모터와 동력전달

공장 전기의 대부분은 모터가 씁니다

제조업 전력 사용량의 60~70%가 모터예요. 그래서 모터를 이해하면 설비도, 전기요금도 보입니다.

3가지 모터 비교

공장에서 압도적으로 많은 건 3상 유도전동기입니다. 구조가 단순해 고장이 적어요.

유도전동기의 원리 — 슬립

고정자에 3상 전류를 흘리면 회전자계가 생기고, 회전자가 그걸 쫓아 돕니다. 다만 완전히 따라잡지는 못해요. 그 차이가 슬립입니다.

동기속도 Ns = 120 × 주파수(f) ÷ 극수(P)

예) 60Hz, 4극  →  120 × 60 ÷ 4 = 1,800rpm (동기속도)
    실제 회전수 1,750rpm

슬립 = (1800 - 1750) ÷ 1800 × 100 = 2.8%

• 극수가 많을수록 느립니다 (2극 3600 / 4극 1800 / 6극 1200 / 8극 900 rpm)
• 부하가 커지면 슬립이 커지고 회전수가 떨어져요

모터 명판 읽기

명판은 모터의 신분증이에요. 교체·수리 시 반드시 필요합니다.

> IE3(고효율) 이상은 법적 최저효율 기준이기도 하고, 전기요금 절감 효과가 커요. 노후 IE1 모터를 IE3로 바꾸면 보통 2~3년이면 회수됩니다. 정부 고효율 기기 지원사업도 있어요.

기동 방식

큰 모터를 그냥 켜면 정격의 6~7배 기동전류가 흘러 전압이 떨어집니다.

모터가 타는 대표 원인

> 결상이 가장 위험합니다. 3상 중 하나가 끊기면 나머지 두 상에 과전류가 흘러 몇 분 만에 권선이 탑니다. 소리가 평소와 다르고 진동이 커지면 즉시 정지하세요.

일상 점검 포인트

• 표면 온도 (주변 +40℃ 이내)
• 이상음·진동
• 팬 커버 통풍구 청소 (먼지가 막으면 과열)
• 단자함 조임·습기
• 절연저항 1MΩ 이상 (정기 측정)
• 접지선 연결

모터의 힘을 어떻게 전달하느냐가 설비 수명을 좌우합니다

동력전달부는 소모품이에요. 벨트·체인·베어링은 반드시 닳습니다. 언제 갈아야 하는지 아는 게 핵심입니다.

전달 방식 비교

> V벨트는 미끄러짐이 있어 정확한 속도가 필요한 곳엔 못 씁니다. 대신 과부하 시 미끄러지면서 설비를 보호하는 장점이 있어요.

V벨트 관리

장력이 전부입니다

• 너무 느슨 → 미끄러짐, 발열, 벨트 조기 마모, 출력 저하
• 너무 팽팽 → 베어링 하중 증가, 축 손상

간이 점검법: 벨트 중앙을 엄지로 누른다
스팬 길이 100mm당 약 1.6mm 처짐이 적정
(예: 스팬 500mm → 약 8mm 처짐)

교체 시 원칙

• 다축(여러 줄) 벨트는 반드시 전부 같이 교체. 하나만 새 걸로 바꾸면 장력이 달라 새 벨트에 하중이 몰려 금방 끊어집니다
• 제조사·규격을 통일 (매칭 세트)
• 새 벨트는 초기 늘어남이 있어 24~48시간 후 재조정

정렬(Alignment)

풀리가 어긋나면 벨트 옆면이 갈려요. 직선자나 레이저 정렬기로 확인합니다. 벨트 가루가 한쪽에만 쌓이면 정렬 불량 신호예요.

체인 관리

• 늘어남 한계 2% — 초과 시 교체 (스프로킷 이가 파먹혀요)
• 체인만 갈고 스프로킷을 그대로 두면 새 체인이 금방 늡니다. 보통 같이 교체
• 윤활 필수 — 마른 체인은 급격히 마모
• 늘어남 측정: 링크 10개 길이를 재서 기준 대비 비교

기어와 감속기

기어비 = 종동기어 잇수 ÷ 구동기어 잇수

예) 40 ÷ 10 = 4:1
    회전수 1/4, 토크 4배

감속기 점검: 오일 유면, 누유, 온도, 이상음. 오일 교환 주기는 초기 운전 후 1개월, 이후 6개월~1년.

커플링

모터와 부하를 직결할 때 씁니다. 축 정렬(alignment)이 생명이에요.

• 평행 어긋남(offset), 각도 어긋남(angular) 둘 다 관리
• 정렬 불량 → 베어링·실 조기 손상, 2× 회전주파수 진동 발생
• 다이얼게이지 또는 레이저 정렬기로 조정
• 열팽창 고려 — 냉간 정렬 시 운전 온도에서의 변위를 감안

안전 — 회전부는 반드시 덮개

> 벨트 교체 중 누군가 전원을 올려 손이 끼이는 사고가 반복됩니다. 덮개를 여는 순간 LOTO를 습관으로 만드세요.

교체 시기 판단

인버터는 에너지 절감의 핵심 장비입니다

유도전동기의 회전수는 주파수에 비례해요. 인버터는 이 주파수를 바꿔 속도를 제어합니다.

회전수 = 120 × f ÷ 극수

60Hz → 1,800rpm
30Hz →   900rpm  (절반 속도)

왜 밸브 대신 인버터인가 — 상사법칙

펌프·팬의 소비전력은 회전수의 3제곱에 비례해요.

유량  ∝ 회전수
압력  ∝ 회전수²
동력  ∝ 회전수³   ← 핵심

속도를 80%로 낮추면
동력 = 0.8³ = 0.512  →  약 49% 절감

> 밸브를 조여 유량을 줄이면 전력은 거의 그대로입니다. 인버터로 회전수를 낮추면 전력이 3제곱으로 떨어져요. 펌프·팬이 있는 공장에서 가장 확실한 절감 수단입니다.

제어 방식

대부분의 공장 용도는 V/f 또는 센서리스 벡터로 충분해요.

주요 파라미터

저속 운전의 함정

표준 모터는 자기 축에 붙은 팬으로 냉각합니다. 회전수가 떨어지면 냉각도 같이 떨어져요.

• 20Hz 이하 장시간 운전 시 과열 위험
• 대책: 인버터 전용 모터(별도 냉각팬) 사용, 또는 외부 송풍기 부착

인버터 설치 시 유의사항

자주 나는 트립과 원인

> 트립이 났을 때 무조건 리셋하고 재기동하는 게 가장 위험합니다. 원인을 확인하지 않으면 모터나 인버터가 손상돼요.

도입 우선순위

전 설비에 다 달 필요는 없어요. 부하 변동이 있는 펌프·팬부터가 효과적입니다.

1. 냉각수 펌프, 급배기 팬 — 상시 가동 + 부하 변동 있음
2. 공기압축기
3. 컨베이어

한국에너지공단 고효율기자재 지원, 지자체 에너지 절감 사업 대상이 되는 경우가 많습니다.

회전 설비 고장의 가장 흔한 원인

베어링은 소모품이지만, 대부분 수명을 다 못 채우고 죽습니다. 원인은 설계 수명 초과가 아니라 윤활 불량·오염·설치 불량이에요.

종류와 특성

정격수명 계산 (L10)

L10 = (C ÷ P)^p × 10⁶  회전

C : 기본 동정격하중 (카탈로그)
P : 실제 하중
p : 볼베어링 3, 롤러베어링 10/3

시간으로 환산:
L10h = L10 ÷ (60 × 회전수)

L10 = 같은 조건에서 90%가 견디는 수명이에요. 10개 중 1개는 그 전에 고장 날 수 있다는 뜻입니다.

> 하중이 2배가 되면 볼베어링 수명은 1/8이 됩니다(3제곱). 과부하가 얼마나 치명적인지 보여줘요.

실제 수명을 줄이는 5가지

설치할 때

• 해머로 직접 때리지 마세요. 압입 공구나 유도가열기를 씁니다
• 내륜 압입 시 내륜에만, 외륜 압입 시 외륜에만 힘을 가합니다. 볼을 통해 힘이 가면 압흔(brinelling)이 생겨요
• 가열 압입 시 120℃ 초과 금지 (열처리 조직 변화)
• 방향·순서를 사진으로 기록해두면 재조립이 쉬워요

그리스 관리

적정 충전량 = 베어링 공간의 1/3 ~ 1/2

과충전 → 교반 저항 → 발열 → 그리스 열화 → 조기 손상

• 종류가 다른 그리스를 섞지 마세요. 증주제가 반응해 묽어지거나 굳습니다
• 재급유 주기는 회전수·온도·크기로 결정 (제조사 선도표 참조)
• 급유 니플과 주변을 닦고 주입 (흙이 같이 들어갑니다)

이상 진단

결함 주파수

진동분석기로 다음 주파수를 보면 어느 부위가 손상됐는지까지 알 수 있어요.

• BPFO: 외륜 결함
• BPFI: 내륜 결함
• BSF: 볼 결함
• FTF: 케이지 결함

교체 판단

• 이상음·발열이 지속되면 계획 정지 시 교체
• 진동 추세가 상승 곡선이면 남은 시간이 얼마 없습니다
• 분해했으면 재사용하지 않는 것이 원칙 (실링·클리어런스가 변합니다)

기록을 남기세요

교체할 때마다 설치일·운전시간·손상 형태를 기록하면, 몇 번 반복 후 우리 설비의 실제 수명을 알게 됩니다. 그게 예방보전 주기의 근거가 돼요.