전기 모터는 우리가 살고, 일하고, 노는 일상 생활에서 중요한 역할을 합니다.간단히 말해서, 그들은 움직이는 거의 모든 것을 움직입니다.산업에서 소비하는 전기의 거의 70%가 전기 모터 시스템에서 사용됩니다.1

작동 중인 산업용 모터의 약 75%는 주요 효율성 개선에 매우 민감한 기계 범주인 펌프, 팬 및 압축기를 실행하는 데 사용됩니다2.이러한 응용 프로그램은 필요하지 않을 때도 항상 일정한 속도로 작동합니다.이러한 지속적인 작동은 에너지를 낭비하고 불필요한 CO2 배출을 생성하지만 모터의 속도를 제어하여 전력 소비를 줄이고 에너지를 절약하며 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.

모터의 속도를 제어하는 ​​한 가지 방법은 모터에 공급되는 주파수와 전압을 변화시켜 전기 모터의 회전 속도를 조절하는 장치인 가변 속도 드라이브(VSD)를 사용하는 것입니다.모터 속도를 제어함으로써 드라이브는 전력 소비를 줄이고(예: 회전 장비 속도를 20% 줄이면 입력 전력 요구 사항을 약 50% 줄일 수 있음3) 프로세스 제어를 크게 개선하고 수명 기간 동안 운영 비용을 크게 절감할 수 있습니다. VSD로 유용한 moA의 대부분은 많은 애플리케이션에서 에너지를 절약하기 위한 것이지만 적절하게 접지되지 않으면 조기 모터 고장을 일으킬 수 있습니다.전기 모터 고장의 원인은 다양하지만 드라이브를 사용할 때 가장 일반적인 문제는 공통 모드 전압으로 인한 베어링 고장입니다.

공통 모드 전압으로 인한 손상

3상 AC 시스템에서 공통 모드 전압은 드라이브의 펄스 폭 변조 전력에 의해 생성된 3상 사이의 불균형 또는 전원 접지와 3상 중성점 사이의 전압 차이로 정의할 수 있습니다. 위상 부하.이 변동하는 공통 모드 전압은 정전기적으로 모터 샤프트에 전압을 유도하고 이 샤프트 전압은 권선이나 베어링을 통해 방전될 수 있습니다.현대 엔지니어링 설계, 위상 절연 및 인버터 스파이크 방지 와이어는 권선을 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다.그러나 로터에 전압 스파이크가 쌓이면 전류는 접지에 대한 저항이 가장 적은 경로를 찾습니다.전기 모터의 경우 이 경로는 베어링을 직접 통과합니다.

모터 베어링은 윤활을 위해 그리스를 사용하기 때문에 그리스의 오일은 유전체 역할을 하는 막을 형성하여 전도 없이 전기력을 전달할 수 있습니다.그러나 시간이 지남에 따라 이 유전체는 분해됩니다.그리스의 절연 특성이 없으면 샤프트 전압이 베어링을 통해 방전된 다음 모터 하우징을 통해 방전되어 전기 접지를 달성합니다.이러한 전류의 이동은 일반적으로 방전 가공(EDM)이라고 하는 베어링에 아크를 발생시킵니다.이러한 지속적인 아크가 시간이 지남에 따라 발생하면 베어링 레이스의 표면 영역이 부서지기 쉽고 베어링 내부에서 작은 금속 조각이 부서질 수 있습니다.결국 손상된 재료는 베어링의 볼과 레이스 사이로 이동하여 연삭 효과를 일으켜 프로스팅이라고 하는 미크론 크기의 구멍을 생성하거나 플루팅이라고 하는 베어링 레이스웨이의 빨래판 같은 융기를 생성할 수 있습니다.

일부 모터는 눈에 띄는 문제 없이 손상이 점차 악화됨에 따라 계속 작동할 수 있습니다.베어링 손상의 첫 번째 징후는 일반적으로 베어링 볼이 움푹 들어간 부분과 젖어있는 부분 위로 이동하기 때문에 들리는 소음입니다.그러나 이 소음이 발생할 즈음에는 손상이 일반적으로 고장이 임박할 정도로 심각해집니다.

예방에 근거

산업용 애플리케이션은 일반적으로 가변 속도 모터에서 이러한 베어링 문제를 경험하지 않지만 상업용 건물 및 공항 수하물 처리와 같은 일부 설치에서는 견고한 접지가 항상 가능한 것은 아닙니다.이러한 경우 베어링에서 이 전류를 다른 방향으로 전환하는 다른 방법을 사용해야 합니다.가장 일반적인 솔루션은 특히 공통 모드 전압이 더 널리 퍼질 수 있는 애플리케이션에서 모터 샤프트의 한쪽 끝에 샤프트 접지 장치를 추가하는 것입니다.샤프트 접지는 본질적으로 모터의 회전자를 모터 프레임을 통해 접지에 연결하는 수단입니다.설치 전에 모터에 샤프트 접지 장치를 추가하는 것(또는 사전 설치된 모터를 구입하는 것)은 베어링 교체와 관련된 유지 보수 비용의 가격표와 비교할 때 지불해야 할 적은 비용일 수 있습니다. 시설의 다운타임.

오늘날 업계에는 탄소 브러시, 링 스타일 섬유 브러시 및 접지 베어링 절연체와 같은 몇 가지 일반적인 유형의 샤프트 접지 장치가 있으며 베어링을 보호하는 기타 방법도 사용할 수 있습니다.

카본 브러쉬는 100년 이상 사용되어 왔으며 DC 모터 정류자에 사용되는 카본 브러쉬와 유사합니다.접지 브러시는 모터 전기 회로의 회전 부분과 고정 부분 사이에 전기 연결을 제공하고 회전자에서 접지로 전류를 전달하여 전하가 베어링을 통해 방전되는 지점까지 회전자에 축적되지 않도록 합니다.접지 브러시는 특히 대형 프레임 모터의 경우 접지에 대한 낮은 임피던스 경로를 제공하는 실용적이고 경제적인 수단을 제공합니다.그러나 단점이 없는 것은 아닙니다.DC 모터와 마찬가지로 브러시는 샤프트와의 기계적 접촉으로 인해 마모될 수 있으며, 브러시 홀더의 설계에 관계없이 브러시와 샤프트 간의 적절한 접촉을 확인하기 위해 어셈블리를 주기적으로 검사해야 합니다.

샤프트 접지 링은 카본 브러시처럼 작동하지만 샤프트 주변의 링 내부에 배열된 여러 가닥의 전기 전도성 섬유를 포함합니다.일반적으로 모터의 끝판에 장착되는 링의 외부는 고정된 상태로 유지되는 반면 브러시는 모터 샤프트의 표면을 타고 전류를 브러시를 통해 안전하게 접지로 향하게 합니다.샤프트 접지 링은 모터 내부에 장착할 수 있으므로 세척 작업 및 더러운 작업 모터에 사용할 수 있습니다.그러나 완벽한 샤프트 접지 방법은 없으며 외부에 장착된 접지 링은 칫솔모에 오염 물질을 모으는 경향이 있어 효율성이 떨어질 수 있습니다.

접지 베어링 절연체는 오염 물질의 침입을 방지하기 위해 미로 디자인을 사용하는 2부분 비접촉 절연 실드와 샤프트 전류를 베어링에서 다른 방향으로 전환하는 금속 로터 및 절연 전도성 필라멘트 링의 두 가지 기술을 결합합니다.또한 이러한 장치는 윤활유 손실 및 오염을 방지하기 때문에 표준 베어링 씰 및 기존 베어링 아이솔레이터를 대체합니다.

베어링을 통한 전류 방전을 방지하는 또 다른 방법은 비전도성 재료로 베어링을 제조하는 것입니다.세라믹 베어링에서 세라믹 코팅 볼은 샤프트 전류가 베어링을 통해 모터로 흐르는 것을 방지하여 베어링을 보호합니다.모터 베어링을 통해 전류가 흐르지 않기 때문에 전류로 인한 마모 가능성이 거의 없습니다.그러나 전류는 접지로 가는 경로를 찾을 것이며, 이는 연결된 장비를 통과한다는 것을 의미합니다.세라믹 베어링은 회전자에서 전류를 제거하지 않으므로 세라믹 베어링이 있는 모터의 경우 특정 직접 구동 애플리케이션만 권장됩니다.다른 단점은 이러한 스타일의 모터 베어링에 대한 비용과 베어링이 일반적으로 크기 6311까지만 사용할 수 있다는 사실입니다.

100마력 이상의 모터에서는 사용되는 샤프트 접지 스타일에 관계없이 샤프트 접지 장치가 설치된 모터의 반대쪽 끝에 절연 베어링을 설치하는 것이 일반적으로 권장됩니다.

세 가지 가변 속도 드라이브 설치 팁

가변 속도 애플리케이션에서 공통 모드 전압을 줄이려고 할 때 유지보수 엔지니어가 고려해야 할 세 가지 사항은 다음과 같습니다.

1. 모터(및 모터 시스템)가 올바르게 접지되었는지 확인하십시오.
2. 전압 불균형은 물론 잡음 수준을 최소화할 적절한 반송파 주파수 균형을 결정합니다.
3. 샤프트 접지 장치가 필요하다고 판단되는 경우 해당 용도에 가장 적합한 장치를 선택하십시오.

베어링 전류가 존재할 때 모든 솔루션에 적합한 단일 크기는 없습니다.고객과 모터 및 드라이브 공급업체가 협력하여 특정 애플리케이션에 가장 적합한 솔루션을 찾는 것이 중요합니다.