일반적인 모터 고정자 고장 및 예방 전략

2025-10-07 17:08:54

소개

전기 모터는 산업 및 상업용 응용 분야의 기본 구성 요소이며 고정자는 작동에 있어 중요한 요소입니다. 적층 강철 코어와 구리 권선으로 구성된 고정자는 모터 기능에 필요한 회전 자기장을 생성합니다. 그러나 고정자 고장은 전체 모터 고장의 약 30~40%를 차지하므로 가동 중지 시간과 수리 비용이 많이 듭니다. 일반적인 고정자 고장을 이해하고 효과적인 예방 전략을 구현하면 모터 수명을 크게 연장하고 작동 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

섹션 1: 일반적인 고정자 오류

1.1 권선 절연 파괴

절연 고장은 고정자 관련 모터 고장의 거의 60%를 차지하는 가장 일반적인 고정자 문제를 나타냅니다. 이러한 성능 저하는 다음과 같은 여러 메커니즘을 통해 발생합니다.

- 열적 저하: 절연 등급을 초과하는 온도에 장기간 노출되면 화학적 파손이 발생합니다. 정격 온도가 10°C 올라갈 때마다 절연 수명은 50%씩 감소합니다.
- 전기적 스트레스: 특히 중전압 모터의 경우 시간이 지남에 따라 전압 스파이크 및 부분 방전으로 인해 절연이 손상됩니다.
- 오염: 전도성 먼지, 습기 또는 화학 물질은 절연 무결성을 손상시키는 누출 경로를 생성합니다.
- 기계적 손상: 진동이나 물리적 충격으로 인해 설치 또는 작동 중에 권선 코팅이 손상될 수 있습니다.

1.2 고정자 코어 손상

적층 강철 코어는 여러 가지 실패 모드를 경험할 수 있습니다.

- 코어 라미네이션 단락: 파손되거나 이동된 라미네이션은 와전류 경로를 생성하여 국부적인 가열을 생성합니다.
- 핫스팟: 코어 구조가 불량하거나 제조 중 압력이 고르지 않아 비정상적인 온도 상승이 발생합니다.
- 자기 노화: 반복적인 열 순환은 수십 년 동안 코어 재료의 투과성을 감소시킵니다.

1.3 연결 실패

고정자 고장의 약 15%는 종단 및 연결 문제로 인해 발생합니다.

- 느슨한 연결: 열 순환으로 인해 터미널 연결이 느슨해지는 팽창/수축이 발생합니다.
- 열악한 납땜 접합: 제조 결함 또는 열 응력으로 인해 높은 저항 연결이 발생합니다.
- 상간 결함: 상 연결 사이의 간격이 부족하면 절연 파괴가 발생할 수 있습니다.

1.4 기계적 고정자 문제

고정자 구성 요소의 물리적 손상에는 다음이 포함됩니다.

- 베어링 고장 마이그레이션: 심각한 베어링 마모로 인해 고정자 권선을 마모시키는 금속 입자가 방출됩니다.
- 프레임 왜곡: 과도한 기계적 부하 또는 열팽창으로 인해 고정자 프레임이 휘어집니다.
- 슬롯 웨지 열화: 노후화 또는 진동으로 인해 웨지가 느슨해지고 코일이 움직일 수 있습니다.

섹션 2: 실패 감지 방법

2.1 전기 테스트

- 절연 저항(IR) 테스트: 메그옴 값을 측정하여 습기나 오염을 감지합니다.
- 편광 지수(PI): 1분~10분 IR 판독값을 비교하여 절연 품질을 평가합니다.
- 서지 비교 테스트: 파형 분석을 통해 턴간 절연 약점을 식별합니다.
- 권선 저항 측정: 개방 회로 또는 고저항 연결을 감지합니다.

2.2 열 모니터링

- 적외선 온도 측정: 권선 및 연결부의 핫스팟을 식별합니다.
- 저항 온도 감지기(RTD): 내장된 센서가 실시간 온도 데이터를 제공합니다.
- 열전대: 권선 끝 회전과 같은 중요한 지점의 온도를 측정합니다.

2.3 진동 분석

- 스펙트럼 분석: 고정자 무결성에 영향을 미치는 전자기 또는 기계적 문제를 감지합니다.
- 궤도 분석: 고정자 권선에 스트레스를 주는 공극 편심 문제를 식별합니다.

2.4 고급 진단 기술

- 부분방전 시험 : 중·고압 전동기의 절연열화를 조기에 검출합니다.
- 모터 전류 특성 분석(MCSA): 회전자-고정자 상호 작용 문제를 식별합니다.
- 코어 손실 테스트: 루프 테스트를 통해 고정자 코어 적층 상태를 평가합니다.

섹션 3: 예방 전략

3.1 설계 및 선택 고려 사항

- 적절한 절연 등급 선택: 가변 부하 또는 빈번한 시동이 적용되는 용도에는 클래스 F 또는 H 절연을 선택합니다.
- 전압 스트레스 제어: 과도 현상이 자주 발생하는 모터에 대해 적절한 절연을 갖춘 권선형 코일을 지정합니다.
- 권선 구성: 이중 전압 설계에서는 연결 지점을 줄이기 위해 필요한 경우에만 병렬 연결을 사용해야 합니다.
- 슬롯 채우기 최적화: 구리 채우기와 냉각 공간 간의 적절한 균형을 유지합니다.

3.2 설치 모범 사례

- 정렬 정밀도: 레이저 정렬 도구를 사용하여 고정자로의 진동 전달을 최소화합니다.
- 단자 품질: 연결부에 적절한 토크를 적용하고 항산화 화합물을 사용합니다.
- 환경 보호: 깨끗하고 건조한 장소에 모터를 설치하거나 적절한 인클로저(TEFC, WPII)를 사용하십시오.
- 소프트 스타트: 가속 중 권선 응력을 줄이기 위해 가변 주파수 드라이브 또는 소프트 스타터를 구현합니다.

3.3 운영 유지보수

- 부하 모니터링: 과도한 권선 온도를 유발하는 과부하 상태를 방지합니다.
- 청소 프로토콜: 비전도성 방법을 사용하여 정기적인 청소 일정을 수립합니다.
- 윤활 관리: 고정자 손상으로 이어질 수 있는 베어링 고장을 방지합니다.
- 습기 조절: 습기가 많은 환경에서는 실내 히터를 사용하여 결로를 방지합니다.

3.4 예측 유지보수 프로그램

- 정기 테스트 일정: 매년 IR/PI 테스트를 수행하고 결과를 기준 데이터와 비교합니다.
- 열화상 조사: 중요한 모터에 대해 분기별로 IR 스캔을 수행합니다.
- 진동 모니터링 : 대형 모터에 대한 지속적인 모니터링 시스템을 설치합니다.
- 오일 분석: 베어링 마모 입자가 고정자 권선으로 이동하기 전에 이를 감지합니다.

3.5 수리 및 되감기 고려 사항

- 코어 검사: 코어 상태를 평가하기 위해 되감기 전에 루프 테스트를 수행합니다.
- 단열 시스템 업그레이드: 되감기 시 최신 단열재를 사용합니다.
- 권선 유지: 코일 움직임을 방지하기 위해 적절한 웨지 및 브레이싱을 보장합니다.
- 품질 관리 테스트: 수리 후 모든 승인 테스트를 수행합니다.

섹션 4: 다양한 모터 유형에 대한 특별 고려 사항

4.1 AC 유도 전동기

- 고르지 못한 가열을 유발하는 전압 불균형 문제 해결
- 고정자 손상을 유발할 수 있는 회전자 결함 모니터링
- 적절한 시동 전류 제어 구현

4.2 동기 모터

- 여자 시스템이 고정자에 미치는 영향에 특히 주의하십시오.
- 권선에 응력을 가하는 진동 헌팅 모니터링
- 적절한 공극 간극을 ​​유지하십시오.

4.3 고전압 모터

- 종합적인 부분방전 모니터링 구현
- 예방적인 코일 조임 절차를 사용하십시오.
- 깨끗하고 건조한 단열재 표면을 유지하십시오.

4.4 인버터용 모터

- PWM 구동 애플리케이션을 위한 특수 턴 절연 지정
- 전압 반사 문제 모니터링
- 적절한 필터링 및 케이블 연결 방식 구현

결론

효과적인 고정자 고장을 방지하려면 적절한 설계, 설치, 작동 및 유지 관리 방법을 결합한 포괄적인 접근 방식이 필요합니다. 일반적인 고장 모드를 이해하고 설명된 전략을 구현함으로써 시설은 모터 신뢰성과 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다. 잘 실행된 예방 프로그램은 일반적으로 고정자 서비스 수명을 3~5배 연장하여 가동 중지 시간 및 수리 비용 감소를 통해 상당한 투자 수익을 제공합니다. 고정자 검사 기술 및 고장 인식에 대한 유지보수 담당자의 정기적인 교육을 통해 예방 노력을 더욱 강화하여 비용이 많이 드는 고장으로 발전하기 전에 잠재적인 문제를 조기에 감지할 수 있습니다.