7.4 로터의 편심과 가변 공극

Eccentric Rotor and Variable Air Gap

 

편심 로터의 경우는 로터 자체가 그 중심선과 일치하지 않는다 (그림 11-51 참조). 그러므로 편심 로터의 경우는 로터와 고정자간의 공극 불균일이 발생하며 이 상태로 회전한다 (이는 고정자 편심에 기인한 변하지 않는 공극과는 반대현상이다). 로터의 편심은 로터 층간단락에 기인한 국부적인 온도상승으로 로터의 휨이 발생하는 현상 혹은 단순히 로터가 진원이 아닌 현상 때문에 발생한다.

그림 11-51 Stationary & Rotating Air Gap Variation

 

편심 Rotor는 다음과 같은 특징을 나타낸다.

① 로터의 편심은 가장 흔히 전력계통 주파수의 2배 주파수(2FL)에서 높은 진동이 발생하며 극 통과 주파수(Pole Pass Frequency, FP = #Pole × Slip Frequency)만큼 떨어져 측대파가 존재한다. 즉, 2극기인 3,600 rpm 전동기의 경우 측대파는 Slip 주파수의 2배가될 것이며 반면 4극 전동기에서는 Slip 주파수의 4배가 될 것이다. 그림 11-52와 11-53은 로터 편심으로 공극이 변하는 전동기의 진동 스펙트럼이다. 광대역 스펙트럼인 그림 11-52는 120 ㎐ 주파수에서 4.115 ㎜/sec(0.162 in/sec)의 진동치를 갖으며 전체진동 값이 7.493 ㎜/sec(0.295 in/sec)인 것을 나타낸다. 그림 11-53의 Zoom Spectrum은 120 ㎐에서 4.216 ㎜/sec(0.166 in/sec)의 진동이 있고 로터가 편심 되었음을 나타내는 극 통과 측대파가 뚜렷이 존재함을 보여준다.

② 일반적인 용도의 전동기를 새로 혹은 재 설치한 경우에는 전력계통 주파수의 2배 주파수 성분 진동이 0.889 ㎜/sec를 초과하거나 사용중인 전동기의 진동이 2.54 ㎜/sec를 초과하는 경우 특별히 유의해야한다. 만약 전동기가 직접 정밀기계 공구축을 구동하고 있으면 허용 2FL 진동 진폭은 0.381 ㎜/sec 이하이어야 한다. 이는 약 37.29 ㎾~745.7 ㎾ 정도 크기의 전동기에 적용된다. 이 진폭은 계통주파수의 2배 주파수에 해당하는 진폭에만 적용된다는 사실을 분명히 하여야 한다. 이러한 진폭은 적어도 60~70% 이하의 부하로 운전되는 유도 전동기에 적용한다는 사실에 유의해야 한다.

 

그림 11-52 순환수 펌프에서의 30,000 cpm 스펙트럼

 

그림 11-53 편심 로터를 나타내는 Zoom 스펙트럼

 

③ 편심 로터의 경우는 전 원주에 걸쳐서 공극을 허용치 이내로 하기 위해서 베어링 하우징 자체를 조정하거나 로터 저널을 가공하여야 한다. 로터의 편심은 심한 축정렬 불량과 같은 기계적 문제로도 발생될 수 있다는 사실에 유의하여야 한다.

④ 2FL 부근에 극 통과 주파수의 측대파가 발견되어 로터의 편심 징후가 있다고 판단될 경우는 특히 2FL의 피크 값이 약 1.778 ㎜/sec(Alarm 1)를 초과할때 그 경향분석을 실시해야 한다. 만약 그 진폭이 2.54 ㎜/sec(Alarm 2) 이상 증가하고 또한 극 통과 주파수의 측대파도 같이 증가하면 더욱 특별한 관심을 가져야 하며, 극 통과 주파수의 측대파가 2FL 위와 아래에 존재하면 더더욱 그러해야 한다. 만약 7200 cpm의 진폭과 측대파가 수회 측정하는 동안 변화가 없으면 비록 이들 진폭이 120 ㎐에서 4.445 ㎜/sec에 달한다 할지라도 더 이상의 손상은 진행치 않는 것이다. 이 경우 계속 경향 분석하는 것으로 충분하다. 그렇지만 전동기 자체의 수명은 단축될 것으로 예상된다.

⑤ 로터가 편심된 전동기는 그 온도가 상승할수록 더욱 고진동이 발생한다는 사실에 유의하여야 한다. 예를 들어 전동기가 처음 기동되었을 때는 그 진동치가 2.54 ㎜/sec이었는데 운전 약 10분 후에 진동 진폭이 3.56 ㎜/sec로 상승하였고 20분 후에는 4.57 ㎜/sec, 30분 후에는 6.35 ㎜/sec이었다고 하자. 이는 로터의 어느 한곳이 다른 곳과 상대적으로 다르게 온도가 상승하는 불균일한 가열에 기인할 수 있다. 이를 교정하지 않아 만약 로터가 고정자와 접촉할 정도로 큰 휨이 발생하면 대형 사고로 발전할 수 있다.

 

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