KR100458177B1 - DC variable circuit system by train - Google Patents

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KR100458177B1
KR100458177B1 KR10-2001-0077099A KR20010077099A KR100458177B1 KR 100458177 B1 KR100458177 B1 KR 100458177B1 KR 20010077099 A KR20010077099 A KR 20010077099A KR 100458177 B1 KR100458177 B1 KR 100458177B1
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김길동
박현준
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조정민
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Abstract

본 발명은 철도차량용 직류가변 주회로 시스템에 관한 것으로;The present invention relates to a DC variable main circuit system for a railway vehicle;

그 목적은 나라와 나라 또는 대륙과 대륙을 횡단하는 장거리용 철도차량의 운행에 있어, 개별적 특성을 갖는 각 국가의 철도시스템 및 급전방식에 따라 탄력적으로 대응되게 하여 철도차량의 교체없이 직결 운행을 할수 있도록 한 철도차량용 직류가변 주회로 시스템을 제공함에 있는 것이며, 또 다른 목적으로는, 철도차량의 장거리 운행중 지역(나라와 나라 또는 대륙과 대륙 등) 설비특성에 따라 입력되는 직류(DC) 3000V 및 직류 (DC) 1500V의 가변전원을 탄력적으로 수전, 회생되도록 하고, 또한 이를 기계적 스위치를 이용하여 절환가능하도록 하여 원할한 전원의 공급 및 순시 전압제어를 가능하도록 한 철도차량용 직류가변 주회로 시스템을 제공함에 있는 것이다.Its purpose is to operate the long-distance railcars crossing the country and the country or the continents and continents, so that they can be flexibly operated according to the railroad system and the feeding method of each country with individual characteristics so that they can be operated directly without replacement of the railroad cars. It is to provide a DC variable main circuit system for a railway vehicle, and another object is to provide DC 3000V and DC input according to the facility characteristics of a railway vehicle in a long distance operation (country and country or continent and continent). (DC) To provide a DC variable main circuit system for railroad cars that can flexibly receive and regenerate a variable power supply of 1500V and switch it using a mechanical switch to enable smooth supply of power and instantaneous voltage control. It is.

따라서, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;Therefore, the specific means of the present invention for achieving the above object;

가변전원 공급선과 연결되는 가변전압변환장치와, 그리고, 다수개의 기계적 스위치에 의해 직렬과 병렬로 선택적 구성되는 2대의 인버터를 회로적 연결하여 전동기(M)에 철도차량 운행에 필요한 전류를 공급되게 하므로서 달성된다.By connecting a variable voltage converter connected to a variable power supply line and two inverters, which are selectively configured in series and parallel by a plurality of mechanical switches, the electric motor M is supplied with current required for railroad vehicle operation. Is achieved.

Description

철도차량용 직류가변 주회로 시스템{DC variable circuit system by train}DC variable circuit system by train}

본 발명은 철도차량용 직류가변 주회로 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장거리 철도차량 운행중 지역 설비특성에 따라 서로다른 직류전압으로 입력되는 가변전원을 탄력적으로 변환(직류 3000V에서 직류 1500로 변환하거나, 또는 직류 1500V에서 직류 3000로 변환)되게하여 원할한 전원의 공급 및 회생작용을 행할수 있도록 한 철도차량용 직류가변 주회로 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a DC variable main circuit system for a railroad car, and more particularly, to convert a variable power source that is input with a different DC voltage according to local facility characteristics of a long-distance railroad car (reduced from DC 3000V to DC 1500, or Or a direct current variable main circuit system for a railway vehicle, which is capable of supplying and regenerating a desired power by converting the direct current from 1500V to 3000 DC.

일반적으로 철도는 자동차, 비행기, 선박등과 더불어 사람들의 생활을 편리하게 하는 중요한 교통수단의 하나로서, 이러한 철도는 복잡한 산업사회에 있어 지역과 지역간을 연결하는 대규모 운송수단으로서 매우 유용하게 이용되고 있는 실정이다.In general, railways are one of the important means of transportation that make people's lives convenient along with cars, airplanes, ships, etc. These railways are very useful as large-scale transportation between regions in complex industrial society. It is true.

이에, 상기와 같은 철도는 산업사회의 발전과 함께 그 기술력 또한 점진적으로 고속화, 첨단화, 세계화 되고 있는 실정인바, 근래에는 한정된 국가(영토)내에서 지역과 지역을 연결하는 단거리 노선의 범위를 벗어나, 나라와 나라 또는 대륙과 대륙을 횡단 연결하는 국제화된 장거리 철도차량 노선이 구축되고 있는 현실이다.As such, the railway as described above has been developed with the development of industrial society, and its technology has also gradually increased in speed, advanced, and globalized.In recent years, the railway is beyond the range of short-distance routes connecting regions and regions within a limited country (territory). The internationalized long-distance railroad lines that connect countries and countries or continents and continents are being constructed.

하지만, 상기 나라와 나라 또는 대륙과 대륙을 운행하는 장거리용 철도차량은 개별적 특성을 갖는 각 국가의 철도시스템 및 급전방식에 적절히 대응하지 못하는 것으로, 철도차량이 국경지역을 통과할 경우, 그 통과하는 국가의 철도시스템설비 및 급전방식에 따라 그에 적합한 철도차량으로 교체해야 하는 등의 문제점을 갖게 하는 것이었다.However, the long-distance railway vehicles that operate the countries and countries or continents and continents do not adequately correspond to the railway system and the feeding method of each country having individual characteristics, and when the railway vehicles cross the border area, According to the national rail system equipment and power supply system, it had to be replaced with a railroad car suitable for it.

따라서, 근래에는 상기와 같은 장거리 철도운행시 가변적으로 입력되는 전원에 대해 원할히 대처할수 있는 국내 철도차량 추진제어 시스템 개발에 지속적인 노력을 기울이고 있으나, 현재 유럽 및 아시아 철도망에 대한 구체적인 시스템 기술개발은 아직까지 시행되고 있지 못한 상태이며, 단지 지금까지의 기술수준은 직류(DC) 1500V /교류(AC)25kV 를 변환시켜주는 시스템으로서, 일부 개선된 기술을 외국으로부터 이전하여 운행중에 있는 실정이다.Therefore, in recent years, we have made continuous efforts to develop a domestic railway vehicle propulsion control system that can cope with the power input variably during long-distance railway operation. However, the development of specific system technology for European and Asian railway networks is still It has not been implemented and only the technology level up to now is a system for converting DC (DC) 1500V / AC (25kV), and some advanced technologies have been transferred from foreign countries.

하지만, 상기 외국으로 부터 이전된 기술 또한 매우 한정적인 작용을 행하는 것으로, 그 기술 이외의 기타 다른 주파수나 전압하에서는 원할히 대처하지 못하는 것이었던바, 이에 철도차량의 운전에 있어, 서로 다른 직류로 공급받는 직류가변 시스템에 대한 기술은 현재로서 거의 전무하다고 할 수 있는 것이다.However, the technology transferred from the foreign country also performs a very limited function, and was not able to cope with other frequencies or voltages other than that technology. There is almost no technology for direct current variable systems.

따라서, 본 발명는 종래 철도차량용 추진제어 시스템의 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로;Therefore, the present invention was devised to solve the general problems of the conventional propulsion control system for railway vehicles;

본 발명의 목적은 나라와 나라 또는 대륙과 대륙을 횡단하는 장거리용 철도차량의 운행에 있어, 개별적 특성을 갖는 각 국가의 철도시스템 및 급전방식에 따라 탄력적으로 대응되게 하여 철도차량의 교체없이 직결 운행을 할수 있도록 한 철도차량용 직류가변 주회로 시스템을 제공함에 있는 것이다.An object of the present invention is to operate a long-distance railroad vehicle crossing a country and a country or a continent and a continent, and to be elastically corresponded according to the railroad system and the feeding method of each country having individual characteristics so as to operate directly without replacement of the railroad car. It is to provide a DC variable main circuit system for a railway vehicle.

한편, 본 발명의 또 다른 목적으로는, 철도차량의 장거리 운행중 지역(나라와 나라 또는 대륙과 대륙 등) 설비특성에 따라 입력되는 직류(DC) 3000V 및 직류 (DC) 1500V의 가변전원을 탄력적으로 수전, 회생되도록 하고, 또한 이를 기계적 스위치를 이용하여 절환가능하도록 하여 원할한 전원의 공급 및 순시 전압제어를 가능하도록 한 철도차량용 직류가변 주회로 시스템을 제공함에 있는 것이다.On the other hand, in another object of the present invention, the variable power supply of DC (DC) 3000V and DC (DC) 1500V input according to the characteristics of the facility (country and country or continent and continent), etc. during long-distance operation of the railroad car flexibly It is to provide a DC variable main circuit system for railroad cars to allow power reception and regeneration, and also switchable by using a mechanical switch to enable a smooth supply of power and instantaneous voltage control.

이에, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;복수개의 기계적 스위치로 구성되어 가변전원 공급선으로부터 공급되는 가변 전원(DC1500V, DC3000V)에 따라 급전로를 선택적으로 전환하기 위한 가변전압변 환장치와,Accordingly, specific means of the present invention for achieving the above object; Variable voltage conversion for selectively switching the feed path in accordance with the variable power supply (DC1500V, DC3000V) is provided from a variable power supply line consisting of a plurality of mechanical switches Device,

상기 가변전압변환장치의 기계적 스위치의 선택에 따라 직렬 또는 병렬로 연결되어 철도차량의 전동기에 필요한 전원으로 변환하고, 전동기(M)측으로 또는 전동기로부터 전원측으로 가변된 수전 및 회생전원을 공급제어하는 두 대의 인버 터를 구비하여서 달성된다.According to the selection of the mechanical switch of the variable voltage conversion device is connected in series or in parallel to convert the power required for the electric motor of the railway vehicle, and to supply and control the variable faucet and regenerative power supply to the motor (M) side or from the motor to the power side This is achieved by having a large inverter.

도 1은 본 발명에 따른 철도차량용 직류가변 주회로 시스템의 개략 구성도1 is a schematic configuration diagram of a DC variable main circuit system for a railway vehicle according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 철도차량용 직류가변 주회로 시스템의 회로도2 is a circuit diagram of a DC variable main circuit system for a railway vehicle according to the present invention.

도 3은 본 발명에 직류(DC) 3000V의 입력전원이 공급될 경우에 전류흐름도3 is a current flow diagram when the input power of DC 3000V is supplied to the present invention.

도 4는 본 발명에 직류(DC) 1500V의 입력전원이 공급될 경우에 전류흐름도4 is a flow chart of the present invention when the DC 1500V input power is supplied to the present invention.

도 5는 직류(DC)3000V의 입력전원과 연결되었을 경우의 본 발명 회생동작 전류흐름도5 is a diagram showing the regenerative operation current flow of the present invention when connected to an input power supply of DC 3000V.

도 6은 직류(DC)1500V의 입력전원과 연결되어있을 경우의 본 발명 회생동작 전류흐름도6 is a flow chart of the present invention regenerative operation when connected to an input power source of direct current (DC) 1500V.

도 7은 본 발명에 있어, 가변전압 변환장치와 인버터의 시뮬레이션회로도7 is a simulation circuit diagram of a variable voltage converter and an inverter according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 입력전원이 직류(DC)3000V에서 직류(DC)1500V로 가변시 직류(DC) 링크 전압과 인버터의 전압 및 모터속도와 토크를 나타낸 그래프8 is a graph showing the DC link voltage, the voltage of the inverter and the motor speed and torque when the input power according to the present invention is changed from DC DC 3000V to DC 1500V.

도 9는 본 발명에 따른 입력전원이 직류(DC)1500V에서 직류(DC)3000V로 가변시 직류(DC)링크 전압과 인버터의 전압 및 모터속도와 토크를 나타낸 그래프9 is a graph showing the DC link voltage, the voltage of the inverter and the motor speed and torque when the input power according to the present invention is changed from DC (DC) 1500V to DC (DC) 3000V.

이하, 본 발명에 따른 철도차량용 직류가변 주회로 시스템 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.도 1은 본 발명에 따른 철도차량용 직류가변 주회로 시스템의 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명을 설명하기 위한 개략적인 철도차량용 직류가변 주회로도로서, 그 구성을 살펴보면;가변전원 공급선(DC1500V∼DC3000V)의 양 선로에 가변전압 변환장치를 연결하고, 이 가변전압 변환장치의 출력측에 2대의 인버터를 연결 구성한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a DC variable main circuit system for a railway vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram of a DC variable main circuit system for a railway vehicle according to the present invention. Is a schematic DC variable main circuit diagram for explaining the present invention, and the configuration thereof; a variable voltage converter connected to both lines of the variable power supply line (DC1500V to DC3000V), the output side of the variable voltage converter Connect two inverters together.

상기에서 가변전압변환장치는 도7에 도시된 바와 같이, 3개의 기계적 스위치로 구성되어 공급되는 가변전원(DC1500V∼DC3000V)에 따라 인버터를 통해 전동기에 필요한 전원을 공급하도록 급전로를 선택적으로 전환할 수 있도록 연결 구성되어 있다.또한, 상기 두 대의 인버터(Inverter)는 도7에 도시된 바와 같이, 각각 서로 다른 직류전압을 인가받는 주회로시스템을 가진 철도차량을 운행하기 위해 변형된 2분할 2상쵸퍼회로가 구비 되어 직류(DC) 1500V에서 3000V로 또는 3000V에서 1500V로 변환제어하여 공급 가변전원에 따라 원활하게 전원을 공급 및 회생할 수 있도록 구성되어 있다.이와같은 인버터를 본 발명에 적용함에 있어서는 도 2로 도시된 바와같이 2개의 인버터를 다수개의 기계적 스위치에 의해 상호 접속되도록 하여 선택에 따라 직렬 또는 병렬로 연결되도록 함이 바람직하다.In the variable voltage conversion apparatus as shown in FIG. 7, the feed path can be selectively switched to supply the power required for the motor through the inverter according to the variable power (DC1500V to DC3000V) supplied by three mechanical switches. In addition, the two inverters (Inverters), as shown in Fig. 7, a two-division two-phase modified to operate a railway vehicle having a main circuit system that is applied with a different DC voltage, respectively A chopper circuit is provided to convert and control the DC from 1500V to 3000V or from 3000V to 1500V to smoothly supply and regenerate power according to the supply variable power source. 2 inverters can be interconnected by a plurality of mechanical switches as shown in FIG. So that this is preferable.

따라서, 상기와 같은 회로적 연결구성을 갖는 철도차량용 직류가변 주회로 시스템의 상호 작용관계를 살펴보면 다음과 같다.Therefore, looking at the interaction relationship of the DC variable main circuit system for railway vehicles having the above circuit connection configuration as follows.

먼저, 운행중인 철도차량이 직류(DC) 3000V의 공급선으로 부터 전원을 공급받을 경우, 가변전압 변환장치는 도 3으로 도시된 바와같이 직류(DC)링크단의 정격전압이 1500V인 인버터를 직렬로 접속되도록 동작되는 것이며, 이때의 전류는 도 3의 점선표시와 같이 흐름되는 것이다.First, when a running railway vehicle is supplied with power from a DC 3000V supply line, the variable voltage converter converts an inverter having a rated voltage of 1500V in series into a DC link stage as shown in FIG. 3 in series. It is operated to be connected, and the current at this time flows as indicated by the dotted line in FIG. 3.

또한, 운행중인 철도차량이 직류(DC) 3000V의 공급선과 연결된 경우로서 철도차량의 회생시 전동기(M)로 부터 전원측으로 흐르는 전류 루프는 도 5로 도시된 바와같이 나타나는 것이다.In addition, when the railroad vehicle in operation is connected to a supply line of DC 3000V, a current loop flowing from the electric motor M to the power supply side when the railroad vehicle is regenerated is shown in FIG. 5.

이때, 회로상의 스위치1(S/W 1)은 2단자에 연결되고, 스위치2(S/W 2)는 개방상태를 이루게 되는 것이다.At this time, the switch 1 (S / W 1) on the circuit is connected to the two terminals, the switch 2 (S / W 2) is to form an open state.

한편, 또 다르게 운행중인 철도차량이 직류(DC) 1500V의 공급선으로 부터 전원을 공급받을 경우, 가변전압 변환장치는 도 4로 도시된 바와같이 직류(DC)링크단의 정격전압이 1500V인 인버터를 병렬로 접속되도록 동작되는 것이며, 이때의 전류는 도 4로 도시된 2개의 점선표시와 같이 흐름되는 것이다.On the other hand, when the railroad car in operation differently receives power from a DC 1500V supply line, the variable voltage converter uses an inverter having a rated voltage of 1500V at a DC link stage as shown in FIG. 4. It is operated to be connected in parallel, and the current flows as shown by the two dotted lines shown in FIG.

또한, 운행중인 철도차량이 직류(DC) 1500V의 공급선과 연결된 경우로서 철도차량의 회생시 전동기(M)로 부터 전원측으로 흐르는 전류 루프는 도 6으로 도시된 바와같이 나타나는 것이다.In addition, when the railroad vehicle in operation is connected to a DC 1500V supply line, a current loop flowing from the electric motor M to the power supply side when the railroad vehicle is regenerated is shown in FIG. 6.

이때, 회로상의 스위치 상태는 상기 철도차량이 직류(DC) 3000V의 전원을 공급받는 경우와 동일한 형태로서 스위치1(S/W 1)은 2단자에 연결되고, 스위치2(S/W 2)는 개방상태를 유지하게 되는 것이다.At this time, the switch state on the circuit is the same as the case where the railway vehicle is supplied with DC 3000V power, switch 1 (S / W 1) is connected to the two terminals, switch 2 (S / W 2) is Will remain open.

한편, 도 7은 전술한 일련의 작용관계를 검증하기 위해 본 발명에 따른 철도차량용 가변전원 추진제어 시스템을 시뮬레이션 회로도로 나타낸 것으로서, 이는 전체적으로 가변전압 변환장치와, 2대의 인버터, 전동기(M), 그리고 제어부로 구성되는 것으로, 이때 상기 전동기(M)는 시뮬레이션 처리속도를 향상시키기 위하여 하나의 인버터에 하나의 전동기(M)를 부하로 설정하여 사용한 것이다.On the other hand, Figure 7 shows a simulation circuit diagram of a variable power propulsion control system for a railway vehicle according to the present invention to verify the above-described series of working relationship, which is a variable voltage converter, two inverters, an electric motor (M), And it consists of a control unit, wherein the motor (M) is used to set one motor (M) as a load in one inverter to improve the simulation processing speed.

또한, 도 8은 철도차량의 공급전원이 직류(DC) 3000V에서 직류(DC) 1500V로 가변될 경우에 있어, 2대의 인버터에 공급되는 전원 및 그 외의 동작상황들을 시뮬레이션한 결과로서;8 shows simulation results of power supplied to two inverters and other operating conditions when a supply power of a railroad vehicle is changed from a direct current (DC) 3000 V to a direct current (DC) 1500 V;

이에, 출력파형중 도 8의 (a)는 철도차량의 공급전원이 직류(DC)3000V 에서 직류(DC)1500V 로 가변되는 것을 보여주는 것이며, 도 8의 (b)(c)는 이때의 각각의 인버터에 공급되는 전원을 나타내고 있는 것인바, 따라서 도 8의 (a)(b)(c)에 의해알수 있듯이 입력전원이 바뀌어도 각각 인버터의 정격전원은 직류(DC)1500V로 안정적으로 나타남을 알수 있는 것이다.Thus, FIG. 8 (a) of the output waveform shows that the supply power of the railroad vehicle varies from DC (DC) 3000V to DC (DC) 1500V. As shown in (a) (b) (c) of FIG. 8, even when the input power is changed, the rated power of each inverter is stably represented as DC (1,500 V). will be.

또한, 도 8의 (d)는 상기와 같은 전원공급에 따른 전동기(M)의 속도를 나타내고 있는 것으로, 이러한 공급전원의 가변에도 안정적으로 일정 속도를 유지하고 있음을 알수 있는 것이다.8 (d) shows the speed of the motor M according to the power supply as described above, and it can be seen that the constant speed is stably maintained even with the change of the power supply.

또한, 도 9는 철도차량의 공급전원이 직류(DC)1500V에서 직류(DC) 3000V로 가변될 경우에 있어, 2대의 인버터에 공급되는 전원 및 그 외의 동작상황을 시뮬레이션 한 결과로서, 이와같은 경우 또한 전술한 직류(DC) 3000V에서 직류(DC) 1500V로 가변될 경우 같이 양호한 출력특성을 나타내는 것이다.In addition, FIG. 9 illustrates a simulation result of power supplied to two inverters and other operating conditions when a supply power of a railroad vehicle is changed from a direct current (DC) 1500 V to a direct current (DC) 3000 V. In this case, In addition, as shown in the case of varying from the above-described DC (DC) 3000V to DC (DC) 1500V, it shows good output characteristics.

한편, 상기와 같은 구성 및 작용기능을 갖는 본 발명에 따른 철도차량용 직류가변 주회로 시스템은, 단지 직류 3000V에서 직류 1500로, 또는 직류 1500V에서 직류 3000로 변환되는 것에 한정되는 것이 아니라, 이를 이용하여 직류(DC) 1500V/직류(DC) 750V와 같이 서로 다른 직류전압 변환의 경우에도 적용 가능한 것으로, 이 또한 본 발명의 범주에서 벗어나는 것은 아니다.On the other hand, the DC variable main circuit system for a railway vehicle according to the present invention having the above configuration and function is not limited to only DC 3000V to DC 1500, or DC 1500V to DC 3000, by using this It is also applicable to the case of different DC voltage conversion, such as DC (DC) 1500V / DC (750) DC, this also does not depart from the scope of the present invention.

이상, 본 발명에 따른 철도차량용 직류가변 주회로 시스템은, 지역(나라와 나라 또는 대륙과 대륙 등)에 따라 가변적으로 입력되는 전원(직류3000V 및 직류1500V등)을 탄력적으로 수전, 회생되도록 하고, 또한 이를 기계적 스위치에 의해 절환가능하도록 하여 원할한 전원의 공급 및 순시 전압제어를 가능하도록 한 것으로, 이는 나라와 나라 또는 대륙과 대륙을 횡단하는 장거리용 철도차량의 운행에있어, 개별적 특성을 갖는 각 국가의 철도시스템 및 급전방식에 따라 탄력적으로 대응되게 하여 철도차량의 교체없이 직결 운행을 할수 있도록 한 것으로, 매우 유용한 기대효과를 제공하게 되는 것이다.As described above, the DC variable main circuit system for a railway vehicle according to the present invention is configured to flexibly receive and regenerate power (DC 3000V and DC 1500V, etc.) that is input variably according to a region (country or country or continent and continent). In addition, it is possible to switch this by a mechanical switch to enable a smooth supply of power and instantaneous voltage control, which has a distinctive characteristic in the operation of long-distance railway vehicles crossing countries and countries or continents and continents. It is possible to operate directly without changing railroad cars by flexibly responding according to the national railroad system and power supply method, which provides very useful expectation effect.

Claims (4)

복수개의 기계적 스위치로 구성되어 가변전원 공급선으로부터 공급 되는 가변전원(DC1500V, DC3000V)에 따라 급전로를 선택적으로 전환하기 위한 가변전압변환장치와,A variable voltage converter configured to selectively switch the feeding path according to variable power (DC1500V, DC3000V) supplied from the variable power supply line, which is composed of a plurality of mechanical switches, 상기 가변전압변환장치의 기계적 스의치의 선택에 따라 직렬 또는 병렬로 연결되어 철도차량의 전동기에 필요한 전원으로 변환하고, 전동기(M)측으로 또는 전동기로부터 전원측으로 가변된 수전 및 회생전원을 공급제어하는 두 대의 인버터를 구비하여서 이루어 짐을 특징으로 하는 철도차량용 직류가변 주회로시스템.According to the selection of the mechanical switch of the variable voltage conversion device is connected in series or parallel to the power required for the motor of the railway vehicle, supply and control the variable faucet and regenerative power to the motor (M) side or from the motor to the power side DC variable current circuit system for railroad cars, characterized by consisting of two inverters. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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