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| 서울교통공사 1000호대 전동차 | 103계 전동차 |
1. 개요
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.1.1. 장점
- 구하기 쉬운 부품
저항제어는 그냥 기계적으로 제어시키는 방식이라 반도체를 사용하는 초퍼제어보다 설계와 제작이 쉽고[1], 부품을 구하기 쉬워서 유지보수가 쉽다. 또한 저항제어 전동차의 유지비가 상대적으로 낮으므로 서울교통공사 소속 1호선 저항차가 2023년 현재까지 굴려지고 있는 이유이기도 하다.[2]
- 상대적으로 조용한 구동음
상대적으로 구동음이 좀 시끄러운 초퍼제어나 VVVF와는 달리 저항제어는 상대적으로 조용하다.[3] 다만 조괘구동방식[4] 차량의 경우에는 매우 시끄러운 편이다.
1.2. 단점
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| <rowcolor=#fff> 1호선 구형 전동차 출입문에 부착된 객실 안내문. |
- VVVF나 초퍼제어 대비 매우 떨어지는 에너지 효율(전성비)
저항제어는 전력의 일부를 열로 갖다 버려서 매우 비효율적인 제어 방식[5]으로 저항제어가 현재 사용하지 않는 이유 중 하나이다.[6] 특히 여름철에는 더 고역으로 저항제어기에서 발생하는 열에다 차내냉방 출력도 약해 민원이 빗발치자, 서울교통공사에서는 위 사진과 같은 안내문을 부착해 양해를 구했다. - 약한 출력
직류직권전동기를 사용하기 때문에 VVVF에 쓰이는 3상농형유도전동기나 영구자석 동기전동기에 비해 출력이 약하다보니 저항제어를 좋게 사용하려면 저항기와 전동기를 보다 많이 박아야 하므로 효율이 더더욱 떨어진다. 이로 인해 저항제어 전동차는 대부분 VVVF 전동차보다 기동가속도가 느리다. - 직류전동기 사용으로 브러시 정류자 교환 필요
계자첨가 여자제어, 전기자 초퍼제어와 마찬가지로 직류전동기를 사용하므로 브러시와 정류자 교체가 필요하다.
2. 철도 차량에서의 저항제어
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[7][8], 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.[9]
대한민국의 경우, 전동차는 1899년에 개통한 서울전차를 시작으로 1923년 경에 개발된 금강산선용 전동차, 1972년부터 개발 및 제조된
러시아와 구소련권의 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.
2.1. 국내에서 저항제어를 적용한 철도차량
현재 서울교통공사 1000호대 저항제어 전동차를 제외하고 모두 퇴역 및 폐차 처리된 상태이다.EEC 전동차: 2001년 퇴역 및 폐차한국철도공사 1000호대 전동차: 2020년 퇴역 및 폐차- 서울교통공사 1000호대 저항제어 전동차: 2029년 퇴역 예정
서울교통공사 2000호대 저항제어 전동차: 2023년 퇴역 및 폐차
[1] 실제로 한국에서 저항제어 방식의 전동차 주전장품을 완전히 국산화에 성공한 시기는 1994년 한국철도공사 1000호대 전동차 7차분(신저항)이 도입된 시기로, 우진산전에서 대한민국에서 최초로 전동차 전장품 완전 국산화에 성공한 것었다.[2] 특이한 사례로는 1991년부터 1996년 까지 만들어진 오미철도 220형 전동차의 경우 1926년~1928년에 만들어진 당시 기준으로도 63~70년이나 된 일본 국유철도 30계 전동차에서 쓰이던 오래된 저항제어기와 조괘구동방식 견인전동기를 재활용해서 2015년까지 무려 87~89년 가량 사용했는데, 1920년대에 만들어진 아무리 오래된 전장품이라 해도 반도체를 전혀 사용하지 않는 정말 기초적인 전기공학으로 만들어진 저항제어 방식의 특성상 21세기 이후로도 부품을 계속 생산해서 유지할 수 있었기 때문이었다.[3] 단, VVVF 차량이라도 영구자석 동기전동기(PMSM)을 채택한 차량은 저항제어 차량에 못지 않게 조용하다.[4] 참고로 한국에서는 보기 힘든 구동방식이지만 일제강점기때 금강산전기철도에서 운행했던 차량이었으며 현재는 북한측에서 보존중이다. 그 외에도 과거 서울과 부산에서 운영되었던 노면전차도 조괘구동방식이었으나 1968년에 모두 퇴역하면서 대한민국서 조괘구동방식의 동차형 차량은 완전히 소멸하였다.[5] 저항제어 전동차의 소비전력이 100이라 가정했을시, 쵸퍼제어 전동차가 64, VVVF 3상농형유도전동기 전동차가 45, VVVF PMSM 전동차가 39라고 볼 수 있다.# 일반 가전기기로 말하면 에너지소비효율 5등급이다.[6] 이게 잘 와닿지 않는다면 겨울철에 보일러 대신 전기히터를 틀고 나서 전기요금 고지서를 받아보면 알 수 있다.[7] 철도 사령실에서는 가선전압이 지나치게 떨어져서 정전될까봐 우려했었다.[8] 유명한 사례인 101계 전동차는 전 차량에 전동기와 저항제어장치를 달았다가 전기 먹는 하마가 되었다.[9] 사실상 1980년대부터 쇠퇴중인 기술이었다.[10] 2020년 퇴역[11] 2023년 퇴역[12] 전기기관차는 적용된 경우가 없다.[13] 부산교통공사 1000호대 전동차는 1981년 개발 중 당시 초안은 저항제어를 탑재하려고 했으나, 정부가 일본의 신기술들을 적극 채택하라는 권고를 하면서 갈아엎고 초퍼제어를 탑재하는 것으로 결정하게 된다. 여담으로, 이 때 일본에서 ATC도 들여오게 된다.