 및 부하 시험 127

그림 194. 반도체변압기 직류단 전압 파형 128

그림 195. 반도체변압기 직류단 맥동 전압 파형 128

그림 196. 출력단 전압 파형 129

그림 197. 출력단 맥동 전압 파형 129

그림 198. 효율 파형 130

그림 199. 모듈 직류단 전압 파형 130

그림 200. 모듈내 직류단 전압 파형 131

그림 201. 변압기 사양 132

그림 202. 리액터 사양 132

그림 203. 조립체 도면 132

그림 204. Inside bobbin 132

그림 205. Outside bobbin 132

그림 206. 리액터 클램프 132

그림 207. 메인 클램프1 133

그림 208. 메인 클램프2 133

그림 209. 메인 클램프3 133

그림 210. 권선 및 절연 133

그림 211. 변압기 조립도 133

그림 212. 리액터 조립도 133

그림 213. 전기회로도 및 자속밀도 분포표(정상상태 조건) 134

그림 214. 고주파변압기 제작 135

그림 215. 변압기 및 리액터 Assy'사양 136

그림 216. 리액터 권선 136

그림 217. 리액터 제작 완료 136

그림 218. 1차 시제품 제작 137

그림 219. 고주파변압기 RMAS 분석 보고서 138

그림 220. 고주파 변압기 자체 형식시험 세팅의 예 139

그림 221. 온도특성 분석을 위한... 140

그림 222. 치수 측정 시험 및 방수시험 결과 140

그림 223. 정상기동 순서 141

그림 224. FRACAS 절차 142

그림 225. RAM통합 입증 절차 142

그림 226. 유지보수시설 활용계획 수행절차 145

그림 227. 시퀀스의 예: 중고장(B) 발생 시 재기동 시퀀스 153

그림 228. 고압측 SMPS 연결정보 157

그림 229. 광케이블 연결정보 158

그림 230. 게이트 드라이브 입력 및 출력파형 159

그림 231. 수냉각 시스템의 예 160

그림 232. 치수검사 기준 도면 161

그림 233. 모듈의 검출기 위치 165

그림 234. 반도체변압기 고압/저압 스택 시험성적서 169

그림 235. 제어기 EMC 시험 보고서 170

그림 236. 제어기 환경시험 보고서 170

그림 237. 수냉각장치 시험성적서 170

그림 238. 무선전력공급장치 시험성적서 171

그림 239. 제어전원 온도 포화시험 결과 - 60도 이내 포화 171

그림 240. 단일 모듈 250kW 정격출력 시험파형 172

그림 241. 2직렬 모듈 300kW 출력 시험 파형 172

그림 242. 4직렬 무부하 시험 파형 173

그림 243. 6직렬 무부하 시험 파형 173

그림 244. 15kV 입력 조건 6직렬 모듈 시험파형 174

그림 245. 8.6kV 입력 조건 8직렬 모듈 시험파형 174

그림 246. 10kV 입력 조건 10직렬 모듈 시험파형 175

그림 247. 13.6kV 입력 조건 12직렬 모듈 시험파형 175

그림 248. 23kV 입력 조건 12직렬 모듈 시험파형 176

그림 249. 12직렬 모듈 부하 시험파형 176

그림 250. 반도체변압기 조합 시험 테스트베드 177

그림 251. 반도체변압기 초기충전회로 동작 177

그림 252. 반도체변압기 제어기능 시험 178

그림 253. 반도체변압기 부하 시험 178

그림 254. 반도체변압기 부하 변동 시험 179

그림 255. 반도체변압기 840kW 부하 시험 179

그림 256. 10모듈 구동시 손실분석 181

그림 257. 12모듈 구동시 손실분석 181

그림 258. 보완설계 전 HVSMPS 182

그림 259. 보완설계 후 HVSMPS 182

그림 260. 보완설계 전 LVSMPS 도면 182

그림 261. 보완설계 후 LVSMPS 도면 182

그림 262. 보완설계 전 LVSMPS 182

그림 263. 보완설계 후 LVSMPS 182

그림 264. GDU 보드 도면 183

그림 265. GDU 보드 183

그림 266. GDU 노이즈 필터 추가 회로 183

그림 267. GDU 노이즈 필터 추가 사진 183

그림 268. 고압부 전압 V/F 보드 회로도 184

그림 269. 고압부 온도 V/F 보드 회로도 184

그림 270. 고압부 전압 V/F 보드 개발품 184

그림 271. 저압부 V/F 보드 개발품 184

그림 272. 고압부 온도 V/F 회로 디버깅 회로 도면 185

그림 273. V/F 보드 소자값 재설계 시트 185

그림 274. 고압부(AC/DC) IGBT 모듈 취부 부위 재설계 186

그림 275. 고압부(DC/DC) SiC 모듈 취부 부위 재설계 186

그림 276. 고압부 HVSMPS 취부 부분 재설계 3D 모델링 도면 186

그림 277. 고압부 GDU 취부 부분 재설계 3D 모델링 도면 187

그림 278. 최종 시제품의 고압부 평면도 187

그림 279. 최종 시제품의 저압부 평면도 188

그림 280. 최종 시제품의 고압부 3D 모델링 188

그림 281. 최종 시제품의 저압부 3D 모델링 188

그림 282. 밸런싱 저항 및 기구물 모델링 189

그림 283. 고압부 IGBT용 스너버 커패시터 데이터시트 189

그림 284. 고압부 SiC용 스너버 커패시터 데이터시트 189

그림 285. 노이즈 저감을 위한 고압부 스너버 커패시터 추가 190

그림 286. GDU 신호선에 사용된 케이블 190

그림 287. 고압부 IGBT용 게이트 드라이버 신호선 190

그림 288. LVSMPS 개발품 191

그림 289. LVSMPS 자체 시험 결과표 191

그림 290. 전압 V/F 보드 자체 시험 결과표 192

그림 291. 전류 V/F 보드 자체 시험 결과표 192

그림 292. 온도 V/F 보드 출력 주파수 데이터 192

그림 293. 온도 V/F 보드 자체 시험 결과표 192

그림 294. 기존 제어보드 전원 연결부 193

그림 295. 기존 차량 인터페이스 193

그림 296. 상위제어기 개발 사양 193

그림 297. SMPS 보드 기능/신호 흐름도 194

그림 298. SMPS 보드 전면포트 구성 및 형상 194

그림 299. SMPS 보드 사양 194

그림 300. Main Controller 보드 기능/신호 흐름도 195

그림 301. Main Controller 보드 전면포트 구성 및 형상 195

그림 302. Main Controller 보드 사양 195

그림 303. Digital Output 보드 기능/신호 흐름도 196

그림 304. Digital Output 보드 전면포트 구성 및 형상 196

그림 305. Digital Output 보드 사양 196

그림 306. Digital Input 보드 기능/신호 흐름도 197

그림 307. Digital Input 보드 전면포트 구성 및 형상 197

그림 308. Digital Input 보드 사양 197

그림 309. FOPTIC 보드 전면포트 구성 및 형상 198

그림 310. FOPTIC 보드 사양 198

그림 311. Back Plane 기능/신호 흐름도 198

그림 312. Back Plane 형상 199

그림 313. Back Plane 사양 199

그림 314. Master PC 보드 기능/신호 흐름도 199

그림 315. Master PC 보드 전면포트 구성 및 형상 199

그림 316. Master PC 보드 사양 200

그림 317. 반도체변압기 후두부 2D도면(후면부) 200

그림 318. 상위제어기 제어흐름 201

그림 319. 상위제어기 지령생성 202

그림 320. 서브모듈 제어기 제어흐름 203

그림 321. 서브모듈 제어기 PWM 발생 204

그림 322. 제어기 인터페이스 구성도 205

그림 323. 입력에 따른 출력 신호 흐름도 206

그림 324. 실시간 시뮬레이터 구성 207

그림 325. 실시간 시뮬레이터 모델 207

그림 326. DC 1차측 전압 초충 시퀀스 동작 확인 207

그림 327. 0kW-〉150kW 저항 부하 투입 시 제어@1900Vrms 208

그림 328. 0kW-〉150kW 저항 부하 투입 시 제어@2500Vrms 208

그림 329. 0kW-〉150kW 저항 부하 투입 시 제어@2900Vrms 209

그림 330. RSST Substep 기반 12직렬 HILS 시스템 HW 구성도 209

그림 331. RSST Substep 기반 12직렬 HILS 시스템 RSCAD 구성도 210

그림 332. 저항모델 구성 210

그림 333. AC 전압 전류 210

그림 334. 각 서브모듈 별 DC Link Cap. 전압 211

그림 335. 각 서브모듈 별 LV 전압 전류 211

그림 336. EtherCAT을 통한 Master와 IF및 Slave Module간 통신 211

그림 337. IF 보드에서 생성하여 병렬로 전달되는 동기 신호 212

그림 338. Frame 인터럽트와 동기신호의 비동기 상태 212

그림 339. Frame 인터럽트 수신 시 동기신호 발생하도록 조치 212

그림 340. 주제어기의 동기 신호를 X-BAR 설정을 통해 SM 동기신호로 전달 213

그림 341. 동기 신호 동기화 확인 213

그림 342. 반도체변압기 고압스택 모델링 213

그림 343. 반도체변압기 저압스택 모델링 214

그림 344. 고압스택 및 저압스택 보완설계 개발품 제작 및 시험환경 214

그림 345. 고압스택 제어전원공급용 무선전력전송장치 214

그림 346. 상위 제어기 214

그림 347. 서브모듈 제어기 214

그림 348. 반도체변압기 외함 및 수냉각장치 215

그림 349. 단일 모듈 테스트 배드 구성도 215

그림 350. 단일 모듈 실험환경 215

그림 351. 단일 모듈 실험결과 파형 216

그림 352. 반도체변압기 취부 사진 217

그림 353. 반도체변압기 72.3km/h 속도 주행 시험 217

그림 354. 72.3km/h 속도 주행 시 반도체변압기 부하 전압 및 전류 측정 파형 218

그림 355. 반도체변압기 차량속도 및 상태정보 모니터링 결과 218

그림 356. 반도체변압기 82.3km/h 속도 주행 시험 219

그림 357. 반도체변압기 차량속도 및 상태정보 모니터링 결과 219

그림 358. 신뢰성 시험을 위한 반도체변압기 외형 220

그림 359. 반도체변압기 시제품 현차 취부 사진 220

그림 360. 신뢰성(현차)시험을 위한 차량 개조 방안 221

그림 361. 추진시스템 신뢰성 시험 조직 221

그림 362. 변경된 12모듈용 변압기 전압 및 전류특성 시뮬레이션 223

그림 363. 변경된 사양의 고주파변압기 설계 223

그림 364. 알루미늄 외함 재질 224

그림 365. 2차 시제품 변압기 모듈 및 클램프 조립도 224

그림 366. 자계해석 결과 225

그림 367. 코어 손실 시뮬레이션... 225

그림 368. 고주파변압기 RMAS 분석 보고서 226

그림 369. 2차 시제품 실물 사진 226

그림 370. 고주파 변압기 자체 형식시험 세팅의 예 227

그림 371. 온도특성 분석을 위한... 228

그림 372. 치수 측정 시험 및 방수시험 결과 228

그림 373. 최종 내전압시험 통과 및 자체 시험 성적서 발행 229

그림 374. 3차 시제품 코아 조립도(에어갭 확인) 230

그림 375. 3차 시제품 도면 230

그림 376. 전체 통몰딩형 변압기 제작 230

그림 377. 형식시험 중인 1차Ver 통몰딩 변압기 231

그림 378. 정격전압/무부하 온도상승 시험 데이터 231

그림 379. 정격전류 조건 온도상승... 232

그림 380. 고주파변압기 리드선과... 232

그림 381. 절연피복 성능검증 시험 233

그림 382. 피복 절연 보완을 위한... 233

그림 383. 코어 절연보강 및 리드선 인출부위... 233

그림 384. 절연시험 Case 별 리츠와이어 피복 설계 234

그림 385. 절연시험 Case 별 리츠와이어 피복 설계 시제품 시험 234

그림 386. 리드 인출구 소손 235

그림 387. 리드 인출구 절연보강 타입 235

그림 388. 내전압 시험중인 5차 시제품 235

그림 389. 박스에 장착된 5차 시제품 236

그림 390. 초음파 카메라로 관측된 부분방전 현상(우측) 236

그림 391. 고주파 변압기 취부 구조 변경 3D모델링(좌 → 우) 236

그림 392. 실제 박스 취부를 통해 최적 인출경로 도출 237

그림 393. 리드 최적 인출경로를 위한 리드선 변경 후 인출구 몰딩 작업 237

그림 394. 내전압 시험결과 우측 사진 부위에 절연파괴... 237

그림 395. 내전압 시험결과 우측 사진 부위에 절연파괴 현상 발생 238

그림 396. 6차 시제품의 몰딩내부 기포 확인 238

그림 397. 7차 시제품 변압기 제작 사진 239

그림 398. 보완 4차 버전 내전압시험 및 소손부위 239

그림 399. 내부 몰딩 작업시 다수 에폭시 가공면에 계면이 형성 240

그림 400. 고주파 변압기 제작 과정중 경계면 형성 240

그림 401. 고주파 변압기 제작 개선 과정(좌측 개선, 우측 과거모델) 240

그림 402. 고주파 변압기 몰드 수지 주입 생산 공정 중... 241

그림 403. 8차 시제품 도면 241

그림 404. 8차 시제품 모델링 242

그림 405. 8차 시제품 제작 과정(금형작업) 242

그림 406. 8차 시제품 제작 과정(내부 리드 취약 인출 부위 최적... 242

그림 407. 8차 시제품 완성품 사진 243

그림 408. 8차 시제품 1차 권선 부품 내전압... 243

그림 409. 8차 시제품 최종 조립체 내전압 시험 FAIL 243

그림 410. 1차-2차 코일 간 소손 부위 현황 244

그림 411. 인출구 코일 소손 부위 현황 및 분해 사진 244

그림 412. 절연보강된 고주파 변압기 1차권선 파트 및 최종 조립체 245

그림 413. 인출구 절연보강 작업 245

그림 414. 최종 내전압시험 통과 및 자체 시험 성적서 발행 245

그림 415. 추진 조합시험시 사용할 고주파 변압기 유입식 탱크 적용 모듈안 246

그림 416. 성능시험용 유입식고주파 변압기 외함 및 고주파 변압기 내부 배치도면 246

그림 417. 몰드형 고주파 변압기와 유입식 타입 변압기 배선 인터페이스 도면 비교 247

그림 418. 내부 권선 절연물 소손 현상 발생 248

그림 419. 60kV 내전압 및 부분방전 성능 증대를 위한 절연보강 작업 248

그림 420. 외함 바닥 하도 코팅 제거 작업 249

그림 421. 보빈 내측 노맥스 보강 작업 249

그림 422. 최종 중심 카바 조립 250

그림 423. 케이블 및 외함 간 절연 보강-수축 튜브 리드선 튜빙 250

그림 424. 최종 조립 및 내전압시험 진행(60kV PASS) 250

그림 425. 오송시험선 252

그림 426. 시험구간 252

그림 427. 시험 조직도 253

그림 428. 시험 인원구성 253

그림 429. TCMS에 현시된 주행거리 254

그림 430. 회송 공문 257

그림 431. 개조대상 및 개조차량 배치 257

그림 432. 시험 차량 개조 후 3D 도면 257

그림 433. 반도체변압기 설치 차량 258

그림 434. 반도체변압기 실내 모듈 배치 258

그림 435. 반도체변압기 모듈 연결도 258

그림 436. 반도체변압기 모듈 이전 설치 사진 258

그림 437. 반도체변압기 현차시험 준비 259

그림 438. 반도체변압기 기동, 정지 시험(60km/h) 260

그림 439. 반도체변압기 차량 속도 및 상태 모니터링 결과 260

그림 440. 부하측 인버터 및 SIV의 전압 및 전류 측정 파형 261

그림 441. 추진인버터 상태 정보 레코더(CH15 : 속도) 261

그림 442. 반도체변압기 기동, 정지 시험(80km/h) 262

그림 443. 반도체변압기 차량 속도 및 상태 모니터링 결과 262

그림 444. 추진인버터 상태 정보 레코더(CH15 : 속도) 263

그림 445. 반도체변압기 보호 동작 flowchart 264

그림 446. 반도체변압기 보호 동작 예시(출력단 과전압 fault) 265

그림 447. 2, 5번째 모듈 출력단 과전압 fault 감지 화면 265

그림 448. 효율 측정 266

그림 449. 역률이 -1인 경우 266

그림 450. 역률이 1인 경우 267

그림 451. 역률이 0인 경우 267

그림 452. 역행 제어 성능 확인 268

그림 453. 회생 제어 성능 확인 268

그림 454. 반도체변압기 주행시험 데이터 레코더 기록 269

그림 455. 반도체 변압기 구성 271

그림 456. 컨버터 일체형 반도체 변압기 외형 272

그림 457. 고압스택 2D 도면 272

그림 458. 저압스택 2D 도면 273

그림 459. 반도체 변압기 모듈 주회로도 273

그림 460. 컨버터 일체형 반도체 변압기와 25kV 계통, 인버터 및 모터 연결 도면 274

그림 461. 절차서 안전문구 276

그림 462. 정비절차 순서도 277

그림 463. VF_VOL 보드의 유지보수를 위한 커넥터 명칭 278

그림 464. V/F 보드의 유지보수를 회로 결선도 278

그림 465. 반도체 변압기용 고주파 변압기 외형 및 사양 279

그림 466. 고주파변압기 구성품 280

그림 467. 고주파 변압기 클램프 및 기구류 281

그림 468. 고주파 변압기 권선, 코아, 리드선 및 피복류 281

그림 469. 마스터 제어기 기능시험 절차서 282

그림 470. 마스터 제어기 기능시험 구성도 283

그림 471. 기능시험 - 프로그램 설정 283

그림 472. 서브모듈 제어기 기능시험 절차서 284

그림 473. 시험 준비 - 신호선 연결 매뉴얼 284

그림 474. 보드 전원 시험 285

그림 475. PWM 출력 회로부 시험 285

그림 476. 서울 1호선 차량 견인력 곡선 288

그림 477. 서울 1호선 차량 회생제동력 곡선 288

그림 478. 서울 2호선 차량 견인력 곡선 290

그림 479. 서울 2호선 차량 회생제동력 곡선 290

그림 480. 1차 모델 기본설계안 296

그림 481. 1차 모델 모터링 동작 운전점 296

그림 482. 1차 모델 회생제동 동작 운전점 297

그림 483. 전동기 토폴로지 별 형상 298

그림 484. ROD 290mm 모델 300

그림 485. ROD 295mm 모델 300

그림 486. ROD 300mm 모델 300

그림 487. 상온 기준 모터링 성능 곡선 302

그림 488. 상온 기준 회생제동 성능 곡선 302

그림 489. 포화 온도 검토(운전점 a) 303

그림 490. 회전자 형상 변수 304

그림 491. 회전자 형상 case 305

그림 492. 강판과 영구자석 사이의 접착력 306

그림 493. 회전자 응력 예시 306

그림 494. 회전자 형상 case(응력) 307

그림 495. 상세설계안 Active part 설계 도면 308

그림 496. 회전자 상세설계안 310

그림 497. 고정자 및 프레임 상세설계안 311

그림 498. 권선 절연 311

그림 499. 온도에 따른 절연수명평가 그래프 312

그림 500. 베어링 설계안 312

그림 501. 냉각 구조 312

그림 502. 레졸버 313

그림 503. 고온 기준 모터링 성능 곡선 316

그림 504. 고온 기준 회생제동 성능 곡선 316

그림 505. 포화 온도 검토(운전점 a) 317

그림 506. 영구자석 동기전동기 제작 공정도 318

그림 507. 코어적층 지그 도면 318

그림 508. 총 조립 지그 도면 319

그림 509. 적층 및 조립 지그 320

그림 510. 영구자석 삽입 지그 320

그림 511. 축 3차원 측정 및 분석 321

그림 512. 회전자, 고정자, 축, FAN 제작 322

그림 513. 회전자 조립공정 323

그림 514. 회전자 밸런싱 작업 323

그림 515. 고정자 적층 및 프레임 부품류 MIG 용접 324

그림 516. 코일 성형 및 절연공정 324

그림 517. 코일 삽입 공정 324

그림 518. 철도차량용 전동기 제작 공정 325

그림 519. 영구자석 동기전동기 1차 시제품 325

그림 520. 영구자석 동기전동기 1차 시제품 자체성능시험 326

그림 521. 역기전력 파형 326

그림 522. 230kW 온도 상승시험 327

그림 523. 180kW 온도 상승시험 327

그림 524. 상온 성능 곡선(모터링) 332

그림 525. 상온 성능 곡선(회생제동) 332

그림 526. 상온 성능 곡선(회생제동) 333

그림 527. 회전자 기계 해석 333

그림 528. 포화 온도 검토(운전점 a) 334

그림 529. 실전류 기준 위상각 별 오류 비교 336

그림 530. 전류 파형 337

그림 531. 전자계 해석 결과 337

그림 532. 포화 온도 검토(운전점 a) 338

그림 533. 전자계 해석 결과 338

그림 534. 포화 온도 검토(운전점 a) 339

그림 535. 전자계 해석 결과 339

그림 536. 포화 온도 검토(운전점 a) 340

그림 537. 코어 들뜸 현상 및 개선 인서트커버 지그 적용 342

그림 538. 스터드 지그 설계변경 343

그림 539. 스터드 지그 조립 부 343

그림 540. 동기전동기의 회전자 코어 및 영구자석 344

그림 541. 동기전동기의 고정자 코어 344

그림 542. 동기전동기의 고정자 권선 345

그림 543. 회전자 가압 공정 345

그림 544. 회전자 영구자석 삽입 346

그림 545. 회전자 동적 불평형량 맞춤 작업 및 작업 결과 346

그림 546. 회전자 FAN 장착 346

그림 547. 고정자 조립체 권선 347

그림 548. 베어링 D.E. 조립체 제작 348

그림 549. 베어링 O.D.E. 조립체 제작 349

그림 550. 회전자 표면자속 측정 349

그림 551. 회전자 표면자속 측정 결과 350

그림 552. 회전자 - 베어링 O.D.E. 서브 조립체 351

그림 553. 고전자 - 베어링 D.E. 서브... 352

그림 554. 동기전동기 조립체 제작 352

그림 555. 회전자 기계계 해석 365

그림 556. 회전자 기계계 해석 380

그림 557. 소자 턴오프 시 전압파형 393

그림 558. A역에서 B역 사이의 주행 패턴 394

그림 559. 5kW 스택 외형도 397

그림 560. 제어기 형상 398

그림 561. 제어기 구성도 399

그림 562. DSP 보드 블록도 400

그림 563. 모니터 보드 블록도 401

그림 564. 센싱보드 블록도 402

그림 565. 속도센싱(PGI) 보드 블록도 402

그림 566. 디지털 입력 보드 블록도 403

그림 567. 디지털 출력 보드 블록도 404

그림 568. 광보드 블록도 404

그림 569. 제어전원 보드 블록도 405

그림 570. 센서전원 보드 블록도 405

그림 571. 영구자석 동기전동기 dr-qr축 등가회로[이미지참조] 406

그림 572. 매입형 영구자석 동기전동기의 벡터 제어시의 전류 407

그림 573. 벡터 제어 알고리즘 407

그림 574. 동일한 토크를 발생하는 고정자 전류 408

그림 575. 동기좌표계 전류 제어기 410

그림 576. 벡터제어 시뮬레이션 결과 파형 412

그림 577. 약계자 제어 413

그림 578. 약계자제어 시뮬레이션 결과 파형 414

그림 579. 직류단 전압 맥동에 따른 주파수 변조방식 비트리스 제어 415

그림 580. 비트리스제어 알고리즘 416

그림 581. 인버터 주파수 110Hz에서 비트리스제어 수행... 416

그림 582. 인버터 주파수 130Hz에서 비트리스제어 수행... 417

그림 583. 시뮬레이션 회로 417

그림 584. 시뮬레이션 결과 파형 418

그림 585. 시뮬레이션 결과 값 418

그림 586. 고압 회로도 419

그림 587. 저압 회로도 419

그림 588. 인버터 유니트의 외형 422

그림 589. 필터 캐패시터의 외형 422

그림 590. 전류센서의 외형 423

그림 591. 전압센서의 외형 423

그림 592. 저항기의 외형 424

그림 593. 모터 개방접촉기의 외형 424

그림 594. 제어기의 외형 425

그림 595. 옵틱 보드 외형 425

그림 596. 릴레이 유니트의 외형 425

그림 597. 추진제어장치 외형 426

그림 598. 추진제어장치, LB박스 설치 가능 위치 427

그림 599. 추진제어장치 고압회로도 427

그림 600. 추진제어장치 구성도 427

그림 601. 구조물을 고려한 추진제어장치 및 LB 박스 배치 428

그림 602. 추진제어장치 외형 428

그림 603. 추진제어장치 구성도 428

그림 604. LB 박스 투명도 429

그림 605. 제어기 외형도 430

그림 606. 제어기 제작 430

그림 607. PFU 외형도 431

그림 608. PFU 제작 431

그림 609. 릴레이판넬 외형도 431

그림 610. 릴레이판넬 제작 431

그림 611. 스택 외형도 432

그림 612. 스택 제작 432

그림 613. 추진인버터 구성품 조립(후면) 432

그림 614. 추진인버터 구성품 조립(전면) 433

그림 615. 외관검사 433

그림 616. 내전압시험 433

그림 617. 절연저항 시험 433

그림 618. 환경시험 433

그림 619. 제어기 기능시험 434

그림 620. 외관 검사 434

그림 621. 치수검사 434

그림 622. 내전압 시험 434

그림 623. 절연저항 시험 434

그림 624. 기능 시험1 435

그림 625. 기능 시험2 435

그림 626. 인버터 스택 스위칭 시험 435

그림 627. 인버터 스택 단락 시험 436

그림 628. 경부하 시험 파형 437

그림 629. 추진시스템 조합시험(4N→80km/h→off→B7) 437

그림 630. 비트리스 제어 보상 전 파형 438

그림 631. 비트리스 제어 보상 후 파형 438

그림 632. 비트리스 제어 보상 전/후 파형(구간 확대) 439

그림 633. 모의 장기 수명 시험(Z축) 467

그림 634. 모의 장기 수명 시험(Y축) 468

그림 635. 모의 장기 수명 시험(X축) 468

그림 636. 충격시험(Z축) 469

그림 637. 충격시험(Y축) 469

그림 638. 충격시험(X축) 470

그림 639. 기능 랜덤 시험(Z축) 470

그림 640. 기능 랜덤 시험(Y축) 471

그림 641. 기능 랜덤 시험(X축) 471

그림 642. 방수시험 472

그림 643. 전도 장해, 정전기 방전 내성 시험 473

그림 644. 전자파 방사 및 전기적 과도현상 내성 시험 473

그림 645. 과도현상 및 서지 내성 시험 474

그림 646. 전자파 전도 및 전자파 전도 내성 시험 474

그림 647. 최초 추진제어장치의 구성안(SST+인버터) 497

그림 648. 추진제어장치 구성 회로도(컨버터+인버터) 497

그림 649. 고압 결선 확인 498

그림 650. 저압 결선 확인 498

그림 651. 견인전동기 취부성 확인 498

그림 652. 추진제어장치 배치 499

그림 653. 추진제어장치 결선 499

그림 654. 대차 분리용 드랍 테이블 500

그림 655. 드랍테이블을 이용한 대차 분리 500

그림 656. 기존 유도기 커플러 탈착 500

그림 657. 탈착된 커플러 500

그림 658. 커플러 설치된 영구자석... 500

그림 659. 영구자석 동기전동기 시제품 대차 설치 501

그림 660. 대차에 설치된 영구자석 동기전동기 시제품 501

그림 661. 차량에 설치된 영구자석 동기전동기 시제품 501

그림 662. 레졸버 센서 결선 502

그림 663. 고압 케이블 결선 502

그림 664. 추진시스템 현차 시운전 정상 작동 확인 506

그림 665. 반도체변압기 모듈 이전 설치 사진 519

그림 666. 반도체변압기 현차시점 준비 519

그림 667. 반도체변압기-추진시스템 조합시험 추진시스템 파형 520

그림 668. 반도체변압기-추진시스템 조합시험 반도체 변압기 역행 구간 파형 520

그림 669. 반도체변압기-추진시스템 조합시험 반도체 변압기 회생 구간 파형 521