Chroma 19036 다기능 전기안전도 분석기는 코일이나 모터의 손상된 부분을 진단하기 위한 전기안전도 분석기로서 Hi-Pot(AC/DC), 절연 저항(IR), DC 저저항(DCR) 및 임펄스 와인딩 테스트(IWT)등 5가지 시험을 하나의 장비로 시험하기 위한 다기능 분석 장비입니다. Hi-Pot 테스트의 경우 최대 AC 5kV/DC 6kV, IR 측정의 경우 최대 DC 5kV 출력, 4-와이어 DCR 측정의 경우 2mΩ ~ 2MΩ의 저항을 측정할 수 있으며, IWT의 경우 최대 DC 6kV까지 시험할 수 있습니다. 또한 스캔 테스트 기능를 통해 한 번에 여러 개의 시료(DUT)를 테스트할 수 있어서 제조 공정에서 테스트 시간과 인건비를 절약하여 생산 효율성을 크게 향상시킬 수 있으며, 특히 스캐닝 테스트 기능은 16채널 외부 스캐닝 박스 2개에 연결하여 최대 40개의 채널을 지원할 수 있는 옵션도 제공하고 있습니다.
플래시오버 검출(ARC Detection))
전기적인 플래시오버(아크) 현상은 일시적 또는 비 연속적으로 방전이 발생하는 현상입니다. 이러한 전기적인 플래시오버(아크)는 높은 전위차 또는 전기장에 의해 절연재의 내부 또는 표면이 원래의 절연 특성을 잃게 됩니다. 방출된 전기 에너지가 제품의 절연 물질을 손상시킬 정도로 크면 절연 물질은 서서히 탄화 되고 전기가 흐르는 전기적 통로를 형성하여 절연이 파괴되어 제품이 단락(Short) 됩니다. 만약 판단 조건을 누설 전류로만 사용하는 경우에는 테스트 중 비정상적인 전기적인 방전(플래시오버)이 발생할 경우에는 불량품을 검출할 수 없게 됩니다. 따라서 시험 중 판단 조건을 비정상적인 전기적 방전이 발생한 불량품을 효과적으로 검출하기 위해 테스트 전압이나 누설 전류의 변화율을 이용해야 합니다. 이것이 플래시오버 시험 기능이 Hi-pot 검사에 필요한 항목인 이유입니다. 19036은 누설 전류의 변화율을 감지하여 AC 및 DC Hi-pot 테스트 모드에서 플래시오버 감지 기능을 제공합니다.
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▲ 플래시오버가 없는 AC Hi-Pot 테스트와 플래시오버가 있는 AC Hi-Pot 테스트의 비교
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▲ 플래시오버가 없는 AC Hi-Pot 테스트와 플래시오버가 있는 AC Hi-Pot 테스트의 비교
4-선 측정 / 2-선 측정
19036의 10개 채널 모두 4-선 DC 저저항 측정(2mΩ~2MΩ)이 가능합니다. 따라서 19036은 다중 코일/다중 권선으로 구성된 부품(모터, 변압기 등)에 대해 높은 정확도의 DCR 측정을 제공할 수 있습니다. 채널은 2개의 외부 채널 스캐닝 옵션을 사용하여 최대 40 채널까지 확장할 수 있습니다.
외부 채널 스캐너 옵션：
- 4-와이어 측정 스캐너 옵션: A190362 ( 4-선 측정 )
- 2-와이어 측정 스캐너 옵션: A190359 ( 2-선 측정 )
DCR 밸런스(DCR Balance)
모터의 DC 저 저항이 불균형을 이루게 되면, 모터가 동작 할 때 모터의 회전이 불규칙하게 되고, 이로 인해 모터는 많은 에너지 손실과 진동이 발생할 수 있습니다. 이러한 모터의 회전이 불규칙한 상태로 장기간 사용할 경우 모터의 품질은 서서히 저하됩니다. DCR 밸런스 모드의 판단 방법은 모든 권선의 최대 DCR 값과 최소 DCR 값의 차이를 비교하는 것입니다. 만약 시험 제품의 DCR 값 차이가 설정된 허용 범위를 초과할 경우 Fail/NG로 판단합니다. 이러한 시험은 모터의 제품 신뢰성 테스트를 위한 효과적인 방법입니다.
온도 보상
DC 저 저항(DCR) 값을 측정할 때 온도 차이로 인해 발생하는 측정값 불일치가 종종 발생합니다. 따라서 온도가 다르면 DCR의 측정값도 온도에 따라 달라집니다. 19036의 온도 보상 기능은 각종 온도 프로브의 온도 계수와 연동해 측정된 DCR값을 목표 온도의 저항 값으로 변환하여 온도 차이로 인한 측정 영향을 줄입니다.
고속 프로브 콘텍 체크(High Speed Contact Check)
테스트 루프에 개방(Open) 회로가 있을 경우 결함(NG)이 있는 제품이 정상 제품으로 판정될 수 있으며, 이로 인해 유효하지 않은 테스트 결과가 발생할 수 있습니다. 테스트 루프에 단락이(Short) 있을 경우, Hipot시험을 하기 전에 테스트 지그나 픽스쳐의 손상을 줄이기 위해 사전에 미리 확인이 필요합니다. 고속 프로브 콘텍 체크 검사는 모든 채널의 테스트 루프를 빠르게 스캔하여 DUT에 대한 모든 접점이 정상/양호한지 확인할 수 있으므로 Hi-pot 테스트가 그 어느 때보다 빠르게 수행될 수 있습니다.
오픈 숏 체크(Open Short Check)
오픈/숏 점검(특허 번호 254135) 기능은 테스트 픽스쳐와 시험하고자 하는 시료 간에 개방 회로(접촉 불량)가 있는지, 그리고 권선과 철심 사이에 단락이 있는지 여부를 감지할 수 있습니다. 개방/단락 점검의 판단 기준은 테스트 루프의 커패시턴스값으로 합니다. 테스트 고정부와(지그 또는 픽스쳐) DUT가 확실히 연결되어 있으면 테스트 루프의 커패시턴스값이 허용 범위 내에 있게 됩니다. 그러나 테스트 고정부와(지그 또는 픽스쳐) DUT가 확실하게 연결되지 않은 경우 테스트 루프의 커패시턴스값이 허용 범위보다 낮고 개방된 것으로 판단됩니다. 테스트 고정부(지그 또는 픽스쳐) 또는 DUT에 단락이 있으면 테스트 루프의 커패시턴스값이 허용 범위보다 높고 단락으로 판단됩니다.
고주파 컨텍 체크(High Frequency Contact Check)
19036의 AC 및 DC Hi-Pot 테스트 모드는 모두 고주파수 컨텍 체크 검사를 할 수 있습니다. 고주파수 컨텍 체크 검사는 오픈/숏 검사와 유사하지만 더 높은 테스트 주파수를 사용하여 작은 커패시턴스(1pF~100pF)값에 대한 오픈/숏 검사에도 용이합니다.
생산 라인은 여러 개의 DUT(테스트 지점)를 동시에 테스트하여 Hi-pot 테스트를 실행함으로써 생산 속도를 높이는 경우가 많습니다. 단, 병렬 테스트의 테스트 결과가 불량일 경우 각 제품별로 양품과 불량품(NG)를 구분하기 어려우므로, 다른 테스트 스테이션에서 후속 테스트를 수행하여 양품과 불량품(NG)를 구분해야 합니다. 따라서 테스트 스테이션이 추가되어 생산 비용과 시간이 증가합니다. 서브 스텝 기능은 메인 스텝의 Fail 결과를 서브 스텝의 실행을 위한 조건으로 사용합니다. 이 때문에 메인 스텝(병렬 테스트)의 테스트 결과가 실패할 경우, 테스트 절차는 서브 스텝(단일 테스트)으로 진입하여 개별 테스트를 실시함으로써 불량(NG) 제품을 신속하게 판단하고 생산성과 검사 품질을 최적화할 수 있습니다.
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▲ 다중 트랜스포머 테스트 배선도
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GFI(Ground Fault Interrupt)기능은 생산현장 오퍼레이터를 보호하기 위해 사용됩니다. 작업자가 갑자기 전기 충격을 받았을 때GFI 기능은 즉시 19036 장비의 출력을 차단하여 작업자를 전기적인 상해로부터 보호합니다. GFI 기능은 접지에서 리턴 전류(iH)를 감지하기 위해 리턴 전류(i2)의 총합과 리턴 전류(i1)의 차이를 비교합니다. 접지에서 리턴 전류(iH)가 0.5mA(일반)보다 크면 GFI기능이 작동해 19036의 출력이 즉시 차단됩니다.
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▲ 접지 장애 차단 기능 계통도
임펄스 와인딩 테스트는 적절한 테스트 전압을 사용하여 권선 부품에 "비파괴", 고속의 낮은 에너지의 임펄스 전압을 인가해 시험합니다. 시료의 양부 판정은 기준은 골든 샘플의 마스터 파형과 시료에서 측정된 파형의 차이를 비교/분석하여 시료(DUT)가 양품 또는 불량(NG) 제품인지 판단합니다. 권선 부품에 임펄스 와인딩 시험을 하면 잠재 결함을 찾아 낼 수 있습니다. 이러한 잠재 결함의 예는 층간 단락, 턴과 단락, 플래시오버(아크 방전), 코로나 방전 등이 있습니다. 시료(DUT)의 인덕턴스와 부유 커패시턴스 사이의 공진에 의해 생성되는 공진 파형의 진동 감쇠는 제품의 품질이 양품인지 여부를 판단하는데 사용할 수 있습니다. 진동 감쇠 상태는 시험 중인 시료( DUT)의 에너지 손실 상태를 나타냅니다. 스위치를 켜면 임펄스 전압이 시료(DUT)에 인가됩니다. 시료(DUT)에 인가된 테스트 전압은 권선 사이의 절연 거리가 충분한지 확인 하는 데 사용됩니다. 스위치가 꺼지면 시료( DUT)의 인덕턴스가 부유 정전용량과 공진합니다. 공진 파형의 진동 감쇠 상태는 시료(DUT)의 품질을 확인하는 데 사용됩니다.
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▲ 임펄스 와인딩 테스트의 등가 회로도
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▲ 임펄스 와인딩 테스트 파형
면적(Area)
스위치가 켜지면 임펄스 전압이 DUT에 인가되고 DUT는 테스트 루프의 커패시턴스와 공진합니다. 피크 전압은 DUT의 권선간 절연 거리를 확인하는데 사용됩니다. 권선간 절연 거리가 임펄스 권선 시험전압을 견디기에 충분하지 않으면 권선 사이에 방전이 발생하여 공진 파형의 전체 면적이 작아집니다.
스위치를 끄면 DUT가 부유 커패시턴스와 공진합니다. 공진 파형의 진동 감쇠 상태는 DUT의 품질을 확인하는 데 사용됩니다. 공진 파형의 진동 감쇠 상태는 DUT의 품질에 영향을 받습니다. DUT의 품질이 좋지 않으면 공진 파형이 더 빨리 감쇠 되어 DUT의 공진 파형의 전체 영역이 골든 샘플의 영역보다 작아집니다. 따라서, 면적비교 판정은 절연거리가 부족하거나 품질이 불량한 제품을 확인하는데 사용할 수 있습니다.
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▲ 영역 다이어그램
파형차이 면적 비교 (Difference Area)
임펄스 전압이 DUT에 인가되면 DUT가 테스트 루프의 커패시턴스와 공진합니다. DUT의 인덕턴스가 골든 샘플의 인덕턴스 주파수와 다른 경우 DUT의 공진 주파수도 골든 샘플의 인덕턴스 주파수와 다릅니다. 따라서 DUT의 공진 파형과 골든 샘플 사이에는 겹치지 않는 영역이 있습니다. 차등 구역 판단은 DUT의 공진 파형과 골든 샘플 사이에 있는 겹치지 않는 영역의 총량을 계산한 다음 백분율을 표시하여 골든 샘플의 공진 파형의 총 영역과 비교합니다. 골든 샘플과 일정한 인덕턴스 차이가 있는 제품을 분류하기 위해 면적(Area) 판단과 함께 사용하는 것이 좋습니다.
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▲ 차등 구역 다이어그램
플러터(Flutter)
턴간 절연거리가 충분하지 않지만 절연 파괴를 일으키기에 충분하지 않은 DUT에 임플스 전압이 인가되면 소량의 방전(예, 코로나 방전)이 발생 합니다. 이 소량의 전기 방전의 에너지 방출은 절연 파괴보다 작기 때문에 공진 파형의 전체 면적은 크게 영향을 받지 않습니다. 따라서 미량의 방전을 검출하기 위해 면적(Area) 판정 사용하는 것은 어렵습니다. 플루터 판정은 전체 수직 변동(위 아래)을 계산하고 DUT와 골든 샘플 간의 차이를 비교합니다. 작은 방전이 발생하면 공진 파형에 약간의 진동이 있기 때문에 공진 파형의 전체 수직 변동이 증가합니다. 따라서 공진 파형의 전체 수직 변동의 증가는 작은 방전을 감지하는 데 사용할 수 있습니다.
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▲ 소량 전기 방전 다이어그램
라플라시안(Laplacian)
미세한 전기 방전(예: 코로나 방전)이 발생하면 공진파형에 약간의 진동이 발생하여 평탄해야 할 공진 파형이 평탄하지 않게 됩니다. 따라서 공진 파형은 급격한 기울기 변화를 가집니다. 라플라시안 판단은 2차 미분 계산을 사용하여 공진 파형의 기울기 변화의 최대 비율을 계산합니다. 따라서 라플라시안 판정은 공진 파형에서 작은 전기 방전에 의해 발생하는 급격한 기울기 변화를 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 그리고, 효과적으로 임플스 와인딩 시험을 하는 동안 미세한 방전이 발생한 불량품을 효과적으로 선별할 수 있습니다.
ΔPeak%
Peak Ratio%는 DUT의 에너지 손실 성능과 관련이 있으며, DUT의 에너지 손실 성능은 DUT의 Quality/Q 값과 관련이 있습니다. Peak Ratio%는 공진 파형의 3차 피크 전압(V3)과 5차 피크 전압(V5)을 자동으로 찾아 5차 피크 전압(V5)을 3차 피크 전압(V3)으로 나눈 백분율을 계산할 수 있습니다. 이렇게 하면 설정의 복잡성을 줄이고 사용자가 사용하기 쉽게 만듭니다. 따라서 DUT의 Quality/Q 값이 나쁠 때 DUT 공진 파형의 감쇠율이 더 빨라지고 피크 비율이 더 작아 집니다.
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▲ Peak Ratio and Δ Peak Ratio 다이어그램
DUT의 품질이 골든 샘플보다 더 나쁘거나 열악하거나 DUT 공진 파형의 감쇠율이 골든 샘플보다 빠르면 DUT의 공진 파형의 피크 비율이 골든 샘플보다 작거나 낮습니다. ΔPeak % 판정은 DUT와 골든 샘플 간의 피크 비율 차이를 비교하기 위해 DUT의 공진 파형의 피크 비율에서 골든 샘플의 공진 파형의 피크 비율을 빼므로 ΔPeak % 판정은 음의 결과를 가져옵니다. 따라서 ΔPeak % 판정은 골든 샘플보다 에너지 손실이 더 심한 DUT를 효율적으로 선별할 수 있습니다.
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ΔResonant Area
스위치를 끄면 DUT는 부유 커패시턴스와 공진합니다. 공진 파형의 진동 감쇠 상태는 DUT의 품질을 확인하는 데 사용됩니다. 공진 파형의 진동 감쇠 상태는 DUT의 품질에 영향을 받습니다. DUT의 품질이 좋지 않으면 공진 파형이 더 빨리 감쇄되어 DUT의 공진 파형의 전체 영역이 골든 샘플의 전체 영역보다 작아집니다. ΔResonant Area판정은 Area 판정과 매우 유사합니다. 유일한 차이점은 ΔResonant공진 영역 판단은 스위치가 꺼진 후 DUT의 공진 파형과 골든 샘플의 공진 파형 간의 전체 면적 차이만을 비교한다는 것입니다. 따라서 ΔResonant Area 판정은 Area 판정보다 민감하여 품질이 좋지 않은 제품을 선별할 때 유용합니다.
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▲ 공진 구역 다이어그램
Δfr%
스위치를 끄면 DUT가 부유 커패시턴스와 공진합니다. DUT와 골든 샘플 간 공진 주파수의 차이는 DUT의 인덕턴스 또는 부유 케패시턴스의 차이를 확인하는데 사용할 수 있습니다. DUT의 공진 주파수는 인덕턴스 또는 부유 커패시턴스에 반비례하므로 공진 주파수가 높을수록 인덕턴스 또는 부유 커패시턴스는 작아집니다. 반면에 공진 주파수가 낮을수록 인덕턴스 또는 부유 커패시턴스가 커집니다. Δ ƒr %는 DUT의 공진 주파수와 인덕턴스 또는 부유 커패시턴스 간의 상관 관계를 사용하여 DUT와 골든 샘플 간의 인덕턴스 또는 부유 커패시턴스의 차이를 비교합니다. Δ ƒr %는 DUT와 골든 샘플 간의 공진 주파수 차이를 백분율로 계산합니다. 이러한 이유로 Δ ƒr %를 사용하여 DUT와 골든 샘플 사이의 인덕턴스 또는 부유 커패시턴스의 차이를 확인할 수 있습니다.
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▲ Δfr% and Δ(L*C)% 변환 차트
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▲ Δfr 다이어그램
IWT 비교
3상 모터의 고정자와 세 권선간 의 차이가 너무 크면 모터 회전자의 회전이 불균형해질 수 있습니다. IWT 비교 모드는 다양한 권선/위상 간에 IWT의 교차 비교를 수행하고 권선/위상 간에 큰 차이가 있는 제품을 분류할 수 있습니다.
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▲ IWT 비교 다이어그램
IWT(Impulse Winding Test) BDV(Breakdown Voltage) 모드
IWT BDV 모드(IWT 파괴 전압 모드)는 권선 부품의 최고 내전압을 결정할 수 있습니다. R&D 엔지니어는 IWT BDV 모드를 사용하여 제품을 분석 및 연구하고 제품의 약점을 개선할 수 있습니다. IWT BDV 모드는 시작 전압(V start)에서 종료 전압(V end)까지 테스트 전압을 100단계(V step)의 비율로 점진적으로 증가시킵니다. 시험 전압이 상승하는 동안 모든 시험 전압의 공진 파형을 이전 시험 전압의 공진 파형과 비교합니다. Area 또는 라플라시안(Laplacian) 값이 상한 또는 하한 한계를 초과하면 DUT 권선 간 절연이 비정상적인 현상이 나타나기 시작했음을 나타내며 이전 테스트 전압이 이 DUT의 최고 내전압, 즉 BDV 전압이 됩니다.
구성품: 모터 고정자, 변압기, 인덕터 등
권선 부품의 제조 공정에서 권선 제품의 품질을 보증하기 위해 Hi-Pot(AC/DC) 테스트, 절연 저항(IR) 측정, DC 저 저항(DCR) 측정, 임펄스 와인딩 테스트(IWT) 등을 사용할 것을 권고하고 있습니다. (Mechanical & Machinery Industry Standard - JB/T 7080 규격 참조)
19036에는 10개의 독립 채널을 가지고 있어 다중 모터 고정자(예: 3상 모터 고정자 3개)를 스캐닝 테스트로 한 번에 테스트 할 수 있어서 생산 성을 높일 수 있습니다.
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권선 부품 ΔPeak % 및 Δƒr%의 테스트 응용
Quality/Q 값이 더 나쁜 DUT는 더 많은 에너지를 잃어버리기 쉽고 더 많은 열을 쉽게 발생합니다. 장기간 사용 시 온도 상승으로 인해 정상 제품보다 품질 저하가 더 빨라 사용 수명이 짧아집니다. ΔPeak %의 하한은 허용 범위 내에서 Quality/Q 값이 하한에 가까운 제품을 사용하여 설정할 수 있습니다.
DUT의 공진 파형의 공진 주파수는 인덕턴스와 부유 커패시턴스(Cp)의 영향을 받을 수 있습니다. 부유 용량(Cp)은 코일 권선의 감긴 강도에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 권선의 감김 강도가 크면 Cp가 커집니다. 권선의 감긴 강도가 약하면 Cp가 작아집니다. 인덕턴스는 권선수와 철심의 투자율(μ)에 영향을 받습니다. 권수가 많거나 투자율(μ)이 높을수록 인덕턴스가 커집니다. 권수가 적거나 투자율(μ)가 낮으면 인덕턴스가 작아집니다. Δƒr%의 상한과 하한은 허용 범위(상한과 하한 사이) 이내인 제품을 사용하여 설정할 수 있습니다.
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▲ 결함 사유와 PK% & Δƒr% 사이의 관계
Δ/Y DCR
Δ/Y형 모터 고정자의 3상은 이미 함께 연결되어 있으므로(중성선 유무에 관계없이) 각 단상의 DC 저 저항(DCR) 측정하는 것은 불가능 합니다. 그러나 19036의 Δ/Y DCR 모드는 스페셜 계산 방법을 사용하여 3 개의 서로 다른 위상에 대한 각 위상의 권선의 개별 DCR 값을 계산할 수 있습니다.
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40-채널 스캐닝 테스트
A190362(4-선 DCR 측정 지원) 및 A190359(2-선 DCR 측정 지원)의 외부 스캔너에는 각각 16개의 테스트 채널이 있습니다. 각 채널은 HIGH(양극), LOW(음극) 또는 NONE(개방회로)으로 설정할 수 있습니다. 19036과 외부 스캐너를 사용하여 멀티 채널 측정을 가능케 하고 하나의 테스트 스테이션 내에서 여러 개의 DUT에 대한 모든 테스트를 수행할 수 있습니다.
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