가변 속도 드라이브의 전압 펄스가 모터 고정자에서 회전자로 커플링되어 회전자 샤프트에서 전압이 나타날 수 있습니다. 이 회전자 샤프트 전압이 베어링 그리스의 절연 용량을 초과하면 모터에서 조기 결함이 발생하는 원인이 될 수 있는 손상인 모터 베어링 레이스의 피팅 및 플루팅의 원인이 되는 전압 아크 또는 방전 이 발생할 수 있습니다. 이 응용 지침서에서는 Fluke MDA-550 모터 드라이브 분석기와 샤프트 전압 프로브를 사용하여 모터 샤프트 전압 방전 이벤트를 측정하는 방법을 설명합니다.
샤프트 전압 방전
모터 고정자와 회전사 간 용량 결합은 모터 샤프트에 전압을 생성할 수 있습니다. 그러면 샤프트 회전뿐만 아니라 베어링을 통해 모터 샤프트에서 접지까지 흐르는 전류에 의해서도 전기 모터에서 마모와 균열이 발생할 수 있습니다. 사인파 AC 전력으로 구동하는 모터에는 약 1~2V의 샤프트/베어링-프레임 전압이 있을 수 있습니다. 그러나 가변 주파수 드라이브(VFD)의 급속 스위칭 파형으로 구동하는 모터에는 최대 8~15V의 샤프트/베어링-프레임 전압이 있을 수 있습니다. 이러한 수준의 전압은 베어링 그리스의 절연 속성을 압도하여 피팅, 플루팅, 융착 화구 및 결과적으로 베어링과 모터의 조기 결함의 원인이 될 수 있는 스파크를 발생시킵니다.
샤프트 전압 프로브
모터 고정자와 회전자 사이의 용량 결합은 모터 샤프트에 전압을 생성할 수 있습니다. 그러면 샤프트 회전뿐만 아니라 베어링을 통해 모터 샤프트에서 접지까지 흐르는 전류에 의해서도 전기 모터에서 마모와 균열이 발생할 수 있습니다. 사인파 AC 전력으로 구동하는 모터에는 약 1~2V의 샤프트/베어링-프레임 전압이 있을 수 있습니다. 그러나 가변 주파수 드라이브(VFD)의 급속 전환 파형으로 구동하는 모터에는 최대 8~15V의 샤프트/베어링-프레임 전압이 있을 수 있습니다. 이러한 수준의 전압은 베어링 그리스의 절연 속성을 압도하여 피팅, 플루팅, 융착 화구 및 결과적으로 베어링과 모터의 조기 결함의 원인이 될 수 있는 스파크를 발생시킵니다.
측정 장치
MDA-550은 3상 및 단상 인버터형 모터 드라이브 시스템을 빠르고 쉽게 테스트하여 일반적인 문제를 해결하도록 설계했습니다. 4채널 휴대용 오실로스코프 및 레코더 기능 다음의 특정 모터 구동 분석 기능에서는 화면의 정보를 통해 단계별 설정 지침을 제공합니다. 따라서 분석기를 쉽게 구성할 수 있으며, 샤프트 전압 측정을 포함하여 전력 입력부터 설치된 모터까지 드라이브 측정값을 얻을 수 있습니다.
샤프트-전압 스파이크는 마이크로초 측정 범위 미만으로 대단히 빠를 수 있습니다. 대역폭이 500MHz로 높고 샘플링 속도가 빠른(최대 5Gsample/s) Fluke MDA-550은 이러한 전압의 급속한 변화를 측정하기에 적합합니다.
측정 결과
기본 모터 샤프트 전압 측정에는 모터 샤프트 자체에서 측정된 전압 파형이 표시됩니다. 화면 상단에 표시되는 전압 피크-피크 값으로 이미 샤프트의 전압 수준이 높다는 것을 나타내는 파형을 캡처하여 최대 수준을 식별합니다. 그러나 이러한 빠른 방전이 발생하는 주파수는 이 방법으로 결정할 수 없습니다. MDA-550에서는 “EVENTS ON”(이벤트 켜짐) 기능을 이용하여 미리 정의된 최소 전압 차이와 최대 시간 차이에 따른 방전으로 파형을 표시합니다.
이 표시에서는 상승 또는 하강 시간이 있는 캡처된 각 파형이 초당 감지된 이벤트 수와 함께 업데이트됩니다. 방전 파형에서는 접지까지 전압의 증가와 방전 순간의 접지까지 가파른 수직 라인을 차례로 보여줍니다. 마지막으로 캡처한 파형의 자세한 분석을 위해 MDA-550에서는 캡처된 마지막 100개 파형의 화면 버퍼가 포함된 “REPLAY”(재생) 기능을 제공합니다. 화면을 개별적으로 선택하거나 애니메이션으로 표시할 수 있습니다.
15V보다 큰 전압 방전과 50나노초보다 빠른 전이 시간은 베어링이 손상될 수 있는 방전을 가리킬 수 있습니다. 그러나 영향을 주는 다른 요인이 많이 있으므로 이 내용만으로 베어링의 잠재적인 손상을 결정하기는 어렵습니다.
과도한 샤프트 전압이 감지되면 케이블 연결, 접지, 드라이브 매개변수 또는 윤활유를 조정하여 방전을 줄일 수 있는지 확인하는 것이 좋습니다. 이 방법이 가능하지 않거나 문제 완화에 도움이 되지 않는 경우, 샤프트 접지 장치 또는 절연된 샤프트가 유용한 대안입니다. 이러한 샤프트 전압 완화 작업의 효과는 변경 구현 전후에 기록된 이벤트 수를 비교하여 쉽게 해석할 수 있습니다.
