6. 회전수 추종 분석기

Tracking Analyzers

 

Tracking Analyzer는 전용 장비와 FFT 분석기/Data Collector의 기능으로써 두 가지 형태가 있다. 두 경우 모두 일회전당 1회의 신호가 Tracking Reference로써 사용된다. 분석기는 Tracking Reference로부터의 입력으로 기동과 정지를 포함한 속도의 변화를 추종하게 된다.

특히 기동 정지시의 급격한 운전 속도의 변화시 고려하여야 할 중요한 매개변수는 분석기의 Maximum Tracking 또는 Sweep Rate이다. Maximum Tracking율은 ㎐/sec의 단위로 분석기가 정해진 입/출력 정확도를 유지하면서 주파수의 변화를 추종할 수 있는 최고로 빠른 비율로 정의한다. Maximum Tracking Rate는 물리적으로 필터 대역폭에 좌우된다. 또한 분해능을 증가시키기 위한 필터 대역폭의 감소는 Maximum Tracking Rate를 감소시킨다. 마찬가지로 높은 Tracking율을 가지려면 넓은 필터 대역폭이 필요하게 된다.

Tracking Rate와 필터 대역폭의 관계는 높은 비율로 변화하는 기계의 회전속도를 추적할 필요가 있는 경우에 반드시 고려하여야 할 사항이다. 예를 들면 초당 1,000 rpm의 속도 변화를 가진 전동기를 200~500 rpm마다 스펙트럼을 포착하면서 기동 상태를 추적한다는 것은 어떠한 장비로도 쉬운 일은 아니며 상당한 분해능의 감소를 감수해야만 한다. Tracking 율의 물리적 한계를 인식하고 이를 준수하지 않으면 출력에 커다란 오류와 왜곡이 발생할 것이다.

어떤 Tracking 분석기는 Raw Trigger 신호를 받아들일 수 있는 Conditioning 회로가 내장되어 있다. 이 기능이 내장되어 있지 않은 분석기들은 변화하는 전압치(양 또는 음의 신호)를 수용하고 Tracking 회로를 Trigger하는 데 필요한 기준 신호의 전압치를 변화시키기 위해 외부 Conditioning 회로가 필요할 것이다. 대부분 기계의 기준 신호는 Proximity Probe에 의해 발생되기 때문에 거기서 생기는 Pulse는 음의 값이다. 그러나 때로는 양의 Pulse 신호를 추적할 필요가 있는 경우가 있다. 전압치의 Offset 조정은 분석기가 기준 Pulse를 추적하고 기준 Pulse 사이에 추가로 낮은 수준의 Pulse를 생기게 하는 어떤 진동이나 축의 결함에 의해 혼란을 받지 않도록 하여야 한다 (그림 6-37). 그림 6-37의 왼쪽에서는 낮은 Trigger Level 때문에 일회전에 한 개 이상의 Pulse가 생기게 된다. 그림의 오른쪽은 Trigger하는데 필요한 전압을 올려줌으로써 간단하게 수정될 수 있다는 것을 보여주고 있다. Trigger 신호는 그 크기가 크게 변할 수 있기 때문에 한 개의 값으로 고정하는 것은 효과적이지 못하다. 이 두 가지 문제를 해결하는 유일한 방법은 최대 크기의 약 10~20% 아래에 Trigger Level을 자동적으로 선정하는 자동 이득 기준 입력 회로(Auto Gain Reference Input Circuit)를 사용하는 것이다.

그림 6-37 Scratch나 다른 결함으로 인한 잘못된 Tachometer Triggering

 

위상은 다이얼 시계와 같이 반복적인 변수이며 Tracking 분석기로부터의 위상에 비례하는 출력은 일반적으로 0°에서 360°로 증가된다.

이때 측정된 위상각이 0°와 360°를 왔다갔다하는 경우가 생겼을 때 출력의 큰 변동을 방지하는 수단이 제공되어야 한다. 이러한 어려움 때문에 대부분의 Tracking Analyzer는 각도를 180° 이동시켜 측정치가 0°와 360°에서의 불연속성이 발생하지 않도록 하는 기능을 가지고 있다. 자동적으로 같은 결과를 얻게 하는 또 다른 방법은 -90°에서 360°를 거쳐 +90°까지 540°의 각도에 비례하도록 출력의 폭을 넓히는 것이다. 이 방법으로 불연속성은 중첩되어 없어진다.

Tracking Analyzer가 다양한 종류의 Pickup과 함께 사용되기 위해서는 입력에 대한 감도를 조정할 수 있는 기능을 갖추는 것이 매우 바람직하다. 또한 원하는 공학단위로 나타나게 하기 위하여 한 번 또는 두 번 적분의 기능이 포함되어 있어야 한다.

앞에서 언급했듯이 분석기는 초당 약 1,000 rpm까지의 속도 변화를 정확하게 추종할 수 있어야 한다. 필터의 Sweeping 비율을 정한다는 것은 필터의 최소 대역통과 폭을 정한다는 것을 뜻한다. 그 결과 어떤 Tracking 분석기는 넓거나 좁은 대역통과 필터를 선택할 수 있는 기능을 가지고 있다. 넓은 폭의 필터는 속도의 변화율이 클 때 사용되며 좁은 폭의 필터는 속도의 변화율이 낮을 때 정확성을 증가시키고자 할 때 사용된다. 이러한 기능은 편리할 때가 많다.

마지막으로 Tracking 분석기를 선택할 때는 그것의 동력학적인 범위(Dynamic Range)를 알아야 한다. 진폭의 변화가 Slowroll 상태로부터 기계의 임계속도에서의 최대 진폭에 이르기까지 50 dB을 초과하는 경우는 흔히 있는 일이다. 만일 분석기가 최소 50~60 dB의 동력학적인 범위에서 진폭과 위상을 추종할 수 없다면 그 분석기는 정확한 결과를 제공하지 못할 것이다.

동일한 Reference로 두 개의 동시 신호를 추적할 수 있는 Dual-channel Tracking Analyzer가 매우 귀중하게 사용된다. 분석기는 두 번째의 Channel로써 2면 Balancing과 축의 휨 등을 알아보기 위하여 기계의 양쪽 끝의 진폭과 위상 또는 Filtered Orbit을 표시할 수 있다.

 

TRAC Mark INCOSYS