철도차량 상부의 검측장치를 위한 전력 커플러 설계 연구

초록

본 논문에서는 철도차량 상부에서 집전장치의 상태를 모니터링하는 검측시스템에 전원을 공급하기 위한 장치인 전력 커플러에 대한 연구를 수행하였다. 차량 상부의 집전 환경을 고려하여 전류가 주변압기로 집중되는 위치에자기장 결합이 가능한 전력 커플러를 장착하여 소전력을 수집하는 방법을 제안하였다. 주변압기 전력선과 커플러 동작에 대한 등가회로 모델을 이용하여 수집 가능한 전력 및 설계 제한사항을 분석하였고 검측장치에 필요한 전력을 수집할 수 있는 전력 커플러를 설계/제작하였다. 실험을 위해 제작한 전력 커플러를 차량 상부의 집전설비와 유사한 구조에 설치하였고 전력선 전류를 바꿔가며 수집 전력을 측정하였다. 그 결과 전력선의 전류가 30A 이상일 때 검측장치의 최대사용전력을 초과하는 2W 이상 수집 가능함을 보였다. 또한, 지하철 실 노선에서의 전동차 운행 전력을 분석하여 실제 환경에 전력선 커플러를 적용하였을 경우 수집 가능한 전력이 평균 2.85W임을 보였다. 본 연구결과는 제안한 전력 커플러가 보조 전원공급이 어려운 고압 환경의 검측장치 및 전기 장치에 외부의 전원공급 없이 지속 가능한 전력을 공급할 수 있는 방법임을 보여준다.

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