Tehnična preoblikovna rešitev za nezadovoljive delovanje močnega modula vakuumnega kontaktrja KC2

1. Pozadje projekta in pregled problema​
   Visokomogoten zračni kompresor pogaja 10kV srednjeponski motor, njegov zaganjalni ohišje je bilo prvotno oblikovano z metodo zaganjanja z avtomatskim transformatorjem. Postopek zaganjanja vključuje dva koraka:

1. ​Faza zaganjanja: Vakuumski kontakt KC1 se prvič zapne, da prekine zvezdo avtomatskega transformatorja, kar omogoča motorju, da se zažene na 7kV.
2. ​Faza delovanja: Po zaključku postopka zaganjanja se KC1 odpne, vakuumski kontakt KC2 pa se zapne, da prekine avtomatski transformator in poveže glavno 10kV kruto, s tem omogoči motoru delovanje na popolni napetosti.

​Osnovni problem: V praksi pogosto pride do nezanesljivosti širokopasovnega modula za oskrbo z električno energijo, ki je odgovoren za oskrbovanje navijača kontakta KC2. Nezanesljivost tega modula povzroča izgubo napetosti v navijaču kontakta, kar vodi do nenamernega odpinjanja KC2 in nepričakovanih stojnosti proizvodnega oprem, kar hudo vpliva na stabilnost in učinkovitost proizvodnje.

Izvirni širokopasovni modul za oskrbo z električno energijo je posiljena rektifikacijska naprava z naslednjimi ključnimi značilnostmi in zahtevami:

• ​Dinamično preklop napetosti: Morajo trenutno oddati 300V DC visoko napetost pri AC vhodu, da poganjajo zapiranje kontakta. Po zaprtju mora natančno preklopiti na 12V DC nizko napetost v približno 15ms, da ohranja stanje zapiranja. Če je čas preklopa prekratek, kontakt ne more zanesljivo zapreti; če je predaljen, lahko zgore zaporne vtičnice.
• ​Mehanizem spodbude preklopa: Spodbujanje temelji na merjenju izhodnega toka. Ko je zaznan visoki tok (kar kaže na zapiranje kontakta), se po 15ms preklopi na 12V; če toka ni zaznano, nadaljuje s podajanjem 300V.

​II. Analiza vzrokov nezanesljivosti​
​Neposredni vzrok: Pri lokalnih pregledih so bili zaznani ponavljajoči se zgori zapornih vtičnic v modulu. Ključni točki nezanesljivosti je bila starost notranjih krmil, ki je onemogočila pravočasen preklop izhodne napetosti s 300V na 12V po zaprtju kontakta. To je vodilo do trajnega izhoda visoke napetosti 300V, ki je generiral prevelik tok, ki je končno zgore zaporno vtičnico in onemogočil delovanje modula.

​Ključni vzroki:

1. ​Slaba disipacija toplote: Kontakt KC2 in modul za oskrbo z električno energijo sta nameščena znotraj zaganjalnega ohišja, ki je zaprto z omejeno ventilacijo in disipacijo toplote.
2. ​Nedostatek oblikovanja za vzdrževanje: Za tehnično zaščito je proizvajalec celotnega modula zaprt, kar je dodatno oviralo disipacijo toplote. Modul mora biti vključen med delovanjem, v visokotoplinskih okoljih pa elektronski komponenti hitro starajo, kar vodi do degradacije zmogljivosti in končno izgube normalne funkcije preklopa.

​III. Rešitev in izvedba​
​1. Osnovni pristop k preoblikovanju​
Zavrni "dvojno funkcionalnost" izvirnega modula (obdelava visokonapetostnega zapiranja in nizkonapetostnega držanja), ki je drag in podvržen nezanesljivosti. Uvedi rešitev z ločitvijo funkcij:

• ​Ponovna uporaba obstoječih komponent: Uporabi sposobnost izvirnega širokopasovnega modula za oskrbo z električno energijo, da trenutno odda 300V DC visoko napetost, specifično za poganjanje zapiranja kontakta.
• ​Dodajanje novih komponent: Uvedi samostojen, ekonomsko ugoden 12V DC regulirani modul za oskrbo z električno energijo, namenjen ohranjanju zapiranja kontakta po aktivaciji.
• ​Ključna krmilna funkcija: Takoj, ko kontakt zanesljivo zapre, kontrolni krog samodejno prekine napajanje izvirnega modula, s tem zagotovi, da deluje le kratkoročno. To prepreči zgore zaradi dolgotrajnega delovanja v visokonapetostnem načinu.

​2. Ključne komponente in funkcije preoblikovanega sistema​

• ​Izvirni širokopasovni modul za oskrbo z električno energijo: Preusmerjen, da zagotavlja samo trenutno 300V zapirajočo napetost.
• ​Nov 12V DC modul za oskrbo z električno energijo: Odgovoran za zagotavljanje trajne 12V držilne napetosti, nameščen zunaj zaganjalnega ohišja v dobro prostranskem okolju.
• ​Izolacijski diodi (2 enote)​: Izolirajo viri 300V in 12V, da preprečijo medsebojno motnjo in pretok.
• ​Krmilni rele (KA1)​: Pridružuje logične krmilne signale, da zagotovi zaporedno izvajanje operativnega procesa.
• ​Zaščitni krog proti skakanju: Dejstvuje kot varnostna redundanta, da prepreči ponavljajoče se cikel "zapiranje-odpiranje" kontakta v nenormalnih pogojih.

​IV. Rezultati preoblikovanja​
Ta tehnično preoblikovanje je prineslo pomembne gospodarske in operativne prednosti:

1. ​Značilno zmanjšanje stroškov: Dodatek novega 12V modula za oskrbo z električno energijo (ki stane približno 100 RMB na enoto) je zamenjal izvirni širokopasovni modul (ki stane približno 5.000 RMB na enoto), kar je značilno zmanjšalo stroške vzdrževanja na napravo in prineslo visoko vračanje investicije.
2. ​Optimizirano delovno okolje: Nov 12V modul je nameščen zunaj ohišja, kar veliko izboljša disipacijo toplote in omogoča enostavno spremljanje stanja in vzdrževanje na spletu.
3. ​Prolongiran življenjski čas opreme: Izvirni modul deluje le kratkoročno, kar značilno zmanjša opotrebitev. Nov modul deluje v idealnem okolju, s tem zagotavlja dolgo življenjsko dobo. Celotna rešitev značilno prolongira življenjski čas sistema za oskrbo z električno energijo KC2.
4. ​Visoka prilagodljivost: Ta rešitev se lahko izvede ali kot popravilo po nezanesljivosti izvirnega modula ali kot preventivna tehnična nadgradnja pred nezanesljivostjo, kar omogoča prilagodljivost ne glede na stanje izvirnega modula.
5. ​Dokazana operativna stabilnost: Praktično delovanje je dokazalo zanesljivost in učinkovitost te rešitve. Prva partija preoblikovanih naprav deluje stabilno več kot dva leta brez nobenih stojnosti zaradi težav z oskrbo z električno energijo KC2, kar v celoti potrjuje prednost te rešitve.