신칸센 951형 전동차

3. 차량 구성

951형 전동차는 951-1호차와 951-2호차의 2량 편성으로 구성되었다.^[1] 951-1호차는 가와사키 중공업에서, 951-2호차는 닛폰차량제조에서 각각 제작하였다.^[1]

3. 1. 차체

3. 2. 주요 기기

(모두 제작 당시의 기기)

신칸센 차량으로는 처음으로 사이리스터를 이용한 연속 위상 제어 방식을 채택했다.^[7] 이는 ED77형 전기 기관차나 711계 전동차 등 재래선용 교류 차량의 기술 개발 성과를 활용한 것이다. 이 방식을 통해 가속과 발전 제동 모두 연속적인 제어가 가능해졌으며, 기존의 마스콘 단수 지정과 브레이크 밸브 조작 대신, 마스콘의 속도 지정에 의한 정속 제어 방식이 채용되었다.^[7]

가속 지령 장치는 "마스콘" 대신 "목표 속도 설정기"라는 명칭을 사용하며,^[12] 운전 지령 장치(원 설계: 미쓰비시 전기)를 통해 0 km/h에서 300 km/h 사이의 목표 속도를 따라가도록 제어된다.^[12] 노치는 "0, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300" (단위: km/h)의 15단으로 구성된다. 브레이크 설정기는 전기 지령식 브레이크를 채택하여 "제거 위치, 운전 위치(완해), 상용 1~7단, 비상 위치"로 구성된다.^[12]

고속 주행 성능 향상을 위해 주전동기는 0계의 MT200(단자 전압 400 V 시 연속 정격 출력 185 kW)보다 출력이 대폭 향상된 MT916, MT917(단자 전압 650 V 시 연속 정격 출력 250 kW)이 탑재되었다.^[7] 구동 장치는 0계와 동일하게 WN 드라이브 방식을 채용했다.

대차는 당초 DT9010, DT9011형이 시범 제작되었다. 이 대차는 차륜 직경을 0계의 910mm에서 1000mm로 키우고, 와전류식 레일 브레이크(ECB)의 지지 높이를 일정하게 유지하기 위해 축상자 지지 방식을 IS식 대신 축상자 빔식으로 변경한 것이 특징이다. 그러나 스프링 아래 질량이 너무 크고 진동이 심해, 1970년 속도 시험 중 통과 후 궤도의 PS 침목이 파손되는 문제가 발생했다. 이 때문에 윤축을 속이 빈 중공축 구조로 만들어 스프링 아래 질량을 줄인 DT9012형 대차가 새로 제작되었고, 1971년 이후에는 이 대차로 교체되었다.

제동 장치로는 발전 제동과 와전류식 레일 브레이크(ECB), 전자 유압식 브레이크를 병용했다. 951-1호차에는 브레이크 전용 초퍼 제어기와 저항기를 탑재하여 발전 제동이 고속부터 저속 영역까지 안정적으로 작동하도록 했다.^[7] 또한, 대차의 각 차축 사이에 ECB를 설치하여 발전 제동 시 발생하는 전력을 이용해 레일에 직접 제동력을 가함으로써 고속에서의 제동 성능을 높였다.^[7] 하지만 이 ECB는 여러 문제가 있어, 최고 속도 기록 달성 시험 시에는 철거하여 스프링 아래 질량을 줄인 상태로 진행되었다. 기초 제동 장치(마찰 브레이크)는 압축 공기 대신 전기 신호를 직접 유압으로 변환하여 작동하는 전자 유압식 브레이크를 채용했다.^[7] 구조는 디스크 브레이크 방식으로, 각 차륜 바깥쪽에 브레이크 디스크를 1개씩 배치했다.^[7]

팬터그래프는 산요 신칸센에서의 급전 방식 변경(팬터그래프 간격 50m → 100m)을 고려하여 각 차량의 연결부 쪽에 하부 교차식 팬터그래프를 1기씩 설치했다. 두 팬터그래프 모두 0계용 PS200을 경량화한 모델이다. 951-1호차에는 PS9010K, 951-2호차에는 PS-1010A가 설치되었으며,^[1] 실제 운행 시에는 주로 951-2호차의 팬터그래프가 사용되었고, 951-1호차의 것은 시험 및 비상용으로 쓰였다.^[1]

보조 전원 장치로는 주 변압기 3차 권선에서 나오는 단상 교류 440V, 60Hz (150 kVA) 전원을 기본으로 한다. 이를 변환하여 전동 발전기(MG)는 단상 교류 100V, 60Hz (차내 기기 안정화 전원)를, 정지형 인버터(SIV)는 단상 교류 100V, 400Hz (주로 운전대 기기 전원)를 공급한다.^[10] MG는 도시바에서 제작한 MH1910-DM902형으로 용량은 25 kVA이며, 2량분의 전력을 공급할 수 있다.^[10] SIV는 축전지에서 나오는 직류 100V를 입력받아 작동하며, 용량은 3.5 kVA이다. 각 선두차 운전대에 1대씩 설치되어 있지만, 일반적으로 진행 방향 선두차의 기기가 사용된다.^[10] 비상시를 대비하여 951-1호차의 보닛 내에는 70 kVA 용량의 디젤 발전기가 탑재되어 있다.^[10]

에어컨은 차량의 무게 중심을 낮추기 위해 각 차량 바닥 아래에 2기씩 설치되었다. 도시바의 AU91A형 또는 미쓰비시 전기의 AU92A형 집약 분산식 냉방 장치가 사용되었으며, 1대당 냉방 능력은 26.16 kW (22,500 kcal/h), 난방 능력은 17.44 kW (15,000 kcal/h)이다.^[9][10] 당시 바닥 설치형 에어컨은 실용화 단계에 이르지 못했으며, 약 20년 후 도카이 여객철도(JR 도카이)의 300계 신칸센에서 본격적으로 채택되었다.

3. 3. 미니 컴퓨터 ATOMIC

• '''정시 운전 제어''': 컴퓨터가 운전 구간의 속도 제한이나 열차 지연 상황 등을 판단하여 최적의 운행 시각에 맞추도록 속도를 제어한다.^[13][14]
• '''정속 운전 제어''': ATC 지시 속도에 열차 속도를 맞추기 위해 컴퓨터가 최적의 마스콘 노치를 선택한다.
• '''정위치 정지 제어''': 정위치 정지 장치 (TASC)와 유사하게 컴퓨터가 열차를 자동으로 정해진 위치에 정지시킨다.^[13][14]

3. 4. 편성 형태

두 객차 모두 안쪽 끝 부분에 크로스암형 팬터그래프가 설치되었다.^[1] 이 팬터그래프는 0계 신칸센 전동차에 사용된 PS200형을 기반으로 하였으나, 951-1호차의 것은 PS9010K, 951-2호차의 것은 PS-1010A로 지정되었다.^[1] 운행 시에는 일반적으로 951-2호차의 팬터그래프만 사용되었다.^[1]

각 차량의 주요 탑재 기기는 다음과 같다.

• '''951-1''': 공기 압축기(CP), 주 실리콘 정류 장치, 주 평활 리액터, 주 변압기
• '''951-2''': 주 제어기, 주 저항기, 발전 브레이크용 초퍼 장치, 전동 발전기(MG), 축전지, 정류 장치

4. 운용

1969년 2월 28일, 951-1 차량은 가와사키 차량에서 완성되었고, 같은 해 3월 4일에는 951-2 차량이 일본 차량 제조에서 완성되었다.^[21] 3월 26일, 하마마츠역과 나고야역 사이에서 공식 시운전을 실시하며 처음으로 일반 대중 및 언론에 공개되었다.^[22][3]

같은 해 7월 2일부터 도카이도 신칸센에서 정식 시험 운행을 시작했으며,^[26][3] 초기에는 신오사카역과 마이바라역 사이 등에서 신기술 및 기기 시험을 진행했다.^[22] 1970년 2월부터는 속도 향상 시험에 돌입했으나, 시속 220km/h 운전을 목표로 한 주행 시험 중 침목 파손 사고가 발생하여 시험이 일시 중단되기도 했다.^[22]

사고 대책 및 개량 작업을 거친 후, 1971년 12월부터 본격적인 속도 향상 시험이 재개되었다.^[22] 그리고 1972년 2월 24일, 개통을 앞두고 있던 산요 신칸센의 히메지역과 니시아카시역 사이 구간에서 시속 286km/h를 기록하며 당시 세계 철도 차량 최고 속도 기록을 경신했다.^[22][1] 이는 기존에 신칸센 1000계 전동차가 보유하고 있던 시속 256km/h 기록을 넘어서는 것이었다.^[1]

한편, 1971년에는 철도기술연구소와 공동으로 개발한 미니 컴퓨터 시스템 'ATOMIC' ('''A'''utomatic '''T'''rain '''O'''peration by '''MI'''ni '''C'''ompurter)을 탑재하여 자동 운전 시험을 실시했다.^[13][14][15] 이 시스템은 장래의 자동 운전을 염두에 두고 정시 운전, 정속 운전, 정위치 정지 제어 등을 컴퓨터로 통합 처리하는 것을 목표로 했으며, 시험 결과는 양호했다.^[13][14] 이 기술 개발은 이후 961형으로 계승되어 200계에서 모니터링 장치로 실용화되는 기반이 되었다.^[17][19][20]

그러나 후속 시험 차량인 961형의 등장과 당시 국철이 겪고 있던 노사 문제 등의 영향으로 951형은 더 이상 활발하게 시험 운행되지 못했고, 1980년 4월 11일 공식적으로 퇴역했다.^[27][4]

퇴역 후 두 차량은 도쿄도 고쿠분지시에 위치한 철도기술연구소 (현 철도 종합 기술 연구소)로 옮겨졌다. 951-1 차량 선두부는 1991년 고쿠분지시에 기증되어, 1994년부터 연구소 정문 맞은편의 복합 시설 '히카리 플라자' 부지 내에서 '신칸센 자료관'으로 보존 및 전시되고 있다.^[28][5][23] 반면, 951-2 차량 선두부는 연구소 내에서 롤러 시험 등에 활용되다가^[1] 2008년 1월 16일 연구소 부지 내에서 최종적으로 해체되었다.^[4][23]

5. 보존

이 열차는 1980년 4월 11일 공식적으로 퇴역했다.^[4]

퇴역 후 951-1호차와 951-2호차는 서로 다른 경로를 걷게 되었다. 951-2호차는 고쿠분지시의 철도종합기술연구소로 이관되어 롤러 시험 등에 사용되었다.^[1] 이후 연구소 내에서 보관되다가^[1] 2008년 1월 16일 연구소 부지 내에서 해체되었다.^[4][23]

반면, 951-1호차는 1991년 고쿠분지시에 기증되어 보존되었다.^[23] 현재 철도종합기술연구소 정문 맞은편에 위치한 시 복합 시설 '히카리 플라자' 부지 내(옥외)에 '신칸센 자료관'으로 일반에 공개되어 있으며, 방문객은 좌석 및 운전석에 앉아볼 수 있다.^[23] 신칸센 자료관에는 951형의 속도 달성 기념 릴리프, 961형의 기념 릴리프, 신칸센 기술 개발에 사용된 쇼난 전차 및 오다큐 SE차 등의 풍동 모형 등이 전시되어 있다.^[23] 이 전시품들은 고쿠분지시 소유로, 이나시 등 다른 지역에 대여 전시되기도 한다.^[24]

참조

_[1] 서적 プロトタイプの世界 – Prototype World Kōtsū Shimbunsha 2005-12
_[2] 간행물 新幹線試験電車 Koyusha Co., Ltd 1969-01
_[3] 서적 東海道新幹線 JTB Can Books
_[4] 간행물 Kōtsū Shimbun 2014-04
_[5] 서적 鉄道のテクノロジーVol1：新幹線 Sanei Mook 2009-04
_[6] 문서 『日本機械学会誌』1969年11月号解説「新幹線用試験電車」pp.30 - 36
_[7] 문서 交友社『鉄道ファン』1969年1月号「新幹線試験電車」pp.8 - 10
_[8] 문서 従来は地上子の信号検出によりトンネル直前で換気口を塞ぐことで対策としていたが、この方式では長大トンネル走行中の換気に問題があったため、新たに連続換気装置が開発されたものであった。なお、この装置は0系でも山陽新幹線岡山開業後に製作された14次車以降で標準採用となり、在来車の一部についても追加搭載が実施されている。
_[9] 문서 三菱電機『三菱電機技報』1969年1月号「日本国有鉄道向け高速試験電車用電機品」p.121
_[10] 문서 東京芝浦電気『東芝レビュー』1970年5月号「新幹線試験電車 車両用電気機器」pp.631 - 637
_[11] PDF 新幹線試験電車用電気品 https://www.hitachih[...] 日立製作所『日立評論』1969年1月号
_[12] 문서 1970年2月号「新幹線試験電車用運転指令装置」pp.245 - 252
_[13] PDF ミニコンピュータによる列車制御ATOMIC https://web.archive.[...] [[計測자동제어학회]]『계측과 제어』1972년 1월호
_[14] 문서 日本鉄道運転協会『運転協会誌』1972年4月号「ミニコンピュータによる列車自動制御自動化の研究 - ATOMIC - 」pp.9 - 12
_[15] PDF 制御用計算機による新幹線電車の自動制御システム(ATOMIC) https://www.hitachih[...] 日立製作所『日立評論』1972年8月号
_[16] PDF 小形制御用計算機 HIDIC100システム https://www.hitachih[...] 日立製作所『日立評論』1969年8月号
_[17] 문서 日本鉄道サイバネティクス協議会『鉄道サイバネ・シンポジウム論文集』第10回（1973年）「961形新幹線試作電車のATOMIC」論文番号417
_[18] 문서 日本鉄道サイバネティクス協議会『鉄道サイバネ・シンポジウム論文集』第10回（1973年）「車上ミニコンピュータによる列車自動運転（ATOMIC）（第2報）」論文番号416
_[19] PDF 全国新幹線網用961形試作電車の運転制御システム(ATOMIC 3) https://www.hitachih[...] 日立製作所『日立評論』1973年12月号
_[20] 문서 日本鉄道サイバネティクス協議会『鉄道サイバネ・シンポジウム論文集』第18回（1981年）「マイクロコンピュータによる新幹線電車のモニタリングシステム（第5報）」論文番号521
_[21] 문서 交友社『鉄道ファン』1969年5月号「落成間近の新幹線試験電車」p.76
_[22] 문서 日本国有鉄道新幹線総局『新幹線十年史』第2章 運転・車両　p.691
_[23] 웹사이트 新幹線資料館 https://www.city.kok[...] 国分寺市 2022-02-24
_[24] 웹사이트 飯田線マニアックス https://tagiri.net/m[...] 2021-01-01
_[25] 서적 プロトタイプの世界 - Prototype World Kotsu Shimbunsha 2005-12
_[26] 웹인용 東海道新幹線 JTB Can Books
_[27] 잡지 Kōtsū Shimbun 2014-04
_[28] 서적 鉄道のテクノロジーVol1：新幹線 Sanei Mook 2009-04