전기 모터의 고정자 결함 이해
정의: 고정자 결함이란 무엇인가?
고정자 결함 전기 모터의 고정 권선과 코어에 발생하는 고장으로, 절연 파괴, 턴-투-턴 단락, 상간 고장, 접지 고장, 권선 오염, 적층 손상 등이 있습니다. 고정자 권선 고장은 모든 모터 고장 중 30-40%를 차지하며, 100% 고장에 이어 두 번째로 흔한 모터 결함입니다. 베어링 고장. 고정자 문제는 특성 전자기 불균형을 생성합니다. 진동 회선 주파수의 두 배(60Hz 모터의 경우 120Hz, 50Hz 모터의 경우 100Hz)에서 발생하며 전류 불균형, 열화상, 절연 저항 테스트를 통해 감지할 수 있습니다.
고정자 결함을 이해하는 것은 매우 중요합니다. 고정자 결함은 수개월 또는 수년에 걸쳐 천천히 발생하기 때문에 조기에 발견할 수 있는 기회가 있지만, 제대로 처리하지 않으면 화재, 광범위한 모터 손상 또는 안전 위험을 초래하는 치명적인 고장으로 이어질 수 있습니다.
스테이터 결함의 유형
1. 절연 실패
턴투턴 반바지
- 설명: 동일 코일 내 인접한 턴 사이의 절연이 실패합니다.
- 효과: 단락된 턴은 과도한 전류를 전달하여 국부적인 가열을 발생시킵니다.
- 진행: 작게 시작해서 점차 더 많은 턴을 포함합니다.
- 발각: 전류 불균형, 열화상 핫스팟, 2×f 진동 증가
- 가장 흔한: 대부분의 고정자 고장을 설명합니다.
상간 결함
- 설명: 다른 상 사이의 절연 파괴
- 효과: 즉각적인 모터 트립이나 손상을 일으킬 수 있습니다.
- 심각성: 턴투턴 쇼트보다 더 심각함
- 발각: 큰 전류 불균형, 과전류 보호 기능 작동 가능
접지 결함(상-프레임 간)
- 설명: 모터 프레임에 대한 권선 절연이 실패했습니다.
- 안전 문제: 모터 프레임에 전원을 공급하여 감전 위험을 초래할 수 있습니다.
- 발각: 접지 고장 보호 트립, 절연 저항 테스트
- 원인: 절연 노화, 오염, 기계적 손상, 습기
2. 휘두르는 물리 피해
- 기계적 손상: 설치 또는 유지 관리 중 코일이 손상됨
- 열 손상: 과열로 인한 절연 및 구리 저하
- 오염: 권선에 오일, 화학 물질 또는 전도성 먼지가 있음
- 습기로 인한 손상: 물 침투로 인해 추적 및 단락이 발생합니다.
- 코로나 피해: 고전압으로 인한 공기 이온화 및 절연 침식
3. 라미네이션 문제
- 코어 적층 단락(효율 감소, 가열)
- 손상되거나 느슨한 라미네이션
- 코어 변위 또는 이동
- 와전류 손실과 핫스팟을 생성합니다.
스테이터 고장의 원인
열 분해
- 초과 적재: 절연 정격을 초과하는 과도한 전류 가열 권선
- 냉각 차단: 부적절한 환기로 인한 열 노화 가속화
- 주변 온도: 높은 주변 온도로 인해 냉각 효과가 감소합니다.
- 자주 시작: 시동 중 돌입 전류로 인해 열 응력이 발생합니다.
- 절연 수명: 정격 온도보다 10°C 높을 때마다 절연 수명이 절반으로 줄어듭니다.
전기적 스트레스
- 전압 서지: 번개, 절연에 스트레스를 주는 스위칭 과도 현상
- 전압 불균형: 순환 전류를 유발하는 불균일한 위상 전압
- 과전압: 정격 전압 이상에서 작동
- VFD 효과: 절연을 공격하는 PWM 스위칭으로 인한 높은 dV/dt
오염과 환경
- 수분: 습도나 물의 침투로 인한 절연 저항 감소
- 전도성 먼지: 금속 입자 또는 탄소 먼지가 단열재를 연결합니다.
- 약: 절연체를 공격하는 부식성 또는 용매 증기
- 오일 및 그리스: 유기 절연체를 분해하는 석유 제품
기계적 원인
- 진동: 과도한 진동으로 인한 절연 마모
- 열 사이클링: 팽창/수축 굽힘 및 균열 단열재
- 로터 스트라이크: 로터 접촉으로 인한 스테이터 권선 손상
- 설치 손상: 되감기 또는 교체 시 거친 취급
진동 시그니처
기본 지표: 2× 회선 주파수
스테이터 문제의 특징:
- 빈도: 120Hz(60Hz 시스템) 또는 100Hz(50Hz 시스템)
- 기구: 비대칭 자기장으로 인한 전자기력 불균형
- 일반 모터: 2×f가 존재하지만 진폭이 낮음(< 1×의 10%)
- 고정자 결함: 2×f 진폭 상승(> 20-50% of 1× 이상)
- 진행: 단층이 악화됨에 따라 진폭이 증가합니다.
추가 구성 요소
- 라인 주파수(1×f)가 증가할 수 있습니다.
- 더 높은 고조파(4×f, 6×f)가 나타날 수 있습니다.
- 전반적인 진동 수준이 증가할 수 있습니다.
- 120/100Hz 윙윙거리는 소리로 들리는 전자기 소음
검출 방법
진동 분석
- 2× 라인 주파수 진폭 및 추세 모니터링
- 기준 모터 또는 유사한 모터와 비교
- 1× 주행 속도 진동의 2×f > 30%인 경우 경고
- 시간이 지남에 따라 증가하는 추세는 점진적인 단층을 확인합니다.
현재 측정
- 위상 전류 균형: 각 상의 전류 측정
- 불균형 > 10%: 와인딩 문제를 나타냅니다
- 클램프 미터: 간단한 현장 측정
- 전력 품질 분석기: 자세한 전류 파형 분석
절연 저항 테스트
- 메가옴미터(메거): 권선-접지 저항 측정
- 수락: 일반적으로 kV당 1MΩ 이상 + 최소 1MΩ
- 트렌드: 감소하는 값은 악화를 나타냅니다.
- 편광 지수: 10분/1분 독해 비율(>2.0 양호, < 2.0 의심)
열화상
- 적외선 카메라가 모터 프레임의 핫스팟을 보여줍니다.
- 국부 가열은 권선 결함 위치를 나타냅니다.
- 상간 온도 불균형
- 전기 테스트에서 문제가 나타나기 전에 발생하는 결함을 감지할 수 있습니다.
서지 테스트
- 전압 임펄스를 적용하고 위상 응답을 비교합니다.
- 다른 테스트에서는 볼 수 없는 턴투턴 단락을 감지합니다.
- 특수 장비가 필요합니다
- 자동차 매장에서 품질 검증을 위해 자주 사용됨
진행 및 결과
초기 단계
- 약간의 절연 저항 감소
- 작은 전류 불균형 (< 5%)
- 약간의 2×f 진동 증가
- 민감한 테스트를 통해서만 감지될 수 있습니다.
중간 단계
- 전류 불균형 해소 (5-15%)
- 2×f 진동 증가(1×의 20-50%)
- 열화상에서 보이는 핫스팟
- 절연 저항 감소
고급 단계
- 큰 전류 불균형(> 15%)
- 매우 높은 2×f 진동
- 명백한 과열
- 낮은 절연 저항
- 즉각적인 실패 위험
치명적인 실패
- 와인딩 완전 소진
- 화재나 연기가 발생할 가능성이 있습니다
- 보호 트립 또는 퓨즈 끊어짐
- 되감기 또는 교체가 필요한 광범위한 모터 손상
시정 조치
감지 시
- 심각도에 따라 모니터링 빈도를 높입니다.
- 가능하다면 작동 심각도(부하, 듀티 사이클 감소)를 줄이십시오.
- 모터 교체 또는 되감기 계획
- 재발 방지를 위해 근본 원인을 조사하세요
수리 옵션
- 모터 되감기: 고정자 권선을 교체합니다(대형 모터, 일반적으로 100 HP 이상)
- 모터 교체: 소형 모터에 더 경제적입니다(< 50 HP (일반적으로)
- 코일 교체: 일부 설계에서는 개별 코일 교체가 가능합니다.
- 임시 운영: 초기 단계의 오류는 면밀한 모니터링을 통해 지속적인 작동을 허용할 수 있습니다.
방지
- 정격 전압, 전류 및 온도 내에서 작동
- 적절한 환기와 냉각을 확보하세요
- 오염으로부터 보호(인클로저, 밀봉)
- 중요 모터에 서지 보호 기능을 사용하세요
- 주기적 절연 테스트(중요 모터의 경우 매년)
- 개발 중인 핫스팟을 감지하기 위한 열 조사
고정자 결함은 주요 모터 고장 유형으로, 진동 모니터링(선 주파수의 2배), 전류 분석, 열화상 카메라, 그리고 주기적인 전기 검사를 병행하여 조기에 감지할 수 있습니다. 경미한 절연 열화에서 심각한 권선 고장으로 이어지는 과정을 이해하면 모터 고장을 예방하고 수리 또는 교체 결정을 최적화하는 예측 유지보수 전략을 수립할 수 있습니다.
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