Методика расчёта и выбора электрооборудования вагона, отвечающего требованиям современного подвижного состава, страница 8

        Р=37,114 кВт – наибольшая мощность электрической энергии, потребляемой от вагонного генератора.

4.3.3 Определение необходимых параметров полупроводниковых диодов

      Определяем максимальные значения тока и напряжения в звене постоянного тока выпрямителя, то есть на выходе выпрямителя:

,

где Р=37,114 кВт – наибольшая мощность электрической энергии, потребляемой от вагонного генератора;

U=110 В – номинальное напряжение бортовой сети вагона.

,

где Кu=1.35 - отношение максимального к минимальному значению напряжения генератора, обусловленное регулированием для зарядки аккумуляторной батареи в поездных условиях (принимаем 1,35).

       Теперь определяем:

для шестифазной выпрямительной схемы:

 А

 В

4.3.4 Расчет и выбор типа полупроводникового диода выпрямительной установки

      Определяем предельный ток:

I_П = К_Н..ОХЛ ∙ К_Н..ИМП ∙ I_{ПР.СР.РАСЧ} = 7,7 А

К_{Н. ОХЛ}=0,25 - коэффициент снижения токовой нагрузки в зависимости от скорости охлаждающего воздуха (скорость для вагонной установки принята равной 0);

К_Н.ИМП=0,55 - коэффициент снижения токовой нагрузки в зависимости от длительности протекания прямого тока (угол для 6 фазного мостового выпрямителя равняется 60^о);

I_{ПР.СР.РАСЧ}=56 А - расчетное значение прямого тока диода.

Имея значение предельного тока (I_П = 7,7 А) и импульсное значение обратного напряжения (U_{ОБР.И.РАСЧ} = 149) можно выбрать низкочастотный лавинный диод. Во избежание пробоев будем использовать приборы с  преувеличенными характеристиками. Примем I_П = 10 А и U_{ОБР.И.РАСЧ} = 200 В.

На вагон к использованию принимаем диоды типа ВЛ-10-2.

4.4 Расчет и выбор статического преобразователя

       В данном вагоне питание низковольтных потребителей производится независимо от ВПМ. Но для обеспечения безопасности пассажиров возможен вариант установки дополнительного оборудования, понижающего напряжение для питание электропечей.

 кВт,

,

где Ргаб.сп – габаритная (полная) мощность преобразователя с учетом возможных колебаний питающего напряжения, величины нагрузки или изменений температурных условий среды;

       Кu – отношение максимального к минимальному значению напряжения контактной сети в эксплуатации (принимаем 1,29);

       Рпик – наибольшая (пиковая) мощность электрической энергии, потребляемой от статического преобразователя (расчетная величина и составляет 21,12 кВт).

5 Определение годового объема и стоимости израсходованной электрической энергии в пассажирском вагоне

      В связи с изменениями внесенными в структуру ж/д транспорта и реорганизацией некоторых энергетических предприятий наблюдается тенденция к увеличению экономии в области использования электричества. Пассажирский вагон за свой жизненный цикл потребляет достаточно большое количество энергии. Однако для настоящего вагона не установлено определенной зоны эксплуатации, поэтому энергозатраты преувеличены, т.к. расчеты производятся для самых неблагоприятных условий, в которых может оказаться данная подвижная единица.

5.1 Определение годового объема израсходованной электрической энергии

А_ГОД = (Р_{СР.ЗИМ.В/В..ГЕН}) ∙ Т_ОТОПЛ. + Р_{СР.ЛЕТО В/В..ГЕН} ∙ (Т_ГОД - Т_ОТОПЛ) = 251578,44 кВт ч,

где Р_{СР.ЗИМ.В/В..ГЕН} =19,2 кВт - среднее значение электроэнергии, вырабатываемой генератором зимой;

       Р_{СР.ТЕТО В/В..ГЕН}=17,124 кВт - среднее значение электроэнергии, вырабатываемой генератором летом;

       Т_ГОД = 8760 ч -  продолжительность периода эксплуатации в год;

       Т_ОТОПЛ = 4380 ч - продолжительность зимнего периода эксплуатации.

5.2 Определение годовых затрат на электроэнергию

      Определяем суммарные затраты на электрическую энергию для данного вагона в год:

Σ = С ∙ А_ГОД = 860398,26 руб.

  С = 3,42 руб. - себестоимость 1кВт электрической энергии

6 Расчет и выбор проводов и кабелей, коммутационной и защитной аппаратуры при подключении электротехнических устройств

6.1 Общие сведения

        Электротехнические устройства в вагонах подключаются с использованием проводов (кабелей), коммутационной и защитной аппаратуры. Для коммутации используется аппаратура ручного (рубильники, пакетные переключатели, контроллеры) и аппаратура релейно-контакторного (реле, контакторы, комплектные устройства и аппараты защиты) управления.  Во многом правильность выбора данных приспособлений влияет на правильность и безопасность оборудования.

6.2 Расчет и выбор проводов подключения генератора

     

Рис. 6.2 Схема подключения подвагонного генератора в вагонную электросеть

       Провода, кабели и аппараты должны быть выбраны по условиям длительной работы и проверены по условиям короткого замыкания. Поэтому токоведущие части электрических установок выбирают по экономической плотности тока и нагреву в рабочем режиме. Эти требования будут обеспечены, если сечение проводов выбрано с учетом выполнения четырех условий:

1. Нагрев проводов не должен превышать допустимого значения, то есть расчетная сила тока (I_пр) в проводах должна быть не менее 278 А. Для установки принимаем 3  провода с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией с сечением токоведущей жилы S=120 мм²;
2. Провод должны быть проверен на термическую устойчивость коротких замыканий.                                                                                                                                                                                                                                                    I_пр = k₃∙I₃ =1,25∙300 = 375 А                                                                           (для предохранителя ПР-2-350 с плавкой вставкой на 300 А:                          k₃ = 1,25 - коэффициент защиты для плавкой вставки предохранителя,        I₃ = 300 А - номинальный ток плавкой вставки предохранителя);
3. Потери напряжения в проводах не должны превышать допустимое значение.    Длина проводов около 10 метров, материал - медь.                                              ΔU_ПР = 200 ∙ I_ПИК ∙ R_ПР  / U_H =  В,    где:                                                                     I_ПИК = 280 А, суммарный пиковый ток проводов;                                           U_H = 110 номинальное напряжение в сети;                                                         Ом, суммарное сопротивление проводов (где n=3 шт – кол-во   проводов;   L = 10м  –  длина провода;    γ_пр = 57м/Ом∙мм²  –  удельная проводимость; S = 120 мм² – площадь поперечного сечения провода).
4. Должна быть обеспечена механическая прочность. Для подключения генератора к выпрямительному устройству и зарядному устройству аккумуляторной батареи используем 3 провода длинной 10 метров. Для защиты от механических повреждений провод помещается в алюминиевую трубу.