Winding Function 이론을 이용한 농형 유도전동기의 고장 특성해석

Abstract

우리나라 전력의 최종에너지 소비 중 50%는 산업 부분이 차지한다. 산업 현장에는 펌프, 팬, 송풍기, 압축기, 제지기, 방직기 등의 다양한 종류의 회전형 전동기가 설치되어 플랜트의 주요 동력원으로 사용되고 있다. 특히 대형 핵심 설비에는 진동과 속도 센서, 그리고 신호처리 장치를 부착하여 운전 상태를 상시 감시하는 예지 정비 기술이 활용되고 있다. 진동 신호를 계측하고 이를 주파수 분석하여 결함을 분석하는 방법은 역사적으로 가장 오래되었으며, 현장에서 가장 널리 사용되는 방법이다. 일반적으로 진동 신호 분석은 전동기의 건전성을 나타내는 중요한 지표가 되고 고장의 초기 검지에 적합할 뿐만 아니라, 이상이나 고장이 발생했을 때 그 원인을 추정하는 데 유익하고 신뢰할 수 있는 자료를 제공하는 것이 오랫동안의 현장 경험을 통하여 입증되었다. 그러나 센서를 사용한 진동 감시 시스템은 구성이 복잡하고 고가의 설비가 필요하므로 주로 대형 핵심 기기의 감시에 제한적으로 도입되고 있다. 또한, 진동의 발생 여부, 발생 위치 및 진동의 크기에 대한 제한적 정보를 제공하고 있으며, 기기 고장 원인 추적 등의 추가적인 정보 요구 시에는 전문가에 의한 진단이 요구되므로 현장 적용을 위한 더욱 간편한 방법의 개발이 요구된다. 본 논문에서는 3상 농형 유도 전동기의 고장 특성해석에 관하여 서술하였다. 특성해석은 winding function 이론을 이용하였고, 고장 상태 분석은 1980년도 중반부터 연구되기 시작한 고정자 전류 신호 분석 기법 (Motor Current Signature Analysis; MCSA)을 이용하였다. 고장의 종류 중에서 농형 유도전동기의 도체 봉에서 발생하는 고장에 대하여 설명하였으며, winding function 이론을 이용한 해석 결과를 유한요소해석 결과와 비교, 검토하였다.

The induction motor is the most important one because of its simplicity, low cost and ease of operation. Condition monitoring and diagnostic faults used for increasing machinery availability, performance and machine life. It is also used for reducing consequential damage, spare parts inventories and breakdown maintenance. Asymmetrical operation of the induction motor results in poor efficiency which eventually leads to the failure of the motor. An intrinsic rotor eccentricity is unavoidable in real machines. Broken rotor bars can be a serious problem with certain induction motors due to heavy duty cycles. Although broken rotor bars do not initially cause an induction motor to fail, there can be serious secondary effects. Motor analysis is important to diagnose faults at early stages. The stator currents are used to analyze the fault characteristics. This paper focuses on the fault characteristic analysis of squirrel cage induction motor. Winding Function Theroy(WFT) is used to analyze the fault characteristic of squirrel cage induction motor and the simulation results are identified by the frequency component obtained by means of motor current signature analysis(MCSA). Simulation and FEM results confirm the validity of the proposed approach.