모터 드라이브는 기계 장비 부하를 구동하는 모터에 적합하게 모터 토크와 속도를 제어하는 가변 전압으로 주 AC 전원 공급장치의 정전압을 변환하는 유비쿼터스 기술입니다. 모터 드라이브는 간단한 온라인 모터보다 효율이 높으며 단순한 직접 구동식 모터에서 불가능한 정도의 제어력을 제공합니다. 따라서 에너지 비용이 절약되고 생산 성과가 높아지며 모터 수명이 연장됩니다.
미국 에너지부(DOE)에 따르면, 모터 시스템은 거의 모든 공장의 운영에 매우 중요합니다. 사용하는 모든 전기의 60~70%를 차지합니다. 또한, DOE에서는 가변 주파수 드라이브(VFD)를 공장에서 비용을 현저하게 절감할 수 있는 소스로 취급합니다. 당연히, 모터 드라이브는 많은 산업과 시설에서 흔히 사용합니다. 이러한 모터 시스템의 가동 시간을 확보하려면 정비와 문제 해결이 먼저입니다.
모터 드라이브 테스트 과제
가변 주파수 드라이브(VFD), 가변 속도 드라이브(VSD) 또는 조절식 속도 드라이브(ASD)로도 알려진 모터 드라이브의 문제 해결과 테스트는 전문가가 오실로스코프, 디지털 멀티미터 또는 기타 테스트 도구를 포함한 여러 가지 테스트 기기를 사용하여 수행하는 경우가 많습니다. 오래된 소거 프로세스를 사용하는 이러한 테스트는 어느 정도 시행착오를 수반할 수 있습니다. 모터 시스템이 복잡하므로 시스템 고장이 발생하기 시작하지 않으면 1년에 한 번 테스트하는 경우가 많습니다. 일반적으로 장비의 작업 기록이 없거나 불완전하다는 점을 고려하면 테스트를 시작할 위치 결정이 애매할 수 있습니다. 이전에 수행한 특정 테스트 및 측정, 완료한 작업 또는 개별 구성 요소 조정 상태의 문서화도 이에 포함됩니다. 테스트 기술이 발전하여 과제 중 일부는 사라졌습니다. Fluke의 모터 드라이브 분석기인 MDA-510 및 MDA-550과 같은 새로운 기기는 프로세스를 단계별로 문서화하는 기능을 통해 모터 드라이브를 더 효율적으로 예리하게 테스트할 수 있도록 설계되었습니다. 해당 보고서를 저장하고 이후 테스트와 비교하여 모터 드라이브 정비 기록을 더 전체적으로 파악할 수 있습니다.
VFD 문제를 해결하는 더 쉬운 방법
미터, 휴대형 오실로스코프 및 레코더의 기능을 능숙한 강사의 지침과 결합한 이러한 고급 모터 구동 분석기에서는 화면에 표시되는 메시지, 명확한 설정 다이어그램 및 모터 드라이브 전문가가 작성한 단계별 지침을 통해 필수 테스트를 안내합니다. 복잡한 테스트를 분류하여 단순화하는 이 새로운 방법으로 숙련된 모터 드라이브 전문가가 빠르고 자신 있게 작업하여 필요한 세부 정보를 얻을 수 있습니다. 경험이 적은 기술자가 모터 드라이브 분석을 시작할 수 있는 더 빠른 경로도 제공합니다.
모터 드라이브 시스템 고장의 근본 원인 파악 또는 일상적인 예방 정비 점검 수행에는 시스템 내 주요 지점을 테스트하고 측정하는 표준 세트가 가장 적합합니다. 전원 입력에서 시작하여 출력까지 여러 가지 측정 기법과 평가 기준으로 시스템 전체의 주요 테스트를 완료합니다.
다음은 모터 드라이브 문제 해결을 위한 필수 테스트입니다.
(참고: Fluke 모터 드라이브 분석기에서 해당 테스트를 안내하고 필요한 계산을 대부분 자동화하므로 결과를 신뢰할 수 있습니다. 또한, 거의 모든 테스트 지점의 데이터를 보고서에 저장할 수 있으므로 문서화한 내용을 CMMS(Computerized Maintenance Management System)에 업로드하거나 동료 또는 컨설팅 전문가와 공유할 수 있습니다.
안전 참고 사항: 테스트를 시작하기 전에 항상 제품 안전 정보를 반드시 읽으십시오. 혼자서 작업하지 말고, 해당 지역 및 국가의 안전 규정을 준수하십시오. 위험한 활성 도체가 노출된 곳에서는 감전 및 화재로 인한 상해를 예방하기 위해 개인 보호 장비(인증 고무장갑, 마스크 및 방염복)를 착용하십시오.
Fluke 모터 드라이브 분석기로 각 테스트를 시작하려면 다이어그램에 따라 테스트 프로브를 연결한 후 Next(다음)만 누르면 됩니다.
1. Drive Input(드라이브 입력)
모터 드라이브로 흐르는 전력 분석은 전원 접지에 영향을 줄 수 있는 왜곡, 장애 또는 노이즈가 드라이브의 공급 회로에 있는지 결정하는 훌륭한 첫 번째 단계입니다.
테스트
드라이브의 공칭 정격 전압을 실제 공급된 전압과 비교하여 값이 허용 한계 이내인지 빠르게 확인합니다. 10%를 초과하여 범위를 벗어나면 공급 전압에 문제가 있을 수도 있습니다. 입력 전류가 최대 정격 내에 있으며 도체의 크기가 적절한지 확인합니다.
- 측정된 주파수를 지정된 주파수와 비교합니다. 그 차이가 0.5Hz를 초과하면 문제의 원인이 될 수 있습니다.
- 고조파 왜곡이 허용 수준 이내인지 점검합니다. 파형 모양을 눈으로 검사하거나 전체 고조파 왜곡과 개별 고조파를 모두 보여주는 고조파 스펙트럼 화면을 관찰합니다. 예를 들어, 플랫 톱 파형은 같은 공급 회로에 연결된 비선형 부하를 나타낼 수 있습니다. 전체 고조파 왜곡(THD)이 6%를 초과하면 잠재적인 문제가 있습니다.
- 입력 단자에서 전압 불균형을 점검하여 위상 불균형률이 너무 높지 않고(2% 미만) 위상 회전이 정확한지 확인합니다. 고전압 불균형이 판독되면 위상에 결함이 있을 수 있습니다. 2% 초과로 판독되면 전압 노칭으로 이어져서 드라이브의 과부하 결함 방지 장치에서 트립이 발생하거나 다른 장비가 방해를 받습니다.
- 전류 불균형을 테스트합니다. 과도한 불균형은 드라이브 정류기 문제를 나타낼 수 있습니다. 전류 불균형이 6% 초과로 판독되면 모터 드라이브의 인버터 내에 문제가 있을 수 있으며 문제의 원인이 될 수 있습니다.
2. DC 버스
드라이브 내부의 AC-DC 변환이 매우 중요합니다. 정확한 전압과 적절한 평활화로 리플을 낮춰 드라이브 성능을 최적화해야 합니다. 커패시터가 고장이 나거나 연결된 모터의 크기가 맞지 않으면 리플 전압이 높아질 수 있습니다. Fluke MDA-500 시리즈 모터 드라이브 분석기의 레코드 기능을 사용하여 부하가 적용된 동안 작동 모드에서 DC 버스 성능을 동적으로 점검할 수 있습니다. Fluke ScopeMeter® 테스트 도구 또는 고급 멀티미터를 이 테스트에 대신 사용할 수도 있습니다.
테스트
- DC 버스 전압이 입력 라인의 피크 전압에 비례하는지 결정합니다. 제어되는 정류기 외에는 전압이 RMS 라인 전압의 약 1.31~1.41배가 되어야 합니다. DC 전압이 낮게 판독되면 트립이 발생할 수 있습니다. 낮은 입력 주 전압 또는 입력 전압 왜곡(예: 플랫 토핑)이 원인일 수 있습니다.
- 라인 전압의 피크 진폭에 왜곡 또는 오류가 있는지 점검합니다. 이러한 왜곡 또는 오류는 전압 초과 또는 전압 미달의 원인이 될 수 있습니다. DC 전압이 공칭 전압의 +/- 10%로 판독되면 문제가 있을 수 있습니다.
- AC 리플의 피크에 다른 반복 수준이 있는지 결정합니다. AC에서 DC로 변환한 후 약간의 AC 리플 구성 요소가 DC 버스에 남습니다. 40V를 초과하는 리플 전압은 커패시터 오작동 또는 연결된 모터 및 부하의 너무 작은 드라이브 정격이 원인일 수 있습니다.
3. Drive Output(드라이브 출력)
드라이브 출력 테스트는 올바른 모터 작동에 매우 중요하며 드라이브 회로 내 문제의 단서를 제공할 수 있습니다.
테스트
- 전압과 전류가 한계 이내인지 결정합니다. 출력 전류가 높으면 전류가 과열되어 고정자 절연 수명이 감소할 수 있습니다.
- 전압/주파수 비율(V/Hz)을 점검하여 모터의 지정된 한계에 있는지 확인합니다. 비율이 높으면 모터가 과열될 수 있습니다. 비율이 낮으면 모터에서 토크가 손실됩니다. 안정적인 주파수와 불안정한 전압은 DC 버스 문제를 가리킬 수 있습니다. 불안정한 주파수와 안정적인 전압은 스위칭(IGBT) 문제를 나타낼 수 있습니다. 불안정한 주파수와 전압은 속도 제어 회로의 잠재적인 문제를 나타냅니다.
- 전압 대 주파수(V/F) 비율과 전압 변조를 모두 유의하며 드라이브의 출력을 점검할 수 있습니다. V/F 비율 측정값이 높으면 모터 과열이 원인일 수 있습니다. V/F 비율이 낮으면 의도한 공정을 제대로 실행할 수 있는 토크를 부하에 제공하지 못할 수도 있습니다.
- 위상 대 위상 측정을 사용하여 전압 변조(PWM)를 점검합니다. 전압 피크가 높으면 모터 권선 절연이 손상될 수 있으며 드라이브 트립의 원인이 될 수 있습니다. 전압 피크가 50% 공칭 전압보다 높으면 문제가 있습니다.
- 드라이브 판독에서 나타난 스위칭 임펄스의 준도를 점검합니다. 임펄스의 상승 시간 또는 준도는 dV/dt 판독값(시간 경과에 따른 전압 변화의 비율)으로 나타내며 모터에 지정된 절연과 비교해야 합니다.
- 위상-DC로 스위칭 주파수를 테스트합니다. 신호가 오르내릴 때 나타날 수 있는 잠재적인 문제가 전자적인 스위칭 또는 접지에 있는지 식별합니다.
- 가능하면 최대부하에서 전압 불균형을 측정합니다. 전압 불균형은 2%를 초과하지 않아야 합니다. 전압 불균형이 전류 불균형으로 이어져 모터 권선에서 과도한 열이 발생할 수 있습니다. 드라이브 회로의 결함이 불균형의 원인일 수 있습니다. “단상 운전”이라고 부르는 결함이 위상에서 나타나면 모터가 뜨거워지고, 정지 후 시작되지 않고, 효율이 현저히 손실되며, 잠재적으로 모터 및 연결된 부하가 손상될 수 있습니다.
- 3상 모터의 10%를 초과하지 않아야 하는 전류 불균형을 측정합니다. 전압이 낮은데 불균형이 크면 모터 권선 단락 또는 접지까지 단락된 위상을 가리킬 수 있습니다. 큰 불균형은 드라이브 트리핑, 높은 모터 온도, 권선 연소의 원인이 될 수도 있습니다.
4. Motor Input(모터 입력)
모터 입력 단자에 공급된 전압이 중요하며, 드라이브에서 모터까지 연결하는 케이블 선택이 매우 중요합니다. 케이블 가설을 잘못 선택하면 전압이 과도하게 반사되어 드라이브와 모터가 모두 손상될 수 있습니다. 이러한 테스트는 위의 드라이브 출력의 경우와 대부분 같습니다.
테스트
- 단말에 존재하는 전류가 모터 정격 이내인지 점검합니다. 과전류 조건은 모터가 뜨거워지고 고정자 절연의 수명이 감소하여 모터에서 조기에 결함이 발생할 수 있는 원인이 될 수 있습니다.
- 전압 변조를 통해 모터 절연을 손상할 수 있는 접지까지 고전압 피크를 식별할 수 있습니다.
- 모터 수명에 심각한 영향을 줄 수 있는 전압 불균형은 인버터 결함의 표시일 수 있습니다. 이는 전압 노칭으로 이어질 수 있으며 과부하 결함 방지 장치 트리핑의 원인이 될 수 있습니다.
- 전류 불균형은 전압 불균형 또는 드라이브 정류기 문제를 가리킬 수 있습니다.
5. Motor Shaft Voltage
모터 드라이브의 전압 펄스가 모터의 고정자에서 회전자로 커플링되면 회전자 샤프트에 전압이 나타날 수 있습니다. 이 로터 샤프트 전압이 베어링 그리스의 절연 용량을 초과하면 모터가 예상보다 이르게 고장이 나는 원인이 될 수 있는 손상인 모터 베어링 레이스의 피팅 및 플루팅의 원인이 되는 플래시오버 전류(스파크)가 발생할 수 있습니다.
테스트
- 모터 섀시와 드라이브 샤프트 사이의 전압을 측정합니다. 예컨대, MDA-550에서는 이 용도로 탄소섬유 브러시 프로브를 제공합니다. 테스트를 통해 파괴적 플래시오버 전류의 존재를 쉽게 감지할 수 있으며, 이벤트의 임펄스 진폭과 카운트를 통해 결함이 발생하기 전에 조처할 수 있습니다.
