유도전동기(Induction motor) 고장 조치방법
현재 국내에서는 다분히 많은 량의 전동기가 생산되고 있으며 사용자의 여러 가지 조건하에 설치된 전동기는 인간이 만든 것이기에 때때로 고장이 발생한다. 그렇기 때문에 전동기를 사용하고 있는 현황의 신속한 파악이 무엇보다도 중요하며, 불완전한 전동기로 인해 손해를 초래하는, 주로 공통적인 고장요인은 다음 6가지 항목으로 준약 될 수 있다.
A. 과진동
B. 소음
C. 대전류
D. 운전열
E. BEARING 고장
F. 전동기 파손
따라서 이들 고장요인을 분석함으로써 고장 시 조치방법과 올바른 전동기 사용으로 사용자의 이익을 증가시켜야 할 것이다.
A. 과진동
현장에서 전동기 고장이 잦은 요인 가운데 하나는 과진동이다. 만약 전동기에서 최대 과진동이 자주 나타나면 사용자는 전동기가 고장의 근원이라고 생각한다. 때때로 그런 생각이 옳지만 대부분의 이런 예에서는 전동기는 수리의 대상이 되지 않는다. 그러나 전동기나 어떠한 회전기계도 항상 약간의 진동이 있다는 것을 사용자는 이해하여야 한다.
전동기가 설치될 때는 피운전장치, 결합장치 등으로 구성되는 System의 일부분이 되는 것이다. 어느 한 기계라도 System의 과진동의 원인이 될 수 있는 것이므로 전동기를 수리하기 전에 사용자는 System의 기계 전부를 시험하고 가능한 모든 외부의 고장요인들을 제거해야 한다.
전동기에 있어서의 과진동의 가장 공통적인 요인과 그 대책을 알아보자.
CASE1. System 의 기초 또는 구조에 있어서의 공진적 원인
STEP1) 적당한 기구(IRD 진동 분석기, DAVEY 진동계 등)로 운전중인 전동기의 베어링 하우징에서 수직, 수평 및 축 방향으로 실제 진동 폭을 측정한다.
STEP2) SYSTEM 동작 중에 기초 구조의 진동 폭을 측정한다.
만일 기초가 공진조건 또는 외부의 진원으로부터 오는 진동 때문에 흔들린다면 이 진동은 전동기에 영향을 주므로 이런 진동 요인을 제거해야 한다.
STEP3) 회전계의 진동의 고유주파수를 측정하라.
만일 고유주파수가 운전주파수에 가깝거나 (1/2 - 3/2) 또는 운전주파수의 정배수가 되면, 공진을 방지하기 위해 고유주파수를 변경해야 한다.
CASE2. 불완전한 결합으로 인한 원인
STEP1) 전 System의 동작상태에서 차고 더운 두 경우에 있어서의 결합 상태를 점검하여 허용치 이내가 되도록 한다.
▶ 2,000 rpm 미만의 기계 : 합성축과 결합장치의 평행도와 주각은 0.002˝ 이내이어야 한다.
▶ 2,000 rpm 이상의 기계 : 평행도와 주각은 0.001˝ 이내이어야 한다.
CASE3. 고착 BOLT의 이완으로 인한 원인
STEP1) 고유주파수가 회전주파수보다 훨씬 높고 (150% 이상), 고주파가 아니면 SYSTEM의 구성부분들을 점검하여 조치한다.
즉, 끼움쇠는 적당히 끼워져 있는가?
수평은 맞는가?
전동기가 기초구조에 고착되어 있는가?
CASE4. 전동기에 있어서의 불균형
STEP1) 전동기의 결합장치가 떨어져 있을 때 전동기를 동작시켜 앞에서와 같이 진동 폭을 측정한다.
평형을 점검했을 때 나타났던 치보다 철판 위에 놓여졌을 때의 진폭이 0.001˝ 이상으로 나타난다면 전동기와 결합장치에 있어서의 불균형을 바로 잡아야 한다.
STEP2) STEP1 에서의 전동기의 균형이 만족할 만하다면 피 운전장비 및 그 지지 구조물이 진동의 근원임이 거의 확실하므로 사용자는 진동원인을 제거해야 한다.
B. 소음
현재 발생되는 소음이 중대한 고장을 방지하기 위한 교정행위를 필요로 하는 비정상적인 상태를 나타내는 것인가의 여부를 구별하는 것이 중요하다. 고장이 빠른 진행과정으로 나타날 비정상 소음의 형태로는 다음의 것들이 있으므로 사용자는 잘 관찰하여 원인을 제거해야 한다.
a. 회전부분의 간격이 없어졌을 때 나타나는 “찍찍”소리 : 대표적 원인으로 송풍기의 단위가 변경되어 방풍판과 일으키는 마찰, 베어링 캡과 전달 축과의 마찰 등의 원인
b. 불량의 내 마찰 베어링으로 인해 나타나는 “우렁우렁” 소리
c. 큰 자기적 소음 : 구조불량, 단로 등에서 나타난다. (연속 운전하게 되면 완전히 타버린다.)
<주의사항>
* 비정상적인 SERVICE 조건은 Maker 와 협의한다.
* NEMA에는 전동기와 치차장치의 크기에 따른 소음한계를 설정 하고 있지 않다.
* 전동기와 관련된 소음은 같은 기초 위에 놓여진 전동기와 피 운전장비들로 인해 나오는 수도 있으므로 기초를 보다 더 확고히 하거나 고착 장치들을 격리시킴으로써 종종 이런 원인에 의한 소음을 감소시킬 수 있다.
C. 과전류 (HIGH CURRENT)
A.C 전동기에 비정상적으로 높은 전류가 유입되는 것은 기동기에 장치된 과부하 보호장치의 동작을 통해서 사용자가 알게 되는 것이 보통이다. 그 원인을 알기 위해서는 주위상태, 정격열량, 피운전장비를 필요로 한 마력들을 모두 재확인하고 만족한 상태임을 밝혀져야 한다.
STEP1) 전동기의 정확한 선간 전압을 점검하라.
만약 명판의 정격 치 보다 더 높은 전압이 가해지면 자성체의 포화상태가 일어나고 급격히 전류가 증가하여 전동기는 타버린다. 실제 전압이 정격전압보다 ±10%를 초과하는 점에서는 전동기 동작은 현저하게 지장을 받을 것이다. 즉 과전류는 높은 전압의 직접적인 결과이므로 사용자는 인입 되는 전압을 조정해야 한다.
STEP2) 정격 치 이상의 전류는 가끔 묵과되는 다른 이유로 발생하기도 한다. 저속펌프에 빈번히 직접 연결해서 사용하는 저속전동기에서 일어난다. 사용자측의 설계자가 전동기 전부하 전류를 결정하기 위해 종종 표준규격을 참조하지만 이 규격표는 통상 1200 – 900 RPM의 전동기에 적용되므로 900RPM 이하의 전동기는 상당히 많은 전류가 흘러 매우 낮은 역률을 갖는다는 사실을 무시하고 있다. 따라서 저속도 전동기에 대해서는 사용자가 유의해야 한다.
D. 운전열 (Running Hot)
전동기가 실제로 측정 온도 이상으로 운전되고 있는 가를 측정하기 위해서는 프레임에 온도계를 장치해야 한다. 다음과 같은 점검 사항으로 전동기에 대한 원인을 알아볼 수 있으므로 대책을 세워야 한다.
STEP1) 충분한 양의 공기가 전동기로 유입되는 가를 알아본다.
① 축송풍기가 있으며 이것이 깨끗한가?
② 축이나 외부의 송풍기가 옳은 방향으로 회전하고 있는가?
③ 공기가 출구에서 입구로 재순환하지 않는가? (즉 입구의 온도가 주위의 온도보다 5℃ 이상 높지 않는가를 점검한다.)
④ 공기의 양은 충분한가? (방풍판이 없거나 부적당하게 취부 되지는 않았나?)
⑤ 속도가 부정확한가? (명판의 정격 치 rpm 인가?)
STEP2) 전동기에 걸리는 부하는 정당한가를 알아본다.
① DUTY CYCLE 을 점검한다.
② 공급 전원을 점검한다.
③ 공급전원의 주파수를 점검한다. (NEMA : ± 5%)
④ 불평형된 상전압을 점검한다.
⑤ 부하전압과 전류를 점검한다.
STEP3) 전동기의 결합을 제거하고 전압, 전류 및 전력의 각상에서의 무부하 지시 차가 정상인가를 점검한다.
STEP4) 여러 개의 인버터가 사용되는 곳에서는 전압원의 고주파 내용을 점검하라. 인버터 운전은 선로에 고주파를 되돌려 가계에 역회전력을 발생시켜 열을 발생케 한다.
STEP5) BEARING 을 점검한다. 손상된 베어링은 전동기의 부하를 증가시켜 과부하를 만들고 온도를 증가시킨다.
* 위의 모든 점검사항을 조사하여 운전열의 원인을 제거해야 되고 만약 이상이 없으면 전동기의 용량선정이 잘못된 것이다.
E. BEARING 파손
전동기를 사용하는 곳에서 가장 많이 발생하는 고장중의 하나는 베어링이 기능을 발휘하지 못하거나 고장이 나는 것이다. 대부분의 BEARING 파손은 다음의 원인들 중 하나이므로 사용자는 고장원인을 파악하여 조치하여야 한다.
STEP1) 주유 (LUBRICATION)
가장 보편적인 베어링 파손의 원인은 무적절한 주유로 인한 과열, 파손이다. 따라서 베어링에는 고갈되는 윤활유를 알맞은 양으로 보충해 주어야 한다.
STEP2) 잘못된 결합 (MISALIGNMENT)
전동기 축과 부하 축의 잘못된 결합은 베어링 내부에 큰 압력을 부과하여 베어링과 베어링 홈을 파손시키므로 잘못된 결합은 수정해야 한다.
STEP3) 과부하 (OVERLOAD)
전동기에 부하가 증가하면 베어링 수명은 상대적으로 (부하의 3승에 역비례) 크게 감소하므로 과부하의 원인을 제거해야 한다. 즉 꽉 조여진 BELT에 연결된 장치나 전동기가 구동하는 장치 등을 점검해야 한다.
STEP4) 잘못된 맞춤 (FAULTY FITS)
베어링과 전동기의 다른 부품들과의 잘못된 맞춤은 비정상적인 운전을 야기하게 된다. 그 현상은 네 가지로 집약할 수 있다.
ⓛ 축과 베어링 내륜의 맞춤이 잘못되어 있으면 마찰을 일으켜 열을 발생한다.
② 베어링 하우징과 외륜과의 맞춤이 너무 헐거우면 베어링 외륜이 천천히 회전하여는 경향이 있어 고장 원인이 된다.
③ 베어링 자체에 있어서의 베어링과 베어링 륜의 사이의 내부간격이 없어지면 베어링은 고착되고 즉시 파손된다.
④ 프레임, 브라켓트로 구성된 고정계 내에 회전자와 베어링으로 구성된 회전계의 전반적 맞춤이 잘못되면 베어링에 영향을 주어 파손된다.
STEP5) 설치중의 파손 (INSTALLATION DAMAGE)
설치중의 손상은 대부분 부주의나 경험 부족으로 일어나는 원인이다. 외륜을 눌러서 베어링을 축에 압착하는 등의 방법은 베어링 륜을 손상시킨다. 따라서 전동기를 설치할 때는 경험자가 주의 있게 해야 한다.
STEP6) 진동에 의한 변경
만일 전동기가 운전하지 않는 동안에 장기간에 걸쳐서 진동하는 경우가 있게 되면 이 진동으로 인해 베어링이 접촉하는 륜에 오목한 자국을 내게 되므로 MAKER 에서는 프리로드 스프링을 설치하지만 진동 근원을 찾아내 제거해야 한다.
STEP7) 부식 (CORROSION)
베어링 내부에 습기가 차 있거나 습도가 높은 지역에 장기간 전동기를 보관하면 부식이 생겨 베어링을 빨리 부식시키는 원인이 되므로 이런 상태에서는 전동기를 건조하게 해야 하며 전동기를 정기적으로 돌려야 한다.
STEP8) 전류
드문 경우이나 베어링을 통해 전류가 흐르는 경우에는 전문기사에게 도움을 청해야 한다.
STEP9) 맞지 않는 베어링
사용자측에서 베어링을 교체할 때 MAKER 에서 원래 사용한 베어링이 아닌 다른 베어링을 잘못 사용함으로써 생기는 고장이 자주 발생하므로 반드시 동종의 베어링을 사용해야 한다.
F. 전동기의 소손
전동기가 소손 되는 대표적인 원인들은 다음과 같다. 따라서 사용자는 고장원인을 분석하여 적절한 대책, 수리, 교체 방안을 세워야 한다.
STEP1) COIL 간, 상간, 또는 파괴된 절연을 통해 고정자 철심에의 단락 등이 주요원인이며, 고장 난 권선에 매우 집중된 연소 점이 나타남으로써 쉽게 알 수 있다.
STEP2) 과부하가 걸리는 전동기에 전원을 끊어주는 제어장치가 고장이 났을 경우 전체 권선이 완전히 연소되므로 제어장치를 수리해야 한다.
전동기(Induction motor) 유지 보수 (Maintenance)
