Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Расчёт и выбор основного электрооборудования вагона



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);

ηв – КПД вентилятора (0,4 … 0,6).

Рв = 1,2• 68 •7•10-3 •350/1000 • 0.3 • 0.5=1,333кВт

б) электропривода центробежного водяного насоса системы жидкостного отопления:

Рн = К з • Q • Н / 1000 • ηн ,

где

К з – коэффициент запаса (1.1 … 1.3);

Q - производительность насоса, м3/с (для системы водяного отопления вагона – 0,001…0,03 м3/с);

Н – гидравлическое сопротивление трубопроводов отопления, Па (для системы жидкостного отопления вагона можно принять – 20 кПа);

ηн – КПД насоса (0,3 … 0,6).

Рн =1,2• 2 • 10-3 • 2500/1000 • 0.45 = 0,133 кВт

в) электропривода компрессора холодильной установки:

Рк = Кз • Кр • Кп• [Fпв• Кт• Өр + qпас• Nпас ] / 1000 • ηк ,

где

Кз – коэффициент запаса (1,1…1,3);

Кр – коэффициент, учитывающий прерывистый характер работы компрессора (0,4…0,6);

Кп – коэффициент, учитывающий выделение тепла работающим оборудованием и инфильтрацию воздуха из помещений вагона (1,15…1,25)

Fпв – общая поверхность ограждения вагона (250…350м2);

Кт – приведённый коэффициент теплопередачи ограждения вагона (0,9…1,5);

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;

qпас – удельные тепловыделения пассажира (80…120Вт•час/пас.);

Nпас – количество пассажиров в вагоне;

ηк – КПД компрессора (0,6…0,85).

Рк = 1,2 • 0,5 • 1,2 • 14000/1000 • 0,7 = 14,4кВт.

г) электропривода вентилятора охладителя конденсатора холодильной установки:

Рв = Кз • Q • H /1000 • ηв ,

где

Кз – коэффициент запаса (1,1…1,3);

Q – производительность вентилятора, м3/с (3,0…4,5);

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.

а) длительный режим:

Рд.расч. Р ,

где, Р – мощность нагрузки на валу.

Рд.расч. 1,333 кВт –для электропривода вентиляционного агрегата;

Рд.расч. 0,133 кВт – для центробежного водяного насоса системы жидкостного отопления:

Рд.расч. 1,7 кВт – для электропривода вентилятора охладителя конденсатора холодильной установки.

б) кратковременный режим:

Рд.расч. Р / λ ,

где λ = Ммакс / Мн – коэффициент перегрузочной способности.(1,5…1,7)

Рд.расч. 14,4 / 1,6; Рд.расч. 9 кВт - для электропривода компрессора холодильной установки;

2.1.3. Выбор двигателей по каталогу

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

Наименование электропривода Рд.расч, кВт Рн, кВт Тип UH, B IH, A ηH,
Электропривод вентиляционного агрегата 1,333 1,5 П-31 110 17,5 0,78
Электропривод циркуляционного насоса 0,133 0,2 П-12 110 0,66
Электропривод вентилятора 1,7 1,7 АОЛ-41-4 З80 3,9 0,76
Электропривод компрессора холодильной 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:

пассажирский салон: лампа люминесцентная - 8 Вт/м2.

2.2.2 Определение расчётной суммарной мощности источников освещения, Вт:

РΣи = рл S, РΣи =8•56.5=452 Вт

2.2.3 Выбор числа светильников Nс в купе вагона и количества ламп nл в светильнике:

принимаем Nс = 20 , nл = 1 .

2.2.4 Определение расчетного значения мощности лампы в светильнике:

Рл.расч. = РΣи / Nс nл, Рл.расч. = 452/20•1=22,6Вт

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 Тип светильника Тип лампы 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 ;

К’т – обобщенный коэффициент теплопередачи вагона, Вт/м2• ° ррррР

СС

С;

Өр – расчетный перегрев воздуха в помещениях вагона или разность между расчетными значениями температур снаружи и внутри вагона, ° ррррР

СС

С.

ррррР

СС

ΔРпв = 270•1,1•60/3,6 =4950 Вт ррррР

СС

Тепловые потери при инфильтрации конструкции и открывании дверей при посадке и высадке пассажиров:

ΔРфв = 0,1 ΔРпв , ΔРфв =0,1 • 4950 = 495 Вт ррррР

СС

Тепловая энергия, необходимая для подогрева воздуха:

ΔРв = p • св• V • Өр , кВт

где

p = 1,3 кг/м3 – плотность воздуха;

св = 1006 кДж/кг•° ррррР

СС

С – удельная теплоемкость воздуха;

V – объем наружного воздуха, м3 ;

Өр – расчетный перегрев воздуха в помещениях вагона или разность между значениями температур снаружи и внутри вагона, ° ррррР

СС

С.

ΔРв =1,3•1,006•15•68•60/3600=22,2 кВт

Тепловые потери пассажиров:

ΔРп = qпас. • Nпас. , Вт ΔРп =90•68=6,12 кВт

Тепловые потери от работающего оборудования:

ΔРо = 0,1 ΔРпв ; ΔРо =0,1•4,95=495 Вт

Необходимая мощность тепловой энергии отопительной установки для обеспечения расчетного теплового баланса в вагоне:

Рот = Өр • (Sпв • К’т + p • св • V) - qпас. • Nпас. ;

Рот =60•(270•1,1+1,3•1,006•15•68)/3600 – 6,12= 21,06 кВт

2.3.2 Комбинированное электро-водяное отопление

Мощность ЭН в котле вагона должна быть не менее:

Рэн = Рот/ ηК • ηВО

где

ηК – КПД ЭН котла отопления (ηК = 0,95)

ηВО – КПД системы водяного отопления (ηВО = 0,8)

Рэн = 21 / 0,95 • 0,8 = 27,7 кВт

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.

Обозначение на 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

Обозначение на схеме Наименование Рн, кВт Uн, В Ки Кп
А6 Устройства управления, регулирования и Защиты 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

Обозначение на схеме Наименование Рн, кВт Uн, В Ки Кп
А4 Устройства управления, регулирования и Защиты 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):

Рср.з= Рн.наиб.з .+ Σкиiнi –( ки.наиб.з.н.наиб.з) = 6 + 8 – 6 =8 кВт

Рпик.з = (кпик.н)наиб.з +Σ(киiп * Рнi) – (ки * кп* Рн.наиб.з)= 12+ 14,144−12=14,144 кВт

б) длительно Рср.з= 1/2 * Рн.наиб.з .+ Σкиiнi –( ки.наиб.з. * Рн.наиб.з) = 1/2*6+ 8,019−6 =5 кВт Рпик.з = 1/2* (кпик. * Рн)наиб.з +Σ(киi * кп * Рнi) – (ки * кп* Рн.наиб.з)= 1/2*12+ 14,144- 12= 8,144 кВт

летом: а) во время «штатной» стоянки поезда (с отключением холодильной установки; время стоянки t 20 мин): Рср.л= Рн.наиб.л .+ Σкиiнi –( ки.наиб.л. * Рн.наиб.л) = 6+ 10,589−6=10,589 кВт Рпик.л = (кпик. * Рн)наиб.л +Σ(киi * кпнi) – (ки * кп* Рн.наиб.л )= 2*6+ 19,964−1*2*6= 19,964 кВт

б) длительно (с отключением холодильной установки) Рср.л= 1/2*Рн.наиб.л .+ Σкиiнi –( ки.наиб.л. * Рн.наиб.л) = 1/2*6+10,589−1*6=7,6 кВтРпик.л = 1/2*(кпик. * Рн)наиб.л +Σ(киi * кп * Рнi) – (ки * кп* Рн)наиб.л = 1/2 *2*6 + 19,964−1*2*6 = 17 кВт

3.4 Определение наибольшей мощности электрической энергии, потребляемой от «штатных» источников

1) ВПМ: Рср.з = кин = 19,2 кВт

Рпик.з = кпн = 57,6 кВт - режим зимних перевозок;

2) Аккумуляторная батарея: а) Рср.з = 8 кВт - режим зимних перевозок;

Рпик.з = 14,144 кВт

а) Рср.з = 5 кВт - режим зимних перевозок;

Рпик.з = 8,144 кВт

б) Рср.л = 7,6 кВт - режим летних перевозок.

Рпик.л = 17 кВт

3.5 Определение расчетных значений мощности источников электрической энергии

В качестве расчетного режима примем:

а) для электрооборудования высоковольтного отопления – зимние перевозки:

Ррасч.ВПМ = Рср.з =19,2 кВт,Рпик.ВПМ = Рпик.з = 57,6 кВт;

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):

Ррасч.Батареи = Рср.л = 7,7 кВт, Рпик.Батареи = Рпик.л =17 кВт.

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

UНб = UН.С - номинальное напряжение аккумуляторной батареи (бортовой сети) вагона.

Iрасч = I1 = 7700/110= 70 (А)

4.1.3 Определение расчетного значения емкости аккумуляторов вагонной батарей:

Qрасчзап*Iрасч/Кq(I1)* Кq(t0окр)*Кq(Тсл)* Кq(Uзар)

Qрасч = 1,1*70 / 0,66*0,45*0,5*1,0 = 517.8 (Ач)

где Кзап -коэффициент запаса (Кзап = 1,1... 1,3),

Iрасч - ток часового разряда (расчетное значение разрядного тока I1= 5I5),

Kq(Ii) - коэффициент отдачи по емкости при часовом разрядном токе,

Кq(t0окр)- коэффициент отдачи по емкости при

расчетной минусовой температуре среды (t°окр.расч= - 40°С),

Кq(Тсл) - коэффициент износа конструкции аккумулятора в процессе эксплуатации

(для кислотных: Кq(Тсл)= 0,8),

Кq(Uзар) - коэффициент учета неполной зарядки аккумуляторов из-за

неблагоприятного графика движения поезда (Кq(Uзар) = 0,8 - для

автономного и комбинированного электроснабжения вагона, Кq(Uзар) = 1,0 для централизованного электроснабжения).

4.1.4 Определение количества аккумуляторов в вагонной батарее:

Nак.расч = Uн.б / Uн.А

Nак.расч = 110/1,2 = 91,6

где Uн.б - номинальное напряжение бортовой сети вагона (аккумуляторной батареи),

Uн.А - номинальное напряжение выбранного вида аккумулятора.

Принимаем количество аккумуляторов в батареи:- Nак.расч (целое число=92)

.

4.1.5 Выбор типа и номинальной емкости аккумуляторной батареи:

92 KL-500

, где

92 - количество аккумуляторных батарей

KL- тип аккумулятора

500 - номинальная мощность (Аr)

4.2 Расчет и выбор статического преобразователя

4.2.1 Определение расчетного значения номинальной и габаритной (полной) мощности статического преобразователя

Ргаб.сn.=Рн.сп.•Кu

КU = 1,29 отношение максимального к минимальному напряжений в сети ВПМ;

РН..СП = kп * Рн(ЕК1) + Рпик.ВПМ = 1,2 * 27,7 + 57,6 = 33,24 кВт

Ргаб.сn.=42,88 кВт

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).

Агод = 19,2 * 4380 = 84096 кВт*ч

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.