Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»Стр 1 из 3Следующая ⇒
Путей сообщения Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство» Курсовая работа « Проектирование электрооборудования пассажирских вагонов » Выполнил студент гр. В-905 Егоров М.А.
Проверил преподаватель Комаров Ю.А.
Санкт-Петербург
Содержание Введение…………………………………………………………………………3
1.Исходные данные. Краткая характеристика вагона и его электрооборудования……………………………………………………………4 1.1 Перечень потребителей электроэнергии и их основных характеристик…………………………………………………………….…5 1.2 Вариант электроснабжения вагона: структурная схема, описания………6 1.3 Размещение электрооборудования в вагоне…………………………….…7 2. Расчет и выбор основного электрооборудования вагона……….…………..8 2.1 Расчет и выбор электроприводов вагонных механизмов...………………8 2.2 Расчет и выбор электроосвещения помещения вагона……………….….11 2.3 Расчет и выбор электронагревательных устройств вагона…………...…12 3. Определение потоков энергии и расчет мощности…………………………15 3.1 Анализ структуры электрооборудования вагона.…………………..……15 3.2 Определение потока энергии от ПМ.…………………………………..…15 3.3 Определение потока энергии от аккумуляторной батареи………...……18 3.4 Определение наибольшей мощности электроэнергии от «штатных» источников…………………………………………………………………….…20 4. Расчет и выбор источников электроэнергии вагона.…………………….…21 5. Определение готового объема и стоимости электроэнергии………………23 6. Расчет и выбор проводов и кабелей, коммутируемой и защитной аппаратуры…………………………………………………………………….…24 7. Принципиальная электрическая схема……………………………...………30 8. Размещение электрооборудования вагона…………………………………..31
Список используемой литературы……………………………………………...32
Введение
Пассажирский парк магистральных вагонов локомотивной тяги железных дорог России насчитывает около сорока тысяч единиц, которые построены на отечественных и зарубежных предприятиях. В вагонах используется различное электрооборудование, назначение которого, совместно с конструкцией вагона - обеспечение безопасности и комфортных условий перевозки пассажиров. Для электрооборудования пассажирского парка характерно обилие схемных решений и элементной базы. В настоящее время отечественная промышленность проводит федеральную программу «Разработка и производство подвижного состава нового поколения на предприятиях России», определившая основные цели и задачи на перспективу: -обновление парка пассажирского подвижного состава и его сертификацию на соответствие отечественным и международным нормам; -развитие отечественного вагоностроения с исключением импортной зависимости и созданием экспортной базы; -снижение стоимости жизненного цикла для безубыточных и конкурентоспособных пассажирских перевозок.
Техническое задание:
Вариант - 20
Тип вагона - спальный ЦМВ.
Количество пассажиров - 18.
Отопление – ЭВ (жидкостное; котел на твердом топливе с дополнительными электронагревателями)
Кондиционирование – есть.
Электроснабжение – Цл - централизованное, при котором энергия производится на локомотиве, а используется в вагоне через ПМ АС 3/N 380В поезда
Краткая характеристика вагона и его электрооборудования. 1.1 Перечень потребителей электроэнергии и их основных характеристик. С учетом технических требований отрасли, предъявляемымк пассажирским вагонам, определяю группы оборудования и устройств вагона, которые необходимы для функционирования электроэнергии. Таблица 1. Перечень потребителей электроэнергии спального вагона ЦМВ.
Перечень потребителей электроэнергии
1.2 Вариант электроснабжения вагона: структурная схема, описания. Вариант электроснабжения вагона ЦМВ: Цл - централизованное, при котором энергия производится на локомотиве, а используется в вагоне через ПМ АС 3/N 380В поезда
Структурная схема электрооборудования ПМ АС 3/N 380/220В 50Гц НПМ = 110В Х3 Х4 Х1 Х2
А1 GB Q
А2
UD1 АС 3/N 380/220В =110В
UD2 ЕК1 ЕL1 ЕН1 А3 ЕК2 ЕL2 ЕК3 А4 М1 ЕК4 ЕК5 ЕК6 А5 ЕН2 А6 М2 Х5 ЕL3 ЕК7 М3 ЕК8 ЕК9 ЕL4 ЕК10 М4 А7 М5 М6
Структурная схема электрооборудования пассажирского вагона с централизованным электроснабжением пассажирского вагона от специального локомотива или вагона-электростанции.
1.3 Размещение электрооборудования в вагоне. (Планировка вагона)
2600 2200 4355 1 2 3 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 2 1 6 6 3150 7 8 2400 23600 2228 Рисунок 2 - Планировка пассажирского спального вагона ЦМВ ( 1 - тамбур, 2 – туалет, 3 – купе проводника, 4 – служебное отделение, 5 – купе для пассажиров, 6 – коридор, 7 – котельное отделение, 8 – кипятильник). РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ВАГОННЫХ МЕХАНИЗМОВ 2.1.1 Определяем нагрузку на валу электрического двигателя: а) электропривода вентиляционного агрегата: Р в = К 3· Q · H / 1000·ŋ в где Кз – коэффициент запаса (1, 1…1, 3). Принимаем равным 1, 2. Q – производительность вентилятора, м³ /c; определяется произведением нормы воздуха 25 м/ч на одного пассажира и количества пассажиров; при 18 пассажирах Q=0, 125 м³ /c. H – аэродинамическое сопротивление (суммарный напор) системы вентиляции, Па; определяется как сумма аэродинамических сопротивлений: воздуховода – 350…500 Па, калориферов отопления – 200 Па (основного) и 100 Па (дополнительного). Принимаем H=950Па. η в – кпд вентилятора (0, 4…0, 6). Принимаем равным 0, 55. Р в = 1, 2*0, 125*950/1000*0, 55=0, 158(кВт) б) электропривода центробежного водяного насоса системы жидкостного отопления: Рн = К3 · Q · H / 1000 · η н где Кз – коэффициент запаса (1, 1…1, 3). Принимаем равным 1, 2. Q – производительность насоса, м³ /c; для системы водяного отопления вагона – 0, 001…0.003 м³ /c. Принимаем равным 0, 002 м³ /c. Н - высота напора, равная сумме высот всасывания и нагнетания, м; для системы водяного отопления вагона Н = 2, 8 м; η н – КПД насоса; центробежный насос при напоре менее 40м имеет КПД – 0, 3…0, 6. Принимаем равным 0, 55 Тогда Рн = 1, 2*0, 002*2, 8/1000*0, 55 = 0, 0000122(кВт)
в) электропривода компрессора холодильной установки: Рк = Кз · Кр · Δ Рохл / 1000 · η i · η к где Кз – коэффициент запаса (1, 1…1, 3). Принимаем равным 1, 2. Кр – коэффициент режима, учитывающий прерывистый характер работы компрессора (0, 4…0, 6) Принимаем равным 0, 55. η i = 0, 75 - индикаторный КПД холодильной установки; η к = 0, 75 - КПД компрессора; Δ Рохл – мощность теплового потока воздуха, которая должна быть затрачена холодильной установкой кондиционера на охлаждение, Вт: Δ Рохл = 1, 2 · Fпв · Кт · Ө р + 0, 08 · Nпас., где Fпв = 250…350м2 – общая поверхность ограждения вагона. Принимаем Fпв = 335 м2 Кт = 1, 1…2, 0 – приведенный коэффициент теплопередачи ограждения вагона, Принимаем Кт = 1, 2 Ө р = (tн.в – tв.в)расч. – разность между наружной температурой воздуха и температурой внутри вагона (для установок кондиционирования воздуха расчетная разность температур (перегрев) составляет 10…15º C); Принимаем Ө р = 12 º C Nпас – количество пассажиров в вагоне. Nпас = 18
Δ Рохл = 1, 2*335*1, 2*12+0, 08*18=5771, 68(Вт) Рк = 1, 2*0, 55*5771, 68/1000*0, 75*0, 75= 6, 736(кВт) г) электропривода вентилятора охладителя конденсатора холодильной установки: Р в = К 3· Q · H / 1000·ŋ в, кВт, где Кз – коэффициент запаса (1, 1…1, 3). Принимаем равным 1, 2. Q = 3, 0…4, 5 - производительность вентилятора, м³ /c. Принимаем равным 4 м³ /c. H = 150…350 - аэродинамическое сопротивление (напор) конденсатора холодильной установки, Па; Принимаем равным 250Па. η в = 0, 6…0, 8 - КПД вентилятора. Принимаем равным 0, 75.
Р в = 1, 2*4*250/1000*0, 75=1, 54(кВт)
2.1.2 Определяем расчетное значение мощности электродвигателя:
После определения нагрузки на валу электродвигателя необходимо учесть режим работы электропривода, что позволяет снизить установленную мощность двигателя, а значит, и его габаритные размеры, массу и стоимость: а) длительный режим: Рд.расч. ≥ Р, где Р – мощность нагрузки на валу. Из опыта эксплуатации принимаем: - Режим работы двигателя вентиляционного агрегата длительный, следовательно Рд.расч. ≥ 0, 518(кВт) - Режим работы электропривода компрессора холодильной установки длительный, следовательно Рд.расч. ≥ 6, 796(кВт) - Режим работы электропривода вентилятора охладителя конденсатора холодильной установки длительный, следовательно Рд.расч. ≥ 1, 6(кВт) - Режим работы электропривода центробежного водяного насоса системы жидкостного отопления длительный, следовательно
Рд.расч. ≥ 0, 00001(кВт)
РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ОТОПЛЕНИЯ ВАГОНА Тепловой расчет Тепловой баланс, обеспечивающий поддержание расчетной температуры воздуха внутри вагона, может быть определен уравнением: Рот = Δ Рпв + Δ Рфв + Δ Рв – Δ Рп – Δ Ро, где Δ Рпв - тепловые потери через ограждающую поверхность вагона, Δ Рфв -тепловые потери при инфильтрации конструкции, открывании дверей при посадке и высадке пассажиров, Δ Рв - тепловая энергии, необходимая для подогрева воздуха в системе вентиляции, Δ Рп - тепловые потери пассажиров вагона, Δ Ро - тепловые потери оборудования вагона 2.3.1.1 Тепловые потери через ограждающую поверхность вагона можно определить: Δ Рпв = Sпв · К'т · Ө р где Sпв – суммарная поверхность ограждения вагона, м2; К'т - обобщенный коэффициент теплопередачи вагона, Вт / м2º C; Ө р - расчетный перегрев воздуха в помещениях вагона или разность между расчетными значениями температур снаружи и внутри вагона, º C. Δ Рпв = 335*1*58=19, 43(кВт) 2.3.1.2 Тепловые потери при инфильтрации конструкции и открывании дверей при посадке и высадке пассажиров могут быть условно приняты равными 10% от потерьчерез ограждающую поверхность вагона, т.е. Δ Ро = 0, 1 Δ Рпв Δ Ро = 0, 1*19, 43=1, 943(кВт)
2.3.1.3 Тепловая энергии, необходимая для подогрева воздуха в системе вентиляции вагона: Δ Рв = ρ ·cв·V·Ө р, где ρ = 1, 3 кг/м3 – плотность воздуха; cв = 1, 006кДж/кг·º C – удельная теплоемкость воздуха; V - объем наружного воздуха, поступающего в вагон, м3 (норма воздуха зимой при температуре - 40º C может составлять 10 м3/ч на одного пассажира; Ө р - расчетный перегрев воздуха в помещениях вагона или разность между значениями температур снаружи и внутри вагона, º C. Δ Рв = 1, 3*1, 006*0, 1*58=7, 59(кВт) 2.3.1.4 Тепловые потери пассажиров можно определить: Δ Рп = q ·nп , Δ Рп = 18*90=2, 42(кВт) где q = 90Вт – среднее значение удельных потерь человека в единицу времени; nп – количество пассажиров. 2.3.1.5 Тепловые потериот работающего оборудования вагона (электрического освещения, электрических машин и т.п.) могут составлять 1, 5…2, 5 кВт или: Δ Рфв = 0, 1 Δ Рпв Δ Рфв = 0, 1*19, 43=1, 943(кВт) 2.3.1.6 Необходимая мощность энергии для обеспечения расчетного теплового баланса в вагоне составляет: Рот = Ө р· (Sпв · К'т + ρ ·cв·Q) - q ·nп Рот = 58*(335*1+1, 3*1, 006*0, 1)-3240=16, 21(кВт)
ПМ АС 3/N 380/220В 50Гц НПМ = 110В Х3 Х4 Х1 Х2
А1 GB Q
А2
UD1 АС 3/N 380/220В =110В
UD2 ЕК1 ЕL1 ЕН1 А3 ЕК2 ЕL2 ЕК3 А4 М1 ЕК4 ЕК5 ЕК6 А5 ЕН2 А6 М2 Х5 ЕL3 ЕК7 М3 ЕК8 ЕК9 ЕL4 ЕК10 М4 А7 М5 М6 Потребители энергии от ПМ.
GB Q
А1
К =110В (110…142)В =110В (90…142)В
М1 ЕК4 ЕL3 ЕН2 А4 М2 ЕК5 ЕL4 US А5
ЕК6 ЕК7 Х7 А6 ЕН1 М4 А7 Х8 ЕL1 ЕК2 М5 ЕК7 ЕК8 ЕL2 ЕК3 М6 М7 М3 А8 ВП50Х - 300 номинальная емкость, А·ч тип аккумулятора
количество аккумуляторов в батарее Батарея размещается под вагоном. 4.2 Расчет ивыборэлектромашинного генератора
4.2.1 Определение номинальное значение мощности генератора: Рн.ген ≤ Ррасч. ген. ,
где Ррасч.ген. - расчетное значение потребляемой мощности энергии от генератора Рн.ген = Ррасч. ген.=7.979 кВт
4.2.2 Выбираем тип, номинальную мощность и напряжение генератора: -генератор переменного тока; -тип: ГСВ-8; -Рн=8 кВт; -Iн=160 А; -Uн=63 В;
Принимаем к установке на вагон: - электромашинный генератор переменного тока тип-ГСВ-8; - механическую передачу (привод) тип-ТРКП; - генератор размещается под вагоном.
4.3 Расчет и выбор выпрямительной установки 4.3.1 Выбор схемы выпрямительной установки электромашинного генератора: Современные электрические генераторы пассажирских вагонов- это синхронные индукторные генераторы переменного тока, эксплуатационная надежность которых на порядок выше генераторов постоянного тока. Однако бортовая электрическая сеть большинства вагонов – сеть постоянного тока, что, в основном, определяется использованием аккумуляторной батареи в качестве одного из источников электрической энергии. Поэтому на практике применяют выпрямительную установку на выходе электромашинного генератора. Для вагонов без кондиционированием воздуха в качестве выпрямителя используются трехфазные мостовые схемы.
Id а) UZ + VD1 VD2 VD3 G
Udг
VD4 VD5 VD6
-
Рисунок 8. Выпрямительные установки вагонных индукторных генераторов до 10 кВт
Принимаем к установке на вагон выпрямитель с трехфазной мостовой схемой.
4.3.2 Определение расчетного значения номинальной и габаритной (полной) мощности выпрямительной установки: Рг.в = KU · Рпик. ГЕН. ,
гдеРг.в – габаритная (полная) мощность преобразователя с учетом возможных колебаний питающего напряжения (KU), величины нагрузки или изменений температурных условий среды; KU = Uг.макс / Uг.мин –отношение максимального к минимальному значений напряжения генератора, обусловленные регулированием для зарядки аккумуляторной батареи в поездных условиях (KU = (140…160) / 110 = 1, 27…1, 45); Рпик.ГЕН.– наибольшая (пиковая) мощность электрической энергии, потребляемой от вагонного генератора Рг.в =1.3·12.188=15.84кВт
4.3.3 Определяем необходимые параметры полупроводниковых диодов: Iпр.ср (среднее значение прямого тока) и Uобр.и (импульсное значение обратного напряжения). Определим максимальные значения тока и напряжения в звене постоянного тока выпрямителя, то есть на выходе выпрямителя: Id.макс = Рпик. ГЕН./ Uн.с ,
где Рпик.ГЕН.– наибольшая (пиковая) мощность электрической энергии, потребляемой от вагонного генератора; Uн.с - номинальное напряжение бортовой сети вагона. Id.макс=12.188/50=244 А
Ud.макс = KU · Uн.с, Ud.макс =1.3·50=65 В
- для трехфазной выпрямительной схемы (рис.8):
Iпр.ср.расч = Id.макс / 3 = Рпик. ГЕН ./ 3·Uн.с Iпр.ср.расч =244/3=24.044/3·50=81.3А Uобр.и.расч =1, 045 · Ud.макс = 1, 045 · KU · Uн.с Uобр.и.расч =1.045·65=1.045·1.3·50=67.925 В 4.3.4 Расчет и выбор типа полупроводникового диода выпрямительной установки:
Выбор типа диода для использования в вагонной выпрямительной установке должен производиться: Iп > Кн.охл · Кн.имп . · Iпр.ср.расч , К > Uобр.и.расч. где Кн.охл и Кн.имп. – коэффициенты снижения токовой нагрузки в зависимости от скорости охлаждающего воздуха и длительности протекания прямого тока (вагонные выпрямительные установки имеют Vохл = 0 и длительности импульсов тока: 120º эл; Iпр.ср.расч - расчетное среднее значение прямого тока; Uобр.и.расч - расчетное значение обратного импульсного обратного напряжения диода. Iп> 0.25·0.84·81.3=17.073 А К > 67.925 В Принимаем к использованию в вагонной выпрямительной установке диоды типа ВЛ320 в количестве 6 штук. Выпрямительная установка размещается под вагоном. Общие положения Электротехнические устройства и потребители в вагонах подключаются к бортовой сети с использованием проводов (кабелей), а также коммутационной и защитной аппаратуры. Для коммутации применяется аппаратура ручного (рубильники, пакетные переключатели, контроллеры) и аппаратура релейно-контакторного управления (реле, контакторы, комплектные устройства и аппараты защиты).
N АС 380/220В 50Гц
К1 К1 К1
F1 F2 F3
М3
Рисунок 4- Пример подключения электрических устройств переменного тока. На рис. 6.2 показаны цепи подключения электродвигателей к питающим шинам 3/N АС 380/220В 50Гцчерез контакторы К2 и К3. Защита осуществляется предохранителямиF1…F3.
Общие положения Электрические цепи аккумуляторной батарей вагона имеют защиту от токов короткого замыкания в виде предохранителей с плавкой вставкой. Время отключения защищаемой цепи зависит от типа предохранителя и кратности тока замыкания по отношению к номинальному току плавкой вставки. Выбор типа предохранителя и плавкой вставки определяются выполнением трех условий: Во-первых, номинальное напряжение предохранителя должно быть равно или больше напряжения сети, то есть Uн.пр. > или = Uн.сети; 500В> 110В Во-вторых, плавкая вставка не должна плавиться при расчетном токе, то есть Iн.вст. > Iрасч; В-третьих, плавкая вставка не должна плавиться при пусковых ( пиковых) токах, то есть Iн.вст. > или = Iпик / α, где α = 2, 5 при защите одного потребителя электроэнергии, например, электродвигателя, и α = 1, 6…2, 0 при защите группы потребителей.
ПМ АС 3/N 380/220В 50Гц НПМ = 110В Х9 Х10 Х1 Х2
F12
А5 F5 Q
K3 F2 А1 K4
АС 3/N 380/220В =110В
F10 F11
F30
F15 F21 M1
F32
F17 F23
M4
M3 F36 K19
К10 К11 К12 К13 F26 F27 F28 F29
ЕК4 ЕК5 ЕК6 ЕК2
2600 2200 4355 1 2 3 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 2 1 6 6 3150 7 8 2400 23600 2228 Планировка пассажирского спального вагона ЦМВ ( 1 - тамбур, 2 – туалет, 3 – купе проводника, 4 – служебное отделение, 5 – купе для пассажиров, 6 – коридор, 7 – котельное отделение, 8 – кипятильник). Путей сообщения Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство» Курсовая работа « Проектирование электрооборудования пассажирских вагонов » Выполнил студент гр. В-905 Егоров М.А.
Проверил преподаватель Комаров Ю.А.
Санкт-Петербург
Содержание Введение…………………………………………………………………………3
1.Исходные данные. Краткая характеристика вагона и его электрооборудования……………………………………………………………4 1.1 Перечень потребителей электроэнергии и их основных характеристик…………………………………………………………….…5 1.2 Вариант электроснабжения вагона: структурная схема, описания………6 1.3 Размещение электрооборудования в вагоне…………………………….…7 2. Расчет и выбор основного электрооборудования вагона……….…………..8 2.1 Расчет и выбор электроприводов вагонных механизмов...………………8 2.2 Расчет и выбор электроосвещения помещения вагона……………….….11 2.3 Расчет и выбор электронагревательных устройств вагона…………...…12 3. Определение потоков энергии и расчет мощности…………………………15 3.1 Анализ структуры электрооборудования вагона.…………………..……15 3.2 Определение потока энергии от ПМ.…………………………………..…15 3.3 Определение потока энергии от аккумуляторной батареи………...……18 3.4 Определение наибольшей мощности электроэнергии от «штатных» источников…………………………………………………………………….…20 4. Расчет и выбор источников электроэнергии вагона.…………………….…21 5. Определение готового объема и стоимости электроэнергии………………23 6. Расчет и выбор проводов и кабелей, коммутируемой и защитной аппаратуры…………………………………………………………………….…24 7. Принципиальная электрическая схема……………………………...………30 8. Размещение электрооборудования вагона…………………………………..31
Список используемой литературы……………………………………………...32
Введение
Пассажирский парк магистральных вагонов локомотивной тяги железных дорог России насчитывает около сорока тысяч единиц, которые построены на отечественных и зарубежных предприятиях. В вагонах используется различное электрооборудование, назначение которого, совместно с конструкцией вагона - обеспечение безопасности и комфортных условий перевозки пассажиров. Для электрооборудования пассажирского парка характерно обилие схемных решений и элементной базы. В настоящее время отечественная промышленность проводит федеральную программу «Разработка и производство подвижного состава нового поколения на предприятиях России», определившая основные цели и задачи на перспективу: -обновление парка пассажирского подвижного состава и его сертификацию на соответствие отечественным и международным нормам; -развитие отечественного вагоностроения с исключением импортной зависимости и созданием экспортной базы; -снижение стоимости жизненного цикла для безубыточных и конкурентоспособных пассажирских перевозок.
Техническое задание:
Вариант - 20
Тип вагона - спальный ЦМВ.
Количество пассажиров - 18.
Отопление – ЭВ (жидкостное; котел на твердом топливе с дополнительными электронагревателями)
Кондиционирование – есть.
Электроснабжение – Цл - централизованное, при котором энергия производится на локомотиве, а используется в вагоне через ПМ АС 3/N 380В поезда
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-06-05; Просмотров: 913; Нарушение авторского права страницы