안녕하세요. 이승호 전문가입니다.
열차의 속도를 조절하는 제어 방식은 전기의 힘을 얼마나 효율적으로 나누어 쓰느냐의 역사라고 보시면 됩니다. 아이들도 이해하기 쉽게 수도꼭지에 비유해서 설명해 드릴게요.
가장 초창기 모델인 저항 제어 방식은 커다란 저항기를 이용해 전기를 열로 태워 버리는 방식입니다. 전기는 100이 들어오는데 열차를 천천히 움직이려면 나머지 전기를 저항기에 통과시켜 열로 날려버려야 합니다. 수도꼭지를 끝까지 틀어놓고 물이 너무 많이 나오니까 중간에 수건을 막아서 물줄기를 약하게 만드는 셈입니다. 이 과정에서 열이 엄청나게 발생하고 에너지 낭비도 심해서 요즘은 거의 쓰지 않습니다.
그다음 나온 쵸퍼 제어 방식은 전기를 아주 빠르게 껐다 켰다 반복해서 힘을 조절합니다. 수도꼭지를 아주 빠른 속도로 잠갔다 열었다 하면서 물의 양을 맞추는 것과 비슷합니다. 여기서 사이리스터라는 소자가 스위치 역할을 하는데 전기를 열로 태우지 않고 필요한 만큼만 끊어서 쓰기 때문에 저항 제어보다 훨씬 경제적입니다. 쵸퍼 제어도 종류가 나뉘는데 전기를 단순히 끊어 쓰느냐 아니면 남는 전기를 다시 돌려보내느냐에 따라 효율이 달라집니다.
마지막으로 요즘 대부분의 지하철과 KTX에서 사용하는 인버터 제어 방식입니다. 인버터는 전기의 성질인 전압과 주파수를 마음대로 요리할 수 있는 가장 똑똑한 방식입니다. 쵸퍼가 단순히 전기를 끊어서 양을 조절했다면 인버터는 물줄기의 굵기뿐만 아니라 물이 쏟아지는 속도와 회전까지 완벽하게 제어하는 수준입니다. 덕분에 열차가 아주 부드럽게 출발하고 멈출 수 있으며 소음도 적고 에너지 효율도 가장 뛰어납니다.
정리하자면 저항 방식은 힘을 억지로 눌러서 낭비하는 방식이고 쵸퍼는 스위치를 빠르게 눌러서 아끼는 방식이며 인버터는 전기를 완벽하게 가공해서 가장 효율적으로 쓰는 방식이라고 이해하시면 됩니다. 기술이 발전할수록 열차는 더 조용해지고 에너지는 덜 쓰면서도 부드럽게 움직이게 된 것이죠.