Solución de Transformación Técnica para el Fallo del Módulo de Energía del Contactor de Vacío KC2

1. Antecedentes del Proyecto y Resumen del Problema​
   El compresor de aire de alta potencia está impulsado por un motor de media tensión de 10kV, y su gabinete de arranque estaba originalmente diseñado con un método de arranque por autotransformador. El proceso de arranque consta de dos etapas:

1. ​Etapa de Arranque: Primero se activa el contactor de vacío KC1 para cortocircuitar el punto estrella del autotransformador, permitiendo que el motor se inicie a 7kV.
2. ​Etapa de Funcionamiento: Después de completar el proceso de arranque, KC1 se desactiva, y se activa el contactor de vacío KC2 para cortocircuitar el autotransformador y conectar el circuito principal de 10kV, permitiendo que el motor funcione a plena tensión.

​Problema Principal: Durante la operación real, el módulo de alimentación de ancho de banda responsable de suministrar energía al bobinado del contactor KC2 falla con frecuencia. Este fallo del módulo provoca que el bobinado del contactor pierda energía, resultando en una desconexión anormal de KC2 y paradas no planificadas del equipo de producción, lo que afecta severamente la estabilidad y eficiencia de la producción.

El módulo de alimentación de ancho de banda original es un dispositivo de rectificación mejorado con las siguientes características y requisitos principales:

• ​Cambio Dinámico de Tensión de Salida: Debe generar 300V DC de alta tensión instantáneamente a partir de la entrada AC para impulsar la conexión del contactor. Después de la conexión, debe cambiar con precisión a 12V DC de baja tensión en aproximadamente 15ms para mantener el estado conectado. Si el tiempo de cambio es demasiado corto, el contactor no puede conectarse de manera confiable; si es demasiado largo, puede quemar el fusible.
• ​Mecanismo de Disparo de Cambio: El disparo se basa en la detección de corriente de salida. Cuando se detecta una corriente alta (indicativa de la conexión del contactor), cambia a 12V después de 15ms; si no se detecta corriente, continúa generando 300V.

​II. Análisis de Causas Raíz del Fallo​
​Causa Directa: Las inspecciones en sitio revelaron repetidos quema de fusibles en el módulo. El punto de fallo principal fue el envejecimiento del circuito interno, lo que impidió el cambio oportuno de la tensión de salida de 300V a 12V después de la conexión del contactor. Esto resultó en una salida sostenida de 300V de alta tensión, generando una corriente excesiva que finalmente quemó el fusible y dejó el módulo ineficaz.

​Causas Raíz:

1. ​Ambiente de Disipación de Calor Deficiente: El contactor KC2 y el módulo de alimentación están instalados dentro del gabinete de arranque, que está cerrado con ventilación y disipación de calor limitadas.
2. ​Fallo en el Diseño de Mantenimiento: Por protección técnica, el fabricante encapsuló todo el módulo, lo que dificultó aún más la disipación de calor. El módulo debe permanecer alimentado durante la operación, y en entornos de alta temperatura, los componentes electrónicos envejecen rápidamente, lo que lleva a la degradación del rendimiento y la pérdida eventual de la función de cambio normal.

​III. Solución e Implementación​
​1. Enfoque Central de Transformación​
Abandonar el diseño "dual-función" del módulo original (manejo tanto de la conexión de alta tensión como del mantenimiento de baja tensión), que es costoso y propenso a fallas. Adoptar una solución de separación de funciones:

• ​Reutilización de Componentes Existentes: Utilizar la capacidad del módulo de alimentación de ancho de banda original para generar 300V DC de alta tensión momentáneamente, específicamente para impulsar la conexión del contactor.
• ​Agregar Nuevos Componentes: Introducir un módulo de alimentación regulada de 12V DC independiente y de bajo costo dedicado a mantener la conexión del contactor después de la activación.
• ​Control Crítico: El momento en que el contactor se conecta de manera confiable, el circuito de control corta automáticamente la alimentación al módulo original, asegurando que opere solo brevemente. Esto evita el quema causada por la operación prolongada en modo de alta tensión.

​2. Componentes y Funciones Clave del Sistema Transformado​

• ​Módulo de Alimentación de Ancho de Banda Original: Reutilizado para proporcionar solo tensión de conexión momentánea de 300V.
• ​Nuevo Módulo de Alimentación de 12V DC: Responsable de proporcionar tensión de mantenimiento sostenida de 12V, instalado fuera del gabinete de arranque en un área bien ventilada.
• ​Diodos de Aislamiento (2 unidades)​: Aislar las fuentes de alimentación de 300V y 12V para evitar interferencias mutuas y retroceso.
• ​Relé de Control (KA1)​: Proporciona señales de control lógicas para garantizar la ejecución secuencial del proceso de operación.
• ​Circuito Anti-Rebote: Sirve como un diseño de redundancia de seguridad para prevenir ciclos repetitivos de "conexión-desconexión" del contactor en condiciones anormales.

​IV. Resultados de la Transformación​
Esta transformación técnica ha generado beneficios económicos y operativos significativos:

1. ​Reducción Significativa de Costos: La adición de un nuevo módulo de alimentación de 12V (que cuesta aproximadamente 100 RMB por unidad) reemplazó al módulo de ancho de banda original (que cuesta aproximadamente 5,000 RMB por unidad), reduciendo drásticamente los costos de mantenimiento por dispositivo y ofreciendo un alto retorno de la inversión.
2. ​Optimización del Entorno de Operación: El nuevo módulo de 12V se instala fuera del gabinete, mejorando enormemente la disipación de calor y permitiendo un monitoreo de estado en línea conveniente y mantenimiento.
3. ​Extensión de la Vida Útil del Equipo: El módulo original opera solo brevemente, reduciendo significativamente el desgaste. El nuevo módulo opera en un entorno ideal, asegurando una larga vida útil. La solución general extiende notablemente la vida útil del sistema de alimentación de KC2.
4. ​Alta Flexibilidad: Esta solución se puede implementar como una medida de reparación después del fallo del módulo original o como una actualización técnica preventiva antes del fallo, ofreciendo flexibilidad independientemente del estado del módulo original.
5. ​Estabilidad Operativa Comprobada: La operación práctica ha demostrado la confiabilidad y efectividad de la solución. El primer lote de dispositivos transformados ha funcionado de manera estable durante más de dos años sin ninguna parada causada por problemas de alimentación de KC2, validando plenamente la superioridad de la solución.