2. Расчет и выбор основного электрооборудования вагона

Расчет мощности и выбор конструкции производится:

- для электроприводов вентиляционного агрегата, компрессора и вентилятора холодильной установки вагона;

- для общего освещения помещений вагона;

- для устройств электрического отопления вагона и устройств электрического подогрева воздуха в системе вентиляции.

Остальные устройства (потребители электрической энергии) вагона принимаются типовыми, используемыми в вагонах современного пассажирского парка.

2.1. Расчет и выбор электроприводов вагонных механизмов

2.1.1. Определение нагрузки на валу электрического двигателя.

а) электропривода вентиляционного агрегата:

P_в = K_зQH/_B = 1,38500,25/0,6 = 0,46 кВт,

где К_з - коэффициент запаса (1,1.. .1,3);

Q - производительность вентилятора, м³/с (определяется из расчета нормы - 15...25 м³/ч на одного пассажира);

Q = 2536/3600 = 0,25 м³/с

Н - суммарный напор (аэродинамическое сопротивление) системы вентиляции, Па

Н = Н_в + Н_ко + Н_{ко доп} + Н_ок = 350 + 200 + 100 + 200 = 850 Па

(определяется с учетом конструкции вагона как сумма сопротивлений: воздуховода, калориферов отопления и охладителя холодильной установки);

_B - кпд вентилятора (0,4...0,6).

б) электропривода компрессора холодильной установки

Р_к = К_зК_рР_охл/(1000_i_k) = 1,10,629,8/(0,850,85) = 27,2 кВт.

где К_з - коэффициент запаса (1,1 ...1,3);

К_р - коэффициент, учитывающий прерывистый характер работы компрессора (0,4... 0,6);

_i = 0,75 - индикаторный КПД холодильной установки;

_k = 0,6...0,85 - КПД компрессора;

Р_охл - мощность энергии для охлаждения теплового потока воздуха, затрачиваемая холодильной установкой кондиционера, Вт:

Р_охл = 1,2F_пвК_т_р + 80N_пac = 1,23501,158 + 8036 = 29,8 кВт,

где F_пв = 250…350 м² - общая поверхность ограждения вагона,

К_т = 1,1…1,5 - приведенный коэффициент теплопередачи ограждения вагона,

_р = (t_нв – t_вв)_расч = 18 + 40 = 58°С (t_нв = -40 С - расчетная наружная температура воздуха), t_вв - 18°С - температура воздуха внутри вагона),

N_пac – количество пассажиров в вагоне.

в) электропривода вентилятора охладителя конденсатора холодильной установки:

P_B = K_зQH/_в = 1,33,0300/0,8 = 1,46 кВт.

где К_з - коэффициент запаса (1,1…1,3);

Q = 3,0…4,5 – производительность вентилятора;

Н = 300 Па – напор, (аэродинамическое сопротивление) конденсатора холодильной установки, м;

_в = 0,6…0,8 - КПД вентилятора.

2.1.2. Определяем расчетное значение мощности электродвигателя.

После определения нагрузки на валу электродвигателя необходимо учесть режим работы электропривода (длительный, кратковременный и повторно-кратковременный). Если режим работы кратковременный и повторно-кратковременный, то существует возможность снижения установленной мощность двигателя в этих случаях, а, значит, и его габаритных размеров, массы и стоимости.

а) длительный режим:

Р_д.расч. > Р,

где Р - мощность нагрузки на валу;

б) кратковременный режим:

Р_д.расч. > Р/,

где  = М_макс/М_н - коэффициент перегрузочной способности (для двигателя постоянного тока  = 2…2,5, для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором  = 1,5..1,7; для синхронного двигателя . = 2.5).

в) повторно-кратковременный режим:

Р_д.расч. > Р ;

где ПВ% = Т_вкл/(Т_вкл + Т_п) - относительная продолжительность включения (Т_вкл - время включенного состояния, Т_п - время паузы между включениями).

2.1.3. Выбор двигателей по каталогу.

Электродвигатели выбираем по таблице А.3 [11] для расчетных значений мощности, с учетом конструкции и условий работы:

- частоты вращения,

- рода тока и номинального напряжения,

- схемы соединения обмоток,

- условий среды,

- способа сочленения с производственным механизмом.

Выбранные двигатели, также как и типовые двигатели, принятые к установке на вагон без расчетов, удобно представить в расчетно-пояснительной записке проекта в виде таблицы 1.

Таблица 1. Электродвигатели, установленные в электроприводах вагона

Наименование	Рд.расч	Рн	Тип	Uн	I н	сos н	i	 =Iпуск/Iн
	кВт	кВт		В	А
Вентилятор	0,46	0,5	П21	110	2,4/3,7	0,79	0,78	5
Компрессор холод. уст.	29,8	30		220/380	19,7/10,55	0,88	0,885	7
Вентилятор охладителя холод. уст.	1,46	1,5	П41	110	3,9/6,75	0,76	0,74	5

2.2. Расчет и выбор электроосвещения помещений вагона:

2.2.1 Определяем исходные данные:

- назначение помещения и его площадь S, м²;

- вид источников света: люминесцентные или тепловые лампы;

- нормы на освещенность в таблице А.7 [11], удельной мощности электрической энергии для обеспечения нормы освещенности - таблице А.8 [11], р_л, Вт/м²

результаты предварительного расчета представим в виде таблицы 2:

Таблица 2.

Наименование помещения	количество помещений	площадь помещения	вид источников света	нормы на освещенность, Вт/м2	Мощность, Вт
					Лсц	ЛН
Коридор	1	24,8	Лсц	8	198,4
Тамбур	2	3,9	ЛН	11		85,8
Купе проводников	1	2,7	ЛН	10		27
Служебное помещение	1	3,23	ЛН	10		32,3
Купе для пассажиров	9	3,23	Лсц	10	290,7
Туалет	2	1,2	ЛН	10		24
ВСЕГО:					489,1	169,1

Лсц – люминесцентные лампы,

ЛН – лампы накаливания.

2.2.2. Определяем суммарную расчетную мощность источников освещения:

2.2.3. Задаемся числом светильников N_c в помещении и количеством ламп n_л в светильнике:

Таблица 3.

Наименование помещения	количество помещений	Светильников	Ламп в светильнике	Примечание
Коридор	1	9	1/1	Общее/аварийное
Тамбур	2	1	1
Купе проводников	1	2	1
Служебное помещение	1	1	1
Купе для пассажиров	9	1/1/4	1	Общее/аварийное/местное
Туалет	2	1	1

2.2.4. Определяем расчетное значение мощности лампы в светильнике

Р_л.расч. = р_л/N_сn_л

2.2.5. Выбираем по каталогу (или по справочнику, или по стандарту отрасли) тип светильника для помещения, тип лампы и её номинальную мощность Р_лн (10, 15, 20, 30, 40, 60, 75, 100 Вт):

Р_лн > 0,9Р_л.расч

Выбранные светильники и источники света (лампы), также как и типовые светильники и лампы, принятые к установке на вагон для обеспечения других видов освещения, удобно представить в виде таблицы 4.

Таблица 4. Электрические светильники и лампы, установленные в помещениях вагона

Вид освещения:	Рл.расч, Вт	Рн, Вт	Тип лампы	Uл.н, В	I л.н, А	Рл.прин Вт	Nc	nл
Общее:	658,2	40	Лсц /Лн	220	3,0	384	16	2*
Местное:	400	20	Лсц	220	1,8	222	37	2
Служебное:	200	20	ЛН	220	0,9	160	10	2
Аварийное:	-	300	ЛН	220	0,8	90	18	1
Дежурное:	-	110	ЛН	220	0,5	96	16	2
Концевые и сигнальные фонари		110	ЛН	220	0,5	240	4	4

* для двух ламп в светильнике предусмотрено переключение освещения на дежурное.

2.2.6. Определяем мощность электроэнергии, потребляемой для освещения люминесцентными лампами:

а) общего:

Р_оо = К_ИооN_Cоon_лооР_лоо.н/_поо = 0,616140/1 = 384 Вт

где К_Иоо = 0,6 - коэффициент использования общего освещения, принимаем;

N_Cоo = 16 - количество светильников общего освещения в вагоне,

n_лоо = 1- количество ламп в светильнике общего освещения,

Р_лоо.м = 20 Вт - номинальная мощность лампы светильника общего освещения,

_поо - КПД устройств преобразования электрической энергии, используемой для питания светильников общего освещения (_п = 1 для питания ламп накаливания; _п = 0,5 для питания люминесцентных ламп; _п = 0,85 для питания люминесцентных ламп с использованием полупроводникового преобразователя).

б) местного

Р_мо = К_ИмоN_Cмon_лмоР_лмо.н = 0,337120 = 222 Вт;

Всего, мощность для люминесцентных ламп: РЛсц = 384 + 222 = 0,6 кВт

где К_Имо, N_Cмo, n_лмо, Р_лмо.н - коэффициент использования, количество светильников и ламп, номинальная мощность лампы местного освещения, соответственно.

в) служебного

Р_со = К_ИсоN_Cсon_лсоР_лсо.н = 0,810120 = 160 Вт.

где К_Исо, N_Cсo, n_лсо, Р_лсо.н - коэффициент использования, количество светильников и ламп, номинальная мощность лампы служебного освещения, соответственно.

г) аварийного

Р_ао = К_ИаоN_Cаon_лаоР_лао.н = 0,536101 = 90 Вт

где К_Иао, N_Cаo, n_лао, Р_лао.н - коэффициент использования, количество светильников и ламп, номинальная мощность лампы аварийного освещения, соответственно.

д) дежурного

Р_до = К_ИдоN_Cдon_лдоР_лдо.н = 0,616101 = 96 Вт

где К_Идо, N_Cдo, n_лдо, Р_лдо.н - коэффициент использования, количество светильников и ламп, номинальная мощность лампы дежурного освещения, соответственно.

е) сигнальных и концевых фонарей

Р_фс = К_ИфсN_Cфсn_лфсР_лфс.н = 1,04201 = 80 Вт

где К_Ифсн, N_Cфс, n_лфс, Р_лфс.н - коэффициент использования, количество светильников и ламп, номинальная мощность лампы сигнального фонаря, соответственно.

ж) всех видов освещения вагона:

среднее значение

Р_О = Р_оо + Р_мо + Р_со + Р_ао + Р_до + Р_фс = 384+222+160+90+96+80 = 1032 Вт

- пиковое (максимальное) значение

Р_Омакс = Р_оо/К_Иоо + Р_мо/К_ИМО + Р_со/К_ИСО + Р_фс/К_Ифс= 384/0,6+222/0,3+160/0,8+90/0,5+96/0,6+80/1 = 2000 Вт

2.3. Расчет и выбор электронагревательных устройств вагона:

Тепловой баланс, обеспечивающий поддержание расчетной температуры воздуха внутри вагона, может быть определен уравнением:

Р_от = Р_пв + Р_фв + Р_в - Р_п - Р_о = 20,3 + 2,0 + 15,74 - 3,24 - 2 = 32,8 кВт,

где Р_пв - тепловые потери через ограждающую поверхность вагона.

Р_фв - тепловые потери при инфильтрации конструкции, открывании дверей при посадке и высадке пассажиров,

Р_в - тепловая энергии, необходимая для подогрева воздуха в системе вентиляции,

Р_п - тепловые потери пассажиров вагона,

Р_о - тепловые потери оборудования вагона

2.3.1. Тепловые потери через ограждающую поверхность вагона можно определить:

Р_пв = S_пвK'_т_p= 3501,058 = 20,3 кВт

где S_пв = 350 м² - суммарная поверхность ограждения вагона;

К'_т = 1,0 Вт/(м²К) - обобщенный коэффициент теплопередачи вагона;

_p = 58 С - расчетный перегрев воздуха в помещениях вагона или разность между расчетными значениями температур снаружи и внутри вагона (t_н = -40С t_в = 18С) .

2.3.2. Тепловые потери при инфильтрации конструкции и открывании дверей при посадке и высадке пассажиров могут быть условно приняты равными 10% от потерь через ограждающую поверхность вагона, т.е.

Р_фв = 0,1Р_пв = 2,0 кВт.

2.3.3. Тепловая энергии, необходимая для подогрева воздуха в системе вентиляции вагона:

Р_в = c_вV_p = 1,231,006580,22 = 15,74 кВт,

где  = 1,23 кг/м³ - плотность воздуха;

с = 1,003 кДж/(кг°С) - удельная теплоемкость воздуха;

V = 5V_в/3600 = 0,22 м³/с - объем вентилируемого воздуха;

V_в = 242,63,1 = 197 м³ – объем вагона, 5 – кратность воздухообмена.

Примечание: Плотность воздуха и его теплоемкость принимаем неизменными и соответствующими 0°С и 101,08 кПа в практических расчетах.

2.3.4. Тепловые потери пассажиров можно определить:

Р_п = qn_n = 9036 = 3,24 кВт,

где q = 90 Вт - среднее значение удельных потерь человека в единицу времени, Вт;

n_n = 36 - количество пассажиров.

2.3.5. Тепловые потери оборудования вагона от работающего оборудования (электрического освещения, электрических машин и т.п.) могут составлять 1,5...2,5 кВт или:

Р_о = 0,1Р_пв = 2,0 кВт

2.3.6. Следовательно, необходимая мощность энергии для обеспечения расчетного теплового баланса в вагоне:

Р_от = _p(S_пвК'_т + c_вV) - qn_п = 58(3501,0 + 1,2310030,22) – 3,24 = 32,8 кВт

2.4. Электрическое отопление.

2.4.1. Мощность ЭН в электрических печах вагона должна быть не менее:

P_эп = Р_от/_эп = 32,8/0,95 = 34,5 кВт

где _эп - КПД электрических печей (ЭП) отопления (_эп = 0,95);