전기 모터는 발생하는 열이 주변 공기로 밀어낼 수 있는 열보다 높을 때 과열됩니다. 동천모터스에서 경험한 바에 따르면 기계적 과부하, 냉각 차단, 전압 문제, 베어링 마모, 절연체 손상, VFD로 인한 고조파 응력 등 6가지 중 하나로 귀결됩니다. 모터는 일반적으로 모터가 죽기 전에 전류 상승, 프레임 과열, 이상한 소음 등을 경고합니다. 올바른 원인을 조기에 파악하고, 권선이 타기 전에 해결하십시오.
전기 모터가 과열되는 이유는 무엇입니까?
저는 동춘자동차(iecmotores.com)에서 10년 넘게 자동차 사업을 했는데, 가장 자주 보는 문제가 바로 과열입니다. 고객들은 브라질, 그리스, 인도네시아에서 저에게 전화를 합니다. 국가는 다르지만 이야기는 같습니다. 모터는 몇 년 동안 잘 작동하다가 어느 날 작동이 중단되거나 더 나쁘게도 멈춰서 플라스틱 타는 냄새가 났습니다.
대부분의 사람들이 놓치는 것이 바로 여기에 있습니다. 모터는 갑자기 과열되는 것이 아닙니다. 천천히 도착합니다. 실제 고장이 발생하기 몇 주 전에 징후가 나타납니다. 더 높은 전류 소모, 손을 댔을 때 평소보다 더 뜨겁게 느껴지는 프레임, 이전에는 없었던 희미한 윙윙거림 등이 있습니다. 단열재에서 냄새가 날 때쯤이면 이미 실제 손상이 발생한 것입니다.
[IEC 60034-1 모터 온도 등급](https://webstore.iec.ch/en/publication/64293)1 — 모터 열 보호에 대한 국제 표준 — 정격 온도보다 8~10°C 상승할 때마다 절연 수명이 대략 절반으로 줄어드는 것을 확인합니다. 그 숫자는 대부분의 구매자가 인식하는 것보다 더 중요합니다.
가장 자주 나타나는 6가지 원인과 이를 찾는 방법, 각 원인에 대해 수행할 작업을 안내해 드리겠습니다.
자세히 알아보기 전에 간략한 개요는 다음과 같습니다.
| 원인 | 일반적인 증상 | 빠른 확인 |
|---|---|---|
| 초과 적재 | 고전류, 트립된 열 계전기 | 실행 중인 앰프를 명판 FLA와 비교 |
| 통풍이 잘 안됨 | 뜨거운 프레임, 막힌 핀 | 팬 슈라우드 및 냉각 핀 검사 |
| 전압 문제 | 불평등한 위상 전류, 허밍 | 모터 단자의 전압 측정 |
| 베어링 고장 | 진동, 소음, 국부적인 열 | 베어링 하우징의 적외선 온도계 |
| 절연 열화 | 간헐적인 운행, 타는 냄새 | 메가 절연저항 시험 |
| VFD 고조파 | 저속에서 과열, 권선 소음 | 드라이브 설정 및 케이블 길이 확인 |
기억할 가치가 있는 한 가지 규칙은 모터 정격 온도가 10°C 올라갈 때마다 절연 수명이 대략 절반으로 줄어든다는 것입니다. 정격 온도에서 20년 동안 지속되도록 제작된 4극 IE3 모터는 40°C에서 너무 뜨거워지면 2년 안에 고장날 수 있습니다. 그것은 작은 차이가 아닙니다.
정격 온도보다 10°C 상승할 때마다 모터 절연 수명이 약 절반으로 줄어듭니다.진실
이는 IEC 60034-1 표준과 일치하고 AEMT와 같은 산업 기관에서 참조하는 모터 엔지니어링 분야에서 잘 확립된 열 노화 원리입니다.
열 보호 기능으로 인해 트립되는 모터는 릴레이가 재설정된 후 즉시 다시 시작해도 안전합니다.거짓
모터를 완전히 식힌 다음 다시 시작하기 전에 원인을 찾아서 해결해야 합니다. 근본 원인을 해결하지 않고 다시 시작하면 열 순환이 반복되어 점차적으로 절연체가 손상됩니다.
원인 1: 기계적 과부하
과부하는 제가 다루는 가장 일반적인 원인 중 하나입니다. 이는 샤프트의 부하가 모터가 설계된 것보다 더 많은 토크를 요구할 때 발생합니다. 모터는 더 많은 전류를 끌어당겨 반응하며, 더 많은 전류는 고정자 권선에 더 많은 열이 발생한다는 것을 의미합니다.
사람들이 흔히 오해하는 것이 있습니다. 과부하는 누군가가 잘못된 모터를 선택했기 때문에 발생하는 것이 아닙니다. 모터는 몇 년 동안 잘 작동하다가 조건이 바뀌면 과부하가 걸리기 시작할 수 있습니다. 펌프 임펠러가 마모되고 저항이 증가합니다. 컨베이어 벨트에 재료가 쌓입니다. 기어박스가 딱딱해집니다.
작년에 폴란드에 고객이 있었습니다. 그는 3년 동안 완벽하게 작동했던 스크류 컨베이어에서 프레임 160M의 4극 15kW IE3 모터를 가동하고 있었습니다. 그런 다음 기어박스의 베어링이 마모되기 시작했고 모터를 정격 부하 이상으로 밀기에 충분한 항력이 추가되었습니다. 그는 전혀 몰랐습니다. 모터는 단지 "늙어가는 것뿐이었습니다." 그의 마음 속에. FLA 명판을 기준으로 작동 중인 앰프를 측정한 후에는 답이 분명했습니다.
진단 방법: 각 상에 전류계를 고정하고 부하가 완전히 켜진 상태에서 작동 전류를 읽습니다. 그런 다음 이를 명판에 있는 FLA(전부하 전류) 수치와 비교하십시오. 지속적으로 해당 수치를 초과하면 모터에 과부하가 걸린 것입니다. 그렇게 간단합니다.
NO MG 1 파트 312 서비스 계수는 정격 부하에 적용되는 승수로 정의됩니다. 서비스 계수 1.15는 모터가 정격 부하의 115%를 지속적으로 처리할 수 있지만 정격 주변 환경과 깨끗한 냉각 상태에서만 처리할 수 있음을 의미합니다.
서비스 팩터가 1.15인 모터는 정격 부하의 115%를 지속적으로 처리할 수 있지만 주변 온도가 정상이고 환기가 원활한 경우에만 가능합니다. 문제를 무시하는 이유로 서비스 요소를 사용하지 마십시오.
해야 할 일:
- 가능하다면 기계적 부하를 줄이십시오.
- 부하가 실제로 증가했다면 더 큰 모터를 장착하십시오. 한계를 뛰어넘는 15kW의 경우 최대 18.5kW 프레임 160L 또는 22kW 프레임 180M으로 업그레이드하십시오.
- 높은 사이클 애플리케이션에서 돌입 전류를 줄이려면 소프트 스타터 또는 VFD를 추가하십시오.
- 열 과부하 계전기를 올바르게 설정하십시오. 너무 높게 설정된 릴레이는 보호가 아니며 잘못된 보안 감각입니다.
운전 전류를 명판 FLA와 비교하는 것이 모터 과부하를 진단하는 가장 빠른 방법입니다.진실
클램프 미터로 3상 전류를 모두 읽고 명판의 전부하 전류와 비교하면 모터가 설계된 것보다 더 열심히 작동하는지 여부를 직접 알 수 있습니다.
모터의 서비스 요소는 어떤 결과도 없이 정격 부하 이상으로 무기한 작동할 수 있도록 해줍니다.거짓
서비스 요소는 주변 온도가 사양 범위 내에 있고 냉각 기능이 완벽하게 작동하는 경우에만 적용됩니다. 덥거나 환기가 잘 안되는 환경에서 서비스 팩터 내에서도 정격 부하 이상으로 작동하면 여전히 과도한 열 및 절연 손상이 발생합니다.
원인 2: 부적절한 냉각 및 환기 차단
작년에 그리스 고객이 저에게 전화를 했습니다. 그의 4극 11kW IP55 펌프 모터(프레임 160M)는 약 30분 동안 작동한 후에도 계속 작동했습니다. 2년 동안은 괜찮았어요. 나는 그에게 세 가지 질문을 했습니다.
"설치 중에 변경된 사항이 있나요?"
"선풍기 덮개는 온전한가요?"
"냉각핀을 마지막으로 청소한 게 언제였나요?"
그는 가서 보았습니다. 팬 슈라우드에 균열이 생겼습니다. 냉각 공기 흐름의 절반이 핀을 가로지르는 대신 옆으로 흐르고 있었습니다. 그의 공장의 먼지가 많은 환경과 결합하여 핀도 부분적으로 막혔습니다. 모터가 스스로 요리를 하고 있었습니다.
우리는 그에게 교체용 수의를 보냈습니다. 이틀만에 문제가 해결되었습니다.
TEFC 모터(동천 모터(iecmotores.com)에서 만드는 가장 일반적인 유형인 전폐형 팬 냉각식)는 샤프트의 팬을 사용하여 외부 핀을 가로질러 공기를 이동시켜 스스로 냉각됩니다. 공기 흐름이 차단되거나 방향이 바뀌면 열은 갈 곳이 없습니다.
인클로저 보호 표준 IEC 60529 IP 등급삼 또한 IP 등급은 모터가 적절한 간격으로 올바르게 설치된 경우에만 적용된다고 명시합니다. 즉, 공기 흐름이 없는 단단한 캐비닛에 빽빽하게 들어찬 밀봉된 IP55 모터는 테스트 조건을 벗어났습니다.
일반적인 원인:
- 냉각 핀에 쌓인 먼지, 그리스 또는 공정 재료
- 공기가 핀을 가로질러 흐르지 않고 빠져나가게 하는 팬 슈라우드가 깨지거나 없어진 경우
- 주변에 공간이 없는 밀폐된 캐비닛에 설치된 모터
- 대부분의 모터의 표준 등급인 40°C 이상의 주변 온도
- 팬 끝이 벽에 너무 가깝게 설치된 모터
진단 방법: 부하가 걸린 상태에서 모터 프레임에 손을 올려보세요. 몇 초 동안 만졌을 때 통증이 없고 따뜻함이 느껴져야 합니다. 프레임 표면에 적외선 온도계를 사용하여 드라이브 엔드, 비드라이브 엔드, 프레임 중앙을 비교합니다. 그런 다음 팬 커버와 핀을 눈으로 살펴보세요.
해야 할 일:
- 압축 공기로 냉각 핀을 불어냅니다. 먼지가 많은 환경에서는 매달 이 작업을 수행하십시오.
- 손상된 팬 덮개를 즉시 교체하십시오. 슈라우드가 없으면 냉각 성능이 30~50% 감소할 수 있습니다.
- 실내 온도가 정기적으로 40°C를 초과하는 경우 모터의 용량을 낮추거나 절연 등급이 더 높은 모터(클래스 F 대신 클래스 H 빌드)를 사용하십시오.
- 모터 주변, 특히 팬 끝 부분에 열린 공간이 있는지 확인하십시오.
팬 슈라우드가 없거나 갈라지면 모터 냉각 효율이 30~50% 감소할 수 있습니다.진실
팬 덮개는 냉각 핀을 따라 공기 흐름을 유도합니다. 그것이 없으면 공기 이동의 대부분이 낭비됩니다. 모터 프레임은 동일한 부하 조건에서 훨씬 더 뜨겁게 작동합니다.
TEFC 모터는 완전히 밀봉되어 있으며 주변에 외부 환기 공간이 필요하지 않습니다.거짓
TEFC 모터는 외부 핀을 통해 공기를 이동시켜 냉각됩니다. 이러한 냉각이 작동하려면 하우징 주변, 특히 팬 끝 부분에 빈 공간이 필요합니다. 공간이 부족한 밀폐된 공간에 설치하면 과열될 수 있습니다.
원인 3: 전압 공급 문제
전압 문제는 교묘합니다. 모터는 괜찮아 보이네요. 현재는 미친 것 같지 않습니다. 그러나 한 단계는 다른 단계보다 약간 낮으며 몇 주, 몇 달에 걸쳐 하나의 권선이 필요한 것보다 더 열심히 작동합니다.
여기에는 두 가지 주요 문제가 있습니다.
전압 불균형: 3개의 공급 단계가 동일하지 않으면 하나의 권선이 다른 권선보다 더 많은 전류를 끌어옵니다. 위상 간 전압 차이가 2~3%에 불과해도 해당 비율의 6~10배에 달하는 전류 차이가 발생할 수 있습니다. 국지화된 추가 전류는 고정자에 핫스팟을 생성합니다. 이것을 다른 권선보다 먼저 고장난 권선으로 보는 경우가 많습니다. 공급 장치를 확인하지 않으면 무작위 고장처럼 보일 수 있습니다.
저전압: 공급 전압이 명판 정격 이하로 떨어지면 모터는 동일한 토크를 유지하기 위해 더 많은 전류를 소비합니다. 전류가 많을수록 열이 더 많이 발생합니다.
칠레의 한 고객이 같은 건물에서 3개의 4극 7.5kW 400V/50Hz IE3 모터를 작동하고 있었습니다. 두 개는 괜찮았어요. 하나는 계속 과열되었습니다. 동일한 모델, 동일한 하중. 마침내 우리는 패널이 아닌 모터 터미널의 전압을 측정했는데, 이는 중요한 차이점입니다. 그리고 해당 모터로 연결되는 케이블의 터미널 연결이 느슨하다는 것을 발견했습니다. 모터의 전압은 패널의 전압보다 8% 낮았습니다. 그것으로 충분했습니다.
NEMA MG 1 전압 불균형 지침4 1%를 초과하는 전압 불균형은 전류 불균형을 6~10배 더 크게 유발할 수 있다고 명시하고 불균형이 지속적으로 1%를 초과하면 모터의 정격을 낮추도록 권장합니다.
진단 방법:
- 분전반이 아닌 모터 단자에서 전압을 측정하고 최대 부하에서 측정하십시오.
- 3상 전압을 모두 서로 비교하십시오. 불균형 비율은 평균과의 최대 편차를 평균으로 나눈 후 100을 곱한 것입니다.
- 불균형이 2%를 초과하면 원인을 찾으십시오.
- 측정된 전압을 명판 정격 전압과 비교하십시오. 지속적으로 10% 이상 하락하는 것은 심각한 수준입니다.
해야 할 일:
- 모든 터미널 연결을 검사하고 조이십시오. 느슨한 연결은 불균형의 가장 일반적인 원인입니다.
- 3상 패널에서 단상 부하가 불균일하게 태핑되는지 확인하십시오.
- 불균형이 안전 수준을 초과하면 모터를 트립하는 전압 모니터링 릴레이를 설치하십시오.
- 전압이 지속적으로 낮은 경우 변압기 탭 설정을 확인하거나 전력회사에 문의하십시오.
위상 간 2~3%의 전압 불균형은 전류 불균형을 최대 10배까지 유발할 수 있습니다.진실
이는 3상 모터 동작에서 알려진 승수 효과입니다. 작은 전압 불균형으로 인해 불균형적으로 큰 전류 불균형이 발생하여 한 권선이 과열되는 반면 다른 권선은 정상으로 보입니다.
분전반에서 전압을 측정하면 모터가 올바른 전압을 받고 있는지 확인하는 데 충분합니다.거짓
긴 케이블 길이, 느슨한 연결 또는 작은 배선으로 인해 패널과 모터 단자 사이의 전압이 크게 떨어질 수 있습니다. 정확한 판독을 위해 항상 부하가 걸린 모터 단자에서 측정하십시오.
원인 4: 베어링 마모 및 기계적 마찰
베어링은 샤프트가 거의 마찰 없이 회전하도록 되어 있습니다. 오염, 잘못된 윤활, 정렬 불량 또는 과부하로 인해 고장이 나기 시작하면 베어링 하우징에서 바로 열이 발생하고 그 열을 모터 프레임과 권선으로 밀어 넣습니다.
이를 까다롭게 만드는 이유는 다음과 같습니다. 고장난 베어링이 즉시 높은 전류로 표시되지 않을 수 있습니다. 열은 국부적으로 쌓입니다. 고정자 온도가 릴레이를 트립할 만큼 충분히 상승할 때쯤에는 베어링이 이미 손상되었거나 근처의 권선이 영향을 받을 수 있습니다.
제가 보는 가장 흔한 실수는 과도한 윤활입니다. 사람들은 기름이 많을수록 좋다고 생각합니다. 그렇지 않습니다. 과도한 그리스는 하우징 내부에서 휘젓고, 마찰을 일으키고, 마치 베어링이 말라붙는 것처럼 열을 발생시킵니다. 정확한 양이 있습니다. 모터 프레임 크기에 대한 제조업체의 사양을 따르십시오. 프레임 132S 4극 모터에는 각 간격마다 약 10g의 그리스가 필요합니다. 30그램씩 포장하면 열원이 만들어집니다.
[모터 고장 분석에 대한 ABB 기술 가이드](https://library.e.abb.com/public/8c253c2417ed0238c125788f003cca8e/ABB_Technical_guide_No5_RevC.pdf)5 VFD 베어링 전류의 방전 가공이 기계적 마모와 동일하게 보이는 방식으로 베어링 궤도를 손상시키는 방법과 검사 중에 차이점을 구별하는 방법을 문서화합니다.
진단 방법:
- 적외선 온도계를 사용하여 구동측 베어링, 비구동측 베어링 및 중간 프레임의 온도를 비교합니다. 프레임보다 눈에 띄게 뜨거운 베어링 하우징은 거기에 문제가 있음을 알려줍니다.
- 낮은 속도로 들어보세요. 베어링 영역에서 갈리는 소리, 덜거덕거리는 소리 또는 불규칙한 소음이 나는 것은 분명한 신호입니다.
- 진동 측정기가 있으면 사용하십시오. 베어링 주파수에서 진동이 높아지면 마모가 확인됩니다.
- 윤활을 확인하십시오. 늙어서 말랐나? 너무 많이 포장되어 있나요?
해야 할 일:
- 마모된 베어링이 고착되기 전에 교체하십시오. 불량 베어링이 잠길 때까지 작동시키면 샤프트가 파손되고 권선도 태울 수 있습니다.
- 유지보수 작업 후에는 샤프트 정렬을 점검하십시오. 작은 정렬 불량으로도 베어링이 고르지 않은 하중을 견디고 더 빨리 마모됩니다.
- 모터 프레임 크기에 맞는 윤활 일정(간격과 올바른 그리스 양)을 따르십시오.
- 베어링의 정격 용량을 초과하는 적용 분야의 반경방향 또는 축방향 하중을 검사하십시오.
베어링 결함으로 인해 전체 모터 전류가 눈에 띄게 상승하기 전에 국부적인 과열이 발생할 수 있습니다.진실
베어링 열은 하우징에 국지적으로 형성됩니다. 베어링 근처에서 심각한 손상이 발생하는 동안 고정자 권선 온도는 여전히 허용 가능한 것처럼 보일 수 있습니다. 베어링 하우징의 적외선 측정은 전류 판독에만 의존하는 것보다 더 안정적입니다.
모터 베어링에 그리스를 과도하게 공급하는 것은 무해하며 단순히 추가 보호를 제공할 뿐입니다.거짓
과도한 그리스는 베어링 하우징 내부에서 휘젓고 마찰과 열을 발생시킵니다. 이는 윤활 부족과 마찬가지로 베어링 고장을 일으킬 수 있습니다. 올바른 그리스 양은 모터 제조업체의 문서에 명시되어 있습니다.
원인 5: 권선 절연 열화
모터 권선은 개별 도체가 서로 접촉하거나 강철 코어에 닿는 것을 방지하는 절연 재료로 코팅되어 있습니다. 시간이 지남에 따라 이 단열재는 분해됩니다. 열이 해냅니다. 수분이 해냅니다. 화학물질이 해냅니다. 진동이 해냅니다. 일반적으로 네 사람 모두 수년에 걸쳐 천천히 함께 작업합니다.
절연이 약해지면 도체 사이에 작은 누설 전류가 흐르기 시작합니다. 이를 인터턴 쇼트(Inter-turn Short)라고 합니다. 그들은 추가 열을 발생시켜 단열재를 더욱 손상시킵니다. 와인딩이 실패할 때까지 점점 더 빨라지는 사이클입니다.
절연 등급은 권선 재료가 지속적으로 처리할 수 있는 최대 온도를 알려줍니다. 산업용 모터의 가장 일반적인 세 가지 클래스는 다음과 같습니다.
| 절연 등급 | 최대 권선 온도 | 일반적인 상승 한계(IEC) |
|---|---|---|
| 클래스 B | 130 ° C | 80K |
| F급 | 155 ° C | 105K |
| 클래스 H | 180 ° C | 125K |
IEC 60085 절연 분류6 이는 이러한 온도 등급을 정의하는 표준이며, 또한 해당 등급 온도 한계에서 지속적으로 작동하는 단열 시스템의 설계 수명이 약 20,000시간임을 명시합니다.
동천모터(iecmotores.com)의 표준 3상 모터는 Class F 절연을 사용하지만 Class B 온도 상승 한계에 대해 평가됩니다. 이는 실제 작동 조건에서 25°C의 기본 안전 여유를 제공합니다. 이는 마케팅 문구가 아닙니다. 이는 모터가 약간 뜨거워지더라도 권선이 실제 한계에 도달하기 전에 추가 여유 공간이 있다는 것을 의미합니다.
진단 방법:
- 메가 테스트: 각 권선과 접지 사이에 절연 저항 측정기를 연결합니다. 1MΩ 미만은 위험 신호입니다. 1kV를 초과하는 모터의 경우 임계값이 더 높습니다. IEC 60034를 확인하세요.
- 편광 지수(PI): 1분 판독값에 대한 10분 판독값의 비율입니다. 2.0 미만은 절연 열화를 나타냅니다.
- 열화상: 모터 프레임에 보이는 핫스팟은 표면 아래에서 회전 간 짧은 활동이 발생하는 위치를 보여줄 수 있습니다.
해야 할 일:
- 최소한 1년에 한 번 절연 저항을 테스트하십시오. 습하거나 화학적으로 공격적인 환경에서는 더 자주 테스트하십시오.
- PI가 해마다 감소하는 경우 예기치 않게 실패하기 전에 되감기 또는 교체를 계획하십시오.
- 모터 인클로저가 환경에 적합한지 확인하십시오. IP55는 대부분의 실외 및 세척 상황에 적합합니다. 공격적인 환경에는 IP65 이상이 필요할 수 있습니다.
- 절연 실패는 결코 갑작스러운 일이 아닙니다. 메가 테스트 결과의 추세는 그것이 어디로 향하고 있는지 미리 알려줍니다.
여러 해에 걸친 절연 저항 추세는 권선 고장을 예측하기 위한 단일 측정보다 더 유용합니다.진실
단일 메가 판독값으로 현재 상태를 알 수 있습니다. 매년 결과를 비교하면 단열재가 악화되는지 여부와 속도가 얼마나 빠른지 알 수 있으므로 예상치 못한 고장에 대응하기보다는 계획된 유지 관리 일정을 잡을 시간을 확보할 수 있습니다.
클래스 F 절연을 갖춘 모터는 성능 저하 문제 없이 최대 155°C의 권선 온도에서 안전하게 작동할 수 있습니다.거짓
155°C가 절대 최대 온도입니다. 해당 한계 근처에서 계속 작동하면 절연 수명이 크게 단축됩니다. 고품질 모터 제조업체는 실제 조건에서 열 안전 여유를 유지하기 위해 클래스 B 상승 제한(130°C)을 기준으로 클래스 F 모터를 평가합니다.
원인 6: VFD 고조파 및 고주파수 스트레스
VFD(가변 주파수 드라이브)는 이제 어디에나 있습니다. 이는 에너지를 절약하고 정밀한 속도 제어를 제공하며 펌프, 팬 및 컨베이어 응용 분야의 표준이 되었습니다. 저는 VFD 애플리케이션용 모터를 많이 판매하며 항상 고객에게 VFD의 표준 모터는 VFD용으로 설계된 모터와 동일하지 않다고 말합니다.
일어나는 일은 다음과 같습니다. IGBT 스위칭 기술을 사용하는 최신 VFD는 매우 빠르게(때로는 50나노초 단위로) 스위칭되는 전압 펄스를 생성합니다. 이러한 빠른 펄스는 모터에 두 가지 작업을 수행합니다.
첫째, 고정자 권선에 고조파 전류를 생성합니다. 고조파 전류는 모터가 정상 속도 범위 내에서 작동하는 것처럼 보일 때에도 구리 손실을 증가시키고 작동 온도를 높입니다. 모터는 눈에 보이지 않는 추가 작업을 수행하고 있습니다.
둘째, 빠른 전압 펄스는 모터 단자에 정격 전압보다 훨씬 더 높은 스파이크를 생성합니다. 특히 드라이브와 모터 사이의 케이블이 긴 경우 더욱 그렇습니다. 발표된 연구에 따르면 캐리어 주파수를 두 배로 늘리면 모터 절연 수명이 크게 단축될 수 있으며 때로는 절반 이상 단축될 수도 있습니다.
세 번째 문제는 저속에서 발생합니다. 샤프트에 장착된 냉각 팬은 모터와 함께 속도가 느려집니다. 약 30Hz 미만에서는 프레임을 적절하게 냉각시킬 만큼 충분한 공기를 이동할 수 없습니다. 열은 나가는 것보다 더 빨리 쌓입니다.
진단 방법:
- 과열은 주로 저속 설정에서 발생합니까? 이는 전형적인 VFD 증상입니다.
- 드라이브와 모터 사이의 케이블 길이를 측정하십시오. 50미터 이상을 달리면 전압 스파이크 위험이 크게 높아집니다. 특정 임계값은 드라이브 제조업체의 사양을 확인하세요.
- 드라이브의 캐리어 주파수 설정을 확인하십시오. 주파수가 높을수록 조용하지만 절연이 더 어려워집니다.
- 드라이브와 모터 사이에 출력 리액터나 dV/dt 필터가 설치되어 있는지 확인하십시오.
해야 할 일:
- VFD 애플리케이션을 위한 인버터 듀티 모터를 지정합니다. 이는 VFD가 생성하는 전압 스트레스 및 고조파 전류를 위해 설계된 강화 절연을 갖추고 있습니다.
- 드라이브와 모터 사이에 출력 리액터 또는 사인 필터를 설치하십시오. 특히 길이가 30~50미터가 넘는 케이블에 설치하십시오.
- 음향 소음 수준이 허용하는 경우 반송파 주파수를 낮추십시오.
- 장기간 저속으로 작동해야 하는 애플리케이션의 경우 샤프트 팬에 의존하기보다는 별도의 전원을 공급받는 냉각 팬이 있는 모터를 사용하십시오.
- 드라이브의 열 모델 설정이 실제 모터 사양과 일치하는지 확인하십시오.
낮은 VFD 주파수에서 작동하는 모터는 기계적 부하가 모터의 정격 용량 내에 있어도 과열될 수 있습니다.진실
낮은 주파수에서는 샤프트에 장착된 냉각 팬의 속도가 느려지고 모터 프레임을 냉각할 만큼 충분한 공기를 이동할 수 없습니다. 모터는 일반적으로 열을 발생시키지만 가벼운 부하에서도 열을 충분히 빠르게 방출할 수 없습니다.
표준 3상 모터는 수정 없이 VFD에 연결할 수 있으며 인버터 작동 모터와 동일하게 작동합니다.거짓
표준 모터는 VFD 작동으로 인해 발생하는 빠른 전압 펄스, 고조파 전류 또는 저속에서 냉각 감소를 위해 설계되지 않았습니다. 인버터용 모터는 절연을 강화했으며 이러한 응력을 처리하도록 제작되었습니다.
과열 위험을 줄이는 모터 설계 기능은 무엇입니까?
모든 모터가 열을 동일하게 처리하는 것은 아닙니다. 까다로운 애플리케이션을 위한 모터를 선택할 때 제가 찾는 사항은 다음과 같습니다.
절연 등급: 클래스 F 또는 클래스 H 절연체는 더 높은 온도를 처리합니다. 실제 가치는 제조업체가 클래스 B 온도 상승 제한에 대해 클래스 F 모터를 평가할 때 나타납니다. 즉, 모든 장치에 25°C의 안전 여유가 내장되어 있습니다.
인클로저 등급: IP55는 표준으로 권선에 물과 먼지가 들어가지 않도록 해줍니다. 실외 환경, 세척 구역 또는 공기 중 공정 물질이 있는 모든 곳에 있는 경우 적절한 IP 등급은 선택 사항이 아닙니다. 습기가 있거나 화학 물질이 있는 현장의 경우 IP65 또는 IP66으로 강화하세요.
효율성 등급(IE3 이상): 효율이 높은 모터는 동일한 기계적 출력에 대해 더 적은 열을 발생시킵니다. IE3 4극 11kW 모터는 일반적으로 동일한 부하에서 동급 IE1 장치보다 5~8°C 더 낮은 온도로 작동합니다. 이 마진은 40°C 주변 환경에서 중요합니다.
개별 배송 전 테스트: 모든 모터는 공장에서 출고되기 전에 자체적으로 테스트를 거쳐야 합니다. 일괄 테스트를 통해 평균이 괜찮다는 것을 알 수 있습니다. 개별 테스트를 통해 특정 모터가 괜찮다는 것을 알 수 있습니다. 동천모터스(iecmotores.com)에서는 무부하 전류, 진동, 절연저항, 절연내력 등을 10개 중 1개도 아닌 모든 장치에 대해 테스트합니다.
열 보호 옵션: 권선에 직접 내장된 PTC 서미스터는 외부 열 계전기가 따라올 수 없는 보호 기능을 제공합니다. 전류 소모에 따른 예상 온도가 아닌 실제 권선 온도를 측정합니다.
VFD 애플리케이션을 위해 동천모터스(iecmotores.com)는 강화된 절연 권선과 확장된 샤프트 접지 옵션도 제공합니다. 응용 프로그램을 지정할 때 당사 기술팀에 문의하세요.
주변 온도가 높거나 VFD 구동 또는 열악한 환경에 적합한 모터를 지정하는 경우 공급업체에 테스트 보고서를 요청하십시오. 모든 담당 공장에서는 주저 없이 테스트 보고서를 보내야 합니다.
클래스 B 온도 상승 한계에 대해 평가된 클래스 F 절연은 실제 작동 조건에서 내장된 25°C 열 안전 여유를 제공합니다.진실
클래스 F 재료는 155°C 권선 온도를 처리하는 반면, 클래스 B 상승 평가는 실제 상승을 80K(130°C 피크 권선 온도)로 제한합니다. 25°C 간격은 모터가 예상보다 더 뜨거워질 때 헤드룸으로 유지됩니다.
동일한 IE 효율 등급을 가진 모든 모터는 열 스트레스 하에서 동일하게 작동합니다.거짓
IE 등급은 정격 부하에서의 효율성만 측정합니다. 두 개의 IE3 모터는 절연 등급, IP 등급, 베어링 품질 및 개별 공장 테스트에서 크게 다를 수 있으며, 이 모두는 모터가 실제 열 조건을 처리하는 방법에 영향을 미칩니다.
자주 묻는 질문
전기 모터에 비해 얼마나 뜨거운가요?
표준 3상 모터는 최대 주변 온도 40°C에 맞게 설계되었습니다. 정상 부하 및 주변 조건에서 프레임 표면이 지속적으로 80~90°C 이상인 경우 조사가 필요합니다. 그러나 프레임 표면 온도만으로는 결정적이지 않습니다. 올바른 점검은 전류 대 명판 FLA 및 절연 저항 테스트입니다.
열 보호 기능으로 인해 작동된 모터를 다시 시작할 수 있습니까?
먼저 완전히 식혀주세요. 그런 다음 작동 전류를 확인하고 환기가 잘 되는지 확인하고 다시 작동하기 전에 작동이 중단된 이유를 찾으십시오. 한 번의 열 트립이 반드시 영구적인 손상을 의미하는 것은 아닙니다. 원인을 해결하지 않고 반복적으로 트립하면 절연체가 파괴됩니다.
열 과부하 계전기와 모터 서미스터의 차이점은 무엇입니까?
열 과부하 계전기는 전류 소모량과 시간을 기준으로 모터 온도를 추정합니다. 과부하 및 위상 손실로부터 보호하지만 환기 불량, 베어링 마찰 또는 전체 전류를 아직 높이지 않은 턴 간 단락으로 인한 국지적 핫스팟을 감지할 수 없습니다. 권선에 내장된 PTC 서미스터는 실제 권선 온도를 직접 측정하여 더 빠르고 정확한 보호 기능을 제공합니다.
왜 모터는 여름에만 과열되나요?
주변 온도는 모터가 열을 얼마나 잘 발산하는지 직접적인 영향을 미칩니다. 주변 온도 25°C에서 정상적으로 작동하는 모터는 동일한 부하에서 주변 온도 45°C의 열 제한을 초과할 수 있습니다. 계절에 따라 이런 일이 발생하는 경우 다음과 같은 옵션을 선택할 수 있습니다. 더운 계절에는 부하를 줄이고, 설치 공간의 환기를 개선하거나, 절연 등급이 더 높은 모터로 업그레이드합니다.
IE3 또는 IE4 모터는 IE1 또는 IE2보다 더 시원하게 작동합니까?
일반적으로 그렇습니다. 효율이 높은 모터는 손실이 낮기 때문에 동일한 기계적 출력에 대해 더 적은 열을 발생시킵니다. 즉, 더 나은 권선 설계로 인해 구리 손실이 낮아지고, 더 나은 코어 강철로 인해 철 손실이 낮아집니다. 폐열이 적다는 것은 단열재에 가해지는 열 응력이 적다는 것을 의미합니다. 이는 단순한 에너지 절약 이상의 업그레이드로 얻을 수 있는 실질적인 이점입니다. 즉, 효율 등급은 모터 선택의 한 요소이지 유일한 요소는 아닙니다.
과열된 모터를 되감거나 교체해야 합니까?
연령, 상태, 가격에 따라 다릅니다. 15kW 미만 모터의 경우 가동 중지 시간을 고려하면 일반적으로 교체 비용이 되감기보다 저렴합니다. 30kW 이상의 모터 또는 맞춤형 장착이 있는 모터의 경우 인증된 상점에서 되감기를 하는 것이 올바른 선택인 경우가 많습니다. 단, 코어가 손상되지 않은 경우에만 해당됩니다. 견적을 내기 전에 되감기 상점에 코어 테스트를 요청하세요.
요약: 모터 과열 진단 체크리스트
되감기 또는 교체를 요청하기 전에 다음 목록을 살펴보세요.
- 3상 모두의 작동 전류를 FLA 명판과 비교
- 냉각 핀과 팬 슈라우드를 검사하고 청소합니다.
- 모터 단자의 공급 전압 측정 - 위상 간 레벨 및 불균형 확인
- 적외선 온도계로 양쪽 끝의 베어링 온도를 확인합니다.
- 각 권선에 대해 절연 저항 테스트를 실행합니다.
- VFD 구동인 경우: 케이블 길이, 캐리어 주파수, 모터가 30Hz 미만으로 작동하는 시간을 확인하십시오.
- 주변 온도가 모터 정격 내에 있는지 확인하십시오.
- 유지 관리 기록 검토 - 마지막 윤활, 최근 부하 변경 사항
모터 과열은 거의 갑작스럽게 발생하지 않습니다. 빌드됩니다. 원인을 조기에 찾는 비용은 모터를 되감거나 고장난 다운스트림 장비를 교체하는 것보다 훨씬 저렴합니다.
결론
저는 동천자동차(iecmotores.com)에서 근무하면서 수백 건의 과열 사례를 보았습니다. 거의 모든 경우에 문제는 누군가가 알아채기 전에 몇 주 동안 축적되어 왔으며 거의 모든 경우에 다음 오류보다 수정 비용이 더 저렴했습니다. 6가지 원인을 짚어보고 진단을 해보면 생각보다 빨리 답을 찾을 수 있을 것입니다.
교체용 모터를 소싱하거나 고온, VFD 구동 또는 화학적으로 가혹한 환경을 지정하는 경우, 우리의 연락처 페이지를 통해 연락하세요 모터 명판과 열화상 사진이 함께 제공됩니다. 귀하의 실제 조건에 맞게 구성된 클래스 F/클래스 B 평가 IE3 모터를 인용하고 모든 장치는 개별적으로 테스트를 거쳐 배송됩니다.
참고자료
- IEC — "IEC 60034-1 — 회전 전기 기계: 등급 및 성능" — https://webstore.iec.ch/en/publication/64293
- NEMA — "NEMA MG 1 Part 31 — 인버터 부하 모터 요구 사항" — https://www.nema.org/docs/default-source/standards-document-library/mg-1-part-31-watermark.pdf
- IEC — "IEC 60529 — 인클로저가 제공하는 보호 등급(IP 코드)" — https://webstore.iec.ch/en/publication/2452
- IEC — "IEC 60085 — 전기 절연 열 분류" — https://webstore.iec.ch/en/publication/666
- ABB — "기술 가이드 No. 5 — 최신 AC 드라이브 시스템의 베어링 전류(모터 고장 분석)" — https://library.e.abb.com/public/8c253c2417ed0238c125788f003cca8e/ABB_Technical_guide_No5_RevC.pdf
이 링크가 귀하에게 중요한 이유
-
IEC 60034-1 모터 온도 등급 — 이 링크를 따라가면 실제 모터 작동에서 절연 등급이 무엇을 의미하는지, 그리고 뜨겁거나 까다로운 환경을 위해 구매할 때 클래스 F 등급과 클래스 B 평가 모터 사이의 차이가 중요한 이유를 정확히 이해할 수 있습니다. 공급업체가 모터를 견적할 때 올바른 질문을 하는 데 도움이 됩니다. 어떤 등급으로 평가되고, 어떤 등급으로 평가됩니까?
추천 Google 검색어:
IEC 60034-1 Class F insulation motor temperature limit standard -
모터 고장 분석에 대한 ABB 기술 가이드 — 시간이 지남에 따라 베어링 전류, 고조파 전류 및 빠른 전압 펄스가 실제로 모터 절연 및 베어링에 미치는 영향과 현재 설치가 위험에 처해 있는지 확인하는 방법을 이해하려면 이 링크를 확인하십시오. VFD에서 표준 모터를 실행하는 경우 다음 오류가 발생하기 전에 읽어 볼 가치가 있습니다.
추천 Google 검색어:
ABB motor failure analysis VFD bearing current insulation life
-
IEC 60034-1은 모터 온도 등급 및 열 보호에 대한 최종 국제 표준입니다. 10°C 규칙이 중요한 이유와 모터를 보호하기 위해 실제로 어떤 열 보호 등급(TPxxx)이 수행되는지 설명합니다. ↩
-
NEMA MG 1 Part 31은 인버터 작동 모터 요구 사항 및 서비스 계수 제한을 정의합니다. VFD에서 모터를 작동하거나 모터가 명판 정격보다 더 많은 것을 처리하도록 요청하는 경우 반드시 읽어야 합니다. ↩
-
IEC 60529는 IP 인클로저 등급을 정의합니다. 각 IP 번호 뒤에 있는 실제 테스트 조건을 알면 설치 환경에 적합한 모터를 지정하는 데 도움이 됩니다. ↩
-
NEMA MG 1은 모터의 전압 불균형 효과도 다루고 있습니다. 작은 전압 차이로 인한 전류 승수 효과에 대한 지침은 3상 설치의 과열 문제 해결에 직접 적용할 수 있습니다. ↩
-
ABB 기술 가이드 No. 5는 VFD의 모터 고장 분석 및 베어링 전류 손상에 대한 업계 참고 자료입니다. EDM 베어링 손상과 기계적 마모를 식별하는 방법 및 완화 조치가 작동하는 방법을 설명합니다. ↩
-
IEC 60085는 절연 등급과 온도 제한을 정의합니다. 이는 공급업체가 "클래스 F 절연"이라고 주장할 때 인용되는 소스입니다." 그리고 그것이 실제로 실제로 무엇을 의미하는지 알고 싶습니다. ↩













