Soluzione di Trasformazione Tecnica per il Guasto del Modulo di Alimentazione del Contattore a Vuoto KC2

1. Contesto del progetto e panoramica del problema​
   Il compressore ad aria ad alta potenza è alimentato da un motore a media tensione di 10kV, e il suo quadro di avviamento era originariamente progettato con un metodo di avviamento a riduzione di tensione tramite autotrasformatore. Il processo di avviamento si compone di due fasi:

1. ​Fase di avviamento: Il contattatore a vuoto KC1 si attiva per prima cosa per cortocircuitare il punto stella dell'autotrasformatore, permettendo al motore di avviarsi a 7kV.
2. ​Fase di funzionamento: Al termine del processo di avviamento, KC1 si disattiva e il contattatore a vuoto KC2 si attiva per cortocircuitare l'autotrasformatore e collegare il circuito principale a 10kV, consentendo al motore di operare a piena tensione.

​Problema centrale: Durante l'operazione effettiva, il modulo di alimentazione a larga gamma di tensioni responsabile dell'alimentazione della bobina del contattatore KC2 ha frequentemente malfunzionamenti. Questo malfunzionamento del modulo causa la perdita di alimentazione della bobina del contattatore, portando a una disconnessione anomala di KC2 e a interruzioni non pianificate delle attrezzature di produzione, con un grave impatto sulla stabilità e sull'efficienza della produzione.

Il modulo di alimentazione a larga gamma di tensioni originale è un dispositivo di rettificazione migliorato con le seguenti caratteristiche e requisiti fondamentali:

• ​Commutazione dinamica della tensione di uscita: Deve fornire istantaneamente una tensione continua elevata di 300V all'ingresso in corrente alternata per attivare l'ingaggio del contattatore. Dopo l'ingaggio, deve commutare accuratamente a una tensione continua bassa di 12V entro circa 15ms per mantenere lo stato di ingaggio. Se il tempo di commutazione è troppo breve, il contattatore non può ingaggiarsi in modo affidabile; se è troppo lungo, può bruciare il fusibile.
• ​Mechanismo di trigger di commutazione: L'attivazione si basa sulla rilevazione della corrente di uscita. Quando viene rilevata una corrente elevata (indicante l'ingaggio del contattatore), commuta a 12V dopo 15ms; se non viene rilevata corrente, continua a fornire 300V.

​II. Analisi delle cause radicate del malfunzionamento​
​Causa diretta: Le ispezioni sul campo hanno rivelato ripetuti bruciamenti di fusibili nel modulo. Il punto di fallimento centrale era l'invecchiamento dei circuiti interni, che impediva la commutazione tempestiva della tensione di uscita da 300V a 12V dopo l'ingaggio del contattatore. Ciò ha portato a una tensione continua elevata di 300V prolungata, generando una corrente eccessiva che alla fine ha bruciato il fusibile e reso inutilizzabile il modulo.

​Cause radicate:

1. ​Ambiente di dissipazione termica povero: Il contattatore KC2 e il modulo di alimentazione sono installati all'interno del quadro di avviamento, che è chiuso con una ventilazione e dissipazione del calore limitate.
2. ​Difetto di progettazione della manutenzione: Per protezione tecnica, il produttore dell'attrezzatura ha incapsulato l'intero modulo, ulteriormente ostacolando la dissipazione del calore. Il modulo deve rimanere alimentato durante l'operazione e, in ambienti ad alta temperatura, i componenti elettronici invecchiano rapidamente, portando a una degradazione delle prestazioni e alla perdita finale della funzionalità di commutazione normale.

​III. Soluzione e implementazione​
​1. Approccio di trasformazione centrale​
Abbandonare la progettazione "doppia funzione" del modulo originale (gestione sia dell'ingaggio ad alta tensione che del mantenimento a bassa tensione), costosa e soggetta a malfunzionamenti. Adottare una soluzione di separazione delle funzioni:

• ​Riutilizzo dei componenti esistenti: Sfruttare la capacità del modulo di alimentazione a larga gamma di tensioni originale di fornire momentaneamente una tensione continua elevata di 300V, specificamente per attivare l'ingaggio del contattatore.
• ​Aggiunta di nuovi componenti: Introdurre un modulo di alimentazione regolato a 12V DC indipendente e a basso costo, dedicato a mantenere l'ingaggio del contattatore dopo l'attivazione.
• ​Controllo critico: Nel momento in cui il contattatore si ingaggia in modo affidabile, il circuito di controllo interrompe automaticamente l'alimentazione del modulo originale, assicurando che operi solo brevemente. Ciò evita il bruciamento causato da un'operazione prolungata in modalità ad alta tensione.

​2. Componenti chiave e funzioni del sistema trasformato​

• ​Modulo di alimentazione a larga gamma di tensioni originale: Riproposizionato per fornire solo una tensione di ingaggio momentanea di 300V.
• ​Nuovo modulo di alimentazione a 12V DC: Responsabile della fornitura di una tensione di mantenimento sostenuta di 12V, installato all'esterno del quadro di avviamento in un'area ben ventilata.
• ​Diodi di isolamento (2 unità)​: Isolano le fonti di alimentazione a 300V e 12V per prevenire interferenze reciproche e reflusso.
• ​Relè di controllo (KA1)​: Fornisce segnali di controllo logico per garantire l'esecuzione sequenziale del processo operativo.
• ​Circuito anti-bouncing: Serve come design di ridondanza di sicurezza per prevenire cicli ripetuti di "ingaggio-disingaggio" del contattatore in condizioni anormali.

​IV. Risultati della trasformazione​
Questa trasformazione tecnica ha portato a significativi benefici economici e operativi:

1. ​Riduzione significativa dei costi: L'aggiunta di un nuovo modulo di alimentazione a 12V (costo di circa 100 RMB per unità) ha sostituito il modulo a larga gamma di tensioni originale (costo di circa 5.000 RMB per unità), riducendo drasticamente i costi di manutenzione per dispositivo e offrendo un alto ritorno sull'investimento.
2. ​Ottimizzazione dell'ambiente operativo: Il nuovo modulo a 12V è installato all'esterno del quadro, migliorando notevolmente la dissipazione del calore e consentendo un facile monitoraggio dello stato e manutenzione online.
3. ​Allungamento della vita utile dell'attrezzatura: Il modulo originale opera solo brevemente, riducendo significativamente l'usura. Il nuovo modulo opera in un ambiente ideale, assicurando una lunga durata. La soluzione complessiva estende notevolmente la vita utile del sistema di alimentazione KC2.
4. ​Alta flessibilità: Questa soluzione può essere implementata sia come misura di riparazione dopo il malfunzionamento del modulo originale, sia come aggiornamento tecnico preventivo prima del malfunzionamento, offrendo flessibilità indipendentemente dalle condizioni del modulo originale.
5. ​Stabilità operativa dimostrata: L'operazione pratica ha dimostrato l'affidabilità ed efficacia della soluzione. Il primo lotto di dispositivi trasformati ha operato in modo stabile per oltre due anni senza interruzioni causate da problemi di alimentazione di KC2, confermando appieno la superiorità della soluzione.