전원이 차단된 모터 테스트를 사용하여 3상 AC 유도 모터를 완벽하게 테스트하는 방법

사람들은 종종 전체 그림을 정확하게 평가하지 않는 방법으로 모터 인덕턴스 테스트를 수행합니다. 부적절한 테스트는 조기 장비 교체, 잘못된 비용 분석 및 기타 부정적인 결과로 이어질 수 있습니다. ALL-TEST Pro의 독점 모터 회로 분석(MCA™) 장치를 사용한 전원 차단 모터 테스트는 테스트를 보다 정확하고 실행 가능하며 간단하게 만들 수 있습니다. 이 기사에서는 3상 AC 모터를 테스트하는 방법을 보여주고 MCA™ 방법이 더 포괄적인 이유를 설명합니다.

전통적인 테스트 방법은 어떻게 작동합니까?

최신 테스트 절차로 3상 모터를 테스트하는 방법을 다루기 전에 일반적으로 접지 미터 및 멀티미터에 대한 절연 저항을 사용하는 기존 테스트 방법으로는 충분하지 않은 이유를 검토하겠습니다. 이러한 도구는 모터의 특정 부분을 간과하며 3상 모터가 불량한지 여부를 확인하는 데 항상 도움이 되는 것은 아닙니다.

접지 미터에 대한 절연 저항

전기 고정자 결함의 약 17%만이 코일과 모터 프레임 사이에서 발생하거나 접지에 직접 단락되는 반면 약 83%는 권선 절연에서 발생한다는 증거가 있습니다. IRG 테스트는 권선 절연을 무시하기 때문에 작은 비율의 결함에만 적용됩니다. 또한 지반 벽체 단열재의 전반적인 상태는 평가하지 않고 가장 취약한 부분만 평가합니다. IRG 미터는 구식 편광 지수를 사용하여 전하를 저장하는 GWI의 능력을 결정할 것을 권장합니다. 이전 단열재 유형을 기반으로 하는 이러한 지침은 최신 단열 시스템에는 유효하지 않을 수 있습니다.

IRG 측정의 목적은 절연 상태를 결정하는 것이 아니라 3상 전기 모터가 전원을 공급해도 안전한지 확인하는 것입니다. 손실 계수 및 접지 정전 용량과 같은 추가 측정은 GWI의 전체 상태를 보다 완벽하게 표시합니다.

멀티미터

멀티미터는 특정 모터 리드 사이의 전기 회로 저항을 측정합니다. 이론적으로 도체를 둘러싼 절연이 끊어지면(권선 단락에서와 같이) 단락된 코일의 저항이 다른 코일보다 낮아져 위상 간에 저항 불균형이 발생합니다.

권선 절연 열화의 지표인 저항의 문제는 전류가 저항이 가장 적은 경로를 따른다는 기본 전기 법칙에 있습니다. 전류가 코일의 한 권선을 우회하려면 코일 사이의 절연 저항이 단락된 권선의 도체 저항보다 낮아야 합니다. 이 값은 밀리옴 단위일 수 있으며 일반적으로 권선 사이의 절연이 완전히 제거될 때까지 측정할 수 없습니다.

멀티미터의 또 다른 문제는 단열재의 온도 계수가 음수라는 것입니다. 온도가 상승함에 따라 저항이 감소하여 잠재적으로 전류가 코일 주위를 단축할 수 있을 만큼 충분히 낮은 값으로 감소합니다. 모터가 꺼진 후 측정하면 권선과 절연체의 온도가 낮아져 절연체의 저항이 충분히 증가하여 전류가 일반적인 경로를 따르고 위상 간에 균형 잡힌 측정이 제공됩니다.

단열재는 어떻게 분해됩니까?

3상 모터의 상태를 평가하는 것은 절연 파괴의 조기 표시에 달려 있습니다. 이를 위해 MCA™는 저전압 AC 신호를 사용하여 권선 절연 시스템을 실행하여 권선 절연이 열화되기 시작할 때 발생하는 화학적 변화를 겪기 시작하는 시기를 결정합니다.

모든 물질은 분자와 원자로 구성되어 있습니다. 원자는 화학 결합을 사용하여 분자를 형성하는 LEGO® 브릭처럼 작동합니다. 이러한 결합은 원자의 최외곽 껍질(가)에서 발생합니다. 절연 재료는 원자가 전자가 매우 밀접하게 결합되어 있습니다. 전도성 물질은 원자가 껍질에 느슨하게 결합된 전자를 가지고 있습니다. 열은 절연 재료의 화학적 구성을 변경하여 전도체를 둘러싼 절연이 더 전도성이 있게 하고 절연에 경로를 형성할 수 있습니다. 이러한 경로는 도체 사이에 단락을 생성합니다.

아레니우스 방정식 에 따르면 이러한 화학 반응은 온도가 섭씨 10도 증가할 때마다 두 배가 됩니다. 절연은 순간적으로 실패하지 않습니다. 모든 전기 절연 재료는 유전체이며 시간이 지남에 따라 화학적 구성이 변하지만 이러한 반응은 열화를 촉진합니다. 열은 반응 속도를 증가시키고 이에 따라 열화 속도를 가속화합니다.

이런 일이 발생하면 절연이 단계적으로 실패하기 시작합니다.

1. 절연체에 응력이 가해짐에 따라 전도도가 높아지고 저항과 용량이 줄어듭니다. 단층 구역에서 온도가 상승하기 시작하고 단열재가 탄화 경로를 형성합니다. 초기 단계에서는 절연체에 전류가 흐르지 않습니다.
2. 절연이 저하됨에 따라 저항은 계속해서 감소합니다. 자체 인덕턴스와 커패시턴스가 감소할 수 있으며 모터가 간헐적으로 트립되기 시작하지만 절연이 냉각된 후 성공적으로 실행될 수 있습니다. 계속 작동하면 결함이 악화됨에 따라 결함 영역의 온도가 계속 증가할 수 있습니다.
3. 마지막으로, 전류가 오류 영역을 가로질러 흐를 때까지 절연이 저하됩니다. 이 현상은 권선 절연체의 완전한 파열을 일으켜 권선을 기화시킬 수 있습니다. 이 시점에서 코일의 인덕턴스와 권선 저항이 변경됩니다.

일반적인 로터 오류는 무엇입니까?

일부(EPRI 상태 10%) 대형 3상 AC 유도 모터는 회전자 문제로 인해 고장납니다. 이는 기존의 모터 테스트 방법에서는 감지할 수 없거나 시간 소모적인 진단 및 복잡한 테스트 장비를 요구합니다. 다음은 몇 가지 일반적인 로터 결함입니다.

공허 캐스팅

농형 로터의 전기 부분에 있는 로터 바 또는 엔드 링에 증기 기포가 형성될 때 주조 공극이 발생합니다. 막대 또는 막대의 저항이 증가합니다. 로터 바는 병렬 회로를 생성합니다. 기본 전기 이론에 따르면 병렬 회로의 각 다리의 전압은 동일합니다. 로터 바의 주조 공극은 로터 바의 저항을 증가시켜 전류 흐름(결함이 있는 바를 통과하는)을 감소시키고 인접한 바를 통과하는 전류 흐름을 증가시킵니다. 이러한 인접한 로터 바를 통한 증가된 전류 흐름은 이러한 로터 바를 추가로 가열합니다. 추가 열로 인해 영향을 받는 바가 열팽창하여 로터가 구부러지고 과도한 진동이 발생하며 조기에 빈번한 베어링 고장이 발생합니다.

편심 로터

샤프트의 기하학적 중심선이 로터 코어의 기하학적 중심선과 동심이 아닐 때 편심 로터가 발생합니다. 샤프트에서 가장 먼 로터의 지점(높은 지점)은 고정자에 더 가깝고 로터 반대쪽 지점(낮은 지점)은 샤프트에 가장 가깝지만 샤프트에서 더 멀리 떨어져 있습니다. 고정자. 편심은 회전자 코어와 고정자 코어 사이에 불평등한 간격을 만듭니다. 편심 로터에는 높은 지점과 낮은 지점이 있으므로 로터 위치에 따라 로터와 고정자 사이의 간격이 같지 않습니다.

이러한 유형의 편심을 동적 편심이라고 합니다. 이 조건은 회전자와 고정자 사이에 전기적으로 불균형한 힘을 생성하여 베어링 고장을 자주 발생시킵니다.

불평등 에어 갭

동심 회전자가 고정자 필드의 기하학적 중심선에 위치하지 않으면 불균등 에어 갭이 발생합니다. 이러한 상황은 모터 프레임과 엔드 벨에 맞는 래빗의 부정확하고 비동심 가공으로 인해 발생할 수 있습니다. 적절하게 가공된 맞춤이라도 회전자의 GCL이 고정자의 GCL에서 상쇄될 수 있습니다. 이 문제는 편심 회전자와 유사하게 고정자와 회전자 사이에 좁은 간극과 불균형 전기력을 생성하지만 좁은 간극은 모터 내부의 고정된 위치에 남아 있으며 회전자의 방향에 따라 변경되지 않습니다. 이러한 유형의 편심을 정적 편심이라고 합니다.

모터 발과 베이스 사이의 부드러운 발 상태는 정적 편심의 일반적인 원인입니다. 모터의 발이 모터가 장착된 베이스와 동일한 평면에 있지 않은 경우 모터 프레임의 고정 볼트를 조이면 모터 프레임이 왜곡될 수 있으며 고정자 필드도 왜곡됩니다. 이러한 왜곡은 회전자가 고정자 자기장에서 중심을 벗어난 것과 동일한 조건을 생성합니다.

이러한 에어 갭은 좁은 간극과 불균형한 자기력을 생성하여 빈번한 베어링 고장과 로터 바의 균열 또는 파손으로 이어질 수 있습니다.

금이 가거나 부러진 로터 바

로터 바는 로터 전기 회로에서 도체처럼 작동합니다. 회전자 막대에 금이 가거나 파손된 경우 영향을 받는 막대가 고정자 코어 주위를 회전하는 자기장 고정자 극 아래에 있을 때 회전자에 데드 스팟이 발생합니다. 전류는 모터의 극 수와 회전자를 통해 흐르는 전류의 주파수와 동일한 주파수에서 회전자를 통해 변조됩니다. 부러지거나 갈라진 로터 바는 로터가 정상 속도에 도달하지 못하거나 과도한 전류, 열 및 기계 진동을 생성하지 못하게 합니다. 수정하지 않고 그대로 두면 로터가 결국 자폭할 수 있습니다.

Motor Circuit Analysis™는 무엇을 수반합니까?

이러한 회전자 결함과 기존 테스트의 단점을 평가하기 위해 보다 포괄적인 Motor Circuit Analysis ™ 전략을 사용하여 3상 AC 모터를 테스트할 수 있습니다.

지상 벽 단열재

접지 절연은 모터와 프레임 또는 모터의 기타 노출된 부분에 공급되는 전력을 분리하는 절연입니다. 그것의 목적은 전류의 경로를 지시하고 그것이 의도한 위치 이외의 곳으로 가지 않도록 하는 것입니다. IRG 측정은 모터의 상태가 아니라 전원을 공급해도 안전한지 확인합니다. DF 및 CTG 측정은 전체 GWI 조건에 대한 자세한 정보를 제공합니다.

GWI 시스템은 직병렬 RC 회로로 모델링할 수 있습니다. GWI 절연체는 전도성 물질 사이에 배치된 유전체 물질이므로 커패시터를 형성합니다. 커패시터는 전하를 저장하므로 전압을 제거하면 커패시터에 적용된 교류 중 일부가 소스로 돌아갑니다. 그러나 일부는 유전체를 가로질러 흐릅니다. 소스로 돌아가는 전류는 용량성이며 유전체 재료를 가로질러 흐르는 전류는 저항성입니다. 커패시터에 AC 전압을 적용하면 용량성 전류가 전압을 90도 앞서고 유전체를 가로질러 흐르는 전류는 저항성이며 AC 전압과 동상입니다.

새롭고 깨끗한 절연체는 용량성 전류의 3~5%에 해당하는 저항성 전류를 가집니다. 절연 재료가 열화되면 저항 전류가 증가하거나 용량성 전류가 감소하거나 둘 다 발생합니다. 어쨌든 저항성 전류와 용량성 전류의 비율인 DF에 영향을 미칩니다. DF가 증가하면 열 분해 또는 오염으로 인해 GWI가 저하됨을 나타냅니다.

새롭고 깨끗한 모터에는 특정 CTG 값도 있습니다. CTG의 현재 값이 기준선에서 증가한 경우 일반적으로 오염된 단열재 또는 침수로 인해 발생합니다. GWI 절연의 열 열화는 저항 전류를 증가시키고 용량성 전류를 감소시키므로 CTG 값이 감소합니다. 이 두 가지 AC 측정을 IRG 측정과 결합하면 GWI의 전반적인 상태를 결정하는 데 더 많은 정보를 제공합니다.

정적 고정자 권선 테스트

고정자 권선 테스트는 정적이거나 동적일 수 있습니다. 정적 테스트는 로터가 정지되어 있을 때 발생하며 다음을 포함합니다.

• 권선 저항: 권선 저항을 측정하기 위해 3개의 모터 리드 중 2개에 DC 전압을 순차적으로 적용하여 기기 리드 사이에 연결된 도체의 저항을 평가할 수 있습니다. 권선 저항과 관련된 불균형은 일반적으로 연결이 느슨하거나 저항이 높기 때문에 발생합니다.
• 인덕턴스(L): 인덕턴스는 자기장을 저장하는 코일 또는 권선의 능력을 측정합니다. 모터에는 자체 인덕턴스와 상호 인덕턴스가 있습니다. 코일의 절연 열화는 자체 인덕턴스에 영향을 미치며 회전자 전기 회로의 모든 변화는 상호 인덕턴스에 영향을 미칩니다. 인덕턴스 불균형은 종종 로터 위치에서 발생합니다. 회전자 위치는 문제가 되지 않지만 유도 전동기와 관련하여 자연적으로 발생하는 상태입니다. AC 유도 모터는 회전하는 2차측이 있는 변압기로 성형할 수 있습니다. 고정자 권선은 1차 권선으로 작동하고 회전자 막대는 2차 권선입니다. 정적 조건에서 테스트 중인 통전 코일 바로 아래에 위치한 로터 바의 수는 1차와 2차 사이의 권선비를 설정합니다. 이것은 회 전자와 고정자 사이의 상호 인덕턴스를 설정합니다. 회전자 위치로 인해 각 상 아래에 위치한 회전자 막대의 수가 동일하지 않은 경우 위상 간에 불균형 인덕턴스가 생성됩니다.
• 임피던스(Z): 임피던스는 AC 회로의 전류 흐름에 대한 총 반대입니다. 저항은 DC 저항만 측정하지만 회로의 인덕턴스와 커패시턴스는 임피던스에 영향을 미칩니다. 이러한 양은 권선의 코일을 형성하는 도체를 둘러싼 절연체가 변경되기 시작할 때 변경됩니다. Z는 스케일러 값이므로 절연 열화의 초기 단계에서 작은 변화를 놓칠 수 있습니다.
• 위상각(Fi): 위상각은 동일한 기간 내에 두 개 이상의 이벤트 사이의 시간 지연을 측정합니다. 완전한 주기는 360도입니다. 한 주기(주기의 기간)를 완료하는 데 1초가 걸리고 한 이벤트가 다른 이벤트보다 0.5초(반 주기 또는 180도) 뒤쳐지면 Fi는 180도입니다. 빈도는 시간의 역수(1/T)이므로 같은 주기의 모든 이벤트는 같은 빈도로 발생합니다. 주기가 동시에 시작되지 않으면 앞서거나 뒤처지게 됩니다. 저항성, 유도성 및 용량성 회로는 전류와 전압이 서로 앞서거나 뒤처지는 방식이 다릅니다. 따라서 코일을 구성하는 전도체를 둘러싼 절연체의 화학적 구성이 변하기 시작하면 Fi가 Z, L, R 또는 C보다 먼저 변합니다. Fi 측정은 절연 파괴의 선행 지표입니다.
• 전류 주파수 응답 (I/F) : 인덕터는 전류 변화에 반대하기 위해 자기장을 저장하고 커패시터는 전압 변화에 반대하기 위해 전하를 저장합니다. 이러한 속성이 변경되면 전하 또는 자기장을 저장하는 코일 또는 권선의 기능도 변경됩니다. 절연은 위상 권선 코일의 도체를 둘러싸고 있습니다. 모든 코일을 둘러싸는 절연체가 모두 동일한 조건이면 각 상의 저장 능력은 동일합니다. 절연이 저하되기 시작하면 이 능력이 바뀌어 자기장이나 전하를 저장하는 위상 코일의 능력에 불균형이 생깁니다. I/F 응답은 자기장 또는 전하를 저장하는 코일의 능력을 측정합니다. 모든 위상의 평균에서 모든 코일의 I/F의 2% 이상의 불균형은 권선에서 결함이 발생하고 있음을 나타냅니다.

MCA™는 35년 이상 현장에서 성공적으로 사용되어 온 입증된 기술입니다. MCA™에는 진행 중인 권선 및 회전자 결함을 식별하기 위한 문서화된 지침이 있습니다. 일반 실무자에게는 이러한 지침을 기억하고 적용하기 어려울 수 있습니다. 따라서 일부 사용자의 요청에 따라 ALL-TEST Pro의 엔지니어는 고유한 특허 솔루션을 개발했습니다. 그들은 와인딩 및 로터 시스템의 상태를 정의하는 모든 MCA™ 측정을 결합하는 독점 알고리즘을 개발했습니다. 단일 값인 정적 테스트 값을 제공합니다. TVS™는 절연 또는 회전자 시스템의 적합성을 평가하지 않지만 모터 권선 및 회전자 전기 시스템의 상태를 반영합니다. 모터는 자가 치유가 아니므로 TVS™의 변화는 모터의 상태가 악화되고 있음을 나타냅니다.

참조 값 정적은 일반적으로 모터에서 수행되는 첫 번째 TVS™이며 참조 또는 “기준선” 값으로 지정됩니다. 이를 통해 계측기는 현재 “정적 테스트”의 결과를 저장된 RVS와 비교하여 모터의 상태를 평가할 수 있습니다. RVS는 비교를 위한 참조로 기기 또는 MCA™ 소프트웨어에 저장된 TVS™입니다. TVS™가 원래 값에서 3% 이상 변경되면 조기 경고입니다. 지난 5%는 심각한 변화를 나타냅니다.

신규 또는 재구축된 모터에는 RVS로 저장된 첫 번째 “정적 테스트” 결과가 있어야 합니다.

모터가 시스템에 처음 설치되면 모터 제어 센터 또는 로컬 분리와 같이 쉽게 접근할 수 있는 위치에서 새로운 정적 테스트가 수행되고 결과가 새로운 RVS로 저장됩니다. 이 새로운 RVS는 모터 컨트롤러 및 관련 케이블에 모든 전기 부품을 통합합니다. 해당 위치에서 후속 정적 테스트를 수행하면 전기 회로의 상태를 신속하게 평가할 수 있습니다.

새 TVS™가 RVS와 3% 미만 차이가 나면 모터 및 관련 부품의 상태가 변경되지 않은 것입니다. 3% 또는 5%를 초과하는 경고는 각각 결함 발생 또는 심각한 변화를 나타냅니다. 변경은 반드시 모터에서 발생하는 것이 아니라 시스템 어딘가에서 발생합니다. 오류를 분리하려면 모터에서 직접 수행되는 새로운 정적 테스트가 필요합니다. 모터의 해당 TVS™가 모터의 RVS의 3% 이내이면 컨트롤러 또는 관련 케이블에 결함이 있는 것입니다. 3%보다 크면 모터 권선 또는 회전자 시스템에 결함이 있는 것입니다.

결함이 고정자 또는 회전자에 있는지 확인하려면 동적 테스트를 수행해야 합니다.

동적 테스트

동적 테스트는 모터 샤프트가 부드럽게 수동으로 천천히 회전하는 동안 수행됩니다. 고정자 서명과 회전자 서명을 생성합니다.

• 고정자 서명: 고정자 서명은 회전자 막대가 활성화된 코일에 의해 생성된 자기장을 통해 움직일 때 임피던스 변화의 평균값을 표시합니다. 양호한 모터에서 평균값의 분포는 다른 위상에서 1.1% 미만입니다. 더 높으면 위상 내에서 코일을 구성하는 도체를 둘러싼 절연체에 결함이 발생했음을 나타냅니다. 값이 3% 변화를 초과하면 절연에 심각한 열화가 발생하고 있습니다.
• 로터 서명: 로터 서명은 각 피크가 평균값에서 벗어난 양을 나타냅니다. 좋은 로터에서 이러한 피크는 대칭입니다. 위상의 다른 피크와 10% 미만으로 달라야 합니다. 10%에서 15% 사이는 조기 경고를 나타내고 15% 이상의 변동은 불량 로터를 나타냅니다.

MCA™가 유용한 이유는 무엇입니까?

불행하게도 현장에서 입증된 MCA™의 최신 모터 테스트 기능에 대한 지식이 부족하여 이 방법의 광범위한 사용이 제한되었습니다. 기존의 접근 방식은 3상 AC 유도 모터를 철저히 분석하는 데 제한이 있습니다. 시간이 많이 걸리는 다른 방법을 사용할 수 있지만 여전히 GWI에 초점을 맞추고 있습니다. GWI는 더 일반적인 권선 절연 및 회전자 문제에 대한 어떠한 징후도 제공하지 않습니다.

테스트하는 데 더 많은 시간이 필요하지만 모터 회전자 또는 절연 시스템의 상태를 결정하지 못하는 더 비싼 계측기가 있습니다.

MCA™는 사용하기 쉽고 이해하기 쉬운 전원 차단 모터 테스트 방법으로 이러한 문제를 극복합니다. 이 3상 AC 모터에 대한 상세하고 현장에서 입증된 정확한 평가를 제공합니다. ALL-TEST PRO 7 ™ 및 ALL-TEST PRO 34 ™와 같은 당사의 MCA™ 기기는 테스트 수행을 위한 단계별 지침을 제공하는 휴대용 배터리 구동 도구입니다. 또한 모터 상태에 대한 즉각적인 화면 평가를 제공합니다.

MCA™를 사용한 더 좋고, 더 쉽고, 더 빠른 모터 테스트는 다음과 같은 이점을 제공할 수 있습니다.

• 문제 해결의 정확성 및 성공률 향상: 많은 모터에 경미하고 종종 수리 가능한 결함이 있지만 추가 테스트 비용으로 인해 사용자가 이를 폐기합니다. 일부 공장에서는 일정 크기 이상의 번거로운 모터를 교체합니다. 결함을 정확하게 식별함으로써 이러한 사용자는 더 나은 비용/수리 분석을 수행하여 교체 횟수를 줄이고 수리, 다운타임 및 재배치된 숙련된 노동력과 관련된 비용을 최소화할 수 있습니다.
• 보다 안정적인 설치: 신규 및 재생 모터를 검사함으로써 플랜트는 비용을 지불한 만큼 얻을 수 있도록 보장합니다. 결함이 있는 모터를 설치하거나 아직 상태가 양호하고 수리하기 쉬운 모터를 낭비하는 것을 방지할 수 있습니다.
• 가동 중지 시간 감소: 성능 저하 표시에 대한 모터 테스트는 갑작스러운 고장으로 인해 작동이 중단되고 가동 시간이 감소하는 대신 예정된 정전 중에 의심되거나 약한 모터를 교체하는 데 도움이 될 수 있습니다.

ALL-TEST Pro의 MCA™ 장비

3상 모터 테스트 제품과 함께 MCA™ 및 ALL-TEST Pro의 고유한 TVS™ 및 RVS 값을 사용하십시오. 우리는 다양한 테스트 장치를 제공하며 지식이 풍부한 팀이 귀하의 작업에 적합한 장치를 찾도록 기꺼이 도와드립니다. 온라인에서 장치를 탐색하거나 질문이 있는 경우 문의하십시오 .