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1. 진동값

  ▣ FAN 부하측에서 측정값을 보여주고 있다. 이 설비에서 발생하고 있는 결함의 원인을 기술하고 결함 주파수를

      계산하시오.

  ▣ 설비 사양은 다음과 같다.

    ⊙ 구동 모터 : 3상, 60Hz, 1,975 마력, 전압 440V, Motor 회전수 1,780rpm, FAN 정격 회전수 1,362 rpm, 커플링 타입 :

         BELT COUPLING, FAN 축 베어링 : 내륜회전, Ball 수 : 20개, Ball 직경 : 6.69㎜, Pitch 직경 49.4 ㎜, 접촉각 : 10deg,

          cos 10 = 0.98

 

  ▣ 결함 원인 : 베어링 외륜 결함

  ※ Z(NB) = 볼의 수, f(rps) = 축의 회전주파수 (=rpm/60), d (Bd) = 볼 직경 D(Cd) = 베어링 피치경, θ : 접촉각

2. 고유 진동수

  ▣ 고유 진동수 측정시 그래프에서 표시되고 있는 A, B가 나타내는 의미를 구체적으로 기술하시오. (검은 화면에 높은

        주파수 2개가 있다)

 

  ▣ A : 1차 고유 진동수          B : 2차 고유 진동수

3. 모터 결함

  ▣ 모터를 단독 운전한 결과 수평방향 진동이 가장 높게 발생하고 있다. 표를 참조하여 이 설비가 일으키고 있는 결함을

       기술하고 적합한 대책을 쓰시오.

   ◈ 설비사양 : 구동모터 : 3상 60Hz, 2극 120 마력, 전압 440 V, 정격 회전속도 3,570rpm

 

  ① 결함 : 모터 로터의 언밸런스

  ② 대책 : 모터 로터의 정밀 밸런싱

4. TURBIN의 결함

  ▣ Turbin 의 각 방향에서 측정한 진동값을 보여주고 있다. 이 설비에서 발생하고 있는 결함의 원인을 쓰시오. 터빈의 정격

       회전수는 5,700rpm이다.

 

  ▣ 결함 : Turbin 로터의 언밸런스

5. 설비 결함

  ▣ 화면은 모터 축방향에서 측정한 진동 스펙트럼을 보여 주고 있다. 이 설비에서 발생하고 있는 결함의 원인을 기술하고

        대책을 세우시오.

   ◈ 설비사양 : 모터 3상 60Hz, 4극, 7,555kW, 전압 440V, 정격 회전수 601rpm, 구동방식 : 인버터 구동

 

  ① 결함 : 회전요소의 이완 또는 베어링과 하우징의 틈새 과다.

  ② 대책 : 베어링과 하우징의 적절한 틈새 유지 또는 적절한 클리어런스 유지

6. 베어링 결함

  ▣ 다음 그래프는 어떤 결함을 나타내는가 ?

 

  ▣ 베어링 결함

   ※ 맥놀이 그래프와 비슷하다.

7. 주파수

  ▣ 기어 박스에서 입력측은 상단기어이고 회전속도는 1,770 rpm이다. 각 기어의 잇수가 아래와 같을 때 기어 맞물림

       주파수를 계산하시오.

      A : 상단 기어 잇수 : 256개,        B : 중간 기어 : 157개,         C : 하단기어 잇수 : 94개

 

  ▣ 계산식 : 기어 맞물림 주파수 = 기어잇수 × 기어 회전 주파수  = 256 × 1,770 ÷ 60 = 7,552

8. 응답 신호

  ▣ 다음 스펙트럼에서 두개의 화면은 무엇을 위한 것인가 ?

    ※ 망치로 두드리고(가속도 센서가 붙은 둥근 원판) 검은색 화면이 아래 · 위로 두개 나타남

 

  ▣ 대상물에 가해지는 충격 신호와 응답 신호의 연관성을 확인하기 위해

9. 미스얼라인먼트 (Misalignment)

  ▣ 다음 스펙트럼은 무슨 결함인가 ?

 

  ① 결함 : 미스얼라인먼트

  ② 대책 : 모터와 펌프의 정밀 축 정렬

10. 미스얼라인먼크 (Misalignment)

  ▣ 동영상은 TURBINE 의 수직 방향에서 측정한 진동 스펙트럼을 보여주고 있다. 이 설비에서 발생하고 있는 결함 원인

       을 기술하고 대책을 제시하시오. (단, 터빈의 정격 회전수의 4,616 rpm이다) (숫자2에서 높은 주파수에 1,360 이라는

       숫자)

 

  ① 결함 : 미스얼라인먼트             ② 대책 : 정밀 축 정렬

11. 축 정렬

  ▣ 다음 동영상과 같이 FAN의 축방향 진동량이 수평이나 수직방향 보다 2.5 ~ 3.0배 높게 발생하고 있다. 이 설비가 일으

       키고 있는 결함을 기술하고 적합한 대책을 쓰시오.

   ※ 설비사양 : 모터 3상, 60 Hz, 6극 550 마력, 전압 380 V, 회전속도 모터 11,801 rpm, FAN : 1,360 rpm

 

  ① 결함 : 축정렬 불량 (미스얼라인먼트 : Misalignment)

  ② 대책 : 모터와 FAN 사이 정밀 축정렬

12. 미스얼라인머트 (Misalignment)

  ▣ 펌프축에서 측정한 진동값을 보여주고 있다. 이 설비에서 발생하고 있는 결함을 기술하고 적합한 대책을 쓰시오.

       설비사양은 다음과 같다.

   ※ 설비사양 : 구동 모터 3상 60Hz, 4극, 75마력, 전압 440 V, 모터 정격 회전수 1,780 rpm,

                          커플링 타입 : JAW COUPLING

 

  ① 결함 : 축정렬 불량

  ② 대책 : 모터와 펌프 사이의 정밀 축정렬 실시

     cf : 문제에서 ( )값이 ( ) 보다 높다라고 명시가 안됨. 보통 이런 경우 전부 '틈새과다' 그런데 이 문제는 제외

13. 틈새과다

  ▣ 모터측에서 측정한 소음 주파수이다. 이 설비에서 발생하고 있는 결함을 쓰시오. 이 모터의 사양은 아래와 같다.

    ※ 설비사양 : 구동 모터 3상 60Hz, 2극, 240 kW, 전압 380 V, 전류 25 A

        구동방식 : 부하측 CYLINDRICAR BEARING

         반부하측 : DEEP-GROOVE BALL BEARING

 

  ▣ 베어링 이완, 베어링과 베어링 하우징 사이의 틈새 과다, 베어링 클리어런스 불량

14. 미스얼라인먼트 (Misalignment)

  ▣ 다음의 스펙트럼은 무슨 결함인가 ?

    ※ 점차적으로 높아지는 4개의 그래프가 있다. 마지막 제일 높은 그래프에 1X

 

  ① 결함 : 미스얼라인먼트

  ② 대책 : 모터와 펌프의 정밀 축정렬

15. 미스얼라인먼트

  ▣ 다음 스펙트럼은 무슨 결함인가 ?

 

  ▣ 결함 : 미스얼라인먼트

16. 언밸런싱 (Unbalancing)

  ▣ 다음의 스펙트럼은 무슨 결함인가 ?

     ※ 자석 가속도계 붙이기, 미스얼라인먼트 처럼 1개가 높고 39.32 Hz라고 표시되어 있는 그래프

 

  ① 결함 : 언밸런싱

  ② 대책 : 팬회전체 정밀 밸런싱

      ※ 상부에 Horizontal라고 쓰여져 있음

17. 미스얼라인먼트

  ▣ 다음 스펙트럼은 무슨 결함인가 ?

   ※ 그래프 중간에 약간 높은 주파수에 1X (20Hz), 두번째 조금 더 높은 주파수에 2X  (40Hz)라고 표시되어 있다.

 

  ▣ 결함 : 미스얼라인먼트

18. 공진

  ▣ 모터의 수평방향 진동이 기준값을 초과하여 높게 발생하고 있다. 수평과 축방향의 진동은 매우 낮게 나타나고 있으며,

        MOTOR의 회전속도를 약간 낮추었더니 진동이 급격히 감소하였다. 이 설비가 일으키고 있는 결함의 원인을 쓰고

        적합한 대책을 기술하시오.  한개의 높은 진폭의 주파수가 있음 - 59.50 HZ

 

  ① 원인 : 공진

  ② 대책 : ㉠ 모터고정부의 강성 조절로 고유 진동수를 정격속도에서 벗어나게 한다.

                 ㉡ 모터의 정격 속도를 변경하여 고정부의 고유진동수와 일치하지 않게 한다.

19. 파형

  ▣ 동영상과 같이 고유 진동수 측정시 대상물이 응답하는 시간과 주파수 파형을 간단히 그리시오.

 

20. 상대 위상 측정

  ▣ 다음과 같은 2개 위치에서 동시에 진동을 측정하는 이유를 쓰시오.

 

  ▣ 두 측정 위치의 상대 위상을 측정하기 위해

      ※ 비접촉이므로 변위센서이고 2개 이므로 상대 위상 측정이다.

#위상 #변위 #미스얼라인먼트 #얼라인먼트 #밸런싱 #언밸런싱 #축정렬 #틈새과다

#공진 #주파수 #응답신호 #진동값 #고유진동수

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▣ 교류의 소자에는 능동소자와 수동소자가 있다. 능동소자는 기전력을 발생시키는 소자를 말하며 수동소자는

    교류회로내에서 발생된 기전력에 영향을 미치는 소자를 말하며

  ⊙ 대표적인 #수동소자 로는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 등이 있으며 이에 대해 알아 보자.

 

1. 저항(R) 회로

  ▣ 저항은 어떤 물체가 가지는 고유의 전도성을 말하며 저항은 기전력을 단지 열로 소비하는 소자이다.

 

▣ 저항은 기호를 R, 단위는 [Ω]을 쓴다.

  ▣ 저항 소자만 있는 교류회로에 전압을 인가하면 다음의 식이 성립된다.

  ▣ 저항소자만 연결된 회로에서는 교류 전압원에 의해 교류전류가 흐르게 되며, 저항은 전압원의 진폭에 대해서만

      영향을 주고 #주파수 나 위상에는 영향을 주지 않게 된다. 따라서 전압과 전류는 위상차가 없고 주파수가 같게 되며

      전압과 전류는 동상이라고 한다.

2. 인덕턴스 (L)회로

  ▣ 인덕턴스 (L) 소자는 기전력을 자속 형태로 저장하는 소자로서 기호는 L, 단위는 [Wb]를 쓴다.

 

  ▣ 인덕턴스 소자만 있는 교류회로에 전압(기전력)을 인가하면 다음의 식이 성립된다.

     ⊙ 회로에 인가하는 전압(기전력)은 v(t) = Vm sin ωt [V] 이다.

  ▣ 회로에 흐르는 전류와 인버터에 유기되는 전압을 위 그림과 같이 하나의 그래프로 겹쳐 보면 주파수 성분은 같지만

      전압의 파형이 전류의 파형보다 왼쪽으로 90° 이동하였음을 알 수 있다 . 전압을 기준으로 했을 때 전류의 파형은

      전압의 파형보다 90° 늦으므로 지상전류라고 한다. 전류의 파형은 전압의 #파형 보다 크기도 작아지므로 인덕턴스는

       파형의 크기와 주파수에 영향을 주는 것을 알 수 있다.

  ▣ 크기 100[mH]인 인덕터에 #최대값 이 1[A]이고 주기가 30[ms]인 교류 전류원을 연결하면 다음과 같이 전류의 파형

       보다 전압의 파형이 90° 앞서고 전압의 파형에 진폭과 #주파수 성분이 반영되었음을 알 수 있다.

3. 커패시턴스 (C) 회로

  ▣ 커패시턴스 (C) 소자는 기전력을 전하 형태로 저장하는 소자로서 기호는 C, 단위는 [F]을 쓴다.

 

  ▣ 커패시턴스 소자만 있는 교류회로에 전압(기전력)을 인가하면 다음의 식이 성립된다.

    ⊙ 회로에 인가하는 전압(기전력)은 v(t) = Vm sin ωt [V] 이다.

  ▣ 회로에 흐르는 전류와 커패시터에 유기되는 전압을 위 그림과 같이 하나의 그래프로 겹쳐 보면 주파수 성분은 같지만

      전압의 파형이 전류의 파형보다 오른쪽으로 90° 이동하였음을 알 수 있다 . 전압을 기준으로 했을 때 전류의 파형은

      전압의 파형보다 90° 앞서 지상전류라고 한다. 전류의 파형은 전압의 파형보다 크기도 작아지므로 커패시턴스는

      파형의 크기와 주파수에 영향을 주는 것을 알 수 있다.

  ▣ 크기 10[mF]인 커패시터에 최대값이 10[V]이고 주기가 200[ms]인 교류 전압원을 연결하면 다음과 같이 전류의 파형

       보다 전압의 파형이 90° 뒤지고 전류의 파형에 진폭과 주파수 성분이 반영되었음을 알 수 있다.

 

【 출제 예상 문제 】

1. #주파수 60[Hz], 인덕턴스 50[mH]인 코일의 유도성 리액턴스는 몇 [Ω]인가 ? ②

  ① 14.14              ② 18.85               ③ 22.12                ④ 26.86

  [해설] 유도 리액턴스 (XL) XL = 2πfL =2π×60×0.05 ≒ 18.85 [Ω]

2. 어떤 회로 소자에 전압을 가하였더니 흐르는 전류가 전압에 비해 π/2 만큼 위상이 느리다면 사용한 회로 소자는

      무엇인가 ? ②

  ① 커패시턴스           ② 인덕턴스                ③ 저항                ④ 컨덕턴스

[해설] 인덕턴스(L) 회로 : 전류는 전압보다 90° 뒤진다. 전류가 전압에 비해 π/2만큼 위상이 앞선다.

3. 0.1[μF]인 #콘덴서 에 v = 2sin(2π100t) [V]의 전압을 인가했을 때 t=0 에서의 전류는 몇 [A]인가 ? ①

   ① 0               ② 0.1                     ③ 0.125                     ④ 1.25

[해설] #커패시턴스 (C)의 회로

4. 0.5[H]인 #코일#리액턴스 가 753.6[Ω] 일 때 주파수는 약 몇 [Hz]인가 ? ③

   ① 60 [Hz]             ② 120 [Hz]              ③ 240[Hz]                ④ 360 [Hz]

[해설] 유도성 리액턴스 XL = 2πfL 

5. 60[Hz]에서 3[Ω]의 용량성 리액턴스를 갖는 콘덴서의 정전용량은 약 몇 [μF]인가 ? ③

   ① 564              ② 651                 ③ 884                       ④ 996

[해설] 용량성 리액턴스 (Xc) Xc =1/ωC = 1/2πfC

6. 60[Hz]인 전압을 가하면, 3[A]가 흐르는 코일이 있다. 이 코일에 같은 전압으로 50[Hz]를 가하면 이 코일에 흐르는

    전류는 몇 [A]인가 ? ③

   ① 2.1 [A]                  ② 2.5[A]                     ③ 3.6[A]                       ④ 4.3 [A]

[해설] 인덕턴스 회로 XL = ωL = 2πfL, I = V / XL

7. 어떤 회로소자에 전압을 가했더니 흐르는 전류가 인가한 전압과 동일한 위상이었다. 이 회로소자는 ? ④

    ① 커패시턴스               ② 인덕턴스                   ③ #서셉턴스                   ④ 저항

[해설] 저항(R) : 전압과 전류의 위상이 동상이다.

8. 콘덴서만의 회로에서 전압, 전류 사이의 위상 차이는 얼마인가 ? ④

   ① 전압이 전류보다 60° 앞선다.                   ② 전압이 전류보다 60° 뒤진다.

   ③ 전압이 전류보다 90° 뒤진다.                   ④ 전압이 전류보다 90° 뒤진다.

[해설] 콘덴서(C) 회로 : 전류가 전압보다 π/2(90°) 앞선다.

9. 어떤회로에 전압 v(t) = Vmcos ωt [V]를 가했더니 회로에 흐르는 전류가 i(t)=Im sin ωt [A] 이었다. 이 회로가 한개의

     회로소자로 구성되어 있다면 이 소자의 종류는 ? (단,  Vm > 0, Im > 0 이다.) ②

#저항#인덕턴스#정전용량#컨덕턴스

[해설] 전압과 전류의 위상차로 #소자 확인

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1. 교류의 정의

  ▣ 시간의 변화에 따라 #사인파 의 형태를 가지고, 크기와 방향이 주기적으로 변하는 전압 · 전류를 말한다.

2. 발생원인 (발전기)

  ① 자계 안에 도체를 놓고 회전시키면 자속을 도체가 끊으면서 기전력(전압)을 발생, 발생하는 전압은

      물결모양 ( #정현파 )이 된다.

  ② #자속밀도 B[Wb/㎡]의 평균자계 내에 자계와 직각으로 놓은 길이 ℓ[m]의 도체가 ω [rad/sec]의 각속도와 v[m/s]의

      선속도로 운동하는 경우 매초 한 쪽 도체에 의해 잘리는 자속의 양은 Bℓv sin θ, 양쪽 도체는 2 Bℓv sin θ 이다.

3. 교류의 기초

   교류의 파형은 흔히 정현파라고 부른다. #삼각함수 의 sin 파형과 같다.

   #교류 #파형 에 대하여 알아 보자.

 

교류 기전력은 #발전기 의 터빈이나 프로펠러에 의하여 발생하는데 프로펠러의 한바퀴 회

전에 따라 전류의 변화와 전압의 변화량을 그리면 정현파로 나타난다.

아래 그림에서 보듯이 프로펠러의 원운동에 따라 기전력의 변화량을 y축에 나타 내었다.

왼쪽 그림과 같이 P는 일정한 속도로 원 위로 회전한다고 할 때 P점과 원점 x축 사이의 각

∠POx를 θ라고 하면 θ의 변화량에 대한 P점의 y좌표 값을 이어서 그리면 오른쪽 그래프가

나타난다.

 

오른 쪽 파란색 그래프를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

    f (θ) = sin θ

이는 삼각함수 형태이다. f(θ)는 각 θ의 변화와 P점의 위치 변화의 관계를 나타내는 함수이다. 이 식에서 P점의 위치가

변하는 속도, 즉 회전속도를 적용해 보면 시간 t에 대한 함수로 변환이 가능하다.

   f (t) = sin t

sin 함수의 변수는 각도이고 0° ~ 360°이거나 0 ~ 2π 사이의 값을 갖는다.

sin 함수는 2π를 주기로 반복하게 되고 시간 t가 1~2, 2~3 등 모든 구간에서 위식이 만족함을 알 수 있다.

즉 sin(2πt)는 1초 마다 한번씩 반복되는 sin 함수이다.

여기서 반복되는 주기 f가 추가하게 된다.

 

여기에서 f는 얼마나 자주 반복되는지를 나타내는 주파수이다.

정현파 교류에서 사용하는 용어에 대하여 알아 보자.

가. 주기와 #주파수

  ▣ 0에서 2π까지 1회의 변화를 1 #사이클 (cycle)이라 한다.

  ① #주기 (Period)

    ⊙ 같은 크기의 전류값이 돌아 오기까지의 시간, 1 사이클(cycle)이 변화하는데 걸리는 시간, 기호 T, 단위 [sec]

  ② #주파수 (frequency)

    ⊙ 주기적인 현상이 1초 동안에 반복되는 파형의 횟수, 기호 f, 단위 [Hz]

나. #각속도 (각주파수)

  ① 각속도

    ⊙ 어떤 물체가 1초 동안에 회전한 각도를 각속도 (angular velocity)라 하고 ω[rad/s]로 나타낸다.

  ② #각주파수

    ⊙ 어떤 한 점이 1초 동안 몇 회전하였는가를 나타내는 것이 각주파수(angular frequency)이며 ω[rad/s]로 나타낸다.

 

  다. #위상 : 전기자 도체에 사인파 진행이 시작되는 각

4. 교류의 크기 표시

가. #순시값 (instantaneous value)

  ▣ 시간에 따라 변화하는 전압, 전류값(시간에 따라 순간적으로 변화), 소문자로 표기

 

나. #실효값 (Effective value)

  ▣ 일반적으로 사용되는 값으로 교류의 각 순시값 i(t)의 제곱에 대한 1주기 평균(평균값)의 제곱근

  정현파 교류에서 실효값은 다음과 같다.

다. #최대값

 

라. #평균값

  ▣ 순시값에 대한 반주기 동안의 평균적인 값, 파형의 면적을 반주기로 나눈값

5. 교류의 #벡터 표시법

 가. 복소수의 여러가지 표현

  ① 직각 #좌표법 ( #복소수 )

 

  ② 극좌표법

 

  ③ 삼각함수법

    Z = a +jb = ㅣZl (cosθ + jsinθ) = Z cosθ (실수) + Z sinθ (허수)

나. 복소수의 연산

    X = a + jb, Y = c + jd 라고 할 때

  ① 덧셈 : X + Y = (a+jb) + (c+jd) = (a+c)+j(b+d)

  ② 뺄셈 : X - Y = (a+jb) - (c+jd) = (a-c) + j(b-d)

  ③ 곱셈 : X × Y =(a+jb) × (c+jd) = ac+jad+jbc+j2bd =(ac-bd)+j(ad+bc)

【 출제 예상 문제】

1. v=√2 V sin ωt [V]인 전압에서 ωt = π/6 [rad]일 때의 크기가 70.7[V] 이면 이 전원의 실효값은 몇 [V]인가 ?

  ① 100 [V]           ② 200 [V]               ③ 300 [V]                    ④ 400 [V]

[해설] 실효값

2. 220 [V], 60 [W] 가정용 전구의 전압 평균값은 약 몇 [V]인가 ? ④

   ① 110 [V]           ② 141 [V]                    ③ 173[V]                    ④ 198[V]

[해설] 평균값

3. 교류의 크기를 표시할 때 실효값에 √2배를 하면 어떤 값이 되는가 ? ④

   ① 파고값          ② 평균값                ③ 실효값                      ④ 최대값

[해설] 최대값 Vm = √2 V, 최대값은 실효값의 √2배 이다.

4. 매분 500[rpm], 주파수 60[Hz]의 기전력을 유기하고 있는 교류발전기가 있다. 전기각속도 ωt [rad/sec]는 ? ④

         ① 314                  ② 337                   ③ 357                   ④ 377

[해설] 각속도 ω = 2πf = 2π × 60 = 377

5. 각속도 ω =376.8 [rad/s]의 정현파 교류의 주파수는 몇 [Hz]인가 ? ②

   ① 50              ② 60                    ③ 100                      ④ 200

[해설] 정현파 교류의 주파수 ω =2πf, 376.8 =2πf, f=376.8 / 2π = 60 [Hz]

6. v=Vm sin (ωt+60˚)와 I = Im cos (ωt-70˚)와의 위상차는 ? ②

   ① 20°              ② 40°                ③ 60°                    ④ 130°

[해설] 같은 파형의 변형 v=Vm sin (ωt+60˚)

  I = Im cos (ωt-70˚) = Im sin (ωt-70˚+ π/2) = Im sin (ωt+20˚)

  위상차 : θ = θ1 - θ2 = 60° - 20° =40°

8. 두 벡터 A1= 3+j2, A2=2+j3 이 있다. A = A1 × A2 라고 할 때 A는 ? ③

   ① 13 ∠0°              ② 13 ∠45°                ③ 13∠90°               ④ 13∠135°

[해설] 복소수 계산 (극좌표법)

9. 가정용 전원 220 [V]라는 것은 어떤 값을 말하는가 ? ①

   ① 실효값           ② 최대값               ③ 순시값              ④ 평균값

[해설] 실효값 : 일반적으로 사용되는 값으로 교류의 각 순시값의 제곱에 대한 1주기의 평균의 제곱근을 말한다.

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