Электрооборудование вагонов

СОДЕРЖАНИЕ.

1.      Расчет освещения

1.1. Расчет освещения малого помещения

1.2. Расчет освещения прохода купейного прохода

2.      Проектирование электропривода

2.1. Расчет мощности электродвигателей

2.2. Расчет двигателя конденсатора вентилятора

2.3. Расчет двигателя компрессора холодильной машины

3.      Выбор двигателей постоянного тока. Построение характеристик

3.1. Выбор двигателя

3.2. Расчет пусковых резисторов

4.      Регулирование частоты вращения

5.      Проектирование электронагревателя

5.1. Расчет мощности электронагревателя

6.      Источники питания

6.1. Подбор подвагонного генератора

7.      Расчет проводов

7.1. Расчет проводов освещения

7.2. Расчет проводов вентилятора

7.3. Расчет проводов кипятильника

8.      Выбор аппаратов защиты

8.1. Система освещения

8.2. Расчет предохранителя вентилятора

8.3. Предохранители кипятильника

9.      Система автоматического управления электроотоплением

10. Литература

1.                Расчет освещения.

Расчет освещения ведется методом использования коэффициента светового потока.

1.1.           Расчет освещения малого помещения (купе)

Потребный световой поток светильника находится по формуле:

, лм (1.1), где

E – заданная минимальная освещенность;

S – освещаемая площадь, м2;

К – коэффициент запаса;

Z – отношение средней освещенности к минимальной;

η – коэффициент использования светового потока;

N – число светильников, для которых ведется расчет.

Для вагонов ЦМВСВ с кондиционированием воздуха и индивидуальной системой энергоснабжения освещенность люминесцентных ламп:

Е = 50 лк;              К = 1,5;              S = ab;              а = 1,927 м и b = 1,75 м

Z = 1,1

N = 1

Для определения η находим индекс помещения i :

, где

h – высота подвески светильника под рабочей поверхностью.

h = 1,79 м

Оцениваем отражающую способность поверхности помещения:

ρ потол. = 70%, ρ стен. = 50%, ρ раб. п. = 30%;

По таблице с методического указания находим η = 23% = 0,23.

Для освещения купе принимаем двухламповые светильники.

Световой поток лампы в светильнике должен действовать на 60% поверхности больше светового потока светильника.

Так как в светильнике двухламповый световой поток, то одна лампа будет создавать поток в 2015 лм.

Выбираем светильник ВП-2 40

Выбираем лампы ЛДЦ-40 (2 шт.)

Технические характеристики лампы ЛДЦ-40.

P = 40 Вт;              L = 1213,6 мм;              d = 40 мм;              F = 2100 мм

1.2.           Расчет освещения прохода купейного прохода

Определяем количество светильников в проходе.

              (1.2)

принимаем светильники типа ВП - 240 лампы принимаем ЛДЦ-40

Fл = 2100 мм

E = 50 лк

S = 15,3 м2

K = 1,5

Z = 1,1

n = 2

определяем индекс помещения , где b = 0,85 м, h = 2,1 м,

принимаем η = 0,12, т. к.

ρ потол. = 50% - для темных потолков;

ρ стен. = 50%, - для темных стен и не зашторенных окон.

ρ раб. п. = 10% - для темной нижней рабочей поверхности (пола).

W - % - световой поток, приходящийся на нижнюю полусферу, принимаем 50%.

, принимаем 6 штук.

Для освещения прохода ЦМВСВ необходимо 6 светильников.

2.                Проектирование электропривода

2.1.           Расчет мощности электродвигателей

В вагонах с кондиционированием воздуха электродвигатели используются в приводах вентилятора воздуховода, вентилятора конденсатора холодильной установки компрессора.

Расчет двигателя вентилятора воздуховода.

Вентиляция пассажирских вагонов осуществляется для обеспечения требуемого воздухообмена, охлаждения или подогрева воздуха и создания повышенного давления, препятствующего проникновению пыли в помещения для пассажиров.

Мощность двигателя определяется по формуле:

, кВт (2.1),

где К=1,1÷1,3 – коэффициент запаса,

Q –               максимальная производительность вентилятора м3/с;

для установки МАБ-II Q = 1,4 м3/с.

Н – аэродинамическое сопротивление вентиляционной системы, Па

Нс = 350+150=500 Па

А – коэффициент перевода А=1000,

ηв – полный КПД вентилятора, ηв = 0,4÷0,6

ηп – КПД передачи ηп = 0,85÷1,0

2.2.           Расчет двигателя конденсатора вентилятора

Мощность двигателя определяется по формуле (2.1).

Аэродинамическое сопротивление конденсаторов:

Мк = 180 Па, Q = 4,5 м3/с

2.3.           Расчет двигателя компрессора холодильной установки

Компрессор холодильной установки предназначен для отсоса паров хладагента из испарителя, сжатия и нагнетания их в конденсатор.

Мощность двигателя рассчитывают по формуле:

, кВт, где

Сх – количество циркулирующего в системе хладагента, кг/с

Сх = 0,33 кг/с;

l – теоретическая работа сжатия в компрессоре, кДж/кг,

l = 25 кДж/кг;

ηi – индикаторный КПД, ηi = 0,75

ηм – механический КПД ηм = 0,85

ηп – КПД передачи ηп = 0,9

3.     Выбор двигателей постоянного тока. Построение характеристик.

3.1.           Выбор двигателя

Выбор двигателя будем производить по мощности компрессора.

Выбираем электродвигатель типа 2пм180м.

Технические данные двигателя:

Рп = 15 кВт,

Nn = 1000 об/мин,

Umax = 3000 об/мин,

η= 85,5 %

3.2.           Расчет пусковых резисторов

Расчет выполняется следующим образом. Вычисляем переключающий ток:

, А (3.1), где

Рп – мощность двигателя, кВт;

Uп – номинальное напряжение; В

Определяем внутреннее сопротивление якоря двигателя:

(3.2), где

η – КПД двигателя η = 85,5%

Задаемся числом пусковых ступеней m. Берем 2 ступени и вычисляем отношение максимального тока к переключающему:

(3.3)

Величина максимального тока

Условие не выполняется, поэтому увеличиваем число ступеней m = 3.

Определяем сопротивление резисторов:

(3.5)

,

,

,

Общее пусковое сопротивление.

              (3.6)

Для построения пусковой характеристики двигателя нужно вычислить скорость идеального холостого хода:

              (3.7)

Строим характеристику.

Рис. 3.2.1

Схема включения пусковых сопротивлений.

Рис. 3.2.2

Масштаб сопротивлений:

4.                Регулирование частоты вращения

Для обеспечения комфорта в пассажирских вагонах предусматривается изменение производительности вентиляторов, компрессоров и других механизмов в зависимости от температурных режимов внутри и снаружи вагона. Это обеспечивается изменением частоты вращения электро-двигателей.

Для расчета резисторов в цеп возбуждения задаются диапазоном регулирования частоты вращения числом ступеней регулирования.

Определяем коэффициент ослабления магнитного поля.

              (4.1), где

nmax – максимальная частота вращения, об/мин;

nu – номинальная частота вращения, об/мин;

z – число ступеней регулирования

частота вращения каждой ступени составили:

1)               (4.2)

2)

3)

Магнитный поток возбуждения для каждой скорости определяем:

1)               (4.3)

2)

3)

Соответственно ток возбуждения для каждой скорости определяют по кривой намагничивания машины постоянного тока [1].

Величина номинального тока возбуждения машины постоянного тока:

Сопротивление резисторов для каждой ступени находят по формуле:

                            (4.4)

Сопротивление каждой секции реостата:

;             

5.                Проектирование электронагревателя

Электрические нагреватели вагонов используются в системах отопления, электрокипятильниках, для обогрева труб водоснабжения и др. Печи устанавливаются в пассажирских помещениях, а калориферы в нагнетательном вентиляционном воздуховоде.

В качестве электронагревателей применяют трубчатые электро-нагреватели (ТЭНы).

5.1.           Расчет мощности электронагревателя

Мощность кипятильника.

, кВт                            (5.1), где

К = 1,1÷1,3 – коэффициент запаса, учитывающий падение напряжения и старения нагревателей;

- КПД нагревательного прибора 0,85÷0,95

Q – потребная теплопроизводительность, Вт

а) в режиме подогрева:

выбираем: ТЭН-81, Р=0,63кВт; U=110 В

б) в режиме кипения:

,

выбираем: 2 ТЭНа-78, , Р=800 Вт; U=110 В

Схема соединения электронагревательных приборов.

Рис. 5.1.2

6.          Источники питания

Основными источниками электроэнергии в вагонах с индивидуальной системой электроснабжения являются подвагонные генераторы и аккумуляторные батареи. Батареи подбирают такой емкости, чтобы обеспечивалось питание основных потребителей в течении нескольких часов.

Аккумуляторная батарея включается параллельно генератору и воспринимает пики нагрузки, возникающие при одновременном включении нескольких потребителей. Это позволяет ограничивать мощность генератора и не допускать перегрузок.

Значение коэффициентов спроса и мощностей отдельных потребителей ЦМВСВ приведены в таблице:

Таблица 6.1

Выбираем аккумуляторную батарею типа ТНЖ-250.

Щелочная АБ; напряжение 110 В; номинальное допустимое напряжение 88 В. Емкость АБ-250 Ач.

6.1.           Подбор подвагонного генератора

Потребная мощность подвагонного генератора определяется по формуле:

              (6.1), где

- номинальное напряжение, В

                            - эквивалентный ток генератора, А

, где

- ток подзаряда аккумуляторной батареи, А

- ток потребителя, А

Кс – коэффициент спроса

                            - максимальный ток генератора, А

Величина тока подзаряда аккумуляторной батареи для щелочных принимается:

                            (6.2), где

Q – емкость батареи, Ач

По таблице 16 [1] подбираем тип генератора: К694L/XR44L

Технические характеристики:

Р = 21,5 кВт

-         рабочей диапазон вращения 600-3000 об/мин;

-         диапазон рабочего напряжения 110-135 В;

-         масса 1000 кг;

-         страна изготовитель ВНР.

7.             Расчет проводов

Выполнение электрических сетей вагонов производится проводами и кабелями с медными жилами, которые обусловлены ГОСТ 6598-73.

Рассчитывать провода будем для сети освещения, вентилятора и кипятильника.

7.1.           Расчет проводов освещения

Токовые нагрузки определяют по формуле:

, для купе

где              Р – мощность, Вт;

              U – напряжение сети, В

                                          - коэффициент мощности.

По таблице 22 [1] выбираем 2 одножильных провода S = 1 мм2 I = 16 А

По таблице 18 [1] выбираем провод ППСВ-1-660 ГОСТ 6598-73

Проверим провода на допустимые падения напряжения

                            (7.2), где

S – площадь сечения провода, мм2;

P – мощность потребителя, кВт;

L – длина проводника от щита до потребителя, м

7.2.           Расчет проводов вентилятора

Токовые нагрузки определяем по формуле:

              (7.3)

По таблице 22 [1] выбираем2 одножильных провода с S = 1 мм2 I = 16 А

По таблице 18 [1] выбираем провод ППСВ-1000 Uп – 1000 В; число жил - 1÷2;

Диапазон сечений жил 1,0-6,0 мм

Проверим провода на допустимые падения напряжения по формуле (7.2)

7.3.           Расчет проводов кипятильника

Токовые нагрузки определим по формуле:

;             

По таблице выбираем 2 одножильных провода с S = 2,5 мм2 и I = 27 A

Выбираем провод ППСВ-1000 ГОСТ6598-73

Проверим провода на допустимые падения напряжения по формуле (7.2)

Выбранные провода соответствуют установленными нормами.

8.             Выбор аппаратов защиты

В качестве аппаратов защиты электрических цепей и отдельных потребителей могут применятся плавкие предохранители и автоматические включатели с типовыми и электромагнитными расцепителями. К приборам защиты предъявляются следующие требования:

1)                  Температура аппарата защиты не должна превышать допустимую для сети;

2)                  Аппараты защиты не должны обрабатывать при кратковременных перегрузках;

3)                  Время срабатывания защиты должно быть обратно пропорцио-нально величине тока перегрузки;

4)                  Защитные устройства должны обеспечивать отключение сети при коротких замыканиях в конце линии.

Расчет предохранителя.

8.1.           Система освещения

Плавкие вставки предохранителей выбираем по расчетному току

по таблице 25 [1] выбираем предохранители трубчатые ПР-2.

Технические данные:

,                            ,                            

8.2.           Расчет предохранителя вентилятора

8.3.           Предохранители кипятильника

по табл. [1] 25 выбираем трубчатый предохранитель ПР-2; технические данные: ,                            ,                            

9.          Система автоматического управления электроотоплением

Схема системы автоматического управления электроотоплением приведена на листе чертежа.

В переходные времена года при температуре воздуха от 15°С помещение вагона могут обогреваться при помощи электроотопления с напряжением 125 В. оно содержит электрический калорифер 341 (316) мощностью 6 кВт и электропечи 3 и 2 – 3 и 7 (317-320) общей стоимостью 5,5 кВт.

В каждой из 9-ти купе установлено по одной электропечи мощностью 0,5 кВт. Эти электропечи мощностью 0,5 кВт собраны в две группы: 5 электропечей 4 и 4 (318) в купе 1-5 и 4 электропечи 3 и 5 (320) в купе 6-9. Установлено по одной эл. печи мощностью 0,5 кВт, напряжением 60 В, в служебном отделении 3 и 2 (317) и в купе для проводников 3 и 3 а такие в туалетах 3 и 6 и 3 и 7 (319). Электропечи 3 и 2 и 3 и 3 (317) и 3 и 6 и 3 и 7 (319) включены попарно последовательно, так как они рассчитаны на номинальное напряжение 60 В, а питаются от сети с напряжением 110 В защита от токов коротких замыканий и перегрузок цепи отдельных электропечей осуществляется соответствующими автоматическими выключателями 3е7 – 3е12 (317-319) на токи 6 и 25А, а защита общей цепи эл. печей 3е3, 3е4 (317) на ток 63 А под воздействием термоавтоматики эл. печи включается конблокиратором 3с3 (317) при температуре, в купе ниже 22°С, а при достижении этой температуры отключается.

Электрокалорифер включается контактором 3с4 (316) при работающем электродвигателе вентилятора вагона на низкой частоте вращения и температуре 18°С в канале проточного воздуха, а при достижении температуры 20°С отключается.

В переходные времена года эл. печи и электрокалорифер питаются как от подвагонного генератора, так и от аккумуляторной батареи. Зимой при работе основного комбинированного отопления для поддержания заданной температуры. В помещениях вагона дополнительно работают только эл. печи, однако лишь при питании от вагонного генератора. При этом электрический калорифер не работает.

Рассмотрим цепи управления контакторов электропечей и электрического калорифера.

Катушка контактора 3с3 (307) эл. печей получает питание от провода КЦ1 через контакт главного режимного переключателя 3b2 (307) во втором положении «отношение переходное» и размыкающее реле 1d1, или через другой контакт переключателя 3b2 (305) во втором и третьем положениях «отношение переходное» и «отопление основное» и замыкающий контакт реле 1d1 (306).

Размыкающий контакт реле 1d1 (307) замкнут при питании от аккумуляторной батареи, а замыкающий контакт реле 1d1 (306) замкнут при работающем генераторе. Включается и отключается автоматически под действием ртутного контактного термометра 3 и 11f3 (305) на 22°С в цепи промежуточного реле 3d2 (307) которого включается и отключается катушка контактора 3с3 (307). Если t в купе ниже 22°С, то разомкнут контакт ртутного термометра 3 и 11f3 (305) в цепи промежуточного реле 3d2. Через его замкнутый контакт 3d2 (307) получает питание катушка контактора 3с3, замыкающего цепь эл. печи 3 и 2 – 3 и 7 (317-320). Когда в купе t = 22°С, то замыкается контакт ртутного термометра 3 и 11f3 (305). Промежуточное реле 3d2 включается и его размыкающим контактором 3d2 (307) разрывается цепь питания катушки контактора 3с3, который отключает эл. печи. Температура воздуха в помещении вагона уменьшается. При снижении температуры ниже 22°С размыкается контакт термометра 3 и 11f3 (305) и цикл повторяется.

Катушка контактора 3с4 (309) эл. калорифера получает питание от провода КЦ1 через контакт переключателя 3b2 (307) только во втором положении отопление «переходное» размыкающий контакт промежуточного реле 3d1 (309) и замыкающий блок-контакт 4с1 контактора эл. двигателя вентилятора вагона.

Введение этой блокировки контактора 4с1 предусмотрена, чтобы не допустить включения эл. калорифера при неработающей вентиляции во избежании недопустимого перегрева электронагревательных приборов. Включается и отключается электрокалорифер автоматически под воздействием двух ртутных контакторных термометров: 3 и 10f3 (453) на 18°С и 3 и 10f4 (302) на 20°С, через соответствующие промежуточные реле 4d9 (453) и 3d11 (300).

Если температура в канале притока воздуха ниже 18°С, то термометр 3 и 10f3 (453) разомкнута цепь катушки промежуточного реле 3d1. Контактором 3d1 (309) создается цепь питания катушки контактора 3с4, который включает эл. калорифер 3п1 (316).

Одновременно сигнальная лампа 3h11 (311) получает питание через блок-контакт 3с4 контактора и резистор 3r1. Работа эл. калорифера приводит к повышению температуры. Когда температура в канале превышает 18°С замыкается контакт ртутного термометра 3 и 10f3 (453) и включается реле 4d9 (300) єл. калорифер продолжает подогревать воздух. При t=20°C замыкаются контакт 3 и 10f4 (302), включается реле 3d1 (300), его замыкающий контакт 3d1 (309) разрывает цепь питания катушки контактора 3с4, который отключает эл. калорифер 3 и 1 (316).

10.              Литература

1.      Егоров В. П. Эксплуатация электрооборудования пассажирских вагонов. М.: Транспорт, 1980, 296 с.

2.      Зворыкин М. А., Черкез В. М. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах. М.: Транспорт, 1977, 288 с.

3.      Зорохович А. Е., Либман А. З. Электро- и радиооборудование пассажирских вагонов. М.: Транспорт, 197, 399 с.

4.      Фаерштейн Ю. О., Китаев Б. Н. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах. М.: 1984 г.