7. 동기 전동기 코일 이완

Detection of Electrical Problems within a Synchronous Motor due to Loose Coils

 

7.1 背景 (Background)

3호기 압축기 구동 전동기는 회전수가 514 rpm이고 400 HP G.E.제 동기전동기이다. 압축기는 90˚ 대향형인 두 피스톤이 장착되어 있고 토출압력이 110 psi 이다. G.E.에 확인한 결과, 전동기는 14극이며 극당 6 코일로 총 84 코일로 구성되어 있음을 알 수 있었다. 그림 12-27에 진동 측정 위치가 표시되어 있다.

3호기 압축기는 고정자 고장과 회전자 고장 등을 포함한 몇 번의 전동기 고장이 발생한 바 있다. 1990년 1월 26일 전동기의 건강상태를 확인하기 위해 진동상태 점검을 실시하였다. 또한 3호기와 비교하기 위해 4,5,6호기 압축기에 대해서도 측정을 실시하였다. 이런 비교는 이상 상태를 진단하는데 도움이 된다.

그림 12-27 전동기와 압축기의 진동 측정 위치도

 

7.2 結論 (Conclusions)

그림 12-28은 전동기 위치 1V에서 측정한 60,000 cpm 스펙트럼으로 많은 회전속도 조화성분이 보이는데, 이는 베어링이 느슨해 졌거나 혹은 간극이 과도하게 큼을 나타낸다. 베어링의 간극과 볼트 체결력 점검을 건의하였다.

그림 12-28 위치 1V에서 전부하시 진동 스펙트럼

또한, 3호기 압축기의 진동 신호에는 전동기의 전기적인 문제점도 나타나 있었다. 이런 압축기 설계 형태에 있어서 (1×RPM은 회전수는 1차 적인 왕복동력과 일치) 2차적인 왕복동력과 일치하는 2×RPM에서 뚜렷한 피크치가 그림 12-28에 나타나 있다. 아마 이 그림에서 가장 중요한 것은 전동기 회전수의 84배인 43,200 cpm에서의 피크일 것이다 (측정위치는 그림 12-27과 같다). 그림 12-28에서 우월한 높은 주파수의 Spike 모양은 3호기 압축기에서만 발생한다는 것을 알았다. G.E.를 통해 3호기 압축기 전동기는 극당 6개의 코일이 설치된 14극으로 총 84코일이 설치되어 있음을 알았다. 때문에, 그런 높은 주파수 Spike가 전동기 속도의 84배에서 발생하였으며 이것이 코일 통과 주파수이다. 그러므로 전동기에 느슨한 코일이 있을 것으로 예상되었다. 그림 12-29는 84배 주파수에 대한 고해상도 Zoom 그림으로 전동기 회전속도 측대파를 보여주고 있다. 이 전동기 회전속도 측대파는 84×RPM에서만 510 cpm과 관련이 있고, 다른 어떤 것과는 관련이 없다는 것을 나타내고 있었다.

전기적인 문제인가를 좀더 명확히 밝히기 위해 부하시험을 실시하였다(만일 진동치가 부하 감소와 더불어 뚜렷이 감소된다면, 동기전동기 내부의 코일 이완 같은 전기적인 문제일 것이다). 부하시험 결과 84배 주파수에서의 진폭이 부하 감소와 더불어 현저히 낮아졌으며, 이 결과는 그림 12-30, 12-31, 12-32 및 12-33에 나타나 있다.

그림 12-29 위치 1A에서 전부하시 84×RPM 부근의 진동 스펙트럼

그림 12-30 위치 1V에서 전부하시 코일 통과 주파수에서의 진동 스펙트럼

그림 12-31 위치 1V에서 3/4 부하시 코일 통과 주파수에서 진동 스펙트럼

그림 12-32 위치 1V에서 1/2 부하시 코일 통과 주파수에서 진동 스펙트럼

그림 12-33 위치 1V에서 무부하시 코일 통과 주파수에서 진동 스펙트럼

전동기 제작사인 G.E.를 통해서, 다른 곳에 사용되고 있는 전동기보다는 왕복동 압축기에 사용되는 전동기에서 고정자 코일의 이완 현상이 더 흔한 일이며, 일단 동기전동기의 코일이 이완되면 고장 진전이 빨라 조기 손상을 초래할 수 있다는 것을 알았다. 최대 진동치가 84배 회전속도(Coil Pass 주파수)에서 발생하고 있기 때문에 이 진동원이 코일 이완에 의한 것일 것이다.

 

7.3 勸告事項 (Recommendations)

① 압축기 베어링의 과도한 마멸 여부를 점검하고 만일 간극이 규정 한도를 초과하면 교체한다.

② 전동기의 고정자 코일 이완 여부를 점검해야 한다. 이완된 고정자 코일이 발견되면, 이런 종류에 사용되는 전동기에서는 코일 이완은 인정된 잠재적인 문제점이기 때문에 적절한 Coil Wedging을 보증하기 위해서는 원 제작사의 설명서를 적용해야한다. 만일 이완된 코일이 발견되면, G.E.사에서는 수년간 운전하는 동안에 생긴 많은 공간에 에폭시 형태의 액체를 부어 교정한다.

 

7.4 措置結果 (Results of Corrective Actions)

전동기를 G.E. 전동기 수리 공장으로 보냈고, 거기서 코일이 정말 이완되어 있었음을 확인하였다. 전동기 구조상 완전한 수리를 하기 위해서 정비원이 직접 고정자 코일로 접근하는 것은 불가능하였다. 하지만, 그들은 에폭시 자재를 Gap 사이에 부어 넣어 할 수 있는 최대 한도로 각 극에 있는 공간을 채워 없앴다.

수리한 회전자를 다시 설치한 후, 코일 통과 주파수(84×RPM)에서의 진동치는 그림 12-34와 12-35에서 비교한 것처럼, 0.134 in/sec에서 단지 0.059 in/sec로 감소하였다. 다시 한 번 부하에 대한 코일 통과 주파수의 진동치 변화(감도)를 평가하기 위해 부하시험을 반복하였다. 현재는 부하시 0.134 in/sec에서 무부하시 0.080 in/sec까지 감소된 것 외에, 코일 통과 주파수에서도 부하시 0.059 in/sec에서 무부하시 0.046 in/sec로 감소하였다. 이것은 이 동기 전동기의 전기적인 운전상태가 매우 좋아 졌다는 징조이다.

그림 12-34 위치 1V에서 전부하시 코일 통과 주파수에서 진동 스펙트럼 (수리전)

그림 12-35 위치 1V에서 전부하시 코일 통과 주파수에서 진동 스펙트럼(수리후)

 

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