Техническое решение по преобразованию модуля питания для устранения неисправности вакуумного контактора KC2

1. Описание проекта и обзор проблемы​
   Высокомощный воздушный компрессор приводится в действие 10-киловольтным средневольтным двигателем, а его пусковой шкаф изначально был спроектирован с использованием метода пуска с помощью автотрансформатора. Пусковой процесс состоит из двух этапов:

1. ​Этап пуска: Вакуумный контактор KC1 сначала подключается, чтобы замкнуть звезду автотрансформатора, что позволяет двигателю запуститься при 7 кВ.
2. ​Этап работы: После завершения пускового процесса KC1 отключается, а вакуумный контактор KC2 подключается, чтобы замкнуть автотрансформатор и подключить основную цепь 10 кВ, позволяя двигателю работать на полном напряжении.

​Основная проблема: В ходе фактической эксплуатации модуль питания широкого диапазона напряжений, отвечающий за питание катушки контактора KC2, часто выходит из строя. Этот отказ модуля приводит к потере питания катушки контактора, что вызывает ненормированное отключение KC2 и незапланированные простои производственного оборудования, серьезно влияя на стабильность и эффективность производства.

Изначальный модуль питания широкого диапазона напряжений представляет собой усовершенствованное выпрямительное устройство со следующими ключевыми характеристиками и требованиями:

• ​Динамическое переключение выходного напряжения: Он должен мгновенно выдавать 300 В постоянного тока при входном переменном токе для приведения контактора в действие. После подключения он должен точно переключаться на 12 В постоянного тока примерно через 15 мс, чтобы поддерживать состояние подключения. Если время переключения слишком короткое, контактор не сможет надежно подключиться; если слишком длинное, может сгореть предохранитель.
• ​Механизм триггера переключения: Триггер основан на обнаружении выходного тока. Когда обнаруживается высокий ток (что указывает на подключение контактора), он переключается на 12 В через 15 мс; если ток не обнаружен, он продолжает выдавать 300 В.

​II. Анализ корневых причин отказа​
​Прямая причина: При осмотре на месте было обнаружено повторное сгорание предохранителей в модуле. Основной точкой отказа была внутренняя старение цепи, что препятствовало своевременному переключению выходного напряжения с 300 В на 12 В после подключения контактора. Это привело к продолжительному высоковольтному выходу 300 В, генерировавшему чрезмерный ток, который в конечном итоге сжигал предохранитель и делал модуль неэффективным.

​Корневые причины:

1. ​Неблагоприятные условия теплоотвода: Контактор KC2 и модуль питания установлены внутри пускового шкафа, который закрыт и имеет ограниченную вентиляцию и теплоотвод.
2. ​Дизайн с дефектом обслуживания: Для технической защиты производитель оборудования полностью герметизировал модуль, что еще больше затрудняло теплоотвод. Модуль должен оставаться подключенным во время работы, и в условиях высоких температур электронные компоненты быстро стареют, что приводит к снижению производительности и в конечном итоге к потере нормальной функции переключения.

​III. Решение и реализация​
​1. Основной подход к трансформации​
Отказаться от "двухфункционального" дизайна исходного модуля (обработка как высоковольтного подключения, так и низковольтного удержания), который является дорогим и склонным к отказам. Принять решение о разделении функций:

• ​Использование существующих компонентов: Использовать способность исходного модуля питания широкого диапазона напряжений мгновенно выдавать 300 В постоянного тока, специально для приведения контактора в действие.
• ​Добавление новых компонентов: Ввести независимый, недорогой модуль питания 12 В постоянного тока, предназначенный для поддержания подключения контактора после активации.
• ​Критический контроль: В момент, когда контактор надежно подключается, схема управления автоматически отключает питание исходного модуля, обеспечивая его работу только на короткое время. Это предотвращает сгорание, вызванное длительной работой в режиме высокого напряжения.

​2. Ключевые компоненты и функции трансформированной системы​

• ​Исходный модуль питания широкого диапазона напряжений: Переоборудован для предоставления только мгновенного напряжения подключения 300 В.
• ​Новый модуль питания 12 В постоянного тока: Отвечает за предоставление устойчивого удерживающего напряжения 12 В, установлен вне пускового шкафа в хорошо проветриваемом месте.
• ​Диоды изоляции (2 шт.)​: Изолируют источники питания 300 В и 12 В, чтобы предотвратить взаимное вмешательство и обратный поток.
• ​Реле управления (KA1)​: Предоставляет логические сигналы управления, чтобы обеспечить последовательное выполнение операционного процесса.
• ​Цепь антидребезга: Служит резервным дизайном безопасности, чтобы предотвратить повторные циклы "подключения-отключения" контактора в случае аномальных условий.

​IV. Результаты трансформации​
Эта техническая трансформация принесла значительные экономические и операционные преимущества:

1. ​Значительное снижение затрат: Добавление нового модуля питания 12 В (стоимостью около 100 юаней за единицу) заменило исходный модуль питания широкого диапазона (стоимостью около 5000 юаней за единицу), значительно снизив затраты на обслуживание каждого устройства и обеспечив высокую окупаемость инвестиций.
2. ​Оптимизация условий эксплуатации: Новый модуль 12 В установлен вне шкафа, что значительно улучшило теплоотвод и позволило удобное онлайн-мониторинг состояния и обслуживание.
3. ​Увеличение срока службы оборудования: Исходный модуль работает только кратковременно, что значительно снижает износ. Новый модуль работает в идеальных условиях, обеспечивая долговечность. Общее решение значительно продлевает срок службы системы питания KC2.
4. ​Высокая гибкость: Это решение можно реализовать как мера ремонта после отказа исходного модуля, так и профилактическое техническое обновление до отказа, предоставляя гибкость независимо от состояния исходного модуля.
5. ​Проверенная операционная стабильность: Практическая эксплуатация показала надежность и эффективность решения. Первая партия преобразованных устройств стабильно работает более двух лет без простоев, вызванных проблемами питания KC2, полностью подтверждая превосходство решения.