プロジェクトの背景
ある大手鉄道グループは、複数の都市にある地下鉄路線の運行と車両保守を担当している。地下鉄車両の牽引システムは、交流周波数変換速度制御技術を採用しており、制御システムのフィードバック、エネルギー消費統計、故障診断のために、牽引モーター電流の正確な監視が必要である。
従来のソリューションでは、カレント・トランス（CT）を使用しているが、サイズが大きく、コストが高く、低周波数応答が悪いという問題があった。顧客は、より高い測定精度と低いシステム・コストを得るために、新しいライン・ビークルでシャント・ソリューションを試したいと考えていた。
技術仕様の要件：
- トラクションモーター出力：180kW×4セット/台
- DCバス電圧: DC 750V/1500V
- 単一モーターの最大電流：400A
- 電流測定精度：±1%
- 働く温度: -25℃~+70℃。
- 保護等級：IP65（車載用機器）
直面する技術的課題
1.高電圧絶縁
トラクション・システムのDCバス電圧は750Vあるいは1500Vと高く、シャントはローサイドの測定では高電圧絶縁の問題はないが、システム全体の絶縁マッチングとして考慮する必要がある。
2.振動環境
地下車両は常に振動と衝撃にさらされ、足回りの機器はさらに過酷な振動環境にさらされます。シャントとその接続部は長時間の振動に耐えなければなりません。
3.電磁妨害
トラクション・インバーターIGBTの高速スイッチングは、シャント信号の正確な伝送に影響を及ぼす可能性のある強い電磁干渉を発生させる。
4.保護要件
車載機器は、雨、埃、油、その他の過酷な環境にさらされるため、IP65等級である必要がある。
テクニカル・ソリューション
1.シャントのサイジング
各トラクション・モーターには、FL-2シャントが1つずつ装備されている：
- 抵抗値：150μΩ±0.5%
- 定格電流：500A
- 定格電圧降下：75mV @500A
- 温度係数：<25ppm>
- 電力損失：24W @400A
2.機械的補強の設計
- 強化された取り付け構造を持つスプリッター、4本のM8ボルト固定
- 振動の伝達を抑える制振設計のマウントベース
- 電気的接続は、ねじ接続の緩みを防ぐために圧着端子で行われる
- EN 61373 鉄道車両用振動衝撃試験合格
3.EMC設計
- シールド付きツイストペアケーブル、シールド、ボディ等電位接続を使用した電圧サンプリング
- 金属製シールドボックスに搭載された信号調整モジュール
- モジュール入力にコモンモード・フィルタリングとTVS保護を追加
4.保護設計
- シャント表面ニッケルメッキ防錆処理
- IP65ハウジングの信号調整モジュール
- 接続ケーブルは鉄道用の耐候性タイプ。
プロジェクト結果
- 測定精度：電流測定精度は±0.8%で、±1%の設計要件よりも優れています。
- 信頼性：EN 61373振動衝撃テストおよび鉄道環境テスト一式に合格。
- 適用規模：地下鉄2路線の新型車両、合計80編成に320個のモーターを搭載して試行された。
- コストメリットがある：従来のCTソリューションと比較して約30%のシステムコスト削減
- 走りのパフォーマンス：2年以上の試験運用で不具合は報告されていない。