베어링 전식 일본 논문 소개[181]

 3상 인번터 모터의 베어링 전식에 대한 기술 설명은, 여러번 읽고 대새겨봐도, 늘 새롭기만 하다. 해를 거듭해갈 수록 베어링 전식의 깊이는 심오하기 만하다. 모든 현상을 글로 표현하기 어렵지만, 모터에서 발생하는 전식에 대하여, 심도있게, 10년 이상을 연구하면서 쓴 일본의 가고시마 대학의 연구자들에게 찬사를 보내고 싶다.

 

한국은 이러한 끊임없는 연구와 지원이 가능할까? 당장 돈이 발생하지 않으면 투자가 어려운 환경과 기업 문화,,,

대한민국의 연구자들이여, 파이팅입니다.

 

[ 베어링 전식 발생한 경우, 베어링 궤도면 부의 전식 부식의 손상 ]

 

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일반용  3상 유도전동기를 인버터 구동하는 경우

유도 전동기를 인버터 구동하는 경우의 베어링 전식에 대하여

 

1. PWM 인버터 구동

 

PWM 인버터를 이용하여 유도 전동기를 구동했을 때 고주파 전압이나 권선의 중성점 전위 변동의 영향으로 상
용전원시와 비교해 축전압이 증가하는 경향이 있음.

일본 전기공업회 기술 자료

JEM-TR 169(일반용 저압삼상 바구니형 유도 전동기를 인버터 구동하는 경우의 적용 지침)

3.13.1에 기재된 일반적인 37kW 이하의 전동기 범위,  특별히 문제가 되는 것은 없다고함.

 

그러나 최근에  인버터의 스위칭 소자가  IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)으로 변화 스위칭 속도가 급격히 증가.

스위칭에 의해 전동기 권선의 중성점 전위가 상하로 변동하는 전압(커먼 모드 전압)의 영향으로 전동기의 출력 범위에 관계없이 베어링 전식에 이르는 사례가 발생하고 있음.

본 연구 논문은,

인버터 구동에 의한 베어링 전식 발생의 메카니즘과 대책 사례에 대해 설명한 것임.

 

인버터 구동 시 공통 모드 전압
상용 전원의 경우에는 각 상의 전압의 합은 항상 0이며 권선 중성점 전위는 PWM 인버터의 경우, 권선 중성점 전위는 0가 되지 않고 유한한 값이 됨. 

 

PWM 인버터는 컨버터부에서 순변환된 직류 전압을 인버터부에서 펄스 폭 변조를 하여 가변 전압 가변 주파수 교류전원을 얻는 장치이며, 그림 1에 PWM 인버터의 원리와 권선 전위를 표시함.

 

 

그림 1(a)은 PWM 인버터의 원리이며,  6개의 반도체 소자를 S1~S6의 스위치로 나타냄.

이6개의 스위치를 일반적으로는 삼각파 반송파와 정현파 의 신호파의 대소 관계에 의해 개폐하고 중간 회로의 직
유전압 Ed의 펄스폭을 적절히 함으로써 등가 형태의 기본 정현파 전압을 얻을 수 있음.

 

그림 1(b)은 스위치 개폐의 시계열적 변화 예를 나타냄.

이 그림의 오른쪽 끝 상태에서는 U, V상 단자의 전위: +1/2 Ed,

W상 단자:  -1/2 Ed

전동기 권선 전위:  +1/6 Ed가 됨.

 

또, 그림 2는 과변조 방식이 채용되었을 경우의 중성점 전위의 패턴을 나타냄.

중성점 전위:  -1/2Ed, -1/6 Ed, +1/6 Ed, +1/2 Ed의 값을 취해 3배의 기본파 주파수로 시간적인 변화를 함.

 

 

그림 3은 3.7kW, 200V, 50Hz, 4극의 깊은 홈 볼 베어링을 조립한, 유도 전동기를 이용하여 전동기의 권선의 타입에 대하여, 중성점 전위를 측정한 구체적인 예를 제시함.

그림 3에서 중성점 전위의  주파수는 3×50Hz로 최대이며, 140V로 되어 있어, 그림 2의 이론치와 잘 일치하고 있는 것을 확인할 수 있음.

단, 인버터 서지로 인하여, 피크치는 200V이상임.