1. 진동 분석가를 위한 전기 기초

진동 스펙트럼을 통해 모터 결함을 진단하기 전에, 모터 진동을 유발하는 주요 전기 주파수를 이해하는 것이 필수적입니다.

1.1. 회선 주파수(LF)

교류 전원 주파수: 50Hz 유럽, 아시아, 아프리카, 러시아 대부분 지역에서; 60Hz 북미와 남미 및 아시아 일부 지역에서 발생합니다. 모터의 모든 전자기력은 이 주파수에서 비롯됩니다.

1.2. 2배 라인 주파수(2×LF)

그리고 지배적인 전자기력 주파수 교류 모터에서. 50Hz 시스템에서 2×LF = 100Hz; 60Hz 시스템에서 2×LF = 120Hz. 고정자와 회전자 사이의 자기 인력은 전기 주기당 두 번 최고점에 도달하므로 2×LF가 모든 교류 모터의 기본 "전기적 진동" 주파수가 됩니다.

1.3. 동기 속도 및 슬립

고정자 자기장은 동기 속도로 회전합니다.

어디 P 는 극의 수입니다. 유도 전동기의 회전자는 항상 약간 느리게 회전합니다. 이 차이는 다음과 같습니다. 슬립:

일반적인 유도 전동기의 최대 부하 슬립: 1–5%. 50Hz에서 작동하는 2극 모터의 경우: N_s = 3000 RPM, 실제 속도 ≈ 2940–2970 RPM.

1.4. 극점 통과 주파수(F)_p)

회전자 극이 고정자 극을 "미끄러지듯 지나가는" 속도. 그 결과는 다음과 같습니다. 만능인 — 전봇대 개수와 무관하게:

50Hz로 동작하고 2% 슬립을 갖는 모터의 경우: F_p = 2 × 0.02 × 50 = 2Hz. 이 주파수는 파손된 로터 바의 스펙트럼에서 특징적인 측파대로 나타납니다.

1.5. 로터 바 통과 주파수

여기서 R은 로터 바의 개수입니다. 이 주파수와 그 측파대는 로터 바가 손상될 때 중요해집니다.

1.6. 주요 주파수 참조표

스테이터로터권선공기 간격기계적인축방향 공극 왜곡은 자기력을 직접적으로 변화시키고, 이는 곧 진동 패턴을 변화시킵니다. 기호 ±는 측파대(변조)를 나타냅니다.

2. 진단 방법 개요

단일 기술로는 모든 전동기 결함을 감지할 수 없습니다. 강력한 진단 프로그램은 여러 상호 보완적인 방법을 결합합니다.

진동MCSAESAMCA열화상 단일 진단 방법으로는 모든 문제를 해결할 수 없습니다. 따라서 복합적인 진단 접근법을 강력히 권장합니다.

2.1. 진동 스펙트럼 분석

대부분의 회전 장비 진단에 사용되는 주요 도구입니다. 베어링 하우징에 장착된 가속도계는 스펙트럼을 포착하여 기계적 결함(불균형, 정렬 불량, 베어링 마모) 및 일부 전기적 결함(불균일한 공극, 느슨한 권선)을 나타냅니다. 그러나, 진동 분석만으로는 모터의 모든 전기적 결함을 감지할 수 없습니다..

2.2. 모터 전류 신호 분석(MCSA)

한 상에 전류 클램프를 설치하면 전류 스펙트럼을 얻을 수 있습니다. 로터 바가 파손되면 측파대가 생성됩니다. LF ± F p. MCSA는 온라인으로 진행되며 완전히 비침습적입니다.

2.3. 전기 신호 분석(ESA)

MCC에서 전압 및 전류 스펙트럼을 동시에 분석합니다. 공급 전압 비대칭, 고조파 왜곡 및 전력 품질 문제를 감지합니다.

2.4. 모터 회로 분석(MCA)

안 오프라인 상간 저항, 인덕턴스, 임피던스 및 절연 저항을 측정하는 테스트입니다. 유지 보수 가동 중단 시 필수적입니다.

2.5. 온도 모니터링

고정자 권선 온도 및 베어링 온도 추세 분석을 통해 과부하, 냉각 문제 및 절연 열화에 대한 조기 경고를 받을 수 있습니다.

3. 고정자 결함

고정자 결함은 전체 손실의 약 100%를 차지합니다. 모든 모터 고장 중 23~37%. 고정자는 적층 철심과 권선을 포함하는 고정 부분입니다. 결함은 주로 다음과 같은 부분에서 진동을 발생시킵니다. 2×LF (100Hz / 120Hz) 그리고 그 배수들.

3.1. 고정자 편심 - 불균일한 공극

회전자와 고정자 사이의 공극은 일반적으로 다음과 같습니다. 0.25~2mm. 심지어 10% 변형조차도 측정 가능한 전자기력 불균형을 초래합니다.

원인

• 부드러운 발 — 가장 흔한 원인
• 마모되었거나 손상된 베어링 하우징
• 부적절한 운송 또는 설치로 인한 프레임 변형
• 작동 조건에서의 열 변형
• 제조 공차 불량

스펙트럼 신호

• 일반적으로 2×LF가 지배적입니다. 시선속도 스펙트럼에서
• 종종 약간의 증가를 동반합니다. 1배 및 2배 불균형 자기력(UMP)으로 인해
• 정적 편심률: 2×LF가 변조가 거의 없이 지배적입니다.
• 동적 요소: 사이드밴드 2×LF ± 1X 나타날 수 있습니다

심각도 평가

참고: 이는 예시적인 지침일 뿐 공식적인 표준은 아닙니다. 항상 기계 자체의 기준선과 비교하십시오.

확인 테스트

전원 차단 테스트 (스냅 테스트): 진동을 모니터링하면서 모터의 전원을 차단합니다. 2×LF 피크가 급격히 떨어짐 — 기계식 감속보다 훨씬 빠른 몇 초 안에 — 그 원인은 전자기력입니다.

3.2. 느슨한 고정자 권선

고정자 권선은 매 작동 주기 동안 2×LF의 전자기력을 받습니다. 시간이 지남에 따라 기계적 고정(에폭시, 바니시, 쐐기)이 열화될 수 있습니다. 느슨해진 권선은 2×LF의 진동을 점점 더 큰 진폭으로 발생시켜 마찰로 인한 절연 마모를 가속화합니다.

스펙트럼 신호

• 주로 방사형 진동
• 2×LF는 안정성이 떨어질 수 있으며, 약간의 진폭 변동이 발생할 수 있습니다.
• 심각한 경우: 4×LF, 6×LF에서의 고조파

결과

이것은 권선 절연에 파괴적임 — 이는 급격한 성능 저하, 예측 불가능한 접지 오류, 그리고 재권선이 필요한 고정자 전체 고장으로 이어집니다.

3.3. 전원 케이블 느슨함 - 위상 비대칭

접촉 불량은 저항 비대칭을 초래합니다. 1% 전압 비대칭 대략적인 원인 6–10% 전류 비대칭. 불균형한 전류는 역회전하는 자기장 성분을 생성합니다.

스펙트럼 신호

• 불균형한 자기력으로 인해 2배 저주파(LF) 진폭이 증가합니다.
• 어떤 경우에는, ±⅓×LF 근처의 측파대 (50Hz 시스템에서 약 16.7Hz) 2×LF 피크 부근
• 현재 스펙트럼(MCSA)에서: 상승된 음의 순차 전류

실기 점검

• 모든 케이블 단자, 버스바 연결부, 접촉기 접점을 점검하십시오.
• 상간 저항을 측정하십시오. 각 상은 1% 이내의 오차 범위 내에 있어야 합니다.
• 3상 모두의 공급 전압을 측정하십시오. 비대칭 값은 1%를 초과해서는 안 됩니다.
• 케이블 종단함의 적외선 열화상 촬영

3.4. 단락된 고정자 적층판

층간 절연체의 손상은 와전류를 발생시켜 국부적인 과열점을 생성합니다. 이는 진동 스펙트럼에서 항상 감지되는 것은 아닙니다. 적외선 열화상 촬영은 주요 감지 방법입니다.. 오프라인: 전자기 코어 테스트(EL-CID 테스트).

3.5. 권선 간 단락

권선 간 단락은 국부적인 순환 전류 루프를 생성하여 해당 코일의 유효 권선 수를 감소시킵니다. 이는 증가된 출력을 발생시킵니다. 2×LF, 전류의 저주파 3차 고조파 상승 및 위상 전류 비대칭. MCA 서지 테스트를 오프라인으로 수행하면 가장 잘 감지됩니다.

2×LF1배 / 2배측대역 전원 차단 테스트는 전자기적 원인을 확인합니다. 전원이 차단될 때 2×LF가 급격히 감소하면(관성 감소보다 훨씬 빠르게) 전자기적 원인입니다.

4. 로터 결함

로터 결함은 전체 사고의 약 1%를 차지합니다. 모터 고장의 5–10% 하지만 이러한 질병들은 조기에 발견하기가 가장 어려운 경우가 많습니다.

4.1. 로터 바 파손 및 엔드 링 균열

막대가 파손되면 전류 재분배로 인해 국부적인 자기 비대칭이 발생하는데, 이는 사실상 고정자 자기장에 대해 슬립 주파수로 회전하는 "자기적으로 무거운 지점"을 의미합니다.

진동 시그니처

• 1배 최고점에 도달하다 ± F에서의 사이드밴드_p. 50Hz/2% 슬립의 경우: 1X ± 2Hz의 측파대
• 심각한 경우: ±2F에 추가 측파대_p, ± 3F_p
• 2×LF F를 표시할 수도 있습니다._p 측파대

MCSA 서명

MCSA 심각도 척도

중요: MCSA는 정격 조건에 가까운 안정적인 부하가 필요합니다. 부분 부하 시에는 측파대 진폭이 감소합니다.

시간 파형

로터 바가 파손되면 특유의 현상이 발생합니다. ""박동" 패턴 — 극점 통과 주파수에서 진폭 변조가 일어납니다. 스펙트럼 측파대가 두드러지기 전에 종종 관찰됩니다.

1배±Fp 측파대MCSA 사이드밴드 로터 바 파손은 MCSA를 통해 가장 잘 확인할 수 있습니다. 진동 스펙트럼은 결함을 시사하며, MCSA는 정량적인 심각도 평가를 제공합니다.

4.2. 로터 편심률(정적 및 동적)

정적 편심

축 중심선이 고정자 내경에서 벗어나 있습니다. 이로 인해 상승이 발생합니다. 2×LF. 현재: 로터 슬롯 고조파 에프_RBPF ± LF.

동적 편심

회전자 중심이 고정자 내경 중심을 중심으로 공전합니다. 1X에 2×LF 사이드밴드를 사용 그리고 로터 바 통과 주파수가 높아졌습니다. 현재: 측파대 LF ± f_썩음.

실제로는 두 가지 유형이 동시에 나타나는 경우가 많으며, 이는 중첩된 형태입니다.

4.3. 열 로터 보우

대형 모터는 온도 구배를 발생시켜 일시적인 휜 현상을 일으킬 수 있습니다. 시간에 따라 변하는 1X 시동 후 일반적으로 15~60분 동안 증가하다가 안정화됩니다. 위상각은 활 모양이 발달함에 따라 변동합니다. 기계적 불균형(안정적임)과 구별하려면 시동 후 30~60분 동안 1배율 진폭과 위상을 모니터링하십시오.

4.4. 전자기장 변위(축 방향 이동)

로터가 축 방향으로 변위됨 고정자에 대해 전자기장 분포는 축 방향으로 비대칭이 됩니다. 회전자는 진동을 경험합니다. 2×LF에서의 축방향 전자기력.

원인

• 조립 중 또는 베어링 교체 후 로터 축 방향 위치가 잘못됨
• 베어링 마모로 인한 과도한 축 방향 유격
• 구동 기계에서 발생하는 축 추력
• 작동 중 열팽창

축방향 전자기력변위/돌출스테이터 CL발각 전원을 끄면 즉시 사라지는 축 방향 2×LF는 기계적 원인과 구별되는 핵심적인 특징입니다.

5. 베어링 관련 전기적 결함

5.1. 베어링 전류 및 EDM

축과 하우징 사이의 전압으로 인해 베어링을 통해 전류가 흐릅니다. 원인: 자기 비대칭, VFD 공통 모드 전압, 정전기. 반복적인 방전으로 미세한 구멍이 생성됩니다.방전 가공) ~로 이어짐 홈 파기 — 경주로에 일정한 간격으로 홈이 파여 있습니다.

스펙트럼 신호

• 매우 균일하고 "깨끗한" 피크를 갖는 베어링 결함 빈도(BPFO, BPFI, BSF)
• 가속도 스펙트럼에서 고주파 잡음 레벨이 높아짐
• 고급: 특유의 "빨래판" 소리

방지

• 절연 베어링(코팅 링)
• 축 접지 브러시 (특히 VFD 애플리케이션용)
• VFD 출력단의 공통 모드 필터
• 일반적인 샤프트 전압 측정 - 피크값 0.5V 미만

6. 가변 주파수 드라이브(VFD)의 영향

6.1. 주파수 변환

모든 모터의 전기 주파수는 VFD 출력 주파수에 비례하여 변화합니다. VFD가 45Hz로 작동하는 경우, 2×LF는 90Hz가 됩니다. 경보 대역은 다음과 같아야 합니다. 속도 적응형.

6.2. PWM 고조파

스펙트럼에 스위칭 주파수(2~16kHz)와 측파대가 나타납니다. 이는 가청 소음 및 베어링 전류를 유발할 수 있습니다.

6.3. 비틀림 가진

저차 고조파(5차, 7차, 11차, 13차)는 비틀림 고유 진동수를 여기시킬 수 있는 토크 맥동을 생성합니다.

6.4. 공명 여기

VFD(가변 주파수 드라이브)가 속도 범위를 스캔하는 동안 여기 주파수가 구조물의 고유 주파수를 통과할 수 있습니다. 따라서 VFD로 구동되는 장비에 대해서는 임계 속도 맵을 설정해야 합니다.

7. 감별 진단 요약

전기 같은기계적인2×LF 분석로터 결함 전원을 끈 상태에서 실시하는 스냅 테스트는 진단 트리의 첫 번째 분기점입니다. 전기적 원인이 확인되면, 주요 주파수와 방향을 통해 진단 범위를 좁힐 수 있습니다.

8. 계측 및 측정 기술

8.1. 진동 측정 요구사항

8.2. 모터 진단용 Balanset-1A

휴대용 듀얼 채널 진동계 발란셋-1A (VibroMera)는 모터 진동 진단을 위한 핵심 기능을 제공합니다.

운동 기능 장애를 진단하고 교정한 후, 발란셋-1A는 다음과 같은 용도로 사용할 수 있습니다. 현장 로터 밸런싱 모터를 분리하지 않고 진단부터 수정까지의 전체 워크플로우를 완료합니다.

8.3. 측정 모범 사례

• 세 방향 각 베어링에 대해 수직, 수평 및 축 방향의 조정이 필요합니다. 축 방향은 전자기장 변위에 매우 중요합니다.
• 표면을 준비하세요 — 가속도계 연결의 신뢰성을 위해 페인트와 녹을 제거하십시오.
• 정상 상태 조건 — 공칭 속도, 부하, 온도
• 기록된 작동 조건 — 각 측정값에 대한 속도, 부하, 전압, 전류
• 일관된 타이밍 — 추세 비교를 위한 동일한 조건
• 전원 차단 테스트 전기적 진동이 의심될 경우 — 몇 초 만에 신뢰할 수 있는 진동원 식별을 제공합니다

9. 규범적 참조

• GOST R ISO 20816-1-2021 — 진동. 기계 진동의 측정 및 평가. 제1부. 일반 지침.
• GOST R ISO 18436-2-2005 — 상태 모니터링. 진동 상태 모니터링. 제2부. 교육 및 인증.
• ISO 20816-1:2016 — 기계적 진동. 측정 및 평가. 제1부: 일반 지침.
• ISO 10816-3:2009 — 기계 진동 평가. 제3부: 15kW 초과 산업용 기계.
• IEC 60034-14:2018 — 회전 전기 기계. 제14부: 기계적 진동.
• IEEE 43-2013 — 절연 저항 시험에 대한 권장 방법.
• IEEE 1415-2006 — 유도 기계 유지보수 테스트 안내서.
• NEMA MG 1-2021 — 모터 및 발전기. 진동 한계 및 시험.
• ISO 1940-1:2003 — 로터의 균형 품질 요구 사항.

10. 결론

1. 2×LF는 주요 전자기 지표입니다. 공급 주파수의 정확히 두 배에서 두드러진 피크가 나타나는 것은 전자기파 발생원을 강력하게 시사합니다. 전원을 끄고 테스트를 진행하면 이를 확인할 수 있습니다.
2. 방향이 중요합니다. 방사형 2×LF → 공극 / 권선 / 전원 공급. 축방향 2×LF + 1X → 전자기장 변위 — 가장 파괴적인 결함 중 하나.
3. 사이드밴드가 이야기를 들려줍니다. ± ⅓×LF → 전원 케이블 문제. ± F_p → 로터 바 파손. 측파대 패턴은 주 피크보다 진단에 더 유용한 경우가 많습니다.
4. 분광 해상도가 매우 중요합니다. 50Hz에서 작동하는 2극 모터의 경우, 2X와 2×LF는 약 2Hz 정도의 차이만 있습니다. 따라서 0.5Hz 이하의 해상도가 필수적입니다.
5. 여러 방법을 결합하세요. 진동 + MCSA + MCA + 열화상. 단 하나의 방법으로는 모든 결함을 검사할 수 없습니다.
6. 전기 기술자에게 문의하세요. 모터 수리 담당자는 특정 모터, 그 역사 및 공급 조건에 대한 대체 불가능한 지식을 보유하고 있습니다.

권장 워크플로

진단 단계MCSA확인 다음 순서를 체계적으로 따르십시오. 전원 차단 테스트(2단계)는 몇 초밖에 걸리지 않으며 전기적 원인과 기계적 원인을 확실하게 구분합니다.

최신 휴대용 듀얼 채널 진동계는 다음과 같습니다. 발란셋-1A 현장 엔지니어가 모터 결함 식별에 필요한 해상도와 위상 정확도로 스펙트럼 진동 분석을 수행할 수 있도록 지원합니다. 이를 통해 불균일한 공극 감지부터 교차 위상 분석, 그리고 후속적인 현장 로터 밸런싱에 이르기까지 모든 작업을 수행할 수 있습니다.