인버터 필터는 전식 예방 불가

인버터가 유발하는 베어링 전식 문제가 알려짐에 따라 많은 모터 사용자가 해결책을 찾고 있습니다. 많은 제조업체가 이에 대한 해결책들을 제공하고 있습니다만, 대부분의 제품이 전반적인 문제에 대한 해결책을 제시하지 못하고 있습니다.

예를 들어 베어링 전식 예방 장치는 축전압 방전으로 인한 손상을 막는 데 뛰어나지만, 고압 모터의 순환 전류를 막을 수는 없습니다. 그렇기 때문에 고압 모터의 경우 한 축엔 베어링 전식 예방 장치를 설치해 방전을 유도, 나머지 한 축엔 절연 베어링을 설치해 축전압을 막는 방법을 추천하고 있습니다. 이를 통해 축전압의 위험을 실질적으로 막을 수 있습니다.

현재 시중엔 dV/dT 필터, 전도성 흡수제와 같은 수많은 종류의 전도성 필터(속칭 인버터 필터)가 존재하고 있습니다. 이러한 제품군들은 축전압에 의한 베어링 전식을 완벽하게 예방할 수 있다고 주장하고 있습니다. 하지만 그렇지 않습니다. 고주파 순환 전류를 줄일 순 있지만, 축전압 방전에 의한 베어링 손상을 예방할 수 없습니다.

이를 이해하기 위해선 인버터가 보내는 전류와 3종류의 베어링 손상을 이해해야 합니다. 인버터는 송전되는 전력을 각 상의 전압으로 전환합니다. 각각의 펄스의 시간을 조정해 인버터는 모터의 속도를 주파수보다 느리게 제어할 수 있습니다. 하지만 송전된 전력과는 다르게, 인버터를 통한 전류는 균형이 맞지 않습니다. 송전된 전력의 각 상의 펄스들은 서로를 상쇄하지 않기 때문입니다. 이러한 3상의 총합을 공통 전압(Common Mode Voltage)이라고 합니다. 공통 전압은 모터에 공급되는 전반적인 전압입니다. 이러한 전압엔 축 방전 베어링 전류를 유발하는 축전압도 포함되어 있습니다. 축 방전 전류는 크기에 상관없이 모든 모터 구동 인버터에 문제를 일으킵니다. 인버터를 통한 전류는 보기엔 적은 펄스와 S자형 파형을 보이지만, 매번 인버터가 동작할 때마다 높은 고주파 전류가 발생합니다. 인버터의 3상 사이 높은 고주파 전류를 제외하고 이러한 전류는 대부분 사라집니다. 각 상의 높은 전류의 총합을 공통 전류(Common Mode Current)라고 합니다. 공통 전류가 모터로 통전이 되면 전류는 고주파 전류에 대한 고저항으로 인해 모터 축에 통하지 않습니다. 또한 정전용량으로 인한 모터 축에서 모터 프레임으로 흐르는 누전은 다시 인버터로 흘러 들어오게 됩니다. 이로써 두 가지 경우로 인한 베어링 손상이 발생할 수 있습니다.

100마력 이상(75kW)의 경우 공통 전류는 고주파수 순환 전류를 생성합니다. 이는 회전자 방전 전류보다 크며 베어링 전식을 더욱 부추깁니다. 작은 모터의 경우는 문제가 없습니다. 접지가 잘 되어있지 않은 모터의 경우 인버터로 순환할 낮은 임피던스가 없습니다. 그렇기 때문에 공통 모드의 전류는 모터 베어링을 통해 아크를 생성, 모터 축에서 구동기기로 흘러 들어 구동기기를 통해 아크를 생성, 이후 다시 모터로 흘러 들어가게 됩니다. 이를 축 접지 전류라고 부르며 이는 모터와 다른 구동기기의 베어링 고장을 유발합니다. 축 접지 전류는 심지어 순환 전류보다 큽니다. 이러한 예는 인버터 구동 모든 모터에서 나타날 수 있으나, 접지가 잘 되어있지 않은 경우에만 문제가 될 수 있습니다.

인버터 필터는 공통 전류를 10~65%가량 줄여줍니다. 그렇기 때문에 고주파수 순환 전류와 축 접지 전류를 극단적으로 줄일 수 있습니다. 당사는 절연 베어링을 설치해 순환 전류를 차단하고 고주파수 접지 스트랩(쉴드 케이블)으로 축 접지 전류를 해소하는 걸 추천합니다. 하지만 이러한 인버터 필터는 분명히 순환 전류와 축 접지 전류에 대해 아무런 해결책이 없는 것보단 낫습니다. 인버터 필터는 공통 전류를 감소시킵니다. 공통 전압엔 거의 영향이 없지만, 축 방전 전류를 유발합니다. 15% 정도 전압을 줄일 수 있으나, 오직 얼마나 빨리 변환되는지만 중점적으로 줄일 수 있습니다. 축 방전 전류에서 가장 중요한 점은 공통 모드에서의 전압의 크기이지 얼마나 빨리 증가하느냐가 아닙니다. 왜냐하면 공통 전압은 줄어들지 않음으로 축 전압은 줄어들지 않습니다. 이러한 일부 필터 공급업체에서는 특히 축전압이 측정되지 않는다고 합니다. 그렇기에 필터 유무와 무관하게 축 접지로 이를 해결하기 전까진 축전압 방전은 베어링을 통해 지속해서 발생하게 됩니다.

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