모터(Motor)의 결함과 진동-7-회전자 바(Rotor bar)관련 문제

모터의 비파괴형 건강진단을 진동과 전류신호로 파악하려면 모터의 회전자를 반드시 이해해야 하는데 그 중에서 모터의 회전자를 구성하는 주요 구성요소 중에서 회전자 봉은 빼놓고 이해할 수 없는 요소이다. 이 회전자의 구조 및 용도를 설명하면 회전자를 둘러 종방향으로 유도전류가 흐르는 통로가 있고 엔드링(바의 끝부분 마무리 연결부)을 통해 다른 횡방향으로 나열된 회전자봉들로 연결되어 있는 형태로 회전자기능에 중요한 역할을 하며 전자기적결함을 진동 또는 전류로 파악할 수 있는 신호를 발산한다. 이 신호는 사람의 건강진단에 비유하면 골밀도 분석이라고 할 수도 있겠다. 이 신호를 분석하고 결함의 수준을 이해할 수 있는 자료를 정리해 본다.

회전자 봉(Rotor bar)의 문제

베어링 이외의 모터의 결함의 원인은 상당수 “Rotor bar”와 연관되어있기 때문에 초기결함 진단에서 Rotor bar의 결함을 확인하는 것은 매우 중요하다. 특히 부하를 받아 구동원으로 사용되는 모터 중에서 250HP이상의 큰 모터일 경우 더욱 중요하다. 모터가 부하를 받고 전원을 받아 시동할 때 고전류가 Rotor bar에 공급이 되며 이것은 Rotor bar로 하여금 큰 응력(Stress)를 받게 한다. 이것이 과도할 경우 Rotor bar의 문제가 발생하며 다음의 여러 문제 들로 영향이 파급된다.

반복적인 고전류 응력(Stress)에 의한 Rotor bar crack상태->

국부과열(Spot heating)이 Crack을 발생시키며, Rotor를 Bow시킴. 이것은 마치 Imbalance상태처럼 보이나 실제로는 Rotor의 결함의 측면에서 분석하여야 함.->Rotor bar break and arcing발생-> 추가적인 가열과 Rotor bow발생. 모터를 다시 balancing해도 Rotor는 Stator와 결국 마찰에 이름.

->근접한 Rotor bar에 많은 전류를 공급, 더 높은 열과 기계적 Stress발생->Rotor lamination이 손상을 입고 모터가 완전한 결함으로 진전.

다음은 전류의 측정을 통해 모터의 Rotor bar상태를 확인한 결과이다. 좌측 그림은 정상상태의 Rotor bar를 가진 모터의 전류측정이며, 우측의 그림은 Rotor bar 가 Broken된 상태의 결과이다.

Broken Rotor bar의 수를 예측할 수 있는 공식

 N=Broken Rotor bar의 예측된 수.

R=Rotor slot의 수

P=모터의 극수(pole number)

A=Line frequency의 진폭

B=”Line frequency-(극수´Slip frequency)”의 진폭

     ; 진폭을 “dB”로 읽을 경우,

     ; 진폭을 암페어(A)같은 Engineering unit으로 읽을 경우.

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