저항제어

1. 개요[편집]

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전압제어, 계자제어, VVVF와 더불어 전동기의 회전수를 제어하기 위해 사용하는 제어 방법. 저항기를 사용해서 전동기에 공급되는 전류를 조절하기 때문에 저항제어라고 부른다. 전동기 개발 초창기부터 쓰여온 유서 깊은 기술이다. 쉬운 설계와 제작, 유지 및 보수가 장점이다.

그러나 1960년대, 철도 업계에서는 고속도로와 항공기에 대항하고 양질의 철도 서비스를 공급하기 위해 고성능 전동차를 갈망하고 있었다. 그런데 저항제어는, 전력을 저항에서 열로 갖다 버리는 방식이라는 태생적인 한계로 인해 전력 효율이 나빠서[1][2], 고성능 전동차를 운용하기가 곤란했다. 결국 1970년대 이후로 때마침 개발된 반도체 소자를 적용한 초퍼제어가 상용화되면서, 결정적으로 1980년대 후반 반도체의 가격이 크게 내려가 제조 단가가 낮고 전력효율이 좋은 VVVF가 새로 개발되면서 1990년대 이후로는 저항제어를 채택한 열차는 새로 만들지 않고 있다.[3]

2. 장단점[편집]

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2.1. 장점[편집]

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• 구하기 쉬운 부품

• 상대적으로 조용한 구동음

2.2. 단점[편집]

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• VVVF 대비 매우 떨어지는 에너지 효율(전성비)

• 약한 출력

• 직류전동기 사용으로 브러시 정류자 교환 필요

3. 철도 차량에서의 저항제어[편집]

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19세기 전동차라는 물건이 개발되면서 전동기를 그냥 무식하게 돌릴 수는 없으니 저항을 이용하여 모터를 제어하는 방식을 도입하게 되었다. 상기했듯 비교적 간단한 구조를 가졌고, 유지 및 보수가 쉽다는 점 덕분에 전 세계에 빠르게 퍼져, 20세기 초반에는 이미 꽤나 많은 국가/지역에서 볼 수 있었다. 일례로 일제강점기 조선에는 이미 금강산선에서 저항제어를 이용한 전동차가 운행되고 있었다.

그러나 1960년대, 철도 업계에서는 고속도로와 항공기에 대항하고 양질의 철도 서비스를 공급하기 위해 고성능 전동차를 갈망하고 있었다. 그런데 저항제어는, 전력을 저항에서 열로 갖다 버리는 방식이라는 태생적인 한계로 인해 전력 효율이 나빠서[5][6], 고성능 전동차를 운용하기가 곤란했다. 결국 1970년대 이후로 때마침 개발된 반도체 소자를 적용한 초퍼제어가 상용화되면서, 결정적으로 1980년대 후반 반도체의 가격이 크게 내려가 제조 단가가 낮고 전력효율이 좋은 VVVF가 새로 개발되면서 1990년대 이후로는 저항제어를 채택한 열차는 새로 만들지 않고 있다.[7]

대한민국의 경우, 전동차는 1923년 경에 개발된 금강산선용 전동차, 1972년부터 개발 및 제조된 한국철도공사 1000호대 전동차[8]와 서울교통공사 1000호대 전동차, 1980년에 개발된 서울교통공사 2000호대 저항제어 전동차[9] 등[10] 에 적용되었다. 그러나 1985년 이후 개발되는 차량들은 일본처럼 전기자 초퍼제어, 1993년 이후로는 VVVF에 자리를 넘겨주었다.[11]

러시아의 경우에는 아직까지도 철도차량에 저항제어 방식을 적용하고 있는데, 예를 들어서 EP2D형 전동차는 2010년 이후에 제조되었음에도 불구하고 저항제어다. 그나마 근래에 새로 설계된 차량(모스크바 광역전철 열차 등)은 VVVF를 채택했다.

3.1. 국내에서 저항제어를 적용한 철도차량[편집]

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현재 서울교통공사 1000호대 저항제어 전동차를 제외하고 모두 퇴역 및 폐차 처리된 상태이다.

• EEC 전동차 : 2001년 퇴역 및 폐차
• 한국철도공사 1000호대 전동차 : 2020년 퇴역 및 폐차
• 서울교통공사 1000호대 저항제어 전동차 : 2029년 퇴역 예정
• 서울교통공사 2000호대 저항제어 전동차 : 2023년 퇴역 및 폐차