Airgap, Vibration
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Air Gap관련
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
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모터의 고정자와 회전자는 서로 닿지 않는다. 고정자로부 터 유도된 전류로 회전자는 회전하게 되는데 이 두 구조간 의공간을 Air gap(공극)이라 한다. 이 공극은 서로 일정 하게 조립되어 있어야 한다. 이 것이 불균일하지 않고 편 심이 있으면 전기적인 문제가 기계적인 문제(진동)로 발 산된다. 이 것은 전자기력의 힘으로 균형이 깨진 상태로 지속되면 결국 모터의 수명에 지장을 주게 되어 있다. 공 극의 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 대 단히 중요한 점이다. 왜냐하면 Air gap은 Rotor에 유도 된 전류의 양에 영향을 주기 때문이다. 다시 말하면, Rot 아의 전자기력은 Stator 전류의 양보다 Air gap의 평등 상태에 더 좌우된다. 이 Uneven Air gap은 결과적으로 매우 불평형(Imbalanced)한 전자기력을 유도하게 된다.
Air gap을 측정하기 위해 Rotor의 각 끝부분에서 8부분 으로 정확히 나눠 편심 상태를 측정한다. 그리고 둥글지 않은 상태(Out of round)와 Rotor의 굽힘(Bow)상태를 확인한다. 또한 Stator의 Run out과 Coil의 저항을 확인 하며, 모터 프레임의 Twist상태를 확인하기 위해 Soft fo ot을 측정한다. “Soft foot”은 모터의 연약한 지지상태(P oorly 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 사 이의 힘이 가장 크게 작용하는 곳이며, 또 가장 가까운 곳 이다.
Air gap의 불균형 상태를 진동스펙트럼으로 확인해보면
2 line frequency의 sidebands를 동반한 RBPF(Roto r Bar PassFrequency = # Rotor Bar x RPM)와 Ro
tor frequency에서의 진동으로 유발된다.
편심 회전자(가변공극) (Eccentric Rotor and Varia
ble Air Gap)
로터의 편심은 로터 총간단락에 기인한 국부적인 온도상
승으로 로터의 휨이 발생하는 현상 혹은 단순히 로터가 진
원이 아닌 현상 때문에 발생한다.
2X FI에서 높은 진동이 발생하며 Fp (#Pole x slip Fre quency)의 Sideband가 존재함. 정비활동 중 2X FI과 Fp의sideband의 추이를 확인하여야 하며 급히 증가하 지 않을 경우 더 이상의 손상은 진행되지 않는 것으로 볼 것. 그러나 수명은 단축됨. 로터가 편심된 전동기는 온도 가 상승하면 더욱 고진동이 발생.
공극 측정법
고정자와 회전자 양측에 Marking을 하여 간극을 점검하 여야 한다. 즉 Mark를 서로 정렬하여 45°씩 로터를 회전 하면서 고정자에 표시한 점에서 공극을 측정한다. 만약 차 이가 5%이상 발생하면 공극의 편차는 로터의 편심에 기 인 하는 것으로 보아야 하며 그다음 다시 로터를 45°씩 회 전시키면서 로터에 표시한 점에서 측정한다. 만약 간극이 이들 측정치간에 편차가 5%이상 발생하면 고정자가 편 심된 것으로 보아야 한다.
편심조절법
로터의 편심은 전 원주에 걸쳐서 공극을 허용치 이내로 하 기 위해서 베어링 하우징 자체를 조정하거나 로터 져널을 가공하여야 한다. 로터의 편심은 심한 축정렬 불량과 같은 기계적 문제로도 발생될 수 있다는 사실에 유의하여야 한 다. 편심로타는 심한 Misalignment와 같은 기계문제에 의해서도 발생될 수 있다.
Out of Round Rotor(둥글지 않은 회전자)
Rotor가 Stator의 중심에 있다 해도 완전히 둥글지(Perf ect Round)않을 수 있다. 이 경우에 진동은 Rotor Freg uency에서 그리고 Fp (#Pole x Slip Frequency)에서 의"Beat(진폭이 오르락 내리락 하는 것)으로 나타난다.
모터에서 하중을 증가할 지라도 이 Slip frequency는 증 가하며, 그것은 Out of round rotor 에 기인한 “Beat”를 포함하여 오히려 진동을 크게 할 뿐이다.
전동기의 축전압 축전류
위 사진은 모터에서의 축전압 및 축전류인데,
일반적으로 회전 전기기계는 수~수십 볼트의 축 전압이 발생한다.
축전압 발생원인으로는 아래와 같은 것들이 있다.
1) 구조상 - 분할펀칭, 공극불평형, 공작불균일 등에 의해 정.부 극간 자기저항에 불평형이 생기며 서로 상쇄되지 않는 자속이 발전기 축과 쇄교하며 축전압을 발생시킨다. 전압은 낮지만 에너지는 크고 지속적이어서 폐회로가 구성되면 큰 축 전류가 흘러 사고로 연결된다.
2) 제작시 자기탐상시험 시 잔류자기 등에 의해 국부적인 기전력 발생할 수 있다.
3) 발전기의 경우 증기터빈 증기입자가 상호마찰 또는 동익에 충격 또는 마찰시 이온화 되어 축에 정전하 발생. 전압은 비교적 높으나 에너지는 낮아 축전류는 간헐적으로 흐르는 것이 특징이다.
축전류에 의한 장해로
축전압이 높아져 축과 축수간의 유막에서 절연이 파괴되면 축전류가 흘러 축 및 축수의 손상을 야기하는데,
베어링 파손에 의한 진동으로 모터의 경우 일정한 회전력을 못내고, 발전기의 경우 주파수 및 전압이 흔들리는 품질저하의 문제가 발생한다.
이를 방지하기 위해서는
: 축과 축수간을 절연하고 발전기/터빈 사이 발전기 축을 접지시킨다.
: 축수절연은 여자기측 한쪽만 실시해도 좋으며 운전 중 축절연 상태의 양부를 확인할 수 있게 이중 절연하며 축 접지도 확실을 기하기 위해 동일 원주상에 2개 이상의 축접지 브러쉬를 설치한다.
: 축절연은 축수뿐만 아니라 축과 근접하여 조립되는 씰링, 오일디플렉터, 그리고 케이싱과 연결되는 배관 등도 절연해야 한다.
: 운전 중 축접지 브러쉬를 점검 하거나 교체할 땡는 반드시 어느 한 브러쉬는 접지되어 있어야 한다.
축전압 및 축전류를 방지하는 접지 브러시의 경우 브러시 링을 따로 설치한다 *밑 사진
