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모터 내구성 시험의 온도 및 전력 데이터를 바탕으로 한 내구성 평가 (PW8001, PW4001, LR8450, SF4300)

요약

 

시작하며

전기차(EV) 및 산업용 기기의 고성능화에 따라, 모터는 장시간 고부하 상태에서도 고장 없이 안정적으로 작동해야 할 필요가 있습니다. 제품의 신뢰성을 보장하기 위해서는 실제 사용 환경에 가까운 조건에서의 내구성 시험이 필수적입니다. 그러나 부하 변동, 온도 상승, 전기적 스트레스 등 모터에 작용하는 요인은 매우 다양하며, 각 지표를 통해 열화 징후를 정확하게 파악하는 것이 큰 과제로 대두되고 있습니다.

모터 내구성 시험의 과제

모터 내구성 시험에는 다음과 같은 과제가 있습니다.

・전기적 변화(순간적인 변동, 고조파 또는 효율 저하)를 파악하기 어렵다

・모터의 권선, 케이스 및 주변 설비의 온도 변동과 전기적 특성 간의 관계를 파악하기 어렵다

・장시간에 걸쳐 데이터를 동기화하여 지속적으로 수집할 수 있는 시스템이 없다

제안하는 솔루션

HIOKI의 고정밀 파워 아날라이저와 온도 측정용 로거를 결합하면, 간단한 구성으로 모터의 내구성 시험을 수행할 수 있습니다.

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데이터 로거 LR8450을 사용하여 주변 설비 및 구성 요소의 온도를 측정하고, 파워 아날라이저 PW8001 및 PW4001을 사용하여 인버터와 모터의 파라미터를 측정합니다.

이때, 파워 아날라이저 PW8001 및 PW4001에는 CAN 출력 기능이 탑재되어 있으므로, 측정된 파라미터를 CAN을 통해 데이터 로거 LR8450에 집약*1함으로써 동기화된 측정을 수행할 수 있습니다. 또한, 인버터 에뮬레이터에 CAN 출력 기능이 있다면 제어 신호를 포함하여 LR8450에서 모니터링할 수 있습니다. 전력과 온도의 변화를 장시간 안정적으로 기록함으로써, 모터의 열화 징후를 신속하게 감지할 수 있습니다.

*1:LR8450의 옵션인 CAN 유닛 U8555를 사용합니다. 최대 10ms 간격으로 CAN 데이터 로깅이 가능합니다.

 

본 솔루션의 장점은 다음과 같습니다.

 

1. 모터의 전기적 부하를 고정밀도로 연속 모니터링

・전압 및 전류 균형의 변화

・효율의 미세 변동

・고조파 성분의 추이

 

2. 온도 추이를 정확하게 로깅

・모터 권선 온도

・케이스 온도

・베어링 및 냉각수를 포함한 주변 설비의 온도

 

3. 전기 데이터와 온도 데이터의 상관 분석

・데이터 로거의 트리거 기능을 이용한 이벤트 기록

・CSV를 통한 데이터 통합 분석

실측 사례

HIOKI의 모터 벤치를 사용하여 실측을 실시했습니다.

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레이아웃 그림                                                                                                                           모터 온도 측정 위치

 

사용 장비 목록

기기명 수량 품명
LR8450 ×1 MEMORY HiLOGGER
U8551 ×1 UNIVERSAL UNIT
thermocouple with shield ×5 ―
U8555 ×1 CAN UNIT
CAN cable ×1 ―
PW8001-13 ×1 POWER ANALYZER
U7005 ×4 15MS/S INPUT UNIT
CT6904A ×4 CURRENT SENSOR

 

 

DUT 정보

항목 내용
Test Motor Fuji Electric Co., Ltd.
GNF2117A
Inverter Myway Plus Inc.
MWINV-5044-SIC
SIC Vector Control

 

측정 조건

・모터 1000 rpm 정속 회전

・SiC 인버터, 스위칭 주파수 10 kHz

・데이터 갱신 속도 10 ms

・간단한 시험을 위해 2시간 정도의 연속 운전으로 한다

・PW8001의 측정 파라미터를 CAN을 통해 출력하여 LR8450으로 집계한다

온도 측정의 요령

인버터 주변에서는 고주파 스위칭으로 인해 노이즈가 발생합니다. 이 노이즈의 영향으로 온도 측정값이 불안정해지기 쉬우므로, 온도 센서(열전대)의 차폐 처리나 본체의 필터 설정 등 노이즈 대책이 필요합니다.

이번에는 온도 측정을 위해 차폐형 열전대를 사용하고 있습니다. 차폐선을 모터 섀시에 연결하여 접지(GND)를 강화했습니다.

차폐형 열전대 구성

 

또한, LR8450 본체에서 U8551 유닛의 데이터 갱신 간격을 1초로 설정하고 디지털 필터를 활성화함으로써, 60Hz를 초과하는 고주파 성분의 노이즈를 저감하도록 설계했습니다.

 

LR8450 필터 설정

Power supply frequency filter setting
 Wire break detection setting Data refresh interval
10 ms 20 ms 50 ms 100 ms 200 ms 500 ms 1 s 2 s 5 s 10 s
60 Hz Off 20.8k 6.94k 2.98k 2.37k 739 60 60 60 60 60
On – 20.8k 6.94k 2.98k 2.37k 739 60 60 60 60
50 Hz Off 20.8k 6.94k 2.98k 2.37k 739 50 50 50 50 50
On – 20.8k 6.94k 2.98k 2.37k 739 50 50 50 50

–: Setting not available

 

Unit: Hz


인버터 측정 시 유의사항

인버터 출력 전력은 고주파이며 역률이 낮기 때문에, 특히 스위칭 주파수와 그 고조파 성분을 정확하게 측정할 수 있는 파워 애널라이저와 전류 센서가 필요합니다. 이번에는 SiC 인버터를 측정하기 위해, 대역폭 성능과 위상 특성이 더욱 우수한 PW8001과 CT6904A의 조합을 추천합니다.

사용예 '하이엔드급 파워 아날라이저를 이용한 SiC 인버터 실측 비교'도 확인해 보시기 바랍니다.

판정 조건의 예

1. 정상 운전 시 모터의 회전수가 1000 rpm ±50 rpm이어야 한다.

2. 모터의 각종 측정 지점에서의 온도가 50°C를 초과하지 않아야 한다.

3. 정상 운전 시 각 효율의 변동이 ±5% 이내여야 한다.

4. 그 외, 급격한 토크 변동이나 모터 출력의 변동이 나타나지 않아야 한다.

측정결과

로거로 기록한 데이터를 GENNECT Space를 사용하여 분석했습니다.app_img_AP9_10

온도와 효율의 관계

 

내구성 시험 중에는 모터의 동작을 일반 카메라 영상에 더해, 열화상 카메라를 통해 온도 분포로도 기록합니다. GENNECT Space에서는 이러한 영상과 회전수·토크·효율·온도 등의 측정 데이터를 시간축에 맞춰 동기화하여 저장할 수 있습니다.

만일 장시간 시험 중에 이상 소음, 발연, 소손과 같은 이상이 발생하더라도, '그 순간에 무슨 일이 일어나고 있었는지'를 영상과 수치를 나란히 배치하여 정확하게 되짚어 볼 수 있습니다. 수치 변화만으로는 파악할 수 없는 동작이나, 영상만으로는 설명할 수 없는 부하 상태를 동일한 시점에 정량 데이터로 기록할 수 있습니다.

이를 통해 내구성 시험은 단순한 합격·불합격 판정에 그치지 않고, 이상 발생의 징후·진행·결과를 일관된 증거로 남길 수 있는 평가로 진화합니다.

 

마무리

HIOKI의 파워 아날라이저와 데이터 로거를 결합하면, 모터의 전기적 부하와 온도 변화를 고정밀도로 동시에 추적하여 열화 징후를 확실하게 포착할 수 있는 간편한 시험 환경을 구축할 수 있습니다.

자세한 제품 정보는 웹사이트를 참조해 주십시오.

특정 어플리케이션에 대한 시연이나 상담이 필요하시면, 문의 양식을 통해 당사로 연락해 주십시오.