내연기관차의 대체를 위한 전기차의 해결과제

박오영 ( Ohyoung Park ) 인문사회 21 2023 인문사회 21 Vol.14 No.1

연구 목적: 산업 전반에 중추적인 역할을 하여온 내연기관차의 폐지가 국가 산업에 미치는 영향에 대하여 분석하고 전기차 일변도로 개발하여 가는 데 대한 해결과제와 문제점을 검토한다. 연구 방법: 전기차와 하이브리드차의 10년간의 총소유 비용과 손익을 분석하고 하이브리드차의 이점과 전기차와 내연기관차의 가격을 비교하고 검토하였다. 연구 내용: 내연기관차의 몰락으로 인한 산업 전반의 대응 방법을 검토하고 전기차 배터리의 원재료 수급에 대한 차이나 리스크와 전기차 일변도의 개발로 협력 업체와 종업원들의 리스트라 및 배터리 원자재의 급등 충전기 부족 전기차 보조금의 축소 등 전기차의 해결과제와 문제점을 분석하고 검토한다. 결론 및 제언: 내연기관차의 기술을 보전하고 발전시켜가야 하는 것에 대한 분석과 검토를 하였다. 전기차와 하이브리드차의 기술도 발전시키며 차량 개발의 다양화로 소비자의 차량 선택 범위를 넓혀가야 할 필요가 있다, 전기차의 확산을 위하여 산재한 과제를 선결하여야 하며 소비자가 시장을 선도하여 갈 것이다. The impact of the abolition of an internal combustion engine, which has played a pivotal role in the overall national industry, was analyzed and reviewed. In addition, the problems of China’s risk on the supply and demand of electric vehicle batteries were investigated. Furthermore, we analyzed the problems and challenges brought about by the decrease in the employment of partners and employees due to the unilateral development of electric vehicles. By analyzing the total cost of ownership and profit and loss of electric vehicles and hybrid vehicles over ten years, the advantages of hybrid vehicles and ways for consumers to choose vehicles are suggested. The need to expand the range of vehicle choices for consumers through the diversification of vehicle development was reviewed. Ultimately, for the spread of electric vehicles, the discussed problems must be resolved first, and consumers will lead the market.

8200호대 전기기관차 국산화 개발을 위한 연구

이진국(Jin-kook Lee),채승민(Seung-Min Chae),이영호(Young-Ho Lee) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.10

최근 범국가적인 저탄소 환경정책에 따라 대중교통 수단으로서 철도의 중요성이 증가하고 있다. 그러한 측면에서 에너지효율이 높고 환경 친화적이라는 강점을 가진 전기기관차 분야의 연구는 대용량화 및 유지보수 등의 신기술 도입과 더불어 꾸준히 진행되고 있다. 전기기관차 구동용 인버터 장치에 사용되는 소자로서 기존에는 GTO가 주로 사용되어 왔으나 최근 일본 및 유럽의 여러 제조사에서 비교적 대용량의 IGBT가 생산됨에 따라 IGBT가 전기기관차 분야에서 새로운 소자로 부각되기 시작하였다. IGBT는 GTO에 비해 스위칭 주파수나 소음 및 GDU의 간단성 등의 장점을 가지고 있어 기존의 시스템과 비교하여 고조파 저감 효과를 달성할 수 있으며 하드웨어 구성 또한 용이하게 된다. 본 논문에서는 기존 GTO Thyrister 방식의 VVVF 인버터를 IGBT를 주 소자로 한 인버터로 개량한 8200호대 전기기관차의 국산화 개발 연구에 관해 서술하고 시뮬레이션을 기반으로 시스템 구성과 제어 성능의 타당성을 입증하고자 한다. 시뮬레이션은 DC링크단을 공유한 PWM 컨버터 및 인버터로 구성되어 있으며 수학적으로 모델링한 유도전동기와 전기기관차에 적용하여 컨버터 입력단의 단위역률제어, 지령 입력에 대한 DC링크 전압제어 성능 및 전기기관차속도 응답특성을 확인할 수 있다. This paper studied on the power conversion system for electric locomotives. The system uses the IGBT for electric power conversion element. Compared to the GTO, the advantage of the IGBT is that has more higher switching frequency, lower noise and simplicity for GDU. Therefore, it is accomplished reduction of the harmonics, easy for hardware configuration. In this paper, it is described localization development for 8200 series electric locomotives.

전기기관차용 대용량 주변환장치 성능시험 방법에 대한 고찰

이재욱(Jae-Wook Lee),김형균(Hyung-Gyun Kim),박신(Shin Park),박영호(Yeong-Ho Park) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.5

전기기관차는 동력 집중식으로 기관차 내에 주변환장치를 통해서 추진제어장치와 보조전원장치에 전력을 공급하는 방식으로 일반 전동차에 비해 용량이 매우 크다. 일반 전동차의 경우 동력 분산식으로 동력차 1량당 출력이 800~1000kW 정도로 작으나, 전기기관차의 경우 동력차 1량의 견인전동기 한 대당 출력이 1000Kw를 뛰어넘는 대용량이다. 따라서 제작사에서 이러한 대용량 전기기관차를 성능시험 하는데 있어서 시험 설비 및 시스템 구성에 고려해야 할 사항이 많다. 본 논문에서는 화물형 전기기관차의 전장품 시스템 구성과 성능시험시 필요한 설비구성, 성능시험결과에 대해 소개하고자 한다. Electric Locomotive is concentrated power system and has the way provide to propulsion system and auxiliary power system through the main power unit. General subway train is power distribution system and the output of power driving car is low and commonly 800 ~ 1000Kw. But electric locomotive’s output per one traction motor is easily exceed 1000kw. So, there are several important point to organize electric locomotive’s test facilities and system formation in manufacture company. In this paper, we explain freit electric locomotive’s electric equipment system composition and test facilities composition which are needed for perpormance test and test result.

전기기관차(8200호대) 신규 보조전원장치 적용 시 MVB 통신프로토콜 중 고장코드에 관한 연구

배영규(Young Kyu Bae),신화송(Hwa Song Shin),정휘섭(Hwi Seob Jeong),손기환(Ki Hwan Son) 한국전자통신학회 2018 한국전자통신학회 논문지 Vol.13 No.2

현재 운용되고 있는 전기기관차(8200호대) 전장품의 부분적 국산화를 위해서는 전기기관차내의 장치간 MVB 통신프로토콜에 대한 분석이 우선 진행되어야 한다. 그 중에서도 신규 개발된 보조전원장치가 적용되었을 때 우려되는 사항인 고장발생 시 동작에 대한 분석이 필요하다. 본 논문에서는 분석된 통신프로토콜을 적용한 신규 개발 통신제어장치를 통해 신규 보조전원장치를 기존 전기기관차에 적용하였을 때 정상동작 뿐만 아니라 고장발생 시 동작에도 문제없이 작동하도록 고장코드에 대한 MVB 통신프로토콜을 분석하였다. In order to partially localize the electric locomotive(8200 series) currently being operated, analysis of the inter-device MVB protocol in the electric locomotive should be performed first. Especially, it is necessary to analyze the operation when a newly developed auxiliary power supply is applied. In this paper, when a new auxiliary power supply applied to a conventional electric locomotive through a newly developed communication control unit using the analyzed protocol, a protocol for a failure codes was analyzed.

전기기관차의 북한철도 운행을 위한 견인정수 선정 연구

이건복(Gunbok Lee),이장무(Chang-Mu Lee),김명룡(Myung Yong Kim),이준석(June-Seok Lee) 한국철도학회 2021 한국철도학회논문집 Vol.24 No.8

전기기관차 운영노선 확대에 따른 차륜마모 특성에 관한 연구

안춘근(Chun-Kun Ahn),원시태(Si-Tae Won),김원경(Won-Kyong Kim) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.11

본 논문은 8200 형 전기기관차 운영노선이 2005 년 부터 국내 주요노선 전철화 및 개통에 따라 중앙선, 태백선 등 산업선에서 경부선, 호남선 등 주요노선으로 확대 운영되면서 차륜교환 주기가 급속히 도래되는 현상이 발생하였고 이에 따라 전기기관차 차륜마모 특성에 대한 연구가 필요하게 되었다. 주요 운영노선에 대하여 레일환경과 특성에 대하여 다각적으로 분석하였고, 급속히 진행되는 차륜교환 주기 도래에 대한 원인에 대하여 운영노선에서의 차륜 마모진행 과정을 실측하여 마모 특성을 파악할 수 있었다. 또한 차륜마모는 철도차량의 운영상 필연적이나 철도차량의 효율적인 운영을 위해서는 차륜마모를 최소화 할 필요성이 있어 8200 형 전기기관차 차륜마모 특성을 감안하여 마모를 최소화 할 수 있는 최적의 차륜관리 기준을 제시하였고 유지보수 방법 기초 자료로 활용할 수 있도록 하였다. In this paper we model 8200 electric locomotives operating domestic routes since 2005 according to the center line of the main line electrification and the opening in line taebaekseon industries including Gyeongbu , Honam expanded to major routes including operating as a rapid replacement cycle wheel that are coming this phenomenon occurred wear properties of the electrical locomotive wheels became necessary for the study. The main route for the rail operating environment and characteristics were analyzed for the multi-faceted , fast wheel replacement cycle is in progress, the reason for the advent of the wheel wear for the operating routes of progression was measured to determine the wear characteristics . The operation of the railway vehicle wheel wear also inevitable and efficient operation of the railway vehicle wheel wear and the need to minimize wear properties of a 8200type electric locomotive wheels to minimize wear and tear considering the wheel of the best maintenance management standards were presented repair method was to be used as the basis.

Polach 점착 모델 및 차량 동역학 모델 기반의 최대 점착 제어 기법에 관한 연구

이원정,강주석,이형우,박찬배,이재범 한국철도학회 2024 한국철도학회논문집 Vol.27 No.9

친환경 정책의 확대와 함께 기존 철도의 전철화 및 전기 기관차로의 패러다임 전환이 주요 이슈로 부상하고 있으며, 전기 기관차의 효율 향상이 중요한 과제로 강조되고 있다. 전기 기관차의 효율성에 큰 영향을 미치는 요인 중 하나는 주행 중 발생하는 슬립 현상이다. 슬립 발생 시 최대 점착력을 충분히 활용하지 못하면 견인력이 저하 되는 문제가 발생한다. 따라서 철도 차량의 효율을 최적화하기 위해서는 발생한 슬립을 신속하게 해소하면서 최대 점착력을 활용할 수 있는 제어 기법의 개발이 필수적이다. 본 논문에서는 차량 동역학 모델과 점착 환경을 정밀하게 모델링할 수 있는 Polach 모델을 적용하여, 이전에 제안된 최대 점착 제어 알고리즘의 제어 과정과 성능을 분석하였다. 또한, Matlab Simulink를 활용한 시뮬레이션을 통해 제안된 점착 제어 기법이 최대 점착력의 사용 가능 여부와 슬립 현상을 효과적으로 억제할 수 있는지 검증하였다. As eco-friendly policies expand, the electrification of railways and the shift to electric locomotives are emerging as critical issues, with the enhancement of electric locomotive efficiency being a key challenge. One significant factor affecting this efficiency is the phenomenon of slip during operation, which can lead to reduced traction force if maximum adhesion force is not fully utilized. Therefore, the development of control techniques that quickly resolve slips and effectively utilize maximum adhesion force is essential for optimizing railway vehicle efficiency. This paper applies the Polach model, capable of precisely modeling vehicle dynamics and adhesion environments, to analyze the control process and performance of a previously proposed maximum adhesion control algorithm. Furthermore, simulations using Matlab Simulink were used to verify the capability of the proposed adhesion control technique to utilize maximum adhesion force and effectively suppress slip phenomena.

8200호대 전기기관차 견인전동기의 운전 특성 해석

정진욱(Jin-Uk Jeong),김기찬(Ki-Chan Kim),임채웅(Chae-Woong Lim) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.10

8200호대 전기기관차는 EuroSprinter 2세대 화물형인 ES64F를 원형으로 하여 대한민국의 운용 환경에 맞추어 조정한 기관차이다. 지멘스에서 유명한 VVVF 인버터 계열인 SIBAS32계열 전장품을 사용하며, 1300[kW]급 견인전동기 4개로 5200[kW]의 출력을 낼 수 있다. 현재 8200호대 전기기관차는 견인전동기의 노후화로 인해 유지보수가 잦아지고 있는 실정이며, 원천기술의 미확보로 인해 고장에 대한 신속한 대응이 어려워지고 있다. 이에 8200호대 견인전동기의 국산화에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 8200호대 전기기관차 견인전동기의 사양과 FEM모델에 대해 기술하였으며, 전원주파수와 견인전동기의 속도 변화에 따른 T-N 커브 및 운전점의 특성을 해석하였다. Korail 8200 series are electric locomotives reconstructing the second generation model of the Siemens EuroSprinter ES64F to adjust them to Korean operating environment. With four 1,300 kW electric motors, the total traction power is 5,200 kW by using SIBAS32 of VVVF inverter. Although the series have been needed more maintenance works with their deterioration, it is difficult to deal with that due to the lack of source technology. As a result, the research on the localization of technology is being performed nowadays. This paper is aimed at introducing the traction motor’s specification and the result of FEM, and analyzing driving characteristics as well as T-N curve according to the change of source frequency and the motor’s rotative velocity.

IGBT 소자를 이용한 8200 대 전기기관차 추진제어용 컨버터 제어

정노건(No-Geon Jung),장진영(Chin-Young Chang),김양수(Yang-Su Kim),김재문(Jae-Moon Kim) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.5

8200 대 전기기관차가 도입된 이래로 추진제어 시스템의 주요장치인 전력변환시스템은 주 회로 스위칭 소자로서 GTO(Gate Turn-Off) 사이리스터를 적용하고 있다. 하지만 전력변환시스템을 구성하고 있는 주요 부품의 단종과 일부 부품의 확보가 어려워짐에 따라 유지보수비용이 크게 증가하게 되고 고장수리에 대해 신속한 대응이 어려운 실정이다. 따라서 본 논문은 8200 대 전기기관차에 대한 추진제어기술을 확보하기 위하여 최근 많이 적용되고 있는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 이용하여 8200 대 전기기관차 추진제어용 컨버터를 모델링하고 제어에 따른 동작특성을 분석하였다. Power conversion system that is major unit of the propulsion control system has applied GTO thyristor as a switching semiconductor device of main circuit since introduction of the 8200 electric locomotive. But problem that quick maintenance is difficult and its cost is increasing occurs because major components of the power conversion system are discontinued. In this paper, it was analyzed the control performance characteristic of the 8200 electric locomotive propulsion control converter modeling using IGBT which is applied recently to ensure propulsion control technology.

철도 작업선내 하이브리드 전기기관차 운영을 위한 기초 연구

김학성(Hag-Seoung Kim),김경태(Kyoung-Tae Kim),권용장(Young-Jang Kwon),방연근(Youn-Keun Bhang) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.10

우리나라 전철화율은 경부 고속철도 개통을 기점으로 2003년 21%대에서 2004년 47%대로 증가하였으며 이후 매년 4.25% 대의 지속적인 전철화 증가세를 보이고 있다. 전기철도는 수송력 증강, 에너지 절감으로 동력비 및 CO₂ 배출 감소 등 많은 장점을 가지고 있으나 컨테이너 상·하역 작업을 위한 작업선 등에서는 컨테이너 상하역기인 리치 스태커와 트랜스 크레인 등의 사용으로 인하여 안전상의 문제로 전철 가선을 설치하지 못하고 운영함으로써 전기 기관차 운영에 애로 구간으로 되어 있다. 이에 본 연구에서는 가선이 없는 구간인 철도 작업선에서 입환 등의 운영이 가능한 배터리 하이브리드 전기 기관차에 대한 기술적 요구 사항과 운영 방법 등을 확인하였다. The rate of electrification leapt from 21% to 47% right after the KTX line began commercial service in 2004 since then the rate has been continuously increased by 4.25% every year. The electric railway has a lot of advantages such as more transport capacity and less energy consumption so that the cost of fuel and green-house gases were reduced significantly. However, all most of railway freight terminals and container yards are operated without catenary system in Korea because of reach stackers and trans cranes for container handling. In consequence, these railway freight facilities are causing difficulties in operation of electric locomotive. Therefore, in this paper, the technical requirements of developing battery hybrid locomotive powered by battery and electricity motor to overcome these difficulties were investigated as well as the barriers of technologies were analysed.