청정 전력 가변 주파수 드라이브로 모터 기대 수명 연장

모터에서 끊임없이 삐걱거리는 소리와 으르렁거리는 소음이 들립니다. 이 걱정스러운 우르릉거리는 소음은 미세한 수준에서 매일 천천히 증가합니다. 베어링이 부식되기 시작하는 증상입니다. 모터 전문가들은 모터 고장의 50%가 베어링 결함으로 인해 발생한다고 밝혔습니다.

베어링 고장의 주요 원인(80%)은 기계적이며 그 중 다음과 같습니다.

이러한 문제는 적절한 관리와 효과적인 유지 관리 계획을 통해 관리할 수 있습니다. 가변 주파수 드라이브(VFD), 유도된 베어링 전류(조기 노화를 방지하기 위해 조치가 필요함) 및 모터 고장과 같은 베어링 문제의 다른 원인이 있습니다.

VFD는 40여년 전에 처음 소개된 이후 업계에 극적인 영향을 미쳤습니다. 전력 전자 장치를 사용하면 모터 토크와 속도를 정밀하게 제어할 수 있어 전달되는 움직임을 정확한 요구 사항에 맞출 수 있습니다. 결과적으로 사용자는 에너지 절약을 누리고 모터 변속기/구동계에 대한 스트레스를 덜 경험하게 됩니다.

역사적으로 VFD 기술의 이점에는 대가가 있었습니다. 최첨단 VFD에는 고조파, 전자기 간섭(EMI), 델타 시간에 따른 델타 전압(dv/dt)과 같은 단점이 있어 부피가 큰 필터를 사용해야 하고 케이블 길이가 제한됩니다.

많은 응용 분야에서 이해하기 어려운 현상은 일반적으로 베어링 전류라고 불리는 모터 베어링을 통해 이동하는 전류입니다. 베어링 전류는 볼 베어링과 베어링 레이스의 구멍, 홈, 성에 현상의 근본 원인입니다.

전기 모터 베어링은 100,000시간 작동하도록 설계되었습니다. 이는 11년 이상 매일 지속적으로 사용한 것입니다. 베어링이 고장나는 경우(모터 고장의 50%) 결과는 수리 비용뿐만이 아닙니다.

첫 번째 결과는 계획되지 않은 유지 관리와 생산 손실 비용입니다. 또한 모터 샤프트에 부착된 기계적 부하 및 커플링이 손상될 가능성도 있습니다. 이는 베어링 고장의 직접적인 결과로 발생하거나 고장 후 수행되는 사후 유지 관리 중에 발생할 수 있습니다.

사후 유지 관리와 관련하여 여러 연구에 따르면 근로자의 28%가 사전 유지 관리보다 사후 유지 관리를 수행하는 동안 직장에서 사고를 당할 가능성이 더 높다는 사실이 입증되었습니다.

계획되지 않은 사후 유지 관리와 관련된 생산 중단 시간은 생산 손실, 기한 준수, 수익 손실, 손실된 생산을 보충하기 위한 인건비 증가, 수리 자체 비용 등 부정적인 결과를 초래합니다.

공통 모드 전압은 모터의 중성점과 시스템 접지 사이의 전압으로 정의됩니다. 중성선에서 접지까지의 전압(공통 모드 전압)은 세 전압의 평균 합으로 위상 대 접지 전압을 기준으로 계산할 수 있습니다.

3상 전압 신호로 구동되는 3상 모터의 경우 시스템의 균형이 잘 잡혀 있을 때 이 세 가지 전압 신호는 이론적으로 120도 위상 변이를 갖는 동일한 진폭을 갖습니다. 이 시나리오에서 균형 잡힌 교류(AC) 모터는 균형 잡힌 3상 AC 소스에 의해 구동되어야 하며 공통 모드 전압은 0이 됩니다.

모터가 일반 VFD로 구동될 때 절연 게이트 양극 트랜지스터(IGBT)의 빠른 스위칭은 3개의 고주파 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 생성합니다. 불균형으로 인해 모터의 중성점과 시스템 접지 사이에 0이 아닌 전압(공통 모드 전압) 차이가 발생합니다.

이 고주파 PWM 신호와 결합된 AC 모터의 구조는 모터 부유 용량(기생 용량이라고도 함)을 무시할 수 없게 만듭니다.

부유 용량 회로는 모터가 회전하고 공통 모드 전압이 널이 아닐 때 샤프트 전압의 소스입니다. PWM의 고주파수로 인해 이 샤프트 전압이 베어링 윤활제를 통해 스파크와 아크를 생성하여 베어링 레이스에 구멍이 생기고 홈이 생길 수 있습니다.