96 모터Motor관련 전기 및 진동 진단용어

모터(Motor)관련 전기 및 진동 진단용어

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모터(전동기)에 관해서 설비진단을 하기위해서는모터의 작동원리를 이해하여야 하는데 우선 이에 따른 전문용어를 알고 있어야 한다. 모터 전문가 및 공무와정비팀(전기, 계전, 기계)에서 사용하는 용어를 알아듣지 못하게 되면 정작 중요한 분석을 위한 자료가 빈약할 수 밖에 없다. 그 다음에 진단을 하는 것이다. 물론 진단용어도 있지만 의사가 기본해부학을 배우고 의학용어를 먼저 익히는 것과 같은 방법이라 할 수 있다. 여기에서는 모터관련 전기용어와진동진단을 위한 용어를 정의하였다.

모터 관련 용어

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회전수

회전속도의 정도이며1분간에 몇 회전 RPM(Revolution Per Minute)으로 표시된다.

고정자 슬롯 통과 주파수(Slot pass frequency):

고정자의슬롯 수 X 회전 주파수(Number of stator slots xturning speed)

3상 (3 Phase)

권선의 배치방법과 방향에 의해 극수가 결정되며

120도 위상차이가 나 있는 3상전류는 회전자계를 발생시켜주게 된다. 회전 자계란 N극,S극 사이를 흐르는 자계가 회전한다는 것을 말한다.

극수(Number ofPoles)

“극수”란 N극과 S극의 수를 말한다.N극과 S극은 반드시 같이 존재하며 따라서 극수는 항상 짝수이다. 즉 N극과 S극이 한 개씩이면 2극, 두개씩이면 4극 이되는 것이다. 이극수는 다음의 공식에 의해 회전수를 결정하게 된다.

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5-대표적 전동기비교-DC모터와 AC모터

DC모터와 AC모터의 비교

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모터를 전원의 형식에 따라서 구분하는 첫 번째 방법은 DC전원인지 AC전원인지를 확인하는 것이다. 교류(AC)전동기는 가장 많은 형식의 전동기이며 220V단상도 있지만 특히 380V 3상 유도전동기는 산업현장에서 가장 많이 사용되고 있는 전동기이다. 대체로 정해진 정격속도(Rated RPM)로 구동되지만 인버터(Inverter)를 이용하여 직류전동기처럼 속도도 변동시킬 수 있다. 여기에서 힌트를 얻는다면 직류전동기는 강한 토크와 빈번한 시동이 있는 곳에 주로 사용된다. 또한 대체로 많이 생산되는 교류유도전동기보다 가격도 비싼 편이다. 이에 대해서 간단히 두 형식의 모터를 비교해본다.

DC 모터와 AC Induction 모터와의 비교

모터는 여러 분야에서 다양하게 많은 용도로 사용되고 있지만 산업용(장치산업)모터로 가장 많이 사용되는 모터의 종류를 들어보면 다음과 같다.

 

-DC 모터

-AC 유도(Induction)모터 (농형,권선형)

-AC 동기(Synchronous)모터

-AC 서보(Servo)모터

-가변속(Variable Speed ;Inverter)모터

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DC모터와 AC모터의 비교

DC모터와 AC모터의 비교

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모터를 전원의 형식에 따라서 구분하는 첫 번째 방법은 DC전원인지 AC전원인가를 확인하는 것이다. 교류(AC)전동기는 가장 많은 형식의 전동기이며 220V단상도 있지만 특히 330V 3상 유도전동기는 산업현장에서 가장 많이 사용되고 있는 전동기이다. 대체로 정해진 정격속도(Rated RPM)로 구동되지만 인버터(Inverter)를 이용하여 직류전동기처럼 속도도 변동시킬 수 있다. 여기에서 힌트를 얻는다면 직류전동기는 강한 토크와 빈번한 시동이 있는 곳에 주로 사용된다. 또한 대체로 많이 생산되는 교류유도전동기보다 가격도 비싼 편이다. 이에 대해서 간단히 두 형식의 모터를 비교해본다.

DC 모터와 AC Induction 모터와의 비교

모터는 여러 분야에서 다양하게 많은 용도로 사용되고 있지만 산업용(장치산업)모터로 가장 많이 사용되는 모터의 종류를 들어보면 다음과 같다.

 

-DC 모터

-AC 유도(Induction)모터 (농형,권선형)

-AC 동기(Synchronous)모터

-AC 서보(Servo)모터

-가변속(Variable Speed ;Inverter)모터

 

대표적으로 가장 많이 사용되는 두 가지 형식의 모터를 비교해 보면 다음과 같다.

 

	DC 모터	AC 모터(유도)
모터의 구조	복잡	비교적 간단
대표그림
정류(전류)메커니즘	브러시 정류자에 의 한 유접점식	반도체 등에 의한 무접점식(단상 또는 다상교류)
큰 동력화	일반적으로 어렵다.	쉽다.
고속화	어렵다.	쉽다.
저속화	일반적으로 쉽다.	일반적으로 쉽다.
회전변동	일반적으로 많다.	일반적으로 적다.
토크변동	일반적으로 많다.	일반적으로 적다.
출력효율	일반적으로 좋다.	일반적으로 나쁘다.
제어회로	비교적 쉽다.	약간 어렵다.
회전 중의 진동소음	일반적으로 많다.	일반적으로 적다.
클린도	나쁘다.	좋다.
보수	브러시,정류자의 보수가 필요	보수 불필요
수명	짧다.	길다.
주로 사용하는 곳	자동차,압연기,초지기 등 사용횟수,속도조절이 필요한 곳.	펌프,압축기, 송풍기등  일정회전,시동이 빈번하지 않은 곳.

 

                            

 

키워드	모터회전수, 슬립주파수, slip frequency, line frequency, 전원주파수, 모터의 고장진단, 결함진단, 모터의 용어, 모터의 종류, DC모터

 

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모터(Motor)관련 전기 및 진동 진단용어

모터(Motor)관련 전기 및 진동 진단용어

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모터(전동기)에 관해서 설비진단을 하기위해서는 모터의 작동원리를 이해하여야 하는데 우선 이에 따른 전문용어를 알고 있어야 한다. 모터 전문가 및 공무와 정비팀(전기, 계전, 기계)에서 사용하는 용어를 알아듣지 못하게 되면 정작 중요한 분석을 위한 자료가 빈약할 수 밖에 없다. 그 다음에 진단을 하는 것이다. 물론 진단용어도 있지만 의사가 기본 해부학을 배우고 의학용어를 먼저 익히는 것과 같은 방법이라 할 수 있다. 여기에서는 모터관련 전기용어와 진동진단을 위한 용어를 정의하였다. 

모터 관련 용어

회전수

회전속도의 정도이며 1분간에 몇 회전 RPM(Revolution Per Minute)으로 표시된다.

토오크(Torque)

회전력을 말하며 kgfm 또는 Nm으로 표시된다.

관성(Inertia)

외력이 작용하지 않는 한 물체가 그 운동 상태를 유지하려고 하는 성질을 말한다.

회전자기장

모터를 회전시키기 위한 발생 자기장을 말한다.

회전센서(RPM sensor, Tachometer, Key phasor)

회전수를 검출하기 위한 장치인데 광 (光)식과 자기식 등의 종류가 있다.

회전불균일

1회전 이내 또는 비교적 단시간에서의 회전 변동을 말한다.

기계적시상수

모터가 기동하기 시작한 다음 정상 회전수의 63%에 도달할 때까지의 시간을 말한다. 이 값이 클수록 모터의 움직임이 느리게 된다.

기동 토오크

모터가 시동할 때에 발생하는 회전력을 말하며 시동 토오크라고도 한다. 이 힘이 클수록 모터의 움직임은 빠르게 된다. (참조: 코깅토오크-공회전시 기본 토오크)

역기전력

모터가 회전 중 모터 내부에 발생하는 유도 전압을 말한다. 단위는 V

콘덴서 모터

기동,구동용으로 콘덴서를 사용한 교류 모터를 말한다. 이 대표적인 것으로는 인덕션 모터, 싱크로너스 모터가 있다.

서보모터

제어를 목적으로 만들어진 특수한 모터를 말한다.

자극 센서

마그넷 로터의 N극, S극을 판별하기 위한 센서의 총칭. 주로 홀 소자가 사용된다.

시트 코일

포토 에칭기술을 사용하여 동판에 평면 모양의 코일 패턴을 형성한 것. 이코일은 박형(薄型)모터를 만들 때 이용된다.

타이밍 모터

전원 주파수에 동기하여 회전하는 모터를 말하며 이것에는 싱크로너스 모터나 PM형 스테핑 모터 등이 있다.

태코 제너레이터

속도 발전기를 말한다.

탈조 현상

스테핑 모터나 싱크로너스 모터가 구동 주파수에 대응하지 않는 이상 작동을 말한다.

초퍼제어

모터의 입력 전력을 ON,OFF함으로써 모터로의 입력에너지를 제어하는 전력 제어 기법을 말한다.

파워레이트

모터가 단위 시간당 낼 수 있는 출력의 정도. 파워레이트

요크

자력선을 통과시키기 위한 통로를 말하는데 계철이라고도 한다.

정격 속도 (Rotor Frequency):

정격 주파수의 전압을 인가하였을 때, 회전자가 실제로 돌아가는 속도, 부하에 따라 속도가 변할 수 있으며, 일반적으로 명판에 게재되어 있음.

동기 속도 (Magnetic Field Frequency):

정격 주파수의 전압을 인가하였을 때, 회전자의 이론적 속도, 무 부하시 회전 속도와 같다.

슬립 주파수(Slip Frequency):

동기 속도와 정격 속도와의 차, 동기 속도(Magnetic field frequency) – 정격 속도(Rotor frequency)

회전자 통과 주파수(Rotor Bar Pass frequency):

회전자 봉의 수X 회전 주파수 (Number of rotor bars x turning speed)

고정자 슬롯 통과 주파수(Slot pass frequency):

고정자의 슬롯 수 X 회전 주파수(Number of stator slots x turning speed)

3상 (3 Phase)

권선의 배치방법과 방향에 의해 극수가 결정되며

120도 위상차이가 나 있는 3상 전류는 회전자계를 발생시켜주게 된다. 회전 자계란 N극,S극 사이를 흐르는 자계가 회전한다는 것을 말한다.

극수(Number of Poles)

“극수”란 N극과 S극의 수를 말한다.N극과 S극은 반드시 같이 존재하며 따라서 극수는 항상 짝수이다. 즉 N극과 S극이 한 개씩이면 2극, 두개씩이면 4극 이되는 것이다. 이 극수는 다음의 공식에 의해 회전수를 결정하게 된다.

즉 2극일 경우 3600RPM이며 4극일 경우 1800RPM, 6극일 경우 1200RPM으로 회전수가 결정된다. 그러나 실제로 유도모터에는 유도모터의 원리에 의해 슬립(Slip)이 있기 때문에 2극일 경우 3577RPM 등으로 회전하게 된다. 바로 이 전원주파수에 의한 원리상의 회전수와 실제 회전수의 차이를 슬립(Slip)이라 하며 유도(Induction)모터의 독특한 특성이다.

  

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키워드	모터회전수, 슬립주파수, slip frequency, line frequency, 전원주파수, 모터의 고장진단, 결함진단, 모터의 용어,

모터(Motor)의 결함과 진동-공극(Air gap)관련

모터(Motor)의 결함과 진동-공극(Air gap)관련

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모터의 고정자와 회전자는 서로 닿지 않는다. 고정자로부터 유도된 전류로 회전자는 회전하게 되는데 이 두 구조간의 공간을 Air gap(공극)이라 한다. 이 공극은 서로 일정하게 조립되어 있어야 한다. 이 것이 불균일하지 않고 편심이 있으면 전기적인 문제가 기계적인 문제(진동)로 발산된다. 이 것은 전자기력의 힘으로 균형이 깨진 상태로 지속되면 결국 모터의 수명에 지장을 주게 되어 있다. 공극의 균형상태는 모터제조사의 조립기술을 대변하기도 하는데 좋지 않는 저급의 모터가 소음과 진동이 심한 것은 당연하다고 하겠다.

Uneven Air Gap(불균형 공극)

Rotor와 Stator 사이의 Air gap이 일정하다면 Rotor에 작용하는 전자기력(Magnetic force)은 균형이 유지된 상태이다. Air gap이 일정하다는 것은 유도모터에서 대단히 중요한 점이다. 왜냐하면 Air gap은Rotor에 유도된 전류의 양에 영향을 주기 때문이다. 다시 말하면, Rotor의 전자기력은 Stator 전류의 양보다 Air gap의 평등상태에 더 좌우된다. 이 Uneven Air gap은 결과적으로 매우 불평형(Imbalanced)한 전자기력을 유도하게 된다.

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Air gap을 측정하기 위해 Rotor의 각 끝부분에서 8부분으로 정확히 나눠 편심 상태를 측정한다. 그리고 둥글지 않은 상태(Out of round)와 Rotor의 굽힘(Bow)상태를 확인한다. 또한 Stator의 Run out과 Coil의 저항을 확인하며, 모터 프레임의 Twist상태를 확인하기 위해 Soft foot을 측정한다. “Soft foot”은모터의 연약한 지지상태(Poorly shimmed foot)이며, 완전하게 모터를 고정시킬 경우 모터의 프레임이 변형하며, Stator의 편심 상태로 발생된다.

Stator의 편심 상태로 유발된 Rotor의 진동은 Stator의 극수(Poles)에 관계없이 전원주파수(Line frequency)의 2배로 나타난다. 이 진동값은 부하에 비례하며, 전원을 없앨 경우 즉시 사라진다.

이 2´Line frequency는 모터의 프레임의 여러 부분에서 원형 방식(Circular pattern)으로 측정하며 관찰해보면, 공진이 없을 경우, 진동의 최대값은 Rotor와 Stator의 사이의 힘이 가장 크게 작용하는 곳이며, 또 가장 가까운 곳이다.     

Air gap의 불균형 상태를 진동스펙트럼으로 확인해보면 2´line frequency의 sidebands를 동반한RBPF(Rotor Bar Pass Frequency = # Rotor Bar x RPM)와 Rotor frequency에서의 진동으로 유발된다.

편심 회전자(가변공극) (Eccentric Rotor and Variable Air Gap)

로터의 편심은 로터 층간단락에 기인한 국부적인 온도상승으로 로터의 휨이 발생하는 현상 혹은 단순히 로터가 진원이 아닌 현상 때문에 발생한다.

2X Fl에서 높은 진동이 발생하며 Fp (#Pole x Slip Frequency)의 Sideband가 존재함. 정비활동 중 2X Fl과 Fp의sideband의 추이를 확인하여야 하며 급히 증가하지 않을 경우 더 이상의 손상은 진행되지 않는 것으로 볼 것. 그러나 수명은 단축. 로터가 편심된 전동기는 온도가 상승하면 더욱 고진동이 발생.

공극 측정법

고정자와 회전자 양측에 Marking을 하여 간극을 점검하여야 한다. 즉 Mark를 서로 정렬하여 45˚씩 로터를 회전하면서 고정자에 표시한 점에서 공극을 측정한다. 만약 차이가 5%이상 발생하면 공극의 편차는 로터의 편심에 기인 하는 것으로 보아야 하며 그다음 다시 로터를 45˚씩 회전시키면서 로터에 표시한 점에서 측정한다. 만약 간극이 이들 측정치간에 편차가 5%이상 발생하면 고정자가 편심된 것으로 보아야 한다.

Out of Round Rotor(둥글지 않은 회전자)

Rotor가 Stator의 중심에 있다 해도 완전히 둥글지(Perfect Round)않을 수 있다. 이 경우에 진동은Rotor Frequency에서 그리고 Fp (#Pole x Slip Frequency)에서의 “Beat”(진폭이 오르락 내리락 하는 것)으로 나타난다. 모터에서 하중을 증가할 지라도 이 Slip frequency는 증가하며, 그것은 Out of round rotor 에 기인한 “Beat”를 포함하여 오히려 진동을 크게 할 뿐이다.

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키워드	모터회전수, 슬립주파수, slip frequency, line frequency, 전원주파수, 모터의 진동, 모터의 전자기 진동, 진동센서, 회전자, Rotor, Air gap