Расчёт и выбор будем производить не для всего оборудования вагона, а только:
- для электроприводов вентиляционного агрегата, компрессора и вентилятора холодильной установки вагона;
- для общего освещения одного из помещений (купе, салона) вагона;
- для устройств электрического отопления.
Остальные устройства (потребители электрической энергии) принимаем к установке по аналогии с вагонами современного пассажирского парка.
2.1 Расчёт и выбор электроприводов вагонных механизмов
2.1.1 Определение нагрузки на валу электрического двигателя, кВт:
а) электропривода вентиляционного агрегата:
Рв = К з • Nпас • [Q]расч • Н / 1000 • kрец • ηв ,
где
К з – коэффициент запаса (1.1 … 1.3);
Nпас – количество пассажиров в вагоне;
[Q]расч – расчётная норма производительности вентилятора на одного пассажира, м3/с (составляет 4•10-3 … 7•10-3 м3/с для зимнего и летнего периода эксплуатации, соответственно);
Н – аэродинамическое сопротивление системы вентиляции (суммарный напор, разность давлений на входе и выходе воздуховода), Па (350 … 500 Па для воздуховода, 200 Па- калорифера основного отопления, 100 Па – электрического калорифера отопления в межсезонье вагонов с УКВ и от 150 до 200 Па – охладителя кондиционера);
kрец – коэффициент рециркуляции воздуха в помещениях вагона (0,25 … 0,4);
Өр– расчётный перегрев (разность расчётного значения температуры наружного воздуха Тн и температуры внутри вагона Тв, которые можно принять в пределах от 40 до 50°С и от 24 до 28°С;
H – аэродинамическое сопротивление конденсатора холодильной установки, Па (150…350);
ηв – кПД вентилятора (0,6…0,8).
Рв = 1,2 • 4 • 250 / 1000•0,7= 1,7 кВт.
2.1.2 Определение расчётного значения мощности электродвигателя
После определения нагрузки на валу электродвигателя необходимо учесть режим работы электропривода, что может позволить снизить установленную мощность машины для некоторых применений, а, значит, и его габаритные размеры, массу и стоимость.
Электродвигатели выбираем по каталогу для расчётных значений мощности с условием 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 двигатели, принятые к установке на вагон без расчётов, сведём в таблицу.
Таблица 4. Электродвигатели, установленные в электроприводах вагона
Наименованиеэлектропривода
Рд.расч,кВт
Рн,
кВт
Тип
UH,
B
IH,
A
ηH,
Электропривод вентиляционногоагрегата
1,333
1,5
П-31
110
17,5
0,78
Электропривод циркуляционногонасоса
0,133
0,2
П-12
110
0,66
Электропривод вентилятора
1,7
1,7
АОЛ-41-4
З80
3,9
0,76
Электропривод компрессорахолодильной установки
9
10
АОЛ-62-4
380
19,7
0,875
Iн = Рн · 1000 / Uн · ηн ; Iпуск = 2,5 · Iн
2.2 Расчёт и выбор электроосвещения вагона
2.2.1 Исходные данные:
- в пассажирском вагоне используется несколько видов освещения (общее, местное, служебное, аварийное и дежурное), но в данном курсовом проекте достаточно будет произвести расчёт и выбрать только один вид освещения – общий и только для одного помещения, например, пассажирского салона с учётом его назначения и площади S = 56,5м2;
- вид источников света: люминесцентные лампы;
- нормы на освещенность (удельная мощность) рл, Вт/м2:
2.2.5 Выбор по каталогу типа светильника для купе вагона, типа лампы и ее номинальной мощности Рл.н. (10,15,20,30,40,60,75,100Вт):
принимаем к установке условие: Рл.н. 0,9 Рл.расч.
Рл.н. 0,9•22,6 ; Рл.н. 20 Вт
Выбранные светильники и источники света (лампы) сведём в таблицу.
Таблица 5. Электрические светильники и лампы, установленные в помещениях вагона
Вид освещения
Рл.расч,
Вт
Рн,
Вт
Типсветильника
Типлампы
Uл.н,
В
Iл.н,
А
Nс
nл
Общее
22,6
20
одноламповый
люминесцентная
110
213,9
20
1
Iл.н = Р л.н · 1000 / U л.н · η л.н ;η л.н =0,85
2.2.6 Определение мощности электрической энергии, потребляемой для общего освещения помещений вагона:
а) общего
Роо = Киоо• Nсоо • nлоо • Рлоо.н / ηпоо ,
где
Киоо – коэффициент использования общего освещения(1,6…1,8),
Nсоо – количество светильников общего освещения в вагоне,
nлоо – количество ламп в светильнике общего освещения,
Рлоо.н – номинальная мощность лампы светильника общего освещения,
ηпоо – КПД устройств преобразования электрической энергии, используемой для питания светильников общего освещения (ηп =0,85 для питания люминесцентных ламп с использованием полупроводникового преобразователя).
Роо = 0.5 • 20 • 1 • 20 / 0,85 = 235 Вт
б) суммарное потребление мощности электроэнергии для всех видов освещения вагона можно принять на 25% больше потребления на общее освещение, т.е. примем
Ро = 1,25 Роо ; Ро = 1,25 •235= 293.75Вт
2.3 Расчёт и выбор электронагревательных устройств вагона
2.3.1 Определение необходимой мощности отопительной установки
Тепловой баланс, обеспечивающий поддержание расчётной температуры воздуха внутри вагона:
Рот = ΔРпв + ΔРфв + ΔРв – ΔРп – ΔРо ,
где
Рот – мощность отопительной установки,
ΔРпв – тепловые потери через ограждающую поверхность вагона,
ΔРфв – тепловые потери при инфильтрации конструкции, открывании дверей при посадке и высадке пассажиров,
ΔРв – тепловая энергия, необходимая для подогрева воздуха в системе вентиляции,
ΔРп – тепловые потери пассажиров вагона,
ΔРо – тепловые потери оборудования вагона.
Тепловые потери через ограждающую поверхность вагона:
ΔРпв = Sпв • К’т • Өр , Вт
где
Sпв – суммарная поверхность ограждения вагона, м2 ;
Электрическая схема высоковольтного электрического нагревателя котла системы водяного отопления пассажирского вагона ЦМВО представлена на рисунке:
3. Определение потоков и расчет мощности электрической энергии, потребляемой в вагоне
3.1 Анализ структуры электрооборудования вагона
Рассмотрим структурную схему централизованного электроснабжения, Ц – централизованное, при котором основной источник располагается в единой энергетической системе (ЕЭС). Для электрических потребителей вагона источниками энергии являются:
Ø ВПМ 3000В;
Ø аккумуляторная батарея;
Ø НПМ 110В.
Структурная схема электрооборудования пассажирского вагона с централизованным электроснабжением от ВПМ.
3.2 Определение потока энергии от ПМ 3000В
Поток энергии от ВПМ показаны на рис., а потребители электрической энергии вагона приведены в таблице.
Поток электроэнергии через нагреватели котла отопления представлен на данном рисунке.
Таблица 6. Перечень потребителей электрической энергии от ВПМ 3000В.
Обозначениена схеме
Наименование
Рн,кВт
Ин,В
Ки
кп
ЕК1
Зимой:Электронагреватели котла отопления
48
3000
0,4
1,2
ЕК1
Летом:Электронагреватели котла отопления
0
0
0
0
Используя выражения 3-1 и 3-2, можно определить средние и пиковые значения потребляемой электроэнергии высоковольтным отоплением вагона;
зимой:
Рср.з= ки•Рн = 0,4 • 48 = 19,2 кВт
Рпик.з= кп•Рн = 1,2 • 48 = 57,6 кВт
летом:
Рср.л = Рпик. = 0
3.3 Определение потока энергии от аккумуляторной батареи
Потребители электрической энергии от аккумуляторной батареи приведены в таблицах 7 и 8.
Таблица 7. перечень потребителей электрической энергии от аккумуляторной батареи зимой
Обозначениена схеме
Наименование
Рн,кВт
Uн,В
Ки
Кп
А6
Устройства управления, регулирования иЗащиты электрооборудованием
0,5
110
1,0
1,0
А7
Система пожарной сигнализации
0,1
110
1,0
1,0
А8
Системы технологические (КНБ, контроль температуры,уровня воды, противоюзное устройство и др.)
0,2
110
1,0
1,0
EL1
Аварийное освещение
0,3
110
-
1,0
EL2
Служебное освещение (лампы накаливания)
0,4
110
0,1
1,0
M2
Электродвигатель насоса пожаротушения
0,25
110
0,1
2,0
EH1
Концевые сигнальные фонари
0,24
110
0,1
1,0
EK2
Обогреватель сливных и наливных труб
1,0
110
0,1
1,0
EK3
Обеззараживатель питьевой воды
0,2
110
0,2
1,0
EH2
Устройства сигнализации
0,2
110
0,2
1,0
Таблица 8. Перечень потребителей электрической энергии от аккумуляторной батареи летом
Обозначениена схеме
Наименование
Рн,кВт
Uн,В
Ки
Кп
А4
Устройства управления, регулирования иЗащиты электрооборудованием
0,5
110
1,0
1,0
А5
Система пожарной сигнализации
0,1
110
1,0
1,0
А6
Система управления кондиционированием
0,2
110
0,1
1,0
А7
Информационные устройства
0,1
110
1,0
1,0
EL1
Аварийное освещение
0,3
110
-
1,0
EL2
Служебное освещение (лампы накаливания)
0,4
110
0,1
1,0
EL3
Освещение вагона (лампы люминесцентные)
0,9
110
EH1
Концевые сигнальные фонари
0,24
110
0,1
1,0
EH2
Устройства сигнализации
0,2
110
0,2
1,0
M2
Электродвигатель насоса пожаротушения
0,25
110
0,1
2,0
EK2
Обеззараживатель питьевой воды
0,2
110
0,2
1,0
ЕК3
Электрокипятильник воды
3,5
110
0,1
1,0
ЕК5
Обогреватель бойлера горячего водоснабжения
6,0
110
1,0
2,0
M1
Электродвигатель вентиляционного агрегата
2,5
110
1,0
2,0
M2
Электродвигатель компрессора холодильной установки
11,0
110
0,5
2,0
M3
Электродвигатель вентилятора конденсатора
1,5
110
0,5
2,0
Х8
Розетки DC 110В
1,0
110
0,1
2,0
Определим средние и пиковые значения потребляемой электроэнергии от аккумуляторной батареи:
зимой: а) во время «штатной» стоянки поезда (t 20 мин):
б) для низковольтного электрооборудования – летние перевозки (в движении без ограничений на потребление; при стоянке поезда t 20 мин – ограничения на использование энергоемких потребителей; при стоянке t 20 мин – запрет на использование холодильной установки, горячего водоснабжения и некоторых энергоемких потребителей):
4. Расчет и выбор источников электроэнергии вагона
Источниками электрической энергии пассажирских вагонов могут являться:
- аккумуляторные батареи;
- электромашинные генераторы с механической передачей (приводом) от оси колесной пары;
- высоковольтные статические преобразователи, подключаемые к ВПМ;
- низковольтные статические преобразователи, подключаемые к ПМ 3/N 380В 50Гц централизованного электроснабжения от локомотива или вагона-электростанции, а также к стационарной промышленной сети в отстое или при длительной стоянке.
4.1 Расчет и выбор аккумуляторной батареи
4.1.1 Выбор вида аккумуляторной батареи:
- щелочная (Uн.АЩ = 1,2В).
4.1.2 Определение расчетного значения разрядного тока:
Iрасч = I1 = Ррасч. БАТАРЕИ/UНб
где Рраеч. батареи - расчетное значение потребляемой мощности энергии от батареи
4.4.2 Выбираем тип, номинальную мощность и напряжение статического преобразователя
Принимаем к установке на вагон статический преобразователь типа
СП (ГДР-СССР): ОПТС-75:
-Номинальная мощность Рн=75 кВт
-Номинальное напряжение Uн=3кВ
-Масса m = 5500 кг
5 Определение годового объема и стоимости израсходованной электрической энергии в пассажирском вагоне
5.1 Определение годового объема израсходованной электрической энергии
Агод = (Рср.зим.в/в отопл. + Рср.зим.Ген.) * Тотопл. + Рср.лет.Ген. * (Тгод – Тотопл.),где Рср.зим.в/в отопл. – среднее значение мощности электрической энергии, которая израсходована высоковольтными нагревателями отопления и подогрева наружного воздуха в системе вентиляции для зимнего периода эксплуатации вагона,
Рср.зим.Ген - среднее значение мощности электрической энергии, которая выработана вагонным генератором в зимний период эксплуатации вагона,
Тотопл, Тгод – продолжительность отопительного сезон продолжительность года, час (Тгод =8760ч, Тотопл = Тзим. = Тлет. =4380ч).