DC Motor 정비 Manual
-직류기 편-
1. 직류전동기의 구조
1) 주극(main pole)
직권 및 분건 권선을 감는 주작극을 말하고 주자극은 두께 0.8mm 내지 1.6mm의 규소 강판을 성층해서 만든다.
주작극을 성층하는 이유는 와류손(Eddy current loss)를 적게 하는 위함이다.
2) 보극(inter pole)
주극의 중간에 작은 자극을 둔것으로 정류를 개선하며 전기자 권선과 직렬로 접속하여 여자 시킨다.
3) 보상권선(compensator)
전기자 권선과 대항해서 주극에 홈(slot)을 파서 권선 한 것으로 전기자와 직렬로 접속하여 그 기자력을 전기자의 기자력과 같게하여 방향을 역으로 한다. 이렇게하면 Brush의 위치 뿐만 아니라 전기자 반작용을 보상한다.
4) 공극(air gap)
공극은 자극편과 전기자 사이의 간격으로 이것이 좁을수록 계자권선의 기자력은 적어도 되지만 너무 좁으면 특성에 영향을 주며 기계적으로 고장이 나기 쉬우므로 일반적으로 소형기에는 3mm,대형기에는 6~8mm정도로 한다
.
.전류밀도 산출법
부하전류 ÷ <brush 1 EA의 단면적 ×brush 총수량 ÷2>
예)부하전류 160A, 극수 4P, Brush 규격: 가로 25mm,세로 32mm,높이 45mm,
Brush 수량 4EA
해) 25×32 = 800(mm2) = 8 cm2 (Brush 1Ea의 단면적) 160 ÷(8×4÷2) = 10 A/cm2
주)Brush의 전류밀도는 5.5 ~10A/ cm2 일 때 양호한 상태임.
정류자편상에 얕은 홈이 파이는 것을 조흔 현상이라 한다.
원인
정류자편 및 브러쉬 습동면에 이물질이 침입 습기 또는 유해한 화학 가스, oil등에 의한 오염
.브러쉬의 전류밀도가 저하
.브러쉬의 재질에 부적당
*염소가스는 정류자면을 녹색으로 아황산 가스는 정류자면을 청색으로 변하게 한다.
<조치>
.브러쉬의 청소를 충분히 할 것
.정류자면에 stone 연마를 해서 표면을 원활히 끝손질 한다.
.정류자 편에 대해서 캔버스(Canvas)질을 빈번히 할 것
캔버스 질은 약 10분간 회전 방향에 따라서 캔버스를 정류자에 닿도록 한다.캔버스 질은 정기적으로 행하는 것이 바람직하며 보수상 가장 유효한 수단의 하나이다.
6)Rocker ring
절연체로 되어 있으며 브러쉬 홀더를 지지하기 위한 것이다.
브러쉬의 재질이 변화 하거나 브러쉬가 부적당한 것을 사용할 경우 정류자면이 연삭 마모되어 그 동분이 브러쉬에 부착되거나 언더 컷 홈에 들어가서 편간을 단락 시킨다.
12)카퍼 드래깅(copper dragging)
드래깅의 원인으로서는 전류의 국부적 집중에 의한 발열 때문에 정류자편이 경화하고 브러쉬에 의해 햄머링(hammering)된 결과, 동의 결정이 뻗어 나오는 것이다 따라서 불꽃이 나타나지 않아도 중부하에서 전류의 집중이 심하면 국부가열이 되어 드래깅이 발생할 가능성이 있다. 또, 브러쉬의 윤활성이 나쁘면 햄머링 현상도 심하며 여름보다 겨울에 많다고 한다. 이 현상이 심해지면 동의 결정이 뻗어나와 서로 이웃 하는 정류자 bar 사이를 단락 시켜 flash over의 원인이 되는 수가 있다.
대책)
정류자면을 발견 즉시
.발견 즉시 bar의 under cut을 한다.
.정류자면을 정상으로 정비하고 국부전류를 되도록 작게 할 것
.정류자면 피막을 균일 하게 할 것.
.Brush의 윤활성을 좋게 한다.
.현저히 Brush 전류 밀도가 낮을 때는 brush의 일부를 제거한다.
13) 블랙바(흑화, black bar)
정류자 편이 어느 한쪽에 등 간격으로 불꽃에 의해 흑화하는 현상으로 1슬롯간격으로
생기는 경우와 코일 핏치(pitch)마다 생기는 경우가 있다.
1슬롯마다 생기는 경우는 1슬롯 중의 코일변의 정류조건이 전부 같지 않기 때문에 과도한
사용을 하는 경우에 조건이 가장 나쁜 곳에서 불꽃이 나는 것이라 생각한다.
특히 로우바(low bar)로 진전하지 않는 한 별로 관계는 없다고 한다.
코일 핏치마다 생기는 경우는 하이바, 로우바 또는 라이거부에서 접촉이 악화되어 이상이
생기는 경우는 많다. 불꽃이 심해지면 로우바로 진전한다.
이 양자가 서로 진전함에 따라 점점 불꽃을 촉진 시킬 염려가 있기 때문에 세밀한 점검을
해야 한다. 종래 불랙 바의 원인으로서는 접촉 불량등의 내부이상에 의한 것이라고 생각해
왔으나 실제의 통계에 의하면 오히려 정류자의 변형에 기인하는 것이 많다.
대책)
정류자의 변형도를 측정하고 변형이 심할 경우는 핸드 스톤 연마를 하거나 정류자면을
고르게 연마하고 정류 화화(火花)의 대책으로 내부이상의 유무 조정을 한다.
9)브러쉬의 체터링(Chattering)
소음이 나며 미진동이 발생하고 부하와 함께 변화하는 경우 그대로 방치하면 브러쉬의
1) 정류자를 캔버스 툴로 닦아준다. 일시적으로 괜찮다가 재발하는 경우는 브러쉬 재질 변경을 고려한다.(어려운 문제 이므로 함부로 행할 수 없다)
2) 정류자면을 핸드 스토우닝 한다.
10)브러쉬의 운동(상,하)
*브러쉬는 홀더 내부에서 가볍게 상하로 움직여야 한다. 미소한 움직임이 없으면 브러쉬를 건조한 헝겊으로 닦아 본다. 예를 들면 2분해 브러쉬는 맞닿는 부분에 이물이 들어가서 움직임을 방해한다.
11)브러쉬의 측면 마모
브러쉬의 가공불량 및 리드선의 접착 불량의 경우에는 브러쉬와 홀더 박스와의 사이에 전류가 흘러 측면 마모를 일으키는 일이 있다. 기계적인 진동 혹은 충격으로 측면 마모가 된다.
피그테일이 풀리든지 브러쉬가 깨어지며 브러쉬 홀더의 파손까지 발전한다.
12)브러쉬의 역방향 삽입
점검 한 후에 흔히 있는 일이다. 틀림없이 바르게 삽입을 해야 하므로 점검 전에는 삽입
된 상태부터 확인한 후에 해야 한다. 역방향 삽입 후 운전을 하게되면 전류밀도가 변하므로
여러가지 장애를 일으킨다.
13)브러쉬의 압력
통상 진동이 100~200g/cm2 으로 하고 압력측정은 스프링 스케일로 한다. 전차용 전동기, 기중기용 전동기 특히 진동이 많은 기기에는 0.3~0.45kg/cm2 정도로 한다.
14)브러쉬의 마모
마모량은 5~6 mm/1000 hr 정도 이하이면 정상이다. 대기중의 습도가 높은 경우와 아주 낮을 경우 마모량이 증가한다. 정류자면을 연마한 후 공사중의 시멘트 분, 먼지 등에 의해서도
마모된다. 유해가스,분위기 가스 및 전류밀도의 증대에 의해서도 마모가 심해진다.
15)그라운드 브러쉬(Ground brush)
메탈 베어링(Metal bearing)을 사용하는 기계(주로 대형기)에서는 축에 전류가 흐른다.
이때 발생한 전류를 축 전류라 한다. 이 축 전류를 없애기 위해서 대지와 접지 시키기 위한
것이다.
16) 브러쉬의 특성
.저온이나 고온에서나 낮은 마찰 계수로 자기 윤활성을 갖고 있다.
.마모율이 낮다.
.압착에 대하여 기계적으로 강하다.
.중량에 비하여 높은 강도를 지녔다.
.고온에서도 강도가 높다.
.350℃까지는 산화되지않으며 재질에 따라서는 550℃에서도 전혀 산화되지 않는다.
.열전도도가 좋다.
.열 충격에 대한 저항성이 좋다.
.화학적으로 불활성이다.
.물에 부풀지 않는다.
.용접이 되지않는다.
.전기적으로 양도체 이다.
.손쉽게 정밀가공 할 수 있다.
.오염물이 아니다.(비오염물질)
5. 축전류 (Shaft current)
<원인>
고정자와 전기자와의 사이에 비 대칭자속 분포에 의해서 축을 둘러싸고 교반하는 자속 성분이 생기면 이것에 의해 축에 축 기전력이 유기된다.
이 기전력이 유막의 절연을 파괴하는 충분한 값이 된다. 두 메탈 베어링(Metal bearing)사이에 외부 회로가 형성되어 지면 축전류가 흐른다.
<축전압에 대한 영향>
전동기의 전원에 사이리스터(Thyristor)와 수은 정류기를 사용하는 경우에는 회로의 대지간 정전용량 때문에 전동기축에 수볼트에서 수십 볼트의 고주파 전압을 발생하고 메탈 베어링용 윤활유의 흑화와 메탈의 베빗트(Babbitt)부분이 소손되기 때문에 축을 접지
브러쉬에 의해 접지 시킨다.
<대책>
메탈 베어링과 전동기 기초 사이에 절연판(Epoxy Glass)을 넣어 축전류가 흐르지 않겠금 상기 그림에서 점선상으로 흐르는 축전류를 차단하여 외부 회로가 형성되지 않도록 한다. 또 운전 상태에 발생한 축전류는 접지 브러쉬를 통하여 접지되어 있다.
<절연저항측정>
축과 대지 사이의 절연 저항은 측정할 수 없다. (왜냐하면 기계측과 직결된 상태이므로). 측정관계는 기계축 과 분리, 접지 브러쉬를 뺀 상태에서 해야 한다. 원칙상 공사시에
측정하여 기록을 해둬야 하다.
*절연판 주위는 항상 깨끗이 할 것이며 기름(oil), 이물질이 있으면 절연 저하로 인한 축전류가 흘러 메탈 베어링을 소손 할 염려가 다분하다.
5. 정비용도구
i. 캔버스 ( Canvas )
범포지, 돗베(돗단배용천), 연마포 라고도 하며 정류자면을 닦는데 쓴다.
ii. 캔버스 와이퍼(Canvas Wiper)
정류자면을 닦는데 편리하도록 손잡이가 붙어 있는 도구를 말한다
9. 정류자 표면 진단 가이드
1) 양호(밝은 피막)
정류자 및 브러쉬가 만족한 상태로 운전되고 있는 것을 표시한다.
2) 양호(어두운 피막)
매우 좋은 상태의 정류자 피막을 표시한다.
3) 정상(정류자 편마다 밝고 어두움이 나타나는 피막)
양호한 상태는 아니지만 경험에 의하면 장기간 만족할만한 정류상태를 유지 할 수 있다고 판단된다. 이것은 전기자의 권선설계에 의해서 발생하는 것으로 동일 슬롯(slot)내의 코일 소선의 접속회로에 의해서 변화한다.
4) 불량(조흔은 동반하지 않으나 피막이 소손)
반복하는 저부하 운전, 브러쉬 수의 과다, 특수한 운전 상태에 대하여 브러쉬 재질이
부적합 할때
5) 불량(불균일한 피막)
정류자면이 더러워진 상태에서 운전을 하거나 불만족한 물리적 조건에 의해서 발생한다.
6) 불량(부분적으로 어두운 피막)
정류자의 편심과 기계의 운전 베어링, 커플링 상태에 대한 진동에 의해서 발생한다.
7) 불량(정류 불량기의 예)
정류자편 중앙에서 체터링에 의해 오목하게 들어간다.
8) 불량(정류 불량기의 예)
정류자편 중앙 및 끝부분에서 브러쉬의 체터링에 의해서 오목하게 들어간다.
9) 불량(조흔을 동반한 피막)
이것은 4항목이 진전한 것이다. 브러쉬의 재질, 기계의 사용상황 이나 운전환경이 부적당 하기 때문이다. 조기에 적당한 처치를 해야 한다.
10) 불량(2극간 핏치의 블랙 바)
이것은 전기자의 고장에 의한 것이다. 전기자 코일, 라이서 ,균압코일의 접속불량에 의한 것이다.
11) 불량(브러쉬 스탬핑)
기계를 장시간 정지 시켰을 때 발생한다.
12) 불량(하이 마이카에 의한 정류자 편단이 탄 것)
각 정류자편 언더컷 홈의 하이 마이카의 예이다. 이것은 한 개의 하이 마이카 현상이 되어도 정류자 편단이 타게 됨과 동시에 섬락(Flash over)으로 발전될 염려가 있다. 비슷한 현상으로 하이바, 로우바에서도 발생한다.
13) 불량(스폿(spot)
과부하기와 브러쉬 스프링이 약화된 기계에서 발생한다. 브러쉬밑의 스파크에 의해서 불규칙한 분포로 스폿이 발생한다. 만약 정비를 하지않고 방치해 두면 정류자가 손상된다.