모터 베어링 전기 부식 문제 해결 방법

변주파 인버터(VFD)로 구동되는 모터에서 축 전압이 발생하는 원인은 무엇인가? 베어링 전류는 어떻게 측정할 수 있는가?

베어링 전류의 발생 원인

베어링 전류는 축 전압에 의해 유도된 고주파 방전 전류로, 모터 베어링을 통해 흐른다. 근본적인 원인은 VFD가 생성하는 펄스 폭 변조(PWM) 전압에 있으며, 이는 정현파가 아닌 급격히 스위칭되는 양극성 및 음극성 펄스 열을 출력한다. 이로 인해 삼상 간 평균 전압이 불균형해지며, 이를 공통모드 전압(Common-Mode Voltage)이라고 하며, 보통 6단계 사각파 형태로 나타난다.

VFD로 구동되는 모터에서는 공통모드 전압이 모터 내부 구조 내의 용량 결합(capacitive coupling)을 통해 축 전압을 유도한다. 이 전압이 베어링 윤활유 막의 절연 강도를 초과하면 방전이 발생하여 용량성 EDM(Electrical Discharge Machining) 전류가 형성된다 베어링 레이스웨이에 미세한 움푹 패임과 홈을 형성하는 전류입니다. 고출력 모터(일반적으로 75 kW 초과)에서는 고주파 자기 플럭스가 추가로 샤프트 단부 전압을 유도하여 고주파 순환 전류 가 발생하고, 이로 인해 양쪽 끝의 베어링이 동시에 손상됩니다. 이러한 두 종류의 전류는 전기적 베어링 손상의 주요 원인입니다.

정전용량식 방전 가공 전류

전기 모터의 내부 구조는 커패시터와 유사하게 작동합니다. VFD에서 발생하는 공통모드 전압은 모터 샤프트에 정전용량 결합 전압을 유도합니다. 이 샤프트 전압은 베어링을 통해 모터 프레임으로 아크 방전되며, 이를 정전용량식 EDM 전류라고 합니다.

샤프트 전압은 디지털 오실로스코프와 VOLSUN 샤프트 전압 프로브 를 사용하여 측정할 수 있습니다. 방전 현상은 고주파 전압 스파이크 형태로 나타납니다.

이러한 방전 아크는 초당 수만 차례 발생할 수 있으며, 베어링 그리스를 열화시키고 전기 방전 가공(EDM)을 유발하여 베어링 레일웨이에 수천 개의 미세한 움푹 패인 자국(피트)을 형성합니다. 이러한 피트와 함께 열화된 그리스는 마찰을 증가시켜 NVH(소음, 진동, 거칠음) 문제를 야기합니다.

베어링 전류의 영향

시간이 지남에 따라 베어링을 통한 아크 방전으로 인해 발생하는 미세한 움푹 패인 자국들이 누적되어 '서리 낀(frosting)' 외관이라 불리는 눈에 띄는 매트한 표면을 형성합니다. 서리 낀 베어링은 정상적인 베어링보다 표면이 거칠어 마찰이 증가하고, 열 발생량이 커지며, 베어링 레이스웨이의 추가적인 열화를 초래합니다. 시간이 지나면서 전기적 손상과 진동 간의 상호작용으로 인해 줄무늬 또는 '울타리(picket fence)' 형태의 패턴인 플루팅(fluting)이 발생합니다.

플루팅이 발생하면 베어링 고장은 임박한 상태입니다. 플루팅된 베어링은 과도한 진동과 특유의 비명 같은 삑 소음을 유발합니다. 아래 다이어그램은 베어링의 전기적 침식이 나타나는 일반적인 유형을 보여줍니다.

볼선(VOLSUN) 3세대 도전성 링(샤프트 그라운딩 링), 경량 설계와 소형 구조를 갖추고 있어 베어링 유닛에 직접 설치할 수 있으며, 전기차(EV)의 엄격한 공간 및 중량 요구 사항을 충족합니다. 또한, 정비 불필요 기능으로 애프터서비스 부담을 줄여 베어링의 전기 부식 문제 해결을 위한 신뢰성 높은 솔루션을 제공합니다!