Зміст

Завдання

Вступ

1 Визначення потужності споживачів електроенергії пасажирського вагона 1.1 Визначення потужності електродвигунів пасажирського вагона

2 Визначення потужності освітлювального навантаження

3 Принципова (структурна) схема електропостачання пасажирського вагона

4 Визначення розрахункових навантажень

5 Визначення пікових навантажень

6 Визначення потужності джерела електроенергії пасажирського вагона

7 Вибір комутаційної апаратури

8 Вибір захисної апаратури

9 Вибір дротів мережі електропостачання пасажирських вагонів

10 Опис силового випрямного пристрою Список використаних джерел

Завдання

Таблиця 1 – Вихідні данні, варіант 17

1	Тип вагона	Купейний 36 пас. з кондиціюванням повітря
2	Система електропостачання	Централізована без індивідуального перетворювача
3	Рід струму під вагонної магістралі	Трьохфазний, 50 Гц
4	Рід струму електричної мережі вагона	Трьохфазний, 50 Гц
5	Номінальна напруга, , В	380
6	Матеріал дротів	а/а
7	Опадання	В
8	Тривалість сонячного опромінення на протязі доби, Ζр, год	12
9	Температура в середини вагона – літо, tвл °C	23
10	Температура в середини вагона – зима, tвл °C	21
11	Температура зовні вагона – літо, tзл °C	40
12	Температура зовні вагона – зима tзз °C	-42
13	Кількість тепла, яка виділяється одним пасажиром ,q, Дж/с	120
14	Подача насоса опалення, Vцн, м3/с	3,7
15	П одача вентилятора конденсатора, Vвк, м3/с	4 ,6
16	Н апір насоса опалення, Нцн, м	4,7
17	Напір вентилятора охолоджувача, Нв 10-3, м	60
18	Напір вентилятора конденсатора, Нвк 10-3, м	11
19	Кількість свіжого повітря, яке подається у вагон на одного пасажира, Vп 10-3, м3/с	9,0

Вступ

Сучасний пасажирський вагон обладнаний достатньо великою кількістю різноманітного електрообладнання. Це електродвигуни вентиляторів, компресорів, насосів, електронагрівальні і електрохолодильні пристрої, прилади освітлення, різноманітні перетворювачі, в тому числі і напівпровідникові. Робота низки пристроїв можлива тільки в автоматичному режимі, що забезпечується різноманітними регуляторами (струму, навантаження і т. ін.).

Пасажирський вагон одержує електроенергію від центрального джерела - централізоване електропостачання.

Передача електроенергії від джерела і її розподілення між споживачами усередині вагона здійснюється за допомогою електричної мережі. Вірно вибрана схема електричної мережі повинна бути повністю автоматизованою, надійною і мати високу економічність. Для розробки мережі електропостачання необхідно мати схему розміщення електроприймачів енергії, розрахункові і пікові навантаження, за якими ведеться вибір дротів мережі, а також характеристики захисної і комутаційної апаратури. В свою чергу розрахункові електричні навантаження визначаються режимом експлуатації обладнання пасажирського вагона (вентиляторів системи вентиляції, установки охолодження повітря, освітлення вагона та інше).

Таким чином, електричне обладнання пасажирського вагона - це досить складна система, чітке уявлення роботи якої і тим більше розрахунки і вибір її окремих елементів можливо тільки після вивчення спеціальної літератури як з загально технічних питань, так і спеціальної з розрахунку електрообладнання.

1 Визначення потужності споживачів електроенергії пасажирського вагона

1.1 Визначення потужності електродвигунів пасажирського вагону

В сучасних пасажирських вагонах застосовується велика кількість різних механізмів з електричним приводом. В вагонах без кондиціювання повітря використовують електродвигуни для привода вентиляторів, циркуляційних насосів опалення, водяного насоса калорифера, компресора холодильної шафи, перетворювачів для люмінесцентного освітлення та електропостачання змінним струмом радіовузла. В вагонах з кондиціюванням повітря використовуються також електродвигуни компресора і вентилятора конденсатора.

Потужність електродвигуна (кВт) для привода вентилятора системи вентиляції вагона визначаємо за формулою:

(1.1)

де k_в- коефіцієнт запасу потужності, приймаємо k_в=1,5;

V_в - розрахункова подача (продуктивність) вентилятора, м³/с;

_в - сумарний напір, створюваний вентилятором, _в = м;

_в - ККД вентилятора, приймаємо _=0,8.

Продуктивність вентилятора системи вентиляції вагона, м³/с,

(1.2)

де V_п - розрахункова норма подачі зовнішнього повітря на одного пасажира,

V_п = м³/с;

k_рв - коефіцієнт рециркуляції вентиляційного повітря, k_= 0,25;

n_п - розрахункове число пасажирів в вагоні.

м³/с.

кВт.

Потужність двигуна для вентилятора конденсатора установки кондиціювання повітря визначаємо за формулою:

(1.3)

де k_вк - коефіцієнт запасу потужності, приймається k_вк=1,1;

_вк - ККД вентилятора, приймаємо_вк = 0,5;

- напір вентилятора конденсатора, м;

- подача вентилятора конденсатора, м³ /с.

кВт.

При водяному та електроводяному опаленні потрібно визначити потужність двигуна циркуляційного насоса системи опалення, кВт,

(1.4)

де _цн - ккд насоса, приймаємо _цн = 0,5;

k_цн - коефіцієнт запасу потужності, приймаємо k_цн = 1,1;

V_цн - подача циркуляційного насоса опалення;

H_цн - напір. циркуляційного насоса опалення.

кВт.

Розрахункова потужність (кВт) електродвигуна компресора визначаємо за формулою:

(1.5)

де k_К - коефіцієнт, який враховує частковий характер роботи компресора,

для двигуна компрессора пасажирського вагона приймається

k_К = 0,35;

Q_O- загальний (повний) тепловий потік, який повинен бути відведений

повітроохолоджувачем, Вт.

Загальний (повний) тепловий потік складається із шести теплових потоків, визначається за формулою :

Q_O = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ +Q₆ , (1.6)

Тепловий потік, який надходить через поверхню кузова вагона, Вт:

(1.7)

де F_В - поверхня кузова вагона, через яку виникають надходження тепла,

приймається F_В=270,5м² ;

t_зл - розрахункова температура зовнішнього повітря влітку, t_зл =40^оС;

t_сл - розрахункова температура у середині вагона влітку, t_сл =23^оС;

k - середній коефіцієнт теплопередачі поверхні вагона, приймаємо .

Тепловий потік від інфільтрації для літнього періоду експлуатації, Вт:

(1.8)

Тепловий потік, принесений зовнішнім повітрям при вентиляції вагона, Вт:

(1.9)

де V_п - розрахункова норма подачі зовнішнього повітря на одного пасажира,

м³/с,

C_B - теплоємкість повітря, C_B = 1220 ;

t_зл - розрахункова температура зовнішнього повітря влітку, ^оС,

t_сл - розрахункова температура у середині вагона влітку ^оС.

Тепловий потік за рахунок сонячної радіації, Вт:

(1.10)

(1.11)

де F_p - розрахункова поверхня кузова вагона, яка опромінюється сонцем м²:

t_м - розрахункова (максимальна) температура поверхні кузова вагона,

t_м =50 ^оС;

Z_p - тривалість сонячного опромінювання вагона на протязі доби, год.

Тепловий потік, що виділяється пассажирами вагона, Вт:

(1.12)

де q - потужність теплового потоку, що виділяє один пасажир, Вт,

n_п - розрахункове число пасажирів в вагоні;

Тепловий потік від роботи електродвигунів, розташованих у середині вагона, освітлювальних та інших електроприладів, приймаємо Q₆=2100 Вт.

Загальний (повний) тепловий потік у вагон:

2

За найденною потужністю і з врахуванням умов роботи за каталогом вибираємо необхідні електродвигуни.

Номінальний струм двигуна визначаємо за формулою:

І_н = , (1.13)

Для вентилятора системи вентиляції:

І_н = А.

Для вентилятора конденсатора:

І_н = А.

Для циркуляційного насоса:

І_н = А.

Для компресора:

І_н = А.

Вибрані двигуни за каталогом зводимо до таблицю 2

Таблиця 2 – Електродвигуни встановлені в вагоні

Призначення двигуна	Потужність одер- жана розрахун -ками, кВт	Потужність за каталогом кВт	Марка двигуна	Номінальний струм двигуна Ін, А	Номінальний ККД двигуна ηн	Номінальний cosφн	Кратність пускового струму
Для привода вентилятора системи вентиляції	1,43	1,5	4А80В4УЗ	3,57	0,77	0,83	5,0
Для вентилятора конденсатора	1,09	1,1	4А80А4УЗ	2,75	0,75	0,81	5,0
Для циркуляційного насоса	0,38	0,55	4А71А4УЗ	1,69	0,705	0,70	4,5
Для компресора	8,0	8,0	4А180М8/6/4	21,35	0,78	0,73	6,5

2. Визначення потужності освітлювального навантаження

Для визначення потужності освітлювального навантаження використовується метод питомої встановленої потужності на одиницю площі. Цей метод достатньо простий, має необхідну точність і знайшов широке застосування на практиці. Цей метод передбачає спочатку визначення потужності освітлювального навантаження для кожного приміщення вагона окремо, а потім сумарну для всього вагона. Окремо визначається потужність ламп люмінесцентного освітлення і потужність ламп розжарювання. Це необхідно для визначення потужності перетворювача люмінесцентного освітлення, а також для вибору дротів, захисних і комутаційних апаратів.

Потужність освітлювального навантаження, Вт, для кожного з приміщень вагона визначаємо за формулою:

(1.14)

де p - питома потужність освітлювального навантаження для даного виду

приміщення, тобто потужність на одиницю площі цього приміщення,

Вт/м ²;

F_П - площа приміщення, для якого визначається потужність

освітлювального навантаження, м² ( рисунок 1).

1 - ящик для вугілля; 2 - туалет; 3 - розподільна шафа; 4 - охолоджувач питної води; 5- система пожарної сигналізації; 6 – службове відділення; 7 – купе відпочинку провідника; 8 – пасажирське купе; 9 – тамбур з робочої сторони; 10 – тамбур з неробочої сторони; 11 – великий коридор; 12 – малий коридор; 13 – кип’ятильник; 14 – котел опалення; 15 – котлове приміщення.

Рисунок 1 – Площі приміщень купейного вагона

Якщо в вагоні є освітлення з лампами розжарювання і люмінесцентними лампами, то освітлювальне навантаження вагона визначається окремо для кожного виду ламп.

Потужність освітлювального навантаження всього вагона визначається за формулою:

(1.15)

Потужність сигнальних, службових та інших спеціальних ламп приймаємо рівною 400 Вт. Розрахунок потужності освітлювального навантаження зводимо до таблиці 3.

Таблиця 3 – Визначення потужності освітлення вагона

Тип ламп освітлення	Приміщення вагона	Площа приміщен- ня Fп, м2	Питома потужність Р, Вт/м2	Розрахункова потужність освітлення, Рор = Р* Fп,	Кількість ламп	Марка лампи	Потрібна потужність Роп, Вт
1	2	3	4	5	6	7	8
Люмінесцентні	Пасажирське купе	3,536 9	20	636,48	18	ЛБ- 30	540
	Купе провідників	2,319	20	46,38	2	ЛБ- 20	40
	Коридор	15,599	10	155,99	12	ЛБ- 15	180
	Службове купе	3,121	20	62,42	2	ЛБ- 30	60
	Великий коридор	2,4	8	19,2	1	ЛБ-15	15
	Малий коридор	1,92	8	15,36	1	ЛБ-15	15
Разом Ров.люм	-	-	-	-	36	-	850
Розжарення	Тамбур з робочої сторони	2,72	10	27,2	2	Ж-54-15	30
	Санвузел з робочої сторони	1,265	12	15,18	1	Ж-54-15	15
	Тамбур з неробочої сторони	2,72	11	29,93	2	Ж-54-15	30
	Санвузел з неробочої сторони	1,208	12	14,496	1	Ж-54-15	15
	Котлове приміщення	2,147	10	21,47	2	Ж-54-10	30
	Пасажирське купе	3,536 9	22	477,36	18	Ж-54-25	450
	Купе провідників	2,319	15	34,785	2	Ж-54-25	50
	Коридор	15,599	10	155,99	10	Ж-54-15	100
	Службове купе	3,121	15	46,815	2	Ж-54-25	50
	2	3	4	5	6	7	8
	В еликий коридор	2,4	10	24	2	Ж-54-10	20
	Малий коридор	1,92	10	19,2	1	Ж-54-15	15
	Хвостові сигнали	-	8	-	6	Ж-54-10	60
Разом Ров.розж	-	-	-	-		-	870

Визначивши потужність освітлювального навантаження вагона від люмінесцентних ламп, визначають потужність перетворювача для люмінесцентних ламп вагона:

(1.16)

де для перетворювача статичного напівпровідникового;

Розрахунок загальної потужності споживачів електроенергії пасажирського вагона

Таблиця 4 – Споживачі електроенергії пасажирського вагона

Найменування споживача	Номінальна потужність , кВт	сos 	tg
1	2	3	4
Двигун вентилятора загальної вентиляції, Рв	1,5	0,8	0,75
1	2	3	4
Двигун вентилятор конденсатора, Рвк	1,1	0,75	0,88
Двигун компресора, Рк	8,0	0,79	0,88
Двигун насоса опалення, Рцн	0,55	0,66	1,08
Перетворювач люмінесцентного освітлення, Рп	1,21	0,8	0,62
Освітлення лампами розжарювання, Ро	0,87	0,8	0,62
Електрокип’ятильник, Ркп	2,6	1	0
Електронагрівачі зливних і наливних труб, Рт	0,7	0,65	1,33
Електрокалорифер, Рек	4,0	0,65	1,33
Перетворювач для живлення електробритв, Рб	0,15	1	0
Двигун холодильника, Рх	0,35	1	0
Двигун подачі гарячої води в туалет, Рг	0,2	1	0
Електропобутові прилади, Рпп	0,5	1	0
Ланцюги сигналізації управління, Ру	0,5	0,9	0,48
Акумуляторна батарея, Раб	0,2	1	0
Разом	22,432	-	-

3 Принципова (структурна) схема електропостачання пасажирських вагонів

В пасажирських вагонах енергія, вироблена генератором або акумуляторною батареєю, надходить спочатку до розподільного пристрою (обладнання), а потім до окремих споживачів по власній лінії: така система називається централізованою.

Рисунок 2 – Електрична схема електропостачання пасажирського вагона

На розподільному пристрої (обладнанні) розташована комутаційна і захисна апаратура для управління споживачами і джерелами електричної енергії і захисту її від перенавантажень і аварійних режимів (рис.2). В пасажирських вагонах розподільне обладнання називається розподільним щитом чи пультом управління. Винятком може бути лише освітлювальне навантаження, де інколи застосовується змішана система електропостачання окремих світильників. Однак розглянуту групу однорідних світильників, яка живиться від однієї лінії (як один груповий споживач), можливо вважати централізованою системою. Система цього типу досить надійна. Пошкодження лінії приводить до відключення лише того споживача, лінія електропостачання якого пошкоджена і не порушує роботи решти споживачів електроенергії. Система дозволяє відключити для ремонту пошкоджену ділянку електропостачання без відключення всієї мережі.