전동기 베어링 전류는 왜 발생하며 어떻게 예방하나요?

Question

• 최근 전기기사 실기나 산업현장 이야기를 보면 인버터를 사용하는 전동기에서 베어링 전류 문제가 발생할 수 있다고 하는데, 왜 회전자 베어링 쪽으로 전류가 흐르는지 궁금합니다. 베어링은 기계 부품인데 전류 때문에 손상될 수 있다고 해서 신기했습니다. 또한 베어링 전류가 발생하면 표면에 전식이 생긴다고 하는데 실제로 어떤 형태로 손상이 진행되는지도 궁금합니다. 인버터 PWM 제어와 관련 있다고 하는데, 일반 직입기동 전동기와 어떤 차이가 있는지도 알고 싶습니다. 현장에서는 절연베어링이나 접지브러시 같은 대책을 사용한다고 하는데 각각 어떤 원리로 효과가 있는지도 자세히 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

인버터의 빠른 스위칭 과정에서 발생하는 전압 불균형이 축 전압을 유도하고, 이게 절연 파괴를 일으키며 베어링을 타고 흐르는 게 원인이여요. 전기가 흐르면 베어링 표면이 녹으면서 빨래판 모양의 전식이 생겨 소음과 진동이 심해지는데, 절연베어링으로 길을 막거나 접지 브러시로 전류를 따로 빼주면 예방할 수 있답니다. 직입 기동과 달리 인버터 제어에서만 나타나는 특이한 현상이라 현장에서도 관리가 정말 중요해여.

Answer 2

안녕하세요. 최광민 전기기사입니다.

결론부터 말씀드리면 베어링 전류는 인버터 고속 스위칭 과정에서 발생하는 축전압 때문에 회전자 축과 베어링을 통해 전류가 흐르는 현상이며, 반복되면 베어링 표면 손상과 진동 문제를 일으킬 수 있습니다. 일반 상용전원 직입기동에서는 비교적 정현파 전압이 공급되기 때문에 베어링 전류 문제가 크지 않은 경우가 많습니다.

하지만 인버터는 PWM 방식으로 전압을 매우 빠르게 스위칭합니다. 이 과정에서 급격한 전압 변화가 발생하며 모터 내부에 정전용량 효과와 축전압이 생깁니다. 축전압이 일정 수준 이상 올라가면 전류가 가장 약한 절연 경로인 베어링 윤활유막을 뚫고 흐르게 됩니다.

이 전류가 반복되면 베어링 표면에 작은 방전 흔적이 생기고, 점차 전식과 홈이 발생합니다. 결국 베어링 소음과 진동이 증가하고 수명이 크게 줄어들 수 있습니다. 심한 경우 베어링이 조기에 파손되어 전동기 전체 정지로 이어질 수도 있습니다.

이를 방지하기 위해 여러 대책을 사용합니다. 절연베어링은 베어링 일부를 절연 구조로 만들어 전류가 흐르지 못하게 합니다. 접지브러시는 축에 접지 경로를 만들어 베어링 대신 안전하게 전류를 대지로 흘려보냅니다.

또 인버터 출력 리액터나 필터를 사용해 전압 변화율을 줄이기도 합니다. 최근 대형 인버터 구동 모터에서는 베어링 전류 대책이 매우 중요하게 여겨지고 있습니다. 결국 베어링 전류는 단순 기계 문제가 아니라 인버터와 전동기 전자기 특성이 결합된 전기적 문제라고 이해할 수 있습니다.