전동차
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기차의 한 종류다. 일명 전차(電車)또는 전철이라고 불린다.
대부분의 현대 철도는 이 종류로 보면 된다.
특히 좆본에선 더더욱 쓴다.
종류는 동력분산식과 동력집중식으로 나눠진다.
심화내용 정리[편집]
일단 현재 우리나라 중,대형 전동차가 전선에서 받는 전압은 1500v DC 또는 25000v AC이다
이 전류를 전동기(모터)에 알맞게 넣어서 제어를 해야하는데 보다시피 다뤄야하는 전기량이 어마무시 해서 예전부터 되게 고민거리였다.
1세대 저항제어[편집]
저항제어는 직류전동기를 제어할때 사용한다. 저항과 전류는 전압이 일정할때 반비례하는 V=IR공식이 있다.
저항제어는 저걸 이용해서 저항을 직렬로 여러개 연결해놓고 전기가 저항을 지나는 개수를 조정해서 전동기에 들어가는 전류의 양을 제어한다만.. 알다시피 저항을 지나갈때 열에너지로 손실이 되다보니 객실이 더워지고 전기에너지도 많이 먹는다.
2세대 사이리스터 제어[편집]
사실 탭제어라는게 있는데 이거와 비슷하기에 하나로 묶었다. 사이리스터는 PNPN접합인 반도체이며 게이트에 순방향 전류를 줄경우 전류를 흐르게 할수 있다. 즉 전기적 스위치 역활을 한다.
위에서 말한 탭제어는 기계적인 스위치로 회로를 빠르게 여닫아 전동기에 들어가는 전류량을 조절하는 방식인데 이게 이해가 안되면 1초동안 1000w의 전력이 들어왔다면 0.1초마다 100w의 전력이 들어온거고 이걸 스위칭 해서 0.1초간격으로 회로를 끊었다 닫았다 하면 0.2초마다 100w의 전력이 들어온 것 이므로 1초동안 500w의 전력이 들어온거이다. 이런식으로 빠르게 여닫아 조정하는게 탭제어 인데 기계식 스위치는 고장이 잘나다 보니 반도체를 사용해서 전자식 스위치로 바꾸어 내구성과 효율등을 올린 탭제어가 사이리스터 제어이다.
더 쉽게 말해줄까 선풍기 꽂아놓고 스위치 빠르게 껏다켰다 해봐라 그 원리다
여기서 쵸퍼제어가 떨어져 나오는데 사이리스터제어는 교류전기를 받아 직류전동기를 돌리는게 일반적이고 쵸퍼제어는 직류전기를 받아 직류모터를 돌리는게 일반적이다. 또한 회생제동도 가능해졌다
3세대 인버터 제어[편집]
지금까지 나온 제어방식은 모두 직류전동기를 다루기 위해 나온 방식들인데 직류전동기는 구조가 교류전동기에 비해 복잡해서 유지 보수가 힘들었다. 그래서 시대가 발전해서 교류전동기를 연속제어하는 방법을 찾아냈는데 그게 바로 인버터 제어이다. 교류전기를 받아 직류로 바꾸고 다시 인버터를 통해 교류로 바꾸어 교류전동기를 제어한다.
인버터는 직류전기를 교류전기로 바꾸는 장치이다.
기존 인버터에 교류의 주파수와 전압까지 변화시켜 교류전동기를 마음대로 제어할 수 있게 만든 방식이 VVVF 가변 주파수 가변 전압 제어 이다. 교류전동기로는 보통 3상 유도전동기를 쓰는데 위상이 120도로 3개의 선을 가진 교류를 사용한다. 유도전동기 안에도 120도 마다 코일이 감겨져 있다. 코일에 교류전기가 인가될경우 주파수나 전압에 따라 속도를 바꿀수 있다. 매우 획기적인 발명이였다. 또한 인버터를 사용한 회생제동을 매우 쉽게 할수 있었기에 전기 손실을 줄일 수 있었다.
여기에도 두가지 방식이 있었는데 GTO와 IGBT방식이다.
GTO는 (Gate turn off) 사이리스터의 약자이다. 위에서 말했듯이 사이리스터는 전자식 스위치인데 한번 게이트를 오픈하면 전류가 다 흐를때까지 끊을수 가 없었다. 그래서 그 단점을 보완한 소자가 GTO이다. 게이트에 역방향 전류를 주면 스위치가 끊어진다. 이 GTO 스위치가 1초에 여러번 열렸다 닫혔다 하는것으로 제어가 가능해졌다.
다만 치명적이 단점은 스위치를 끊을때 흐르고 있는 전류의 5분의 1에 달하는 전류를 흘려주어야 하기에 전기를 많이 먹는다. 한두번 끊는 것도 아니고 1초에만 여러번 스위칭 하는데 그때마다 전류를 마구 집어넣어 줘야한다. 또한 스위칭속도가 IGBT에 비해 비교적 느려 저속일때 소음이 인간의 가청 영역대에 들어오기에 소음이 큰 것 같이 느껴진다. 아 물론 고속일때는 초음파 영역에 들어가서 들리지 않는다.
IGBT는 (Insulated gate bipolar transistor)약자이고 트랜지스터의 일종인데 풀네임이 절연게이트 양극성 트랜지스터이다.
기본적인 원리는 GTO랑 똑같이 스위칭이다. 다만 스위칭 속도가 빠르고 결정타로는 전류가아닌 전압으로 스위칭 할 수 있었다. 실질적인 일을 하는 것은 전류인데 그 전류를 사용하는 것보다 전압을 주는 것 만으로 스위치를 끊을 수 있게되어 매우 전기를 절약할 수 있게 되었다. 여기서 의구심이 들 수 있는데 왜 예전에는 IGBT를 안썼냐면 아직 반도체 기술이 많이 발전하지 않았을땐 대전력을 IGBT가 감당할 수가 없었기 때문이다. 실제로 수백 수천 A인 전기를 감당하는게 더 신기하다.
쨋든 두개의 소자가 인버터 내부에 삽입되어 스위칭 작용을 해서 전압과 주파수를 조정하는게 현재 쓰이고 있는 VVVF 인버터 방식이다.