Лекция 11 «Назначение и условия работы электрооборудования пассажирских вагонов»

Электрическое оборудование в современных пассажирс­ких вагонах применяют для освещения, отопления, вентиля­ции помещения, подогрева подаваемого в вагон воздуха зи­мой и охлаждения его летом, охлаждения продуктов питания и питьевой воды, приготовления нищи и кипяченой воды, радиовещания и телефонной связи, облегчения труда поезд­ной бригады, обеспечения безопасности движения поезда.

По назначению вагонное оборудование можно разделить на следующие основные группы: источники электрической энергии (генераторы и аккумуляторные батареи); преобразо­ватели, изменяющие величину напряжения или тока, либо преобразующие один род тока в другой (постоянный в переменный и наоборот); устройства для электрического осве­щения вагонов с лампами накаливания и люминесцентны­ми лампами; электрические приводы вентиляторов, насо­сов, компрессоров и др.; электронагревательные приборы (электрические печи и калориферы); аппаратура автомати­ческого регулирования источников электрической энергии (регуляторы напряжения, ограничители тока и др.); пускорегулирующая аппаратура для включения и отключения потребителей электроэнергии, пуска электрических двига­телей и др.; аппаратура автоматического контроля и регу­лирования работы потребителей; радиоаппаратура; уст­ройства для защиты источников электроэнергии и потре­бителей, а также сигнальные устройства; электроизмери­тельные приборы; вагонная электрическая сеть.

Всё электрооборудование пассажирских вагонов раз­деляется на внутривагонное и подвагонное. Внутри вагона устанавливаются потребители электроэнергии, аппаратура управления, защиты, контроля и сигнализации, которыми пользуются обслуживающий персонал и пассажиры в пути следования (осветительные приборы, двигатель вентиляци­онного агрегата, нагревательные элементы кипятильника, электрических печей и калорифера, двигатели циркуляци­онных насосов, распределительный шкаф или пульт управ­ления и пр.).

Под вагоном размещаются источники электрической энер­гии, а также все потребители, коммутационная и защитная аппаратура, которые по своим габаритным размерам, усло­виям работы, уровню производимых шумов и обеспечению безопасности не могут быть установлены внутри вагона (ге­нераторы, аккумуляторные батареи, обогреватели наливных труб, электромашинные преобразователи люминесцентного освещения, двигатели компрессоров и вентиляторов конден­сатора установки охлаждения воздуха, высоковольтные контакторы и предохранители и т.п.). Кроме того, под ваго­ном монтируются низковольтная магистраль напряжением 50 В, высоковольтная - 3000 В, магистраль электропневмати­ческого тормоза и их межвагонные соединения.

Электрическое оборудование пассажирского вагона слож­но по устройству и эксплуатируется в тяжелых условиях. В процессе эксплуатации на него действуют значительные ди­намические усилия, возникающие в результате вибраций и толчков, особенно при больших скоростях движения. Элект­рическое оборудование, расположенное вне кузова вагона, подвержено атмосферным воздействиям. В зимнее время при низких температурах снижается механическая прочность от­дельных деталей электрических машин, аппаратов и прибо­ров. Вследствие замерзания смазки создаются большие мо­менты сопротивления, затрудняющие работу электрических машин и снижающие их коэффициент полезного действия. При низких температурах многие изоляционные материалы становятся хрупкими, в них появляются трещины, емкость аккумуляторных батарей уменьшается. Летом при повышен­ных температурах (особенно в южных районах) работа элек­трооборудования также затруднена: ухудшаются условия его охлаждения, увеличивается коррозия металлических деталей.

Значительно затрудняет работу оборудования действие влаги и грязи. Оборудование, установленное снаружи кузова, при движении обдувается потоком воздуха, который содер­жит частицы пыли, обладающие абразивным действием. Эти частицы разрушают изоляцию электрических машин, аппа­ратов и приборов. Внутривагонное электрическое оборудо­вание также может находиться в неблагоприятных климати­ческих условиях во время длительного отстоя вагонов.

В связи с этим к электрооборудованию предъявляются повышенные требования. Электрооборудование должно надежно работать при изменениях температуры окружаю­щей среды от 40 до - 50°С и относительной влажности до 90%, а также обладать высокой механической прочностью и не выходить из строя при динамических перегрузках вслед­ствие вибраций, соударений при маневрах и действиях инер­ционных сил, возникающих при торможениях.

Так как абсолютное большинство вагонов имеет двухпро­водную систему электроснабжения, изолированную от кор­пуса вагона, то во все цепи электрооборудования устанавли­вается двухполюсная защита от коротких замыканий и пере­грузок, что повышает ее надежность и защищает провода от загорания при коротком замыкании на корпус вагона. Для защиты электрооборудования от повышенного напряжения, которое может возникнуть вследствие неисправности ре­гулятора напряжения генератора (РНГ), при обрыве цепи ак­кумуляторной батареи и других аварийных режимах уста­навливают реле максимального напряжения (РМН), а для предотвращения чрезмерного разряда аккумуляторной бата­реи - реле пониженного напряжения (РПН). Защита генера­торов от перегрузки обеспечивается соответствующими огра­ничителями тока (ОТГ), а двигателей - тепловыми реле (ТР).

Электрические провода применяются только гибкие с мед­ными жилами, с нагревостойкой изоляцией, рассчитанной на напряжение 1000В для низковольтного оборудования и на 6000В - для высоковольтного оборудования. Магистраль­ные провода прокладываются в трубах, разветвительные ко­робки применяются только в защищенном исполнении. Все электрические аппараты регулирования, коммутации, конт­роля и защиты внутри вагона размещаются в распредели­тельном шкафу или на пульте управления, которые изолиро­ваны от сгораемых конструкций вагона металлическим лис­том по асбесту толщиной 10 мм. Для контроля за надежно­стью крепления контактов их покрывают термочувствитель­ной краской. При ослаблении контакта между наконечником провода и зажимом из-за большого переходного сопротивле­ния между ними краска нагревается и изменяет свой цвет.

Лекция 12 «Системы электроснабжения пассажирских вагонов»

Системой электроснабжения называют комплекс обору­дования, предназначенный для выработки и распределения электрической энергии потребителям вагона. В зависимо­сти от расположения источников электрической энергии и их использования системы электроснабжения делятся на автономные и централизованные.

Автономная система электроснабжения получила на­ибольшее распространение. В пассажирском вагоне с этой системой имеются собственные источники электрической энергии (генератор и аккумуляторная батарея), обеспечи­вающие питание потребителей электроэнергией при дви­жении и на стоянке. Основным источником электроэнер­гии служит генератор, который приводится во вращение от оси колесной пары вагона с помощью специального привода. Применяются генераторы постоянного и пере­менного тока. Для автономных систем с приводом генера­тора от оси колесной пары приняты два стандартных на­пряжения: для вагонов без кондиционирования воздуха 50 В, для вагонов с кондиционированием воздуха 110 В.

Упрощенная схема системы электроснабжения с генера­тором постоянного тока параллельного возбуждения неболь­шой мощности (около 5 кВт) показана на рис. 6.1. При движе­нии поезда электрическая энергия подается потребителям от генератора 1. Генератор подключается в работу при скорости движения поезда более - 30-40 км/ч, когда его напряжение выше напряжения аккумуляторной батареи 6. При этом диод 4, выполняющий функцию бесконтактного переключающего устройства, открывается, и батарея начинает заряжаться. В цепь параллельной обмотки возбуждения 3 генератора включен регулятор напряжения 2, который автоматически из­меняет ток возбуждения, чтобы напряжение генератора не за­висело от скорости поезда и постепенно повышалось по мере заряда аккумуляторной батареи. Электрические лампы 11 и сигнализации 12 питаются от сети 10 стабилизированного на­пряжения U₂, поддерживаемого на заданном уровне автома­тически регулируемым резистором 9 (регулятором напряже­ния сети освещения), в котором гасится часть U₃, напряжения генератора. В рассматриваемой системе номинальное напря­жение сети освещения U₂ составляет 54 В. Величина U₃ зависит от степени заряженности аккумуляторной батареи и равняет­ся 2-13 В. Силовые нагрузки - электродвигатели 7, электро­нагревательные приборы 8 - подключаются непосредственно к цепи генератор - батарея и питаются от общей сети 5 с на­пряжением U₁, меняющимся в пределах 56 -67 В.

Рис. 6.1. Упрощённая схема системы электроснабжения с генератором постоянного тока

При низкой частоте вращения генератора, когда его на­пряжение станет меньше напряжения аккумуляторной ба­тареи, диод 4 запирается и потребители автоматически пе­реключаются на питание от батареи. Одновременно диод предотвратит протекание обратного тока от аккумулятор­ной батареи к генератору. На вагонах более раннего выпуска с такой системой элек­троснабжения роль переключающего устройства выполняет реле обратного тока. Мощность основных потребителей в такой системе электроснабжения составляет для сети освеще­ния лампами накаливания 0,5-0,7 кВт, для преобразователя напряжения сети люминесцентного освещения 1,2-2 кВт, электродвигателя принудительной вентиляции 0,8-1,4 кВт, электродвигателя компрессора охладителя питьевой во­ды 0,2-0,3 кВт, электродвигателя циркуляционного насоса отопления 0,2-0,5 кВт, электрокипятильника 2,2 2,8 кВт.

Упрощенная схема системы электроснабжения с генера­тором переменного тока мощностью 8 кВт со смешанным возбуждением показана на рис. 6.2. Основным источником электроэнергии в рассматриваемой системе служит трех­фазный двухобмоточный генератор 3 индукторного типа. Генератор на выходе выпрямителя 14 основной обмотки 2 имеет стабилизированное напряжение U₂ равное 50 В, которое прикладывается к потребителям 13, 10, 12, а на выходе выпрямителя 5 дополнительной обмотки 4 напряжение U₃ которое может изменяться регулятором заряда батареи в пределах 5-22 В и в сумме с напряжением U₂, обеспечивает повышенное напряжение, необходимое для заряда аккумуляторной батареи 11.

Рис. 6.2. Упрощенная схема системы электроснабжения с генератором переменного тока

Напряжение на потребителях 13, 10, 12 поддерживает­ся стабильным с помощью тиристорного регулятора 15, который автоматически в параллельной обмотке 1 изменя­ет ток возбуждения I_В генератора при изменении часто­ты вращения генератора и его нагрузки. Регулятор заря­да батареи выполнен в виде магнитного усилителя 6 и в зависимости от времени года (температуры наружного воз­духа) и условий движения поезда поддерживает необходи­мый уровень напряжения U₃, т.е. зарядного напряжения U₁.

Переключающее устройство для подключения потреби­телей к аккумуляторной батарее на стоянках и под­ключения ее на заряд при движении поезда выполнено в виде контактора с двумя парами контактов 8 и 9. При ско­рости движения поезда ниже 30 км/ч питание потребителей 13, 10 и 12 осуществляется от аккумуляторной батареи че­рез контакты 9 контактора. При более высокой скорости контактор срабатывает, при этом контакт 9 размыкается, потребители отключаются от батареи и автоматически пе­реводятся на питание от выпрямителя 14 основной обмотки генератора, а контакт 8 замыкается и батарея автоматичес­ки подключается на заряд к суммарному выходному напря­жению и, выпрямителей 14 и 5.