PHM 프로젝트 (2-4)

QnA

• 세탁기 건조기 가끔 털털털털 하는 게 공진이라고 배웠는데, 그건 안위험한가? 터빈은 위험속도 넘겨서 운전하는데 위험하다면서요.
  • 누가 위험 속도를 알고서 운전함? 어느 설비 사양서에 고유 진동수를 적어놓습니까 그런 건 진동 분석하는 사람들이나 신경쓰는 거예요. 터빈도 위험속도가 정확히 얼만지 몰라. 그냥 변위계가 위험값 넘어가면 즉시 정지하고 점검하는 거야.
  • 위험 속도와 공진이라는 건 그걸 넘나드는 것까지는 그럴 수 있지만, 거기서 내내 앉아서 운전하지만 말라는 거야. 만약 반드시 그래야만 한다면 질량이나 강성을 바꿔야지.
  • 고유 진동수 해머 테스트는 문제가 생긴 이후에 확인하면서 하는 일이라는 거임.

덤

• 데시벨은 본래 두 전력(Power)의 비율을 로그 스케일로 표현하기 위해 고안된 단위입니다.

  1. 원래 단위는 ‘벨(Bel)’입니다.
     전화기를 발명한 알렉산더 그레이엄 벨(Alexander Graham Bell)의 이름을 따서, 원래 전력비의 로그 값을 벨(Bel)이라고 정의했습니다 [1].

     \[\text{Bel} = \log_{10} \left( \frac{P}{P_{ref}} \right)\]
  2. ‘벨’은 너무 큰 단위였습니다.
     실제 현장에서 써보니 ‘1 벨’ 차이는 전력이 10배나 변하는 너무 큰 차이였습니다. 마치 일상생활에서 길이를 잴 때 ‘킬로미터(km)’만 쓰면 불편한 것과 같습니다. 사람들은 더 세밀한 눈금이 필요했습니다.
  3. 그래서 1/10을 뜻하는 ‘데시(deci)’를 붙였습니다.
     미터(m)를 쪼개서 데시미터(dm)를 만들듯, 벨(Bel)을 10등분 하여 데시벨(decibel, dB)을 만들었습니다 [2].
     • deci- : 10분의 1을 의미하는 접두사 (예: deciliter, decimal)
     • 1 Bel = 10 decibel
       따라서, 벨(Bel) 값에 10을 곱해야 데시벨(dB) 값이 됩니다.
  \[\text{dB} = 10 \times \text{Bel} = 10 \log_{10} \left( \frac{P}{P_{ref}} \right)\]

  요약하자면:

  • 전력 공식의 10은 ‘데시(deci)’라는 접두사 때문에 붙은 것입니다. (1 Bel = 10 dB)
  • 진폭 공식의 20은 이 10에다가, 진폭-전력 관계인 제곱(2)이 곱해져서(로그 연산이라 지수 → 계수로 변환됨) 나온 결과입니다 ($10 \times 2 = 20$).

  참고문헌

  [1] Martin, W. H. (1929). Decibel: The name for the transmission unit. Bell System Technical Journal, 8(1), 1-2. https://ia903205.us.archive.org/15/items/bstj8-1-1/bstj8-1-1_text.pdf

  [2] Thompson, A., & Taylor, B. N. (2008). NIST Guide for the Use of the International System of Units (SI) (NIST Special Publication 811). National Institute of Standards and Technology. https://physics.nist.gov/cuu/pdf/sp811.pdf

• AC(교류)와 DC(직류)의 주요 차이점
  전기 및 전력 시스템에서 AC(Alternating Current)와 DC(Direct Current)는 전하의 흐름 방식에 따라 구분됩니다.

  1. 흐름의 방향 및 주기성
     • DC (직류): 전하가 한 방향으로만 일정하게 흐릅니다. 전압과 전류의 극성이 시간에 따라 변하지 않습니다 [1].
     • AC (교류): 전하의 흐름 방향과 크기가 주기적으로 변합니다. 시간에 따라 전압과 전류가 사인파(Sine Wave) 형태로 진동합니다 [2].

     

  2. 전압 변환 및 송전 효율
     • AC: 변압기를 사용하여 전압을 용이하게 높이거나 낮출 수 있습니다. 고전압 송전을 통해 장거리 전송 시 발생하는 전력 손실을 최소화할 수 있어 국가 전력망의 표준으로 사용됩니다 [1], [3].
     • DC: 전압 변환을 위해 전력 전자 소자(인버터, 컨버터)가 필요하며 AC에 비해 변환 과정이 복잡합니다. 다만, 초고압 직류 송전(HVDC) 기술의 발전으로 특정 장거리 송전 및 계통 연계에서 효율성을 인정받고 있습니다 [3].
  3. 주요 용도
     • DC: 배터리 기반 기기, 전자 회로(컴퓨터, 스마트폰), 태양광 발전 시스템, 전기차의 구동 전원 등에 사용됩니다 [1], [2].
     • AC: 가정 및 산업용 일반 전원, 냉장고, 세탁기 등 대형 가전제품 및 공장 설비에 공급됩니다 [2]. - 주요 비교 요약

  구분	DC (직류)	AC (교류)
  흐름 방향	일정함 (단방향)	주기적으로 반전 (양방향)
  주파수	0 Hz	50 Hz 또는 60 Hz (국가별 상이)
  전압 변환	어려움 (복잡한 장치 필요)	쉬움 (변압기 사용)
  저장	배터리에 저장 가능	직접 저장 불가능

  참고문헌

  [1] Bird, J. (2017). Electrical Circuit Theory and Technology (6th ed.). Routledge. https://www.gacbe.ac.in/images/E books/Bird - Electrical Circuit Theory and Technology 2nd Rev.pdf

  [2] U.S. Department of Energy. (n.d.). The War of Currents: AC vs. DC Power. https://www.energy.gov/articles/war-currents-ac-vs-dc-power

  [3] National Electrical Manufacturers Association (NEMA). (n.d.). Understanding AC vs. DC Power. https://www.nema.org/

• 그거 해보고 싶어. 긴급 경보 문자 올 때 사이렌 소리 주파수 측정하고 싶어. 인간이 불쾌해하고 위기감을 느끼도록 일부러 그렇게 만든 소리잖아. 그거 측정해보면 뭔가 볼만한 게 나오지 않을까.

프로젝트 안내

실습 1

1. 실제 고장 발생 시 진동 raw 데이터 제공(csv)
2. 그 데이터로 시간 그래프와 주파수 그래프를 직접 그림(FFT 포함됨)
3. 그 내용에 대해 발표하기. 1시간 주겠다.

실습 2

1. 선풍기를 가져왔다. 1, 2, 3단 가능함.
2. 진동을 직접 측정해보고 이 선풍기에 무슨 문제가 있는지 분석하고 발표하라.

실습 3

1. 각기 다른 결함이 있는 두 장비가 있다.
2. 진동을 측정해보고 그 결과에 대한 생각을 발표하라.

이론

오늘 배우는 거 PHM 맞음 내가 필기를 이런 것만 해서 그럼

• 열화상 카메라는 방사율이라는 걸 신경써서 사용해야 한다
  • 광택이 있는 금속성 물질은 그 반사하는 속성 때문에 남의 온도가 반사되어 보이거나, 자신의 온도조차 제대로 보이지 않게 촬영될 수 있다. 절연테이프 같이 방사율이 높은 것을 붙여두면 측정이 되고, 아님 센서의 방사율을 조정하라.
• 인버터 뭔지 알아요? 몰라?
  • 로봇도 움직이려면 컨트롤러가 필요해요. 모터 돌려야 해. 그럼 전기 넣어줘야지. 모터는 보통 AC 모터와 DC 모터가 있어요. DC 모터는 잔고장이 심해서 잘 안 써. AC 모터를 쓰려면 컨트롤러가 있고, 거기에 인버터 컨버터가 있어. 입력 전기는 DC인데 이걸 모터가 쓸 수 있는 AC로 바꿔주는 거야.
  • 인버터가 없으면 속도 제어가 안돼. 이걸 VVVF라고 해요. 전기 공급을 조절해서 속도를 바꾸는 거야. 그래서 인버터가 필요해.
• 말벌과 꿀벌의 날개 주파수 비교 사례: 논문 있음
  • https://www.dbpia.co.kr/journal/articleDetail?nodeId=NODE08748571
  • 김건, 김한수, 팽동국, 임윤규. (2019). 황말벌과 꿀벌의 음향 측정과 주파수 특성. Journal of Apiculture, 34(1), 7-13. 10.17519/apiculture.2019.04.34.1.7
  • 덤: 말벌이 싫어하는 주파수 - https://patents.google.com/patent/KR101810676B1/ko

이상 진동 유형

• 불균형: 1X가 지배적
• 정렬 불량: 다양한 피크가 발생함
• bent 샤프트
  • 로터가 오랫동안 정지했을 때 중력으로 인한 변형
• 구조적 문제
• 헐거움: 배수 성분이 아주 많이 나옴

각종 진단 방법과 사례

• 고주파에서 잘 보는 것 중 하나가 베어링 결함임
• 외륜: 일정한 진동 발생
• 내륜, 볼: 맥놀이처럼 생긴 진동 발생. 로드 존으로 올 때마다 진동이 심해짐. 로드 존에서 벗어나면 공차가 생겨서 약간 공간적 여유가 있기 때문.

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• 사이드 밴드는 변조된 주파수이자 문제가 생긴 곳으로부터 전달된 진동
  • 만약 10Hz 기어와 20Hz 기어가 돌아가는데, 20Hz 기어 쪽에 편심이 있다면 20Hz 간격으로 사이드밴드가 생긴다
• 사이드밴드가 커지는 건 해당 축(대상)에 문제가 있어서
• 사례를 많이 보긴 했는데 뭐 자료를 나눠받은 것도 아니고 보기만 해야 해서 뭘 필기해야 할지 모르겠음.
• 총진동값 한번씩 계산해보기
  • 그래프 간결하게 그릴 때 최대진폭, 총진동, 1x 피크 바 그래프 그리기