전동기에서 축전류가 발생하면 왜 베어링이 손상될 수 있나요?

Question

인버터를 사용하는 모터에서는 축전류라는 현상이 발생할 수 있다는 내용을 들었습니다. 전류가 회전축으로 흐르면 베어링에도 영향을 줄 수 있다고 하는데 정확한 원리가 잘 이해되지 않습니다. 축전류가 계속 발생하면 어떤 문제가 생기는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

축전류는 회전축을 따라 미세한 전류가 흐르는 현상입니다. 이전류가 베어링을 통과하면 작은 방전이 반복적으로 발생해 베어링 표면이 조금씩 손상될 수 있습니다. 처음에는 소음이나 진동이 거의 없지만 시간이 지나면 베어링 마모가 빨라지고 수명이 짧아질수 있습니다. 그래서 인버터를 사용하는 대용량 모터에서는 절연베어링이나 축접지 장치를 설치해 축전류를 줄이는 경우가 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

네 인버터를 사용하는 전동기에서 축전류가 문제가 되는 이유는 회전축에서 발생한 전압이 베어링을 통해 방전되면서 베어링 표면을 손상시킬 수 있기 때문입니다.

인버터는 직류를 빠르게 스위칭하여 교류를 만들어내는데, 이 과정에서 고주파 성분과 공통모드 전압이 발생할 수 있습니다. 이 영향으로 모터의 회전축과 프레임 사이에 전압, 즉 축전압이 생길 수 있습니다.

축전압이 일정 수준을 넘으면 베어링의 볼과 궤도면 사이의 얇은 윤활유막을 뚫고 순간적으로 전류가 흐를 수 있습니다. 이때 아주 작은 전기적 방전(스파크)이 반복되면서 베어링 금속 표면에 미세한 구멍이나 손상이 발생합니다.

이 현상이 장기간 반복되면 베어링 궤도면에 빨래판처럼 일정한 무늬가 생기는 플루팅(Fluting) 현상이 나타날 수 있으며, 점차 소음과 진동이 증가하고 결국 베어링 수명이 크게 짧아질 수 있습니다.

따라서 인버터 구동 모터에서는 필요에 따라 절연 베어링, 축 접지링 또는 접지 브러시, 인버터 출력 필터 등을 적용해 축전류를 줄입니다.

쉽게 말하면 축전류가 베어링을 통과하면서 아주 작은 전기 방전을 계속 일으키고, 이것이 반복되면서 베어링 표면을 조금씩 깎아 먹는 현상이라고 이해하면 됩니다.