UNEVEN Airgap
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.
機械状態監視診断技術(振動)交流会
https://www.jsme.or.jp/conference/joutai/doc/kaisai/20100205/komura.pdf
Uneven Air Gap(불균형 공극)
Rotor 와 Stator 사이의 Air gap 이 일정하다면 Rotor 에 작용하는 전자기력(Magnetic force)은 균형이 유지된 상태이다. Air gap 이 일정하다는 것은 유도모터에서 대단히 중요한 점이다. 왜냐하면 Air
gap 은 Rotor 에 유도된 전류의 양에 영향을 주기 때문이다. 다시 말하면, Rotor 의 전자기력은 Stator 전류의 양보다 Air gap 의 평등상태에 더 좌우된다. 이 Uneven Air gap 은 결과적으로 매우 불평형(Imbalanced)한 전자기력을 유도하게 된다.
Airgap을 측정하기 위해 Rotor의 각 끝부분에서 8부분으로 정확히 나눠 편심 상태를 측정한다. 그리고 둥글지 않은 상태(Out of round)와 Rotor 의 굽힘(Bow)상태를 확인한다. 또한 Stator 의 Run out 과 Coil 의 저항을 확인하며, 모터 프레임의 Twist 상태를 확인하기 위해 Soft foot 을 측정한다. “Soft foot”은 모터의 연약한 지지상태(Poorly shimmed foot)이며, 완전하게 모터를 고정시킬 경우 모터의 프레임이 변형하며, Stator 의 편심 상태로 발생된다.
Stator 의 편심 상태로 유발된 Rotor 의 진동은 Stator 의 극수(Poles)에 관계없이 전원주파수(Line frequency)의 2 배로 나타난다. 이 진동값은 부하에 비례하며, 전원을 없앨 경우 즉시 사라진다.
이 2 ́Line frequency 는 모터의 프레임의 여러 부분에서 원형 방식(Circular pattern)으로 측정하며 관찰해보면, 공진이 없을 경우, 진동의 최대값은 Rotor 와 Stator 의 사이의 힘이 가장 크게 작용하는 곳이며, 또 가장 가까운 곳이다.
Air gap 의 불균형 상태를 진동스펙트럼으로 확인해보면 2 ́line frequency 의 sidebands 를 동반한 RBPF(Rotor Bar Pass Frequency = # Rotor Bar x RPM)와 Rotor frequency 에서의 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 Fl 에서 높은 진동이 발생하며 Fp (#Pole x Slip Frequency)의 Sideband 가 존재함. 정비활동 중 2X Fl과 Fp의sideband의 추이를 확인하여야 하며 급히 증가하지 않을 경우 더 이상의 손상은 진행되지 않는 것으로 볼 것. 그러나 수명은 단축됨. 로터가 편심된 전동기는 온도가 상승하면 더욱 고진동이 발생.
공극 측정법
고정자와 회전자 양측에 Marking 을 하여 간극을 점검하여야 한다. 즉 Mark 를 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)
Rotor 가 Stator 의 중심에 있다 해도 완전히 둥글지(Perfect Round)않을 수 있다. 이 경우에 진동은 Rotor Frequency 에서 그리고 Fp (#Pole x Slip Frequency)에서의 “Beat”(진폭이 오르락 내리락 하는 것)으로 나타난다. 모터에서 하중을 증가할 지라도 이 Slip frequency 는 증가하며, 그것은 Out of round rotor 에 기인한 “Beat”를 포함하여 오히려 진동을 크게 할 뿐이다. https://youtu.be/D8OcS7mCPq0