전기공사기사 주전동기의 구동 및 제어 — VVVF 제어와 급전 설비

속도를 바꾸는 방식은 전동기에 걸리는 전압과 주파수를 어떻게 다루는가로 갈린다. VVVF는 Variable Voltage Variable Frequency, 곧 가변 전압·가변 주파수 제어다. 전압과 주파수를 동시에 바꾸면서 둘의 비를 일정하게 유지해 전동기 속도를 조절한다. 전압만 고정하거나 주파수만 고정하는 방식은 성분이 하나 빠진 것이고, 초퍼 제어는 직류전동기의 전압을 빠르게 켜고 끄어 평균 전압을 조절하는 방식이라 VVVF와 구분한다.

급전 설비는 방식 이름에 쓰인 변압기의 정체를 알아야 풀린다. AT 급전 방식의 AT는 Auto Transformer, 곧 단권 변압기다. 전차선과 궤도 사이에 단권 변압기를 설치해 급전하며, 이 방식은 전압강하와 유도장해를 줄인다. 흡상변압기는 레일 전류를 흡수하는 설비, 단권 변압기는 전압강하 대책 기기, 스콧 결선은 전압 불평형 경감 결선으로 구분한다.

전압 불평형은 단상 부하와 3상 전원이 어긋나서 생긴다. 교류 전기철도의 전차선은 단상인데 변전소는 3상 전원을 받으므로, 한 상에만 부하를 걸면 상마다 전압이 달라진다. 스콧 결선은 3상을 위상차 90도의 2상으로 바꾸어 단상 전차선 부하를 두 회로에 나누어 싣고, 그 결과 3상 측에 부하가 고르게 분담되어 불평형이 줄어든다.

급전분기장치는 급전선에서 전차선 쪽으로 전원을 나누어 주는 설비다. 설치 방식은 스팬선식, 암식, 브래킷식 세 가지다. 커티너리식은 전차선을 지지선에 매달아 지지하는 가선 방식이므로 급전분기장치의 설치 방식이 아니다.

선로 쪽 용어는 저마다 맡은 자리가 다르다. 전철기는 분기점에서 포인트를 움직여 차륜을 한 궤도에서 다른 궤도로 유도하는 장치다. 궤도는 레일·침목·도상으로 이루어지므로 공통 블록은 궤도 요소가 아니다. 곡선에서 차륜의 플랜지와 레일 두부가 부딪히는 측면 마찰을 줄이려고 궤간을 조금 넓히는 것은 확도이고, 외측 레일을 높이는 것은 고도다. 레일본드는 레일 이음부를 동 연선으로 연결해 전기저항과 전압강하를 줄이는 장치이므로 진동 방지와는 관계가 없다. 궤간은 두 레일 머리부 안쪽 면 사이의 최단거리이며, 1435mm가 표준궤간이다.

구배에서 필요한 견인력은 열차 저항을 무시할 때 중량에 구배를 곱해 구한다. 40t의 전차가 40/1000의 구배를 오르면 40,000kg에 40/1000을 곱해 1,600kg이 된다. 톤을 킬로그램으로 바꾸는 단위 환산을 빠뜨리면 자릿수가 어긋난다.