인버터 보수점검인버터장치는 생산성 향상, 에너지 절감 등을 목적으로 해 산업계를 비롯한 민간분야까지 폭넓게 적용되고 있다.최근에는 제어기술 및 반도체의 급속한 진보에 따라 성능이 대폭 향상됐고, 동시에 고신속성화를 추구해 보수절감도 추구되어 왔다.그러나 보수절감이 진보됐다고는 하나 무보수·무점검으로는 신뢰성 유지에 한계가 있다. 신뢰성을 유지하기 위해서는 빠른 시점에서 정기점검 등 적절한 유지관리에 의해 장해 제거가 필요하다.보전은 설비가 고장 난 후 수리한다(사후 보전)는 것보다도, 설비가 고장 나기 전에 진단을 해 수리하거나 부품교환을 통한 기능유지를 추구하는(예방 보전) 것이 생산유지 등의 면에서 경제적으로 한층 유효하다. 본 고는 이러한 관점에서 인버터 예방보전 방법에 관해 서술하고자 한다.부품 고장모드인버터는 IC, 저항, 콘덴서, 트랜지스터 등의 전자부품과 냉각팬, 릴레이 등 다수의 부품에 의해 구성되고 있다. 이들 부품은 영구적으로 수명을 갖고 있지 않기 때문에 내용(耐用)기간이 존재한다.일반적으로 부품의 고장 패턴은 <그림>에 표시한 것과 같이 초기고장, 우발고장, 마모고장기간으로 나뉜다. 고장패턴을 나타낸 곡선이 욕조(bathtub)와 같은 형태이기 때문에 배스터브곡선이라고 불린다. 초기 고장기간은 부품의 단체검사로 인해 불량품으로 추출되지 않은 것이 포함된다던지 납땜이 정상적으로 되어있지 않는 등 제조상 불량이 있는 경우, 초기 단계에서 고장이 발생하는 기간이다.우발고장기간은 초기고장이 지난 후, 일정한 확률로 고장이 발생할 기간으로 우발고장기간이라고 불린다. 우발고장은 낙뢰 등 돌발적인 환경 변화에 의한 것과 부품 내부 결함의 내재가 요인이 된다. 이 우발적 고장 기간의 길이를 유효수명(또는 내용연수)라고 부른다.이 우발고장기간이 지난 후 부품은 열화고장의 양상을 띄게 되고 마모고장기간으로 들어간다. 마모고장기간에는 시간의 경과와 함께 고장률이 상승하는 것이 특징이다.IC등 반도체 부품의 고장은 일반적으로 내용연수가 길어 장치부품 중에서는 고장률로 취급되는 것에 반해 알루미늄 전해콘덴서나 냉각팬, 릴레이 등은 유효수명부품의 대표적인 것으로 취급된다.내용연수나 수명은 사용조건에 크게 좌우되지만, 특히 알루미늄 전해콘덴서는 그 수명이 아레니우스(Arrhenius)의 법칙(10℃ 2배법칙 : 주변 온도를 10℃ 저하하는 것으로 수명이 2배 늘어난다)에 따른다. 마찬가지로 냉각팬 수명은 볼베어링(ball bearing)부의 그리스의 건조 정도에 따르지만, 이것도 사용온도가 높을 수록 수명이 짧아진다.릴레이류는 사용전압, 전류에 따라 수명이 거의 결정된다. 이 때문에 인버터 설치환경 및 사용조건에는 충분한 주의가 필요하다.각 부품의 수명과 영향요인여기에서는 각 부품의 수명과 사용조건 면에서 살펴본 영향도에 관해 서술한다.1. 알루미늄 전해콘덴서알루미늄 전해콘덴서 수명은 앞에서 설명한 아레니우스의 법칙에 따라 10℃ 온도가 내려가면 수명이 2배로 된다.이 때문에 제조회사에서 수명에 대한 설계방법이 달라지는 경우도 있지만, 인버터 사용조건에서 따라 그 수명은 크게 달라진다. 콘덴서 온도를 좌우하는 조건으로는 인버터 주변온도 및 부하율을 들 수 있다.인버터 주변온도가 높고 부하량이 클수록 인버터에 가하는 가혹한 사용조건이 되고 콘덴서의 수명도 짧아진다.2. 냉각팬볼베어링의 그리스 건조정도가 수명에 크게 영향을 끼친다. 따라서 팬 수명에도 사용온도가 수명에 영향을 줘, 알루미늄 전해콘덴서와 같이 온도가 높을수록 수명이 짧아진다.3. 릴레이릴레이 수명을 결정하는 것은 동작 시 가동부분에 가하는 물리적 스트레스로 결정되는 기계적 수명과 접점에 흐르는 전류, 전압의 차단에 의한 전기적 수명으로 나뉘는데, 일반적으로는 전기적 수명으로 그 수명이 결정되는 경우가 많다.전기적 수명을 좌우하는 것은 사용전압 및 전류이다. 이들의 정격보다 저감시켜 사용함으로써 장수명화를 기대할 수 있다. 콘트롤러 기판에서 인버터 동작상태를 검출하는 경우는 계전기보다도 오랜 수명을 기대할 수 있는 포토커플러(photo-coupler) 출력을 이용하는 편이 유리하다.4. 트랜지스터, 퓨즈주회로 부품으로 이용되고 있는 트랜지스터나 퓨즈에서도 수명은 존재한다. 이들의 수명을 결정하는 요인은 온도 사이클이다.급가감속을 빈번하게 반복하는 운전이나 부하가 지속적으로 인가된 용도에 사용되는 경우, 부품은 온도상승과 하강을 반복하게 된다. 이 온도의 상·하강이 부품을 구성하고 있는 재료의 열팽창율의 차이에 따른 뒤틀림이 발생해 물리적 열화를 부르는 것이다.최근에는 이 온도 사이클에 대한 수명도 검사하고 있기 때문에 제조회사로 문의해 기대하는 수명을 확보할 수 있는 인버터를 선정할 필요가 있다. 5. 그 외 부품CPU를 비롯한 IC, 케이스를 구성하는 플라스틱케이스 및 판금부품에도 수명은 존재한다. 전자는 알루미늄 마이그레이션(migration)으로 대표되고 후자는 사용 환경이나 진동 등이 영향을 미친다. 어느 쪽이든 사용온도나 환경에 유의하는 것으로 장수명화가 가능하다.예방보전과 그 내용초기고장은 제작 후의 검사와 디버깅(debugging)에 따라 제조회사에서 출하되기 전에 제거되는 것이 일반적이다. 따라서 보전을 검사하기 위해서는 우발고장기간 이후를 검사하면 좋다.우발고장은 고장이 돌발적으로 발생하기 때문에 앞서 대책을 세우는 것은 일반적으로 어렵다. 그 때문에 FMEA(Failure mode and effects analysis)등을 비롯해 고장해석 방법을 이용해 사전에 그 대책을 세우는 것으로 성과를 올리고 있다. 또 고장률이나 부품의 평균고장간격(MTBF)등 총 합량에 의해 보수부품의 상비화와 고장 시 바이패스회로를 설계하는 등 꼼꼼한 대책을 세우는 것도 유효한 대책이 된다. 마모고장은 내용수명 후에 발생하고 고장의 발생이 시간의 경과와 함께 증가한다. 또 마모고장기간 전에 해당부품의 신제품으로 교환 등을 하는 것으로 생산의 유지 및 설비의 장수명화가 실현할 수 있게 된다.<표1>에 예방보전항목과 그 내용을 서술했다. 점검대상은 주변 환경, 각부 부품으로 각각의 중요도에 의해 일상점검, 년 1회의 정기점검 등으로 분류하고 있다. 그 내용은 시각, 청각, 후각으로 불량의 1차 판단과 청소를 하는 내용으로 되어 있다.또한 <표2>에 부품교환 기간의 기준을 표시했다. 수명에의 고려는 제조회사마다 다른 것이 일반적이다. 그 때문에 구체적인 보수점검방법에 관해서는 설비의 중요도와 운전상황, 설치환경 등에 대해 제조회사와 협의한 후 결정하는 것이 바람직하다.<표2>를 적용하는 경우에는 아래와 같은 배려가 필요하다.(1) <표2>에 서술한 교환연수는 <그림>의 마모고장 기간까지의 년수 기준으로, 이 기간을 경과한 시점에서 신품과 교환을 하면 마모고장이 꽤 높은 확률로 예방할 수 있는 것을 알 수 있다. 그러나 이 년수는 일반적인 기준으로, 제조회사에 따라 수명에 대한 고려도 다르기 때문에 실제로는 매입한 제조회사의 의견을 얻어 보전계획을 세우는 것이 좋다.(2) 사용 환경(주변온도·통풍조건)이나 사용률(부하율·전압 인가 시간율)에 의해서 교환조건이 변하기도 하기 때문에 주의가 필요.(3) 인버터를 아래의 조건에서 사용하는 경우는 부품의 열화가 앞당겨 질 가능성이 있기 때문에 주의가 필요① 온도, 습도가 높은 장소 혹은 그 변화가 심한 장소에서 사용하는 경우② 운전, 정지를 빈번하게 반복하는 경우③ 전원(전압, 주파수, 파형변형 등)이나 부하 변동이 큰 경우④ 진동, 충격이 많은 장소에 설치된 경우부품열화와 인버터 움직임부품이 열화한 경우 인버터의 움직임에 변화가 나타나게 된다. 이 변화를 빨리 발견해 보전함으로써 안전운전을 유지할 수 있다.1. 주회로 알루미늄 전해콘덴서알루미늄 전해콘덴서가 열화한 경우는 tanδ (손실각의 정접)이 상승하고, 정전용량이 감소한다. 이 때 인버터 현상으로는·인버터 출력전류가 뒤틀리고, 모터의 토르크 립이 커진다.·감속 시 등에서 인버터 직류모선의 과전압보호가 동작하기 쉽게 된다.·약간의 순시정전에도 정전을 검출한다.이와 같은 현상이 발생하는 경우이다. 이들의 징후가 나타났을 경우, 주회로 알루미늄 전해콘덴서를 체크할 필요가 있다. 열화의 정도를 파악하기 어려울 때는 전해콘덴서 제조회사에 반송해 상세조사를 하는 것으로 열화정도를 확인하는 것이 가능하다.2. 냉각팬인버터에 사용되고 있는 부품 중에서 가장 수명이 짧은 부품의 하나로 꼽을 수 있다. 일반적으로 냉각팬 수명은 회전수의 저하에 따라 규정되고 있는 것이 많다. 열화되면 회전수가 감소해 그 풍량이 저하한다.따라서 이 때에 인버터의 현상으로는·주변온도가 상승한 경우 또는 부하가 클 때 냉각팬의 오버히트 이상이 검출된다.·냉각팬의 베어링부에서 이상음이 난다.등의 현상이 나타난다. 이러한 경우는 팬 교환을 한 후, 대상 팬을 제조회사로 보내 조사확인을 한다.3. 릴레이특히 콘트롤러 기반의 인버터 내부 상태를 출력하는 릴레이는 고빈도로 사용되는 경우가 있다. 릴레이가 열화한 경우 접점이 거칠어지고 이것이 원인이 되어 접점의 접촉 불량이 발생하는 경우가 있다.릴레이의 개폐 수명 데이터도 쉽게 구할 수 있기 때문에, 사용빈도를 고려해 예방보전을 하는 것이 바람직하다. 4. 트랜지스터, 퓨즈트랜지스터 온도 사이클에 따른 열화를 진단하기 위해서는 제조회사에 의해 트랜지스터 개봉조사가 필요하기 때문에 조기에 발견하는 것은 일반적으로는 어렵다.고빈도에서 급가감속을 반복하는 용도 등은 특히 주의해 미리 제조회사에 그 온도 사이클 내량을 문의해두는 동시에 실 운전 상황을 파악해 일정 사이클이 경과한 후 트랜지스터를 개봉 조사해 열화정도를 파악하는 방법을 취한다.한편 퓨즈에 관해서는 퓨즈 저항치를 측정하는 것으로 열화를 판정하는 것이 가능하다.부품은 거의 수명을 갖고 있는 유한 수명 부품이라고 불린다. 여기에서 그 중에서도 비교적 수명이 짧고 인버터 수명에 영향을 미친다고 생각되는 부품의 주요한 것에 관해 그 내용과 열화 조기발견에 관해 설명했다.고신뢰성의 확보와 안정운전을 위해서는 인버터 개발설계기술, 부품의 신뢰성 향상과 함께 유저 모두 협력이 꼭 필요하다. 앞으로도 지도편달을 바란다.