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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 목형수
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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최근 경전철과 자기부상열차에 대한 관심이 높아지는 가운데 특히 소음과 환경적인 부분에서 많은 연구가 진행중이다. 그중 인천공항에서 처음으로 시 운행 중인 자기부상열차에 대한 관심이 많은데 현재 큰 문제는 없으나 자기부상열차는 기상 악화시 흔들림 , 정위치 정차에 대한 위험성이 대두 되고 있다. 그래서 현재도 다방면으로 그러한 작은 문제점을 잡기위한 연구가 진행중이다. 본 논문에서는 자기부상열차에 추진시스템에 들어가는 모터와 기존에 사용되고 있는 제어방식과 새로운 제어방식에 관한 연구를 진행하였고 시뮬레이션과 실차 실험으로 인한 좋은 결과를 도출하였다.
먼저 자기부상 열차에 추진시스템에 사용되고 있는 추진모터로는 회전형 유도전동기가 주로 이용되고 있으나, 회전형 방식의 단점을 보완시킨 선형 유도전동기가 최근 자기부상추진 시스템과 경전철 구동시스템으로써 이용되고 있는 추세이다.
선형유도전동기에 장점은 기존의 회전형 전동기를 이용하여 기계적인 추진력을 기어와 바퀴로 전달하여 레일 위를 달리는 기존의 철도 시스템에서 발생하는 여러 가지 문제점들을 개선하기 위하여 동력변환장치 없이 직선 추진력을 직접 얻을 수 있는 선형 유도전동기를 이용한 철도응용 추진시스템 분야에 관심을 두고 지속적인 연구 및 상용화가 진행되고 있다.
그러나 선형유도전동기는 전기에너지를 기계에너지로 변환하여 직선추력을 발생시키는 에너지 변환장치인데 구조적인 특징에 의해 단부효과가 나타나며 자기부상열차에 부상 쪽에 영향을 미치는 수직력 이 크게 발생하는 등 회전형 유도전동기와는 다른 좋지 않은 특성이 있다. 그러므로 이를 개선 하기 위해서 공극을 크게 설정하게 되면 그 영향으로 누설자속과 자화전류가 커지게 되어 역률과 효율이 나빠지게 된다. 그러나 크랭크 , 벨트 등의 기계적 변환장치가 없이 직선추력의 발생이 가능하기 때문에 시스템의 종합효율이 좋아져 직선형 운동시스템에서는 절대적으로 유리하므로 자기부상 열차, 경전철 , 엘리베이터 등의 구동장치로 선형유도전동기가 쓰이고 있으며 앞으로 연구가 더욱 활발해 질 것으로 예상된다.
자기부상열차의 또 하나의 화두는 선형유도전동기를 이용한 추진시스템에 제어방식이다.
현재 자기부상열차의 추진 및 제동 제어 시에 사용하고 있는 슬립주파수 일정 실효치 전류제어 방식의 기존 제어 알고리즘을 대상으로 운전효율을 향상 시 킬 수 있는 제어방식과 운전모드에 대한 연구는 최근 대두 되고 있는 친환경 시스템의 효율 향상 이라는 문제에 대한 전기적 극복 방안을 제시한다. 자기부상열차에 사용하는 선형유도전동기는 운전시 추진력 뿐 아니라 수직력이 증가하는 특성이 있어 슬립주파수를 낮게 운전 할 경우 부상시스템에 영향을 미칠 수 있는데 그래서 기존의 사용하는 제어방식인 실효치 제어 알고리즘은 슬립주파수를 13.5Hz로 비교적 높게 설정하여 운행하고 있으나, 슬립주파수가 높으면 전동기 자체의 효율이 상대적으로 감소하는 특성이 있어, 에너지 사용량 증가의 원인이 된다. 본 논문에서는 두 개의 제어 방식을 동일한 조건에서 모의실험에서 증명하였고 연구결과에 따른 최종 실차 실험을 실시하며 최종 모의실험과의 결과와 실제 실차 실험 시스템의 실험결과를 비교분석하여 본 논문의 타당성을 검증한다.
먼저 자기부상 열차에 추진시스템에 사용되고 있는 추진모터로는 회전형 유도전동기가 주로 이용되고 있으나, 회전형 방식의 단점을 보완시킨 선형 유도전동기가 최근 자기부상추진 시스템과 경전철 구동시스템으로써 이용되고 있는 추세이다.
선형유도전동기에 장점은 기존의 회전형 전동기를 이용하여 기계적인 추진력을 기어와 바퀴로 전달하여 레일 위를 달리는 기존의 철도 시스템에서 발생하는 여러 가지 문제점들을 개선하기 위하여 동력변환장치 없이 직선 추진력을 직접 얻을 수 있는 선형 유도전동기를 이용한 철도응용 추진시스템 분야에 관심을 두고 지속적인 연구 및 상용화가 진행되고 있다.
그러나 선형유도전동기는 전기에너지를 기계에너지로 변환하여 직선추력을 발생시키는 에너지 변환장치인데 구조적인 특징에 의해 단부효과가 나타나며 자기부상열차에 부상 쪽에 영향을 미치는 수직력 이 크게 발생하는 등 회전형 유도전동기와는 다른 좋지 않은 특성이 있다. 그러므로 이를 개선 하기 위해서 공극을 크게 설정하게 되면 그 영향으로 누설자속과 자화전류가 커지게 되어 역률과 효율이 나빠지게 된다. 그러나 크랭크 , 벨트 등의 기계적 변환장치가 없이 직선추력의 발생이 가능하기 때문에 시스템의 종합효율이 좋아져 직선형 운동시스템에서는 절대적으로 유리하므로 자기부상 열차, 경전철 , 엘리베이터 등의 구동장치로 선형유도전동기가 쓰이고 있으며 앞으로 연구가 더욱 활발해 질 것으로 예상된다.
자기부상열차의 또 하나의 화두는 선형유도전동기를 이용한 추진시스템에 제어방식이다.
현재 자기부상열차의 추진 및 제동 제어 시에 사용하고 있는 슬립주파수 일정 실효치 전류제어 방식의 기존 제어 알고리즘을 대상으로 운전효율을 향상 시 킬 수 있는 제어방식과 운전모드에 대한 연구는 최근 대두 되고 있는 친환경 시스템의 효율 향상 이라는 문제에 대한 전기적 극복 방안을 제시한다. 자기부상열차에 사용하는 선형유도전동기는 운전시 추진력 뿐 아니라 수직력이 증가하는 특성이 있어 슬립주파수를 낮게 운전 할 경우 부상시스템에 영향을 미칠 수 있는데 그래서 기존의 사용하는 제어방식인 실효치 제어 알고리즘은 슬립주파수를 13.5Hz로 비교적 높게 설정하여 운행하고 있으나, 슬립주파수가 높으면 전동기 자체의 효율이 상대적으로 감소하는 특성이 있어, 에너지 사용량 증가의 원인이 된다. 본 논문에서는 두 개의 제어 방식을 동일한 조건에서 모의실험에서 증명하였고 연구결과에 따른 최종 실차 실험을 실시하며 최종 모의실험과의 결과와 실제 실차 실험 시스템의 실험결과를 비교분석하여 본 논문의 타당성을 검증한다.
목차
제1장 서론 1제1절 연구배경 및 목적 11. 연구배경 및 목적 12. 선형 유도 전동기의 특성 및 해석 3가. 선형 유도전동기 3나. 선형전동기와 회전형 전동기의 기본적인 특징비교 41. 수직력(Normal Force) 62. LIM의 추진력과 수직력의 관계 7제2장 LIM 모델링 9제1절 선형 유도전동기 구동시스템 모델링 91. 선형유도전동기의 시뮬레이션 모델 132. 기계 부하 시스템 모델 15제3장 LIM 추진 제어 기법 17제1절 선형유도전동기의 제어 알고리즘 171. 슬립주파수 일정 전류 실효치 제어 알고리즘 172. 슬립 주파수 일정 벡터제어 알고리즘 193. 슬립 주파수 일정 실효치 전류제어와 벡터제어 알고리즘 특성비교 26제4장 모의실험 28제1절 슬립주파수 일정 실효치 전류제어 모의실험 281. 모의실험 조건 및 결과 28제2절 슬립주파수 일정 벡터제어 모의실험 351. 모의실험 조건 및 결과 35제3절 벡터제어방식의 슬립주파수 가변에 따른 모의실험 391. 모의실험 조건 및 결과 39제5장 실차 실험 및 결과 50제1절 제어 알고리즘 별 운전 효율 특성 실험 501. 실험내용 502. 실험환경 503. 실험결과 53제6장 결론 58참고문헌 61국문초록 63
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