	현대로템주식회사 레일솔루션연구소	문서번호 :	REDU301357
		개정일자 :	2022.03.08
		개정번호 :	Rev. 0
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서울교통공사 3호선 전동차

구원운전 PWM 제어 동작불량 개선

기술검토서

현대로템주식회사

승 인	2022. 03. 08.	곽 호 승
검 토	2022. 03. 08.	손 민 규
작 성	2022. 03. 08.	명 민 식
	일 자	성 명	서 명

	서울교통공사 3호선 전동차	문서번호 :	REDU221450
		개정일자 :	2022.03.08.
		개정번호 :	Rev. 0
		페 이 지 :	/

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목   차

1. 개요	4

2. 현황	4

3. 원인	4

4. 개선방안 검토	4

5. 결론	6

개요

본 검토서는 기존 서울교통공사 3호선 340칸 차량(구원차)이 신조 150칸 차량(고장차)을 구원운전할 때 전압강하에 의한 고장차의 PWM 제어 동작불량에 대하여 개선 방안을 검토하는 것을 목적으로 한다.

현황

기존 3호선 340칸 차량(구원차)이 신조3호선 150칸 차량(고장차)을 구원운전 시험에서 고장차의 제동압력이 제어 및 TCMS 공압 현시가 정상적으로 되지 않는 현상이 발생함.

원인 분석

구원되는 차량 (150칸)의 입력 임피던스가 340칸 전동차보다 낮은 경우, 전선에 흐르는 전류값이 증가하여 전선저항에 의한 전압강하 값이 증가하게 된다. 전압강하 값이 과도하게 될 경우 부하측 (ECU, TCMS, 추진 인버터 등)에서 받는 PWM의 전압값이 낮아져 오류가 발생할 수 있다.

PWM 사양 검토

4.1 3호선 340칸 전동차와 2호선 214칸 전동차 PWM 엔코더 사양 비교

1) 2호선 전동차에 적용된 PWM 엔코더의 사양은 3호선 340칸 전동차에 사용된 엔코더의 사양과 동일하다. 단 2호선 전동차에 전용된 PWM 엔코더의 출력전압을 제작시 제작사양 범위 안에서 높게 설정하여 제작하였다.(호환성 확인 표1, 표2, 표3 참조)

	2호선 전동차 214칸	3호선 340칸 전동차
동작전원	DC70V~110V	좌동
주간제어기 입력전압	DC0V~5V	좌동
PWM Duty	500Hz±10Hz 0%~100%	좌동
PWM 전압	설계 : DC24V±4 제작관라: DC24V+4	설계 : DC24V±4 제작관라: DC24V±4

표1. 2호선 214칸 전동차와 3호선 340칸 전동차 엔코더 일반사양 비교

2호선 전동차 214칸			3호선 340칸 전동차
주간제어기 지령	전위차계 전압(V)	엔코더 PWM Duty(%)	전위차계 전압(V)	엔코더 PWM Duty(%)
EB	0.61±0.07	-	좌동	좌동
B7	0.97±0.07	90.0-5	좌동	좌동
B6	1.17±0.07	79.5±5	좌동	좌동
B5	1.36±0.07	69.6±5	좌동	좌동
B4	1.56±0.07	59.2±5	좌동	좌동
B3	1.76±0.07	48.7±5	좌동	좌동
B2	1.96±0.07	38.2±5	좌동	좌동
B1	2.16±0.07	27.8±5	좌동	좌동
N	2.50±0.07	10.0±5	좌동	좌동
P1	3.11±0.07	36.0±5	좌동	좌동
P2	3.54±0.07	54.3±5	좌동	좌동
P3	3.96±0.07	72.1±5	좌동	좌동
P4	4.38±0.07	90.0±5	좌동	좌동

표2. 2호선 214칸 전동차와 3호선 340칸 전동차 엔코더 PWM 상세사양 비교

핀번호	2호선 214칸 전동차	3호선 전동차
1	주간제어기 전원 DC0V	좌동
2	주간제어기 포텐셜미터 전압 출력	좌동
3	주간제어기 전원 DC5V	좌동
4	엔코더 전원 DC100V	좌동
5	HCR2 OFF 시 엔코더 OFF	좌동
6	AFSB Signal	좌동
7	엔코더 전원 DC100V	좌동
8	ENF Signal	좌동
9	ENF Signal	좌동
10	-	좌동
11	엔코더 전원 DC0V	좌동
12	AFSB Signal	좌동
13	-	좌동
14	-	좌동
15	-	좌동
16	-	좌동
17	PWM Output (-)	좌동
18	PWM Output (+)	좌동
19	FG	좌동
20	24V(-) (ATO 자동 운전용)	-
21	GROUND (ATO 자동 운전용)	-
22	0~20mA (ATO 자동 운전용)	-
23	0~20mA(optional)	좌동
24	-	좌동

표3. 2호선 214칸 전동차와 3호선 340칸 전동차 엔코더 커넥터 핀배열 비교

PWM 출력의 과도한 전압강하 현상 개선방안

1) 부하 임피던스 증가

PWM 신호를 입력으로 사용하는 TCMS, ECU 추진인버터의 입력 임피던스를 높임으로서, 소비전력값을 낮출 수 있으며, 이는 PWM 신호 전선에 흐르는 전류값을 낮추는 효과가 있게 된다. 결론적으로 전선에 흐르는 전류값이 낮아짐으로써, 전선 전압강하량이 낮아져, 부하단에서 높은 PWM 전압값을 받게 되어, 전압강하에 의한 오류는 개선될 것으로 판단 된다.

2) PWM 엔코도 출력전압 상승

상기 1)항에서 제시한 부하의 임피던스를 높이는 방안이 어려울 경우, 엔코더의 출력전압을 높이면 최종 부하단에서 받는 전압값이 상승하는 효과가 있어 오류가 개선될 수 있을 것으로 판단된다.

결론

상기에서 기술한 바와 같이, PWM 신호의 전압강하에 의한 오류를 개선하는 방안을 검토하기 위하여 2호선 214칸과 3호선 340칸의 PWM 엔코더의 사양을 비교해 보았고, 개선할 수 있는 방안에 대하여 검토하였다.

2호선 214칸과 3호선 340칸의 PWM 엔코더의 사양은 동일하여 (제작 관리된 전압 제외) 상호 호환성이 있음을 확인하였다.

따라서 아래의 두 가지 방안이 PWM 신호 전압강하로 인한 문제를 개선할 수 있는 방안이 될 수 있을 것으로 판단된다.

1) 부하단의 PWM 입력포트의 임피던스값 증가.

2) PWM 출력 전압값이 높은 엔코더 사용

(2호선 214칸에 적용된 PWM 엔코더의 출력전압이 3호선 340칸 엔코더보다 2[V] 높도록 제작 관리 됨)