진공 컨택터 KC2의 전원 모듈 고장에 대한 기술적 개선 솔루션

1. 프로젝트 배경 및 문제 개요​
   고출력 공기 압축기는 10kV 중압 모터에 의해 구동되며, 기존의 시작 캐비닛은 자동변압기 저하 시작 방식으로 설계되었습니다. 시작 과정은 두 단계로 구성됩니다:

1. ​시작 단계: 진공 접촉기 KC1이 먼저 작동하여 자동변압기 별점 사이를 단락시키고, 모터가 7kV에서 시작됩니다.
2. ​운전 단계: 시작 과정이 완료되면 KC1이 해제되고, 진공 접촉기 KC2가 작동하여 자동변압기를 단락시키고 10kV 주 회로를 연결하여 모터가 전압을 최대로 운전합니다.

​핵심 문제: 실제 운전 중에 KC2 접촉기 코일에 전력을 공급하는 넓은 전압 범위의 전원 모듈이 자주 고장납니다. 이 모듈의 고장으로 인해 접촉기 코일이 전력을 잃게 되어 KC2가 비정상적으로 해제되고 생산 장비가 예상치 못한 정지 상태에 빠져, 생산 안정성과 효율성을 심각하게 저하시킵니다.

기존의 넓은 전압 범위의 전원 모듈은 강화된 정류 장치로 다음과 같은 핵심 기능과 요구사항을 가지고 있습니다:

• ​동적 출력 전압 전환: AC 입력 시 즉시 300V DC 고전압을 출력하여 접촉기의 작동을 구동합니다. 작동 후에는 약 15ms 내에 정확히 12V DC 저전압으로 전환하여 유지 상태를 유지해야 합니다. 전환 시간이 너무 짧으면 접촉기가 신뢰성 있게 작동할 수 없으며, 너무 길면 퓨즈가 녹습니다.
• ​전환 트리거 메커니즘: 출력 전류 감지를 기반으로 트리거됩니다. 고 전류(접촉기 작동을 나타냄)가 감지되면 15ms 후 12V로 전환하며, 전류가 감지되지 않으면 계속 300V를 출력합니다.

​II. 고장 원인 분석​
​직접적인 원인: 현장 조사 결과, 모듈에서 반복적으로 퓨즈가 녹는 것으로 확인되었습니다. 핵심 고장 지점은 내부 회로 노화로 인해 접촉기 작동 후 출력 전압이 300V에서 12V로 적시에 전환되지 않는 것이었습니다. 이로 인해 300V 고전압 출력이 지속되어 과도한 전류가 발생하여 퓨즈가 녹고 모듈이 무효화되었습니다.

​근본적인 원인들:

1. ​열 방출 환경 불량: KC2 접촉기와 전원 모듈은 통풍과 열 방출이 제한된 밀폐된 시작 캐비닛 내부에 설치되어 있습니다.
2. ​유지보수 설계 결함: 기술적 보호를 위해 제조업체가 전체 모듈을 포장하여 열 방출을 더욱 방해했습니다. 모듈은 작동 중 계속 전원이 공급되어야 하며, 고온 환경에서는 전자 부품이 빠르게 노화되어 성능이 저하되고 결국 정상적인 전환 기능을 상실하게 됩니다.

​III. 해결책 및 구현​
​1. 핵심 변환 접근법​
고전압 작동과 저전압 유지라는 "이중 기능" 설계를 가진 원래 모듈(비용이 많이 들고 고장이 잦음)을 포기하고, 기능 분리 솔루션을 채택합니다:

• ​기존 구성 요소 재사용: 원래 넓은 전압 범위의 전원 모듈의 순간 300V DC 고전압 출력 능력을 활용하여 접촉기 작동을 구동합니다.
• ​새로운 구성 요소 추가: 활성화 후 접촉기 유지에 전념하는 독립적이고 저렴한 12V DC 정규 전원 모듈을 도입합니다.
• ​핵심 제어: 접촉기가 신뢰성 있게 작동하는 순간, 제어 회로가 원래 모듈의 전원을 자동으로 차단하여 잠시 동안만 작동하도록 합니다. 이렇게 하면 고전압 모드에서 장시간 작동으로 인한 퓨즈 녹김을 방지할 수 있습니다.

​2. 변환 시스템의 주요 구성 요소 및 기능​

• ​기존 넓은 전압 범위의 전원 모듈: 일시적인 300V 작동 전압만 제공하도록 재구성됩니다.
• ​새로운 12V DC 전원 모듈: 지속적인 12V 유지 전압을 제공하며, 통풍이 잘되는 시작 캐비닛 외부에 설치됩니다.
• ​절연 다이오드 (2개)​: 300V와 12V 전원 사이의 상호 간섭과 역류를 방지합니다.
• ​제어 계전기 (KA1)​: 작업 과정의 순차적 실행을 보장하기 위한 논리적 제어 신호를 제공합니다.
• ​반동 방지 회로: 이상 조건에서 접촉기의 반복적인 "작동-해제" 사이클링을 방지하기 위한 안전 중복 설계입니다.

​IV. 변환 결과​
이 기술적 변환은 경제적 및 운영상의 큰 이점을 가져왔습니다:

1. ​유지보수 비용 대폭 절감: 새로운 12V 전원 모듈(대략 100위안)을 추가하여 원래 넓은 전압 범위의 모듈(대략 5,000위안)을 대체하여 각 장치당 유지보수 비용을 크게 줄이고 높은 투자 수익률을 달성했습니다.
2. ​운영 환경 최적화: 새로운 12V 모듈은 캐비닛 외부에 설치되어 열 방출이 크게 개선되었으며, 온라인 상태 모니터링 및 유지보수가 편리해졌습니다.
3. ​장비 수명 연장: 원래 모듈은 잠시 동안만 작동하여 마모가 크게 줄었으며, 새로운 모듈은 이상적인 환경에서 작동하여 장수를 보장합니다. 이 솔루션은 KC2 전원 시스템의 서비스 수명을 크게 연장합니다.
4. ​높은 유연성: 이 솔루션은 원래 모듈이 고장 난 후 수리 조치로서 또는 고장 전에 예방적인 기술 업그레이드로서 구현될 수 있어, 원래 모듈의 상태에 관계없이 유연성을 제공합니다.
5. ​실증된 운전 안정성: 실제 운전에서 이 솔루션의 신뢰성과 효과성이 입증되었습니다. 첫 번째로 변환된 장치들은 2년 이상 KC2 전원 문제로 인한 정지 없이 안정적으로 작동하였으며, 이는 솔루션의 우수성을 완전히 검증하였습니다.