ESA를 사용한 전기 기계 신뢰성 향상

그림 1. 일반적인 모터 결함(CF=중심 주파수, RS=주행 속도, LF=선 주파수)

ESA(전기적 특성 분석 )는 모터의 공급 전압과 작동 전류를 사용하여 전체 모터 시스템에서 기존 및 개발 중인 결함을 식별하는 예측 유지보수(PdM) 기술입니다. 이러한 측정값은 트랜스듀서 역할을 하며, 모터 시스템에 장애가 발생하면 모터 공급 전류가 변경(또는 변조)됩니다. 이러한 변조를 분석하면 이러한 모터 시스템 장애의 원인을 파악할 수 있습니다. ESA를 사용한 통전 모터 테스트는 PdM 테스트, 시운전 및 문제 해결에 사용되는 AC 유도 및 DC 모터, 발전기, 권선 로터 모터, 동기 모터 및 공작 기계 모터에 대한 귀중한 정보를 제공합니다.

전류 및 전압 파형은 휴대용 휴대용 배터리 작동식 ALL-TEST PRO On-Line II™(ATPOL II™) ESA 기기를 사용하여 수집한 다음 고속 푸리에 분석을 통해 기술자가 모터 시스템의 전기적 및 기계적 상태를 모두 평가할 수 있습니다.

모터 시스템 결함(입력 전원, 모터 전기 또는 모터 기계, 기계적 커플링 또는 구동 부하와 관련된)은 모두 ESA 기술을 사용할 때 고유한 시그니처를 갖습니다(그림 1 참조). 따라서 모터 및 모터 시스템에 대한 정보를 통해 관련 고장 주파수를 식별하고 전체 시스템을 평가할 수 있습니다.

모터의 ‘상태’와 전달된 부하의 영향을 결정하는 데 필요한 정보를 제공하는 시간 및 주파수 영역 내에서 수많은 성능 표시가 나타납니다. 이를 통해 실제 주행 속도, 모터 슬립 주파수, 기어 메시 주파수, 드라이브 트레인 구성 요소 및 기어 회전 속도를 실제로 ‘볼’ 수 있습니다.

고속 푸리에 변환(FFT)은 고주파 및 저주파 스펙트럼을 모두 생성하는 데 사용됩니다. 이 스펙트럼의 피크는 기계의 여러 구성 요소의 회전 속도에 해당합니다. 예를 들어 벨트를 통해 전기 모터로 구동되는 팬의 경우, 피크는 모터 속도, 극 통과 주파수, 팬 속도 및 벨트 속도에 해당합니다. 벨트 드라이브 대신 기어 박스를 사용하는 경우, 기어의 회전 속도와 기어 맞물림 주파수에서 스펙트럼 피크가 나타납니다.

전기적 시그니처 분석 수행

데이터 수집 과정에서 명판 데이터는 필요하지 않지만, 분석 과정에서 모터 명판 전압, 주행 속도, 정격 출력 및 최대 부하 전류를 입력하면 자동 분석을 수행할 수 있습니다. 마모 및 적용으로 인한 모터와 부하 사이의 일반적인 기계 시스템 결함에는 벨트 또는 직접 구동 오정렬, 벨트 또는 인서트 마모, 벨트 장력 문제, 시브 마모 등이 있습니다. 부하 유형에 따라 다양한 유형의 오류가 발생할 수 있습니다. 가장 흔한 원인은 마모된 부품(씰 등), 파손된 부품(기어, 팬, 임펠러 블레이드 등) 및 베어링입니다.

ESA 소프트웨어를 사용하면 기술자가 기계 시스템에 대한 정보를 입력하면(그림 2 참조) 관련 주파수가 자동으로 계산됩니다(소프트웨어는 스펙트럼 내에서 이러한 주파수의 위치를 찾을 수 있는 커서를 제공합니다). 구동 장비 분석에는 벨트형, 기어형, 블레이드형 장비가 포함됩니다. 기계 시스템 정보는 모터 전기 및 기계 분석에 필요하지 않으며 기계적 부하를 분석할 필요가 있는 경우에만 관련이 있습니다.

그림 2. 전기적 서명 분석 소프트웨어는 계산을 자동화하고 주파수 커서를 제공합니다.

예를 들어 150킬로와트, 400볼트, 260암페어, 1485RPM 유도 모터로 구동되는 집진기 팬 1의 저주파 데이터를 살펴봅시다(그림 3 참조). BLT라고 표시된 피크가 벨트 주파수 또는 벨트의 속도입니다. 두 스펙트럼에 모두 표시되는 BLT의 배수가 있습니다. 아래쪽 스펙트럼은 라인 주파수 피크와 라인 주파수의 양쪽에 BLT 주파수에 해당하는 측 대역이 있음을 보여줍니다. 특히 4.3A에서 벨트 주파수가 존재한다는 사실은 중요합니다. 사이드 밴드는 존재 여부에 따라 평가됩니다. 또한 벨트 주파수의 배수 – 따라서이 수집기에 문제가있는 것으로 의심됩니다. 그러나 이 데이터를 수집하고 초기 분석을 수행한 기술자는 추가 검사 또는 테스트를 수행하는 대신 이 기계를 모니터링하는 것을 선택합니다.

그림 3. 이 집진 팬은 150킬로와트, 400볼트, 260암페어, 1485RPM 인덕션 모터로 구동됩니다.

자매 기계인 집진 팬 2도 테스트했습니다. 그림 4에서 모터 부하가 팬 1보다 낮지만(194A 대 220A) BLT 피크가 8.3A인 반면, 팬 1은 피크가 4.3A에 불과하다는 것을 알 수 있습니다. 이 초기 테스트를 통해 이것이 심각한 문제라고 단정할 수는 없지만, 첫 번째 테스트와 비교했을 때 이 기계에 뭔가 다른 점이 있다는 경고 신호입니다.

그림 4. 집진기 팬 2에 대한 테스트 결과.

이 데이터는 PdM 작업 프로세스의 감지 단계에서 수집되었으므로 다음 단계는 분석 단계를 시작하는 것입니다. 분석 단계의 일환으로 기술자는 두 기계를 빠르게 육안으로 검사한 결과 팬 2의 벨트가 팬 1에 비해 과도하게 움직인다는 사실을 발견했습니다. 다음 단계는 분석 단계의 일부로 ESA로 추가 데이터를 수집하거나 다른 기기를 가져오는 등 몇 가지 추가 작업을 수행하는 것입니다.

결론

전기 모터는 들어오는 전력, 모터의 전기적 및 기계적 상태, 구동 부하를 평가할 수 있으므로 전기 신호 분석을 사용할 때 탁월한 변환기가 됩니다. 전력 품질, 제어, 고정자 및 회전자 상태, 에어 갭, 베어링, 정렬 및 부하와 관련하여 예측 유지보수 목적으로 발전하는 결함을 감지하고 추세를 파악할 수 있지만, 먼저 전기적 시그니처 분석을 수행할 수 있는 올바른 장비가 있어야 합니다.

이 애플리케이션 사례는 모터 구동 기계 시스템의 상태를 평가하기 위해 ESA를 사용하는 방법에 대한 3부작 시리즈 중 1부입니다.

자세한 내용은 www.alltestpro.com 에서 확인하세요.

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