축전압 측정과 파형 분석

축전압의 파형을 보려면 오실로스코프가 필요합니다. 아래 내용도 오실로스코프 화면을 전제로 합니다. 다만 현장에서 합격 여부만 빠르게 보시려면 결과를 화면에 바로 띄워 주는 축전압 측정 장비가 간편하고, 연구 목적으로 파형 원본이 필요하시면 절연된 측정 전용 브러시를 축에 물려 오실로스코프로 직접 받는 방법도 있습니다.

오실로스코프에 나타난 파형 분석은 여러 유형이 있습니다.

※ 아래 수치는 Vp-p(파형 전체 진폭)와 V peak(기준선에서 봉우리까지)를 구분해 적었습니다. 둘은 대략 두 배 차이가 나므로 다른 자료와 비교하실 때 단위를 함께 확인하셔야 합니다. 자세한 내용은 축전압은 몇 Vp-p부터 위험한가요? 를 참고해 주세요.

공통 모드 축전압 · 20~120Vp-p

1. 공통 모드의 전압에서의 축전압 – 전형적으로 20~120Vp-p 가 측정됩니다. 3상 인버터 구동 모터에선 6단계 파형이 나타납니다. 변조 펄스의 타이밍으로 모터에 대한 전압 파형이 나타나는 방식을 결정합니다. 때로는 구형파(square wave)처럼 보이기도 합니다. 6단계 파형이나 구형파 모양은 방전이 일어나지 않고 전압이 최대치까지 쌓였을 때 나타나는 모양입니다. 전압이 커지면 결국 윤활유 절연막의 절연 내력을 넘어서고, 그 순간 절연되지 않은 베어링에서 방전이 일어납니다.

고진폭 EDM 방전 · 6~80V Peak

2. 고진폭 EDM 방전 패턴 – 일반적으로 EDM 방전은 모터와 베어링, 베어링의 수명, 그리고 다른 이유에 따라 6~80V Peak 사이에 발생합니다. 파형을 분석하면 갑작스럽게 증가 후 수직 감소하는 패턴을 보입니다. 방전은 수 마이크로초 안에 끝나며, 나타나는 빈도는 인버터 주파수에 따라 다릅니다. 수직으로 떨어지는 이 구간이 매우 빠른 dv/dt 이고, 이때 따라 나오는 방전 주파수는 1~126MHz 대역에 걸칩니다.

저진폭 방전 · 4~15V Peak

3. 저진폭 전압 방전 패턴 – 4~15V Peak 전압에서 나타납니다. 방전 패턴이 더욱 자주 나타나며 30Khz~1MHz dv/dt 주파수 대역에 나타납니다. 방전이 이렇게 고주파·저전압 쪽으로 옮겨 가는 조건은 회전수와 윤활유 점도에 따라 베어링 방전이 달라진다에서 정리했습니다. 낮은 전압은 베어링 윤활유가 전도성을 나타낸 결과로 더 큰 전류가 흐름에 의해 나타납니다. 베어링에 방전이 발생하며 이에 따라 윤활유는 카본과 철 입자로 오염됩니다. 저항이 낮아진 만큼 축전압도 낮게 측정됩니다. 이러한 현상은 가동 된 지 몇달 혹은 몇년이 된 모터에서 일반적으로 발견됩니다.

※ 파형 분류와 전압 범위는 Electro Static Technology(AEGIS)의 기술 자료를 참고했습니다. 방전 지속 시간은 같은 자료가 EDM 파형을 50µs/div 이하에서 관찰하도록 안내하는 점에 근거해 마이크로초 단위로 적었습니다.