현재 제동장치(Brake system)는 운동에너지를 열에너지로 바꾸어 공기 중으로 발산시킴으로서 제동 작용을 하는 마찰형 Brake가 대부분이다. 이러한 제동장치 속에는 리터더라는 제동력을 유발하는 장치가 있는데 이중 빠른 응답특성을 띄는 전기식 리타더의 단점인 전기에너지 소비 측면을 극복하기 위하여 제동에너지를 전기에너지로 회생하여 에너지를 절감 할 수 있는 기술이 선진국에서는 이미 진행이 되고 있다. 본 논문에서는 리타더에서 발생되는 3상 전압을 정류하여 받은 DC전압을 입력으로 받아 24V로 강압시키고 배터리를 충전하는 DC-DC 컨버터를 제작하고 이에 따른 보완점 및 타당성을 실험을 통하여 검증하였다.
전동차가 주행중에 브레이크 페달의 작동으로 주행모터의 양단에 발전된 전류는 전기에너지 특성상 바로 소비되지 않으면 제동력이 발생하지 않는 현상(회생 실효)가 발생하기 때문에 주변에 역행차량이 없거나 가선 전압이 안정되지 않는 경우 안정된 제동성능을 확보할 목적으로 발전제동을 병설한 차량이 존재하고 있다. 그래서 입력된 에너지의 55%를 전동차에서 소비하고 하구배 구간이나 회생 제동시 45%의 입력에너지 사용되며 그중25%는 가선을 통해 다른차 의 역행을 사용되므로 기존의 시스템을 크게 벗어나지 않고 회생 수단,회생 실효를 줄이기 위해서는 변전소의 배출전압저하(5%)정도 하여 회생시 지나친 가선 전압 상승를 완화 시킬 수 있다. 실제로 1호선 직류구간에 혼잡시간때 한구간에 상선기준으로 3대의 전동차가 운행되어 1500V의 전압측정과 비혼잡시간에는 1대~2대의 전동차정도 운행으로 1700~1800V 측정되므로 5%정도 조정은 운행에 지장을 초래하지 않을것으로 사료된다. 적정전압 측정 데이터을 통한 탄력적인 배출전압 조정을 통해 지하철 또한 에너지 소비효율을 위한 연구가 필요하다고 본다.
In this research, the effect of the pressure control of cooperative control system with regenerative brake for a military series hybrid-electric vehicle was studied. A cooperative control system with regenerative brake was developed to maximize regenerative energy from electric traction motors of the vehicle. However, the pressure control method of the system was modified to solve a time delay problem and it deteriorates the performance of the system. A Simulink model including the hybrid-electric components, the cooperative control system with regenerative brake, and the vehicle dynamics was developed and used to find a solution. The regenerative energy ratio with respect to the whole brake energy was increased in this research from less than 60 % to over 80 %.
This paper presents a new regenerative brake system of electric vehicles that employs a continuous variable transmission(CVT) and a flywheel. The developed device has advantages over existing regenerative brakes from a standpoint of reliability and versatility in actual driving conditions. The system consists of a CVT, two wheels, a flywheel, a coupling and auxiliary powertrain components. The CVT is designed as a combination of two cones and a roller, which causes the velocity difference between the wheel and the flywheel. The power flow of the flywheel system is controlled by the CVT roller and the coupling through step motors. A prototype has been developed and then its performance has been investigated for various operating conditions. Results show that the storage efficiency of the flywheel is much affected by the vehicle's velocity and it is reduced below 20% for high speed, as compared to the 25% efficiency for an ideal condition. The CVT is a primary factor for lowering the flywheel efficiencies due to large friction and slipping between the cone and the roller.
본 연구는 전동차를 운전 시, 영구 자석형 동기전동기(PMSM)가 제동할 때 발생한 회생전력은 모두 활용하며, 전기제동에 대하여도 발생한 회생전력을 모두 흡수할 수 있는 능력을 가진 축소모형 전동기 시스템으로 운전함을 가정한다. 축소모형 전동기의 견인시스템은 각 전동기는 영구 자석형 동기전동기(PMSM)를 개별로 제어하는 1C1M방식으로 구축 하였다. 전동차의 승차감 향상 및 에너지의 효율적 이용 등을 위한 방법으로써 벡터제어 방법을 적용하여 관성부하에 대한 시뮬레이션과 축소모형으로 실험을 하여 좋은 결과를 얻었다. 또한, 영구 자석형 동기전동기(PMSM)의 제동력 확보에 의한 회생제동 제어 확보와 전기제동으로 정지하는 극 저속에서의 속도검출과 전동기를 제어하는 방법의 알고리즘에 대하여 연구 하였다.
회생차량에서 직류전원단으로 회생되는 에너지를 교류전원측으로 반환하여 활용하기 위한 장치로서 사이리스터 인버터가 널리 사용되고 있다 기존의 사이리스터 인버터는 단방향의 위상제어방식으로 출력의 역률제어가 불가능하고, 고조파 함유율이 높아 별도의 필터를 필요로 한다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하고자 스위칭 소자로서 양방향 제어가 가능한 IGBT를 채용하여 Space vector PWM 제어를 함으로서 유효전력 및 무효전력 제어가 가능한 인버터를 개발하였다. 개발한 인버터는 상업용으로 실계통에 바로 적용이 가능하도록 경제성 및 신뢰성을 제고하여 전체 제어시스템을 디지털 형식으로 구현하였고, 저대역 필터를 내장하여 고조파 발생을 억제하였으며, 전체 부피를 콤팩트하게 하였다. 본 논문에서는 전기철도 직류급전계통에 적합한 회생 인버터의 설계기준, 기술사양, 전력회로, 인버터 및 계통연계 제어기법, 개발시스템, 시험결과 및 특성 등을 기술하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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