안녕하세요. 이승호 전문가입니다.
전기 철도에서 흔히 이야기하는 저항, 쵸퍼, 인버터 제어는 전기를 동력으로 사용하는 모터의 회전력을 조절하는 기술들입니다. 말씀하신 대로 증기나 디젤 기관차는 에너지를 얻는 근원부터 다르기 때문에 제어하는 방식도 그에 맞춰 독특하게 발전해 왔습니다.
우선 증기 기관차는 증기의 압력과 양을 수동으로 조절하는 증기압 제어 방식을 사용합니다. 보일러에서 끓인 고압의 증기가 실린더로 들어가는 통로를 가감변이라는 핸들로 직접 열고 닫아 속도를 조절합니다. 또한 변압기 역할을 하는 밸브 기어를 조작해 증기가 실린더 내부에 머무는 시간을 조정하는데, 이를 통해 오르막길에서는 힘을 키우고 평지에서는 속도를 높이는 식의 제어가 이루어집니다.
디젤 기관차는 엔진의 힘을 바퀴에 어떻게 전달하느냐에 따라 제어 방식이 나뉩니다.
가장 대표적인 것은 디젤 전기식입니다. 디젤 엔진은 단순히 발전기를 돌리는 역할만 하고, 여기서 만들어진 전기로 모터를 돌려 기차를 움직입니다. 결과적으로 엔진의 회전수를 조절해 발전량을 조절하거나, 최근 기차들은 여기서 나온 전기를 다시 인버터로 정밀하게 제어하기도 합니다. 사실상 움직이는 발전소를 싣고 다니는 전기차라고 이해하시면 쉽습니다.
또 다른 방식인 디젤 액압식은 자동차의 자동 변속기와 비슷한 원리를 씁니다. 엔진의 회전력을 토크 컨버터라는 유압 장치를 통해 바퀴로 전달하는데, 유체의 흐름을 조절하여 속도와 힘을 바꿉니다. 전동기 제어 기술이 부족했던 과거에 중소형 열차에서 많이 쓰였던 방식입니다.
마지막으로 아주 드물게 디젤 기계식도 있는데, 이는 수동 변속기 자동차처럼 엔진과 바퀴를 기어로 직접 연결해 단수를 바꿔가며 제어하는 방식입니다. 힘을 전달하는 효율은 좋지만 충격이 크고 대형 열차에는 부적합해 현재는 아주 작은 작업용 차량 정도에만 남아 있습니다.
결론적으로 증기는 증기량으로, 디젤은 발전 제어나 유압 변속을 통해 열차를 움직인다고 볼 수 있습니다. 각 방식은 그 시대의 기술력과 연료의 특성에 최적화된 결과물들입니다.