철도차량용 급전라인 분할구동 기반 무선급전 시스템

초록

본 논문에서는 길이가 긴 Coreless 권선으로 구성된 기존의 철도차량용 무선급전 라인을 분할함으로써 무선급 전의 권선손실을 줄이고 인체 및 전자장비가 자기장 방사로부터 안전한 급전라인 분할구동 시스템을 제안한다. 종래의 긴 길이의 무선급전 라인은 철도차량이 정차한 상황에서의 정적 충전(Stationary Charging) 뿐만 아니라, 순간적으로 큰추진전력을 필요로 하는 역행하는 상황에서도 동적 충전(Dynamic Charging)이 가능하도록 한다. 긴 길이에 걸친 넓은 범위의 전자기장(Electromagnetic Field, EMF) 방사로 인해 철도차량이 없는 무선급전 라인 주변의 사람 및 전자장비가 존재하는 경우, 인체가 EMF로부터 노출되고 전자장비가 오동작할 수 있는 가능성이 있다. 또한, 사용하지 않는 자기장의 무효전력으로 인한 권선손실이 불필요하게 발생하므로 Coil-to-Coil 효율이 저하될 수 있다는 단점을 가진다. 본 논문에서는 종래에 사용되는 1개의 송신 인버터만을 사용하며 무선급전 라인을 2개로 분할하고 철도차량의 위치에 따라 선택적으로 구동하는 방법론을 제안한다. 제안하는 무선급전 분할방식의 EMF 및 효율 분석, 기존 방법론과의 성능 비교를 위해, Finite-Element-Method (FEM) 기반 Maxwell 3D 시뮬레이션 및 PSIM 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 2개의 분할된 4.5m 길이의 송신라인 사용시, 9.0m의 1개의 송신라인 사용 대비 0.6% 효율이 증가함을 확인하 였고, 분할 구동방식의 구동하지 않는 코일측의 EMF 수준도 대폭 감소함을 시뮬레이션을 통해 확인하였다.

키워드