Расчет и выбор электрооборудования и сети электроснабжения вагона

1. Общие сведения об электрооборудовании вагона

1.1 Потребители электрической энергии

В пассажирский вагон с кондиционированием воздуха с ценрализованной системой электроснабжением от контактной сети через локомотив энергия в пассажирские вагоны поступает от электровоза по высоковольтной поездной электромагистрали. Питание осуществляется постоянным или переменным током напряжением 3000 В. Электропотребители вагона разделяются на высоковольтные и низковольтные. Потребителями тока высокого напряжения являются только устройства электрического отопления Ї электропечи и электрокалорифер, к которым напряжение 3000 В подается от подвагонного высоковольтного ящика. Все остальные потребители питаются трехфазным переменным током:

Ї сеть освещения лампами накаливания и сигнальные фонари;

Ї сеть освещения люминесцентными лампами;

Ї электродвигатель вентилятора;

Ї электродвигатель компрессора холодильной машины;

Ї электродвигатель вентилятора конденсатора;

Ї охладитель питьевой воды;

Ї электрокипятильник;

Ї обогреватель наливных и сливных труб;

Ї электробытовые приборы;

Ї цепи сигнализации и управления;

Ї преобразователь для заряда аккумуляторной батареи.

Для этого в каждом вагоне устанавливается индивидуальный преобразователь, преобразующий ток высокого напряжения в трехфазный переменный напряжением 380/220 В частотой 50 Гц.

1.2 Источники электрической энергии

Локомотив пассажирского поезда должен иметь устройства для подачи напряжения к междувагонной электромагистрали. Высоковольтная магистраль подключается к локомотиву любого типа, имеющему специальное оборудование для электоснабжения вагонов. Электробытовые приборы, электродвигатели различных приборов, лампы накаливания, преобразователь люминесцентного освещения питаются низким напряжением, подаваемым от генератора с приводом от оси колесной пары или от аккумуляторной батареи, которые устанавливаются в каждом пассажирском вагоне. Система питания низковольтных потребителей может иметь напряжение 50 или 110 В. Пассажирские вагоны имеют также вторую низковольтную подвагонную электромагистраль для питания низковольтных потребителей от соседних вагонов в случае выхода из строя собственного генератора.

Локомотив пассажирского поезда при данной системе должен иметь устройства для подачи напряжения к междувагонной электромагистрали. На электровозах постоянного тока предусмотрено непосредственное питание высоковольтной электромагистрали от токаприемника. Для защиты магистрали от перенапряжений на электровозе имеется разрядчик, а от коротких замыканийЇ автоматический выключатель. Переключатель подает высокое напряжение 3000 В на розетки высоковольтной магистрали той стороны локомотива, к которой прицеплен состав.

На электровозе переменного тока электромагистраль питается однофазным переменным током. Для этого на главном трансформаторе предусмотрена специальная обмотка, понижающая напряжение с 25 до 3кВ.

1.3 Размещение электрооборудования в вагоне

электрооборудование автоматика вагон блокировка

Электрооборудование вагонов необходимо располагать так, чтобы создать пассажирам необходимые комфортные условия, облегчить труд обслуживающего персонала, обеспечить пожарную безопасность и электрическую безопасность во всех режимах работы электрооборудования.

По месту расположения электрооборудование вагонов разделяется на внутривагонное и подвагонное. При этом исполнение электрооборудования, определяемое способом защиты от внешних климатических и механических воздействий, выбирается в соответствии с местом его установки.

К внутривагонному электрооборудованию относятся устройства освещения, вентиляции вагона, отопления, электробытовые приборы (электрокипятильник, водоохладитель питьевой воды, пылесос и т. д.)

Управление электрооборудованием вагона осуществляется с панели распределительного шкафа, размещенного в служебном отделении вагона. Аккумуляторная батарея, электродвигатели компрессора и вентилятора конденсатора холодильной установки; электроподогреватели сливных труб; часть коммутационно-защитной аппаратуры, поездная магистраль напряжением 380/220 В с междувагонными соединениями размещаются под вагоном.

Электрические аппараты, машины и приборы располагают в легкодоступных местах (в шкафах и нишах со съемными крышками, на панелях, в отдельных подвагонных ящиках).

Для электробезопасности обслуживающего персонала и пассажиров электрооборудование надежно закрывается защитными кожухами, крышками или располагается в закрытых распределительных шкафах и ящиках, наружные металлические части которых присоединяются на корпус вагона.

Распределительные шкафы в вагоне монтируются с учетом того, чтобы предотвратить возможность распространения огня, который может возникнуть при коротких замыканиях внутри шкафа. Для этого места установки электрических аппаратов изолированы от конструкций вагона асбестовыми и металлическими листами.

Внутривагонное электрооборудование защищено от непосредственного атмосферного воздействия, однако это электрооборудование также может находиться в неблагоприятных климатических условиях во время длительного отстоя вагона. Подвагонное электрооборудование работает в широком диапазоне температур от -50 до +40°С и подвержено атмосферному воздействию (дождь, снег, обледенение, а также пыль и грязь и т. д.). Это усложняет условия работы и обусловливает применение электрооборудования специального исполнения с принятием защитных мер, обеспечивающих его надежную работу.

На вагоне применяются различные исполнения электрических машин и аппаратов по степени защиты оболочки в зависимости от их места расположения. Размещенные внутри вагона электродвигатели охладителя питьевой воды, термостаты помещений и т. п. выполнены с наименьшей степенью защиты IP23. Смонтированные в чердачном помещениях вагона вентилятора вагона, а также термостат приточного воздуха и другие выполнены со степенью защиты IP44, а отдельные аппараты — жидкостные выключатели, реле температуры, электромагнитные вентили — имеют степень защиты IP55. Установленные под кузовом вагона электродвигатели компрессора и вентилятора конденсатора, соединительные и холостые розетки и т. п. также выполнены со степенью защиты IP55. Температурный щуп системы контроля нагрева буксовых подшипников выполняется со степенью IP66.

Расположение электрооборудования на вагоне с кондиционированием воздуха показано на рисунке 1.

В начале вентиляционного канала над потолком тамбура смонтирован вентиляционный агрегат. В крыше вагона предусмотрен специальный люк для осмотра, ремонта, монтажа и демонтажа вентиляционного агрегата. Далее в вентиляционном канале располагается электрический калорифер 2, а также электродвигатель вентилятора 1.

В служебном отделении размещается распределительный шкаф 3.

С обеих сторон вагона к раме кузова закрепляются ящики 12 с аккмуляторной батареей, которые на ходу поезда обдуваются встречным потоком воздуха. Для вентиляции ящиков при заряде аккумуляторной батареи от внешней сети в отстое вагона предусмотрены вентиляторы.

Рисунок 1Ї Схема размещения электрооборудования в вагоне

1Ї электродвигатель вентилятора;

2Ї электрокалорифер;

3Ї распределительный шкаф;

4Ї светильники с люминесцентными лампами;

5Ї электропечи;

6Ї светильники с лампами накаливания;

7Ї сигнальные фонари;

8Ї электроподогреватели сливных труб;

9 Ї ящик с аппаратурой управления холодильной установкой;

10Ї электродвигатель вентилятора конденсатора;

11Ї электродвигатель компрессора;

12Ї ящик с аккумуляторной батареей;

13 Ї ящик с оборудованием для подключения станционной сети;

14 Ї ящик с пусковыми сопротивлениями электродвигателей;

15Ї электроподогреватель наливных труб;

16Ї охладитель питьевой воды;

17Ї электрокипятильник.

Под рамой вагона размещаются электродвигатель 11 компрессора, электродвигатель 10 вентилятора конденсатора холодильной установки, ящик с аппаратурой управления холодильной установкой 9, ящик 13 для подключения станционной сети.

Внутри вагона расположены люминесцентные лампы 4, светильники с лампами накаливания 6, электрообогреватели наливных труб 15, электроподогреватели сливных труб 8, электрокипятильник 17, охладитель питьевой воды 16. Вдоль стен вагона расположены электропечи 5.

На торцовых стенах вагона устанавливаются сигнальные фонари 7.

2. Расчет и выбор основного электрооборудования вагона

2.1 Расчет электрического освещения

Электрическое освещение пассажирских вагонов служит для создания пассажирам наибольших удобств в пути следования независимо от времени суток и наличия естественного света.

В вагонах применяется комбинированное электрическое освещение следующих видов: общее, местное, дежурное, служебное, аварийное и обеспечивающее безопасность движения поезда.

Устройства электрического освещения должны обеспечивать требуемый уровень горизонтальной освещенности в помещения вагона для создания необходимого комфорта пассажирам. Освещенность различных предметов в пассажирском помещении должна быть по возможности равномерной, так как разная освещенность их вызывает зрительное утомление.

В вагоне в качестве источников света применяют лампы накаливания и люминесцентные лампы.

Планировка вагона представлена на рисунке 2.

Расчет освещения производим методом коэффициента использования светового потока. Необходимый световой поток светильника, лм, определяется по формуле

(2.1)

где E — заданная норма освещенности, лк, для служебного и пассажирского отделения составляет 150 лк на уровне диванов, для туалетов — 100 лк, коридоров и тамбуров 75 лк, котельной и гардероба — 50 лк;

k — коэффициент запаса, учитывает старение и запыленность ламп и принимается для люминесцентных ламп 1.5, для ламп накаливания — 1.3;

S — освещаемая площадь помещения, м², определяемая по планировке вагона (рисунок 2);

z — коэффициент характеризующий равномерность освещения помещения и равен для люминесцентных ламп — 1.1, для ламп накаливания — 1.15;

N — число светильников в помещении;

— коэффициент использования светового потока.

Коэффициент использования светового потока зависит от типа светильника, коэффициентов отражения стен, потолка, пола или рабочей поверхности и от характеристики (индекса) помещения i.

Индекс помещения определяется по формуле

(2.2)

где a — длина помещения (для прохода — расстояние между светильниками) м;

b — ширина помещения, м;

— расчетная высота подвески светильника (до уровня диванов в купе или пола в остальных помещениях), м.

Значение коэффициентов отражения принимаются равными: для чистых белых потолков — 0.7, темных матовых потолков — 0.5, белых стен с незашторенными окнами — 0.5, темных стен с незашторенными окнами — 0.3, светлой нижней рабочей поверхности — 0.3, темной нижней рабочей поверхности или пола — 0.1.

В соответствии с выбранными, i подбирается значение

Потребный световой поток ламп в светильнике определяется по формуле

(2.3)

где — часть светового потока, приходящаяся на нижнюю полусферу. Для вагонных светильников, расположенных на поверхности потолка, =0.8.

Производим расчет освещения для пассажирского помещения.

В пассажирском салоне принимаем люминесцентное освещение. Количество светильников N = 22 штук (2 ряда по 11 штук).

Освещаемая площадь Так как в пассажирском салоне принимается люминесцентное освещение, то k= 1.5, z = 1.1.

Принимается = 0.5, = 0.7,=0.1.

Индекс помещения Исходя из выбранных коэффициентов, значение принимается равным 0.398 / 1 /.

Световой поток светильника Потребный световой поток в светильнике Исходя из потребного светового потока / 1 / подбираем 22 светильника по две лампы в каждом (ЛД — 20 с световым потоком 920 лм, мощностью 20 Вт).

Расхождения между потребым световым и фактическим потоками не превышает 5% / 1 / и составляет 3%.

В виду аналогичности расчета освещения для всех помещений вагона, для остальных помещений результаты расчета сводим в таблицу 1.

Суммарная мощность люминесцентных ламп Суммарная мощность ламп накаливания

2.2 Расчет мощности и выбор электродвигателей

На пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха установлены электродвигатели для привода вентилятора, электродвигатели компрессора и вентилятора конденсатора холодильной установки.

На вагонах с централизованным электроснабжением для привода вентилятора и компрессоров применяют трехфазные асинхронные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором.

Для обеспечения комфорта пассажирам в вагонах предусматривается возможность изменения производительности вентилятора в зависимости от температуры внутри и снаружи вагона. Это достигается изменением частоты вращения приводных электродвигателей.

В поездах электродвигатели работают в более тяжелых условиях, чем обычные стационарные машины. В этих условиях двигатели должны обеспечить широкое регулирование частоты вращения обслуживаемых механизмов при значительных колебаниях подводимого напряжения и нагрузки; электродвигатели и их пускорегулирующая аппаратура подвержены толчкам и вибрациям, частым колебаниям окружающей температуры и повышенной влажности воздуха, неблагоприятно влияющим на изоляцию обмоток, подшипники, щеточный аппарат и др.

Электродвигатели компрессора и вентилятора конденсатора холодильной установки, которые расположены под вагоном, часто подвергаются воздействию пыли и дождя. Значительную часть времени эти двигатели не работают, что приводит к повышенному увлажнению их изоляции. Пусковые режимы электродвигателей компрессоров весьма тяжелые, так как у компрессоров большой пусковой момент. При неблагоприятных условиях работы холодильной установки (например, высокая наружная температура) возможны значительные перегрузки двигателя.

Мощность электродвигателя вентилятора, кВт, определяется по формуле

(2.4)

где k — коэффициент запаса, k = 1.1;

Q — максимальная производительность вентилятора, м³/с, Q = 1.48 м³/с;

Н — аэродинамическое сопротивление вентиляционной системы, Па. Н = 570 Па;

— полный КПД вентилятора, = 0.6;

— КПД передачи, = 1.

В соответствии с полученной потребной мощностью выбираем электродвигатель АО-42−6/4/2 номинальной мощностью Р_н=1.7 кВт, частотой вращения n=2880 ^об/_мин., номинальный ток I_Н=4,3А.

Мощность электродвигателя вентилятора конденсатора, Вт, по формуле (2.4), предварительно приняв: k=1.1, Q=4.3м³/с, H=280Па,, .

В соответствии с полученной потребной мощностью выбираем электродвигатель АОЛ-42−4 номинальной мощностью Р_н=2.8 кВт и частотой вращения n=1420 ^об/_мин., номинальным током I_Н=6.1А.

Мощность электродвигателя компрессора холодильной установки, Вт, определяется по формуле 2.5

(2.5)

где k — коэффициент запаса, k = 1.2;

G_x — подача компрессора; G_x = 0.29 кг/с;

l — теоретическая работа сжатия в компрессоре, l = 25 ^кДж/_кг;

— индикаторный КПД, = 0.75;

— механический КПД, = 0.9;

— КПД передачи, = 0.9

В соответствии с потребной мощностью выбираем электродвигатель АО-63−4 номинальной мощностью Р_н=14 кВт и частотой, вращения n=1460 ^об/_мин.

Результаты расчета и выбора электродвигателей сводим в таблицу 1.

Таблица 1 — Выбор электродвигателей приводов

2.3 Расчет нагревателей

При централизованном электроснабжении от контактной сети систему электрического отопления выполняют на напряжение 3000 В.

При питании от высоковольтной электромагистрали напряжением 3000 В электронагревательные приборы соединяют последовательно.

Электрокалорифер рассчитан на номинальное напряжение 3000 В Система электрического отопления вагонов при централизованном электропитании от контактной сети весьма эффективна. Однако вагоны, оборудованные этой системой отопления, могут эксплуатироваться только на электрифицированных участках железных дорог.

Мощность электронагревательных приборов, кВт, рассчитывается по формуле

(2.6)

где k — коэффициент запаса, учитывающий падение напряжения и «старение» нагревателей, k = 1.1;

Q — потребная теплопроизводительность, Вт;

_Э — КПД нагревательного прибора, принимается равным:

— для кипятильников, _Э = 0,85;

— для электропечей и калориферов, _Э =0,65;

— для нагревателей наливных и сливных труб, _Э = 0.6.

Мощность электропечи Для электропечей выбираем ТЭН 8231.066 на напряжение 500 В и мощностью 0.25 кВт.

Количество ТЭН Исходя из условия включения на напряжение 3000 В принимается Фактическая мощность Мощность калорифера Для калорифера выбираем ТЭН SK1A123 на напряжение 500 В и мощностью 0.75кВт.

Количество ТЭН

(2.7)

где Р_т — мощность одного ТЭН.

Принимается количество ТЭН кратным 2 и равным 42 штуки.

Фактическая мощность Мощность электрокипятильника Для электрокипятильника выбираем ТЭН: 201А на напряжение 250 В и мощностью 0,634 кВт (три штуки) Фактическая мощность Мощность нагревателей наливных и сливных труб Для нагревателей наливных и сливных труб выбираем 2 ТЭН 0019.367 на напряжение 125 В и мощностью 0.25 кВт.

Фактическая мощность Результаты расчета и выбора ТЭН сводим в таблицу 2.

Таблица 2 — Выбор электронагревателей

2.4 Расчет мощности источника энергии

Для расчета потребной мощности электрической энергии пассажирского вагона необходимо выбрать расчетный режим работы и определить расчетный и пиковый токи для этого режима.

Под расчетными нагрузками понимают такие неизменные нагрузки, которые вызывают такое же воздействие на электрическую систему, что и действительные нагрузки, непрерывно меняющиеся по величине и во времени. Расчетные нагрузки определяются для наиболее загруженных в электрическом отношении периодов работы электрооборудования. Для пассажирских вагонов рассматриваются летний и зимний периоды эксплуатации. Поскольку установит период в котором потребление электроэнергии, будет максимальным в большинстве случаев сложно, то находят расчетные нагрузки для летнего и зимнего режимов работы и для последующих расчетов принимают большие.

Для выполнения расчетов составляется таблица исходных данных (таблица 3)

Таблица 3 — Электропотребители электрической энергии в вагон

Расчетная максимальная мощность группы электропотребителей с различным режимом работы определяется по формулам

(2.8)

(2.9)

(2.10)

где — соответственно расчетная полная, активная и реактивная мощности, кВт;

— коэффициент максимума;

— коэффициент использования i-го потребителя;

— номинальная мощность i-го потребителя, кВт;

— тангенс мощности i — го потребителя.

Эффективным числом электропотребителей называется такое количество однородных по режиму работы потребителей, которые дают ту же величину расчетной нагрузки, что и группа действительных электропотребителей, различных по мощности и режиму работы.

Эффективное число электропотребителей определяется по формуле

. (2.11)

Групповой коэффициент использований определяется по формуле

(2.12)

Расчет для лета:

Исходя из эффективного числа и группового коэффициента, определяется коэффициент максимума:

;

Расчетная мощность Расчет для зимы:

Исходя из эффективного числа и группового коэффициента, определяется коэффициент максимума:

;

Расчетная мощность По полученной большей мощности определяется расчетный ток I_P, т. е. для лета

.

Для электропотребителей трехфазного переменного тока

(2.13)

где — номинальное напряжение, 220 В;

— коэффициент расчетной мощности группы потребителей.

(2.14)

.

Пиковая нагрузка (пиковый ток) возникает при пуске электродвигателя наибольшей мощности при работающих остальных электропотребителей. Пиковый ток определяется как арифметическая сумма наибольшего из пусковых токов электродвигателей, входящих в группу, и расчетного тока нагрузки всей группы потребителей за вычетом расчетного тока двигателя, имеющего наибольший пусковой ток, т. е.

(2.15)

где — номинальный ток двигателя, имеющего наибольший пусковой ток, А;

— коэффициент использования двигателя =0.7;

— пусковой ток электродвигателя,

(2.16)

где — номинальный ток, А;

— кратность пускового тока по отношению к номинальному, Расчет ведем для электродвигателя компрессорной холодильной машины, так как он имеет наибольший пусковой ток:

По найденным значениям расчетного и пикового токов определяем мощность источника электроэнергии. Эта мощность для источника трехфазного переменного тока вычисляется по формуле:

(2.17)

где — номинальное напряжение,

По условиям нагрузки источника энергии пиковым током

(2.18)

где — коэффициент кратковременной перегрузки генераторов, =2.

.

Из двух вычисленных значений мощности выбираем большее и округляем до целого числа в сторону увеличения, т. е. P=80кВт.

2.5 Расчет и выбор проводов

Произведем расчет и выбор проводов, передающих электрическую энергию от источника к распределительному устройству, для этого прежде всего необходимо определить длину проводов, исходя из конструктивного размещения распределительного щита и источника энергии, выбрать марку провода и способ его прокладки.

Выбор проводов электрических схем выполняется по четырем условиям:

допустимому нагреву;

допустимой потере напряжения;

защите от токов короткого замыкания;

механической прочности.

По первому условию допустимый нагрев не должен превышать допустимого значения 55С. Величина тока, при которой установившееся значение температуры соответствует норме, называется допустимой токовой нагрузкой провода .

(2.19)

Если температура среды, в которой работает провод, отличается от расчетной (25С), то допустимая токовая нагрузка провода определяется с учетом поправочного коэффициента, т. е.

(2.20)

Для вагонного электрооборудования работающего в интервале температур от +40 до -50С поправочный коэффициент принимается равным 0.71.

Исходя из значения допускаемого тока выбираем провод три одножильных сечением токопроводящей жилы 35 мм² и токовой нагрузкой 125А.

Потери в проводах не должны превышать допустимого значения, т. е.

(2.21)

Для силовых цепей допустимое снижение напряжения по отношению к номинальному не должно превышать 2.5.

Величина потерь напряжения в линии определяется по формуле

(2.22)

где — индуктивное сопротивление линии, Ом.

— активное сопротивление линии, Ом;

(2.23)

где — длина линии, 5 м;

— сечение провода, 35 мм²;

— удельная проводимость провода, для медных проводов

=57

.

.

Сравниваем потери напряжения в проводах с допустимым снижением напряжения

.

Условие выполняется.

Электрические силовые цепи вагона имеют защиту от перегрева и перегрузок по току, поэтому допустимый ток провода должен превышать номинальный ток защитного аппарата _вс (плавкой вставки предохранителя, автоматического выключателя) не менее чем на 25 .

(2.24)

Выбираем плавкую вставку с номинальным током _вс=100 A.

Условие выполняется, следовательно безопасность и надежность работы проводов обеспечена.

2.6 Выбор аппаратов защиты

В качестве аппаратов защиты электрических сетей от токов короткого замыкания и значительных по величине и продолжительности перегрузок применяются плавкие предохранители и автоматические выключатели.

При выборе плавких предохранителей должны соблюдаться следующие условия:

номинальное напряжение предохранителя должно быть равно или больше номинального напряжения сети

(2.25)

Выбираем предохранитель ПР-2−200 (разборный) с номинальным током плавкой вставки _вс=100 A, номинальным током 200А, номинальным напряжением 500 В.

плавкая вставка предохранителя не должна плавится при расчетном токе:

(2.26)

плавкая вставка не должна расплавляться при пиковых токах:

(2.27)

гдекоэффициент зависящий от числа потребителей, защищаемых предохранителем, =2.

Все условия выполняются, следовательно безопасность и надежность работы аппаратов защиты обеспечена.

3. Электрическая схема электроснабжения вагона

3.1 Схемы включения электропотребителей

Схема включения электропотребителей приведена в графической части.

3.2 Схема управления и автоматики

От подвагонной высоковольтной магистрали подается напряжение 3000 В. От него питаются электропечи и калорифер. Напряжение подается на индивидуальный преобразователь. Электродвигатели, люминесцентные лампы и нагреватели питаются от напряжения 220/380 В. Напряжение подается на первичную обмотку трансформатора VТ1, возбуждает реле К20, замыкается контакт К20.1, размыкается контакт К20.2 и прекращается питании потребителей от аккумуляторных батарей. Напряжение через выпрямитель V4 подается на питание ламп накаливания, цепи управления сигнализацией, начинается зарядка аккумуляторных батарей через трансформатор VТ2 и выпрямитель V5.

Электрическое отопление вагона осуществляется печами, включенных в цепь на 3000 В. Напряжение подается по одному проводу, обратным проводом является корпус вагона, однако в самом вагоне включение двухпроводное.

Количество электропечей в вагоне определяется конструкцией. Они условно разбиваются на три секции ЕК1, ЕК2, ЕК3, которое имеет независимое включение к источнику тока. В вагоне смешанное отопление, т. е. конвекционное и принудительно-циркуляционное, поэтому в начале воздуховода устанавливается калорифер, нагреватели которого условно разбиваются на две секции ЕК4, ЕК5 с независимым включением источника тока. Электропечи и электрокалорифер включается автоматическим выключателем SA3.

Включается выключатель SA3, в результате чего ток через контактор К12.1 попадает на катушку реле К13, которое замыкает контакты К13.1, К13.2, включая электропечи и сигнальную лампу HL9. При достижении температуры внутри вагона t=22?C замыкается цепь из трех термодатчиков, расположенных в трех точках вагона. Реле К11 через резистор R4 получает питание и замыкает контакт К11.1 цепи реле К12, катушка которого возбуждается и размыкает контакт К12.1, через который проходит питание катушки реле К13. В результате контакты К13.1 и К13.2 размыкаются, отключая электропечи и сигнальную лампочку. Термодатчики t=18?C замкнуты. При размыкании термодатчиков t=22?C реле К11 питается через свой контакт К11.1 цепи датчиков t=18?C, т. е. находится на самоподпитке. При падении температуры ниже 18? C размыкаются контакты термодатчиков и реле К12 теряет питание, замыкая контакт К12.1. В результате этого возбуждается реле К13, которое включает контакты К13.1 и К13.2, т. е. цикл повторяется.

Двигатель системы вентиляции вагона подключен на напряжение 380 В и имеет две ступени регулирования частоты вращения, для регулирования подачи воздуха в зависимости от температуры внутри вагона. При достижении t=18?C замыкаются контакты термодатчиков, расположенных в трех точках вагона, ток проходит через катушку К5, срабатывает контакт К5.1, ток проходит по катушке К7, срабатывают контакты К7.1ЇК7.3, которые включают питание электродвигателя вентилятора контактами, обмотки двигателя включены по схеме треугольник. Система вентиляции включается выключателем SA1, о чем свидетельствует загоревшаяся сигнальная лампочка HL7. В случае повышения температуры внутри вагона до t=22?С замыкается вторая цепь термодатчиков, ток проходит через катушку К6, замыкается контакт К6.1 и размыкается контакт К6.2. Ток проходит через катушки К8, К9, замыкаются контакты К8.1ЇК8.3, К9.1, К9.2, схема работает по схеме двойная звезда, так как ток не проходит через катушку К7, т. е. контакты К7.1ЇК7.3. При снижении температуры ниже t=22?С, но выше t=18?С, обесточивается катушка К6, замыкается контакт К6.2 и размыкается контакт К6.1, замыкается контакт К7.1ЇК7.3, размыкается контакт К9.1, К9.2, К8.1ЇК8.3, обмотки двигателя включены по схеме треугольник.

Включение и выключение установки кондиционирования воздуха осуществляется с помощью блока управления установкой кондиционирования воздуха.

В вагоне предусмотрено охлаждение питьевой воды. Включение происходит с помощью автоматического включателя QF5. В случае увеличения температуры срабатывает термодатчик ВК9 и замыкается цепь реле К17, которое контактами К17.1ЇК17.3 включает электродвигатель охладителя питьевой воды.

Обогреватели наливных и сливных труб ЕК7 и ЕК8, включающиеся включателями QF3, QF4. Обогреватели наливных, сливных труб и кипятильник подключены на напряжение 220 В.

Электрокипятильник ЕК6 включается включателем SA2, ток протекает через реле К10, Контакты К10.1, К10.2 замкнулись, электрокипятильник и сигнальная лампочка включены.

Для освещения в вагоне применяются люминесцентные лампы, которые разделены на три группы: первая группа светильников с лампами EL1-EL10 расположена в купе; светильники второй группы расположены:

— туалет с рабочей стороны (светильник с лампами EL11, EL12);

— коридоры (светильники с лампами EL13, EL14);

— служебное помещение (светильник с лампой EL15);

— туалет с нерабочей стороны (светильник с лампой EL16);

— гардероб (светильник с лампой EL17).

Светильники третей группы с лампами EL18-EL23 расположены в проходе.

Выключатель Q1, включает и отключает подачу напряжения на сеть люминесцентного освещения. Сеть ламп первой группы включаются выключателем Q2, второй — Q11, третей — Q14, находящимися на пульте управления в служебном помещении. Выключатели Q3 — Q10 предназначены для независимого отключения ламп в каждом купе, выключатель Q12 — в служебном помещении, выключатель Q13 — в гардеробе.

В цепи освещения люминесцентными лампами подключен выпрямитель V1, V2 и выпрямитель V3 и соответствующее реле постоянного тока К1, К2 и К3, которые контакторами К1.1, К2.1 и К3.1 автоматически включают или отключают сеть освещения лампами накаливания EL24 — EL33, EL34 — EL39, и EL40 — EL45. Для отключения сети освещения лампами накаливания используют выключатели Q15, Q28 и Q29.

Для включения пылесосов в вагоне предусмотрено наличие розеток XS1-XS3.

Освещение лампами накаливания используется в качестве аварийного освещения или ночного, для освещения тамбуров (лампы EL46-EL53), и в качестве сигнальных фонарей (лампы HL1-HL6). Лампы накаливания, расположены в светильниках люминесцентных ламп. При включении люминесцентного освещения, освещение лампами накаливания автоматически отключается. При включении включателя Q30 подается напряжение на лампы EL80 — EL85, расположенные в тамбурах. Включение сигнальных огней НL1-НL6 используется выключатель Q31.

3.3 Схема защиты и блокировки

К защитной аппаратуре, применяемой в системе электроснабжения, относятся предохранители с плавкими вставками (в расчетной схеме ПР-2−100), автоматические выключатели SA, тепловые реле.

Плавкая вставка предохранителя включается последовательно в защищаемую цепь. При протекании номинального тока (100 А) плавкая вставка нагревается. Если ток увеличился больше определенной величины, происходит расплавление плавкой вставки и защищаемая цепь разрывается, предохраняя оборудование от выхода из строя.

Автоматические выключатели предназначены для защиты электрических цепей от токов перегрузки и коротких замыканий в цепях. Автомат смонтирован в пластмассовом корпусе, который закрывает токоведущие части, обеспечивая безопасность персонала в моменты его срабатывания.

При отключении питания на вагоне срабатывает реле К20, замыкая контакт К20.2 и цепи ламп накаливания, управления и сигнализации получают питание от аккумуляторной батареи.

3.4 Схемы сигнализации

В пассажирских вагонах предусматривается следующий спектр сигнализаций:

вызывная сигнализация;

система контроля нагрева букс;

сигнализация заполнения баков водой;

контроль состояния изоляции проводов;

противоюзное устройство.

Вызывная сигнализация предназначена для вызова проводника в тамбур или в купе. Для вызова проводника в тамбур или наружу вагона используется кнопка SB9 или SB10. При нажатии какой-либо из кнопки, замыкается цепь соответствующей сигнальной лампы HL24 или HL25, указывающих с какой стороны вагона вызывают проводника: котловой или некотловой. Одновременно с загоранием сигнальной лампы замыкается цепь звонка НА2, через диоды VD1 или VD2. Диоды позволяют исключить загорание обеих ламп одновременно. При отпускании кнопки цепь размыкается.

Для вызова проводника в купе необходимо нажать любую из кнопок SB1-SB8, находящиеся в каждом купе, вследствие чего питание получит один из контакторов К16-К23 соответственно и замкнется один из контактов К16.1-К23.1. Эти контакты ставят свой контактор под напряжение. Это приводит к тому, что сигнализация работает после отпускания кнопки. Через одну из кнопок SB1-SB9, или контакт К17.1-К25.1 при отпущенной кнопке, ток подается на сигнальную лампу HL15-HL23, каждая из которых соответствует своей кнопке и показывает, в каком купе была нажата кнопка. Одновременно с подачей напряжения на лампу, один из контактов К17.2-К25.2 подает ток на звонок HA2.

В вагоне используется система контроля нагрева букс (СКНБ) с расплавляемыми датчиками. Если температура одной из букс увеличится до 90−110?С, то плавкая вставка датчика BK1-BK8 расплавится. Реле К14 обесточится и замкнет контакты К14.1 и К14.2, что приведет к загоранию сигнальной лампы HL10 и звуковой сигнализации посредством звонка НА1.

Сигнализация заполнения баков водой один из датчиков Е1 или Е2. Катушка К15 попадает под напряжение и замыкает контакт К15.1. При заполнении бока до определенного уровня замыкается датчик Е3 и подает напряжение на контактор К16. Контактор К16 замыкает контакт К16.1 и пропускает ток на сигнальные лампы HL13 и HL14.

Система контроля состояния изоляции проводов предназначена для проверки состояния изоляции между проводом и корпусом вагона. При одновременном включении выключателей SA5 и SA6 сигнальные лампы накаливания HL15 и HL16 горят в пол накала. При замыкании одного из проводов на корпус вагона одна из ламп гаснет, а вторая начинает гореть полным накалом.

Противоюзное устройство предназначено для обнаружения и прекращения юза колесной пары, вызванного чрезмерным нажатием тормозных колодок. При торможении воздух поступает в тормозные цилиндры и в полость датчика ВР1, связанными с тормозными цилиндрами, контакт ВР1. При возникновении юза один из датчиков Е4-Е7, установленных на колесной паре замыкается кратковременно. Получает питание катушка контактора К18, который своим контактом К18.1 становится на самоподпитку, а контактом К18.2 подает питание в катушку золотника К19. Золотник выпускает воздух из тормозных цилиндров в атмосферу. Юз прекращается. Размыкается контакт датчика ВР1. Прекращается питание катушек К18, К19. Прекращается выпуск воздуха в атмосферу. Тормозные цилиндры наполняются сжатым воздухом, процесс торможения восстанавливается. Замыкается датчик ВР1, схема снова готова к работе.

4. Ремонт электродвигателя вентилятора

В объём обязательных работ по ремонту электродвигателя при годовом ремонте вагонов входят: разборка и сборка двигателя ремонт механических деталей якоря, статора и подвески; ремонт повреждённых обмоток; пропитка обмоток; снятие и проверка состояния подшипников; притирка щёток; продороживание и шлифовка коллектора; динамическая балансировка якоря; ремонт щёткодержателей; испытание электрической машины на стенде и её окраска. После разборки машины производят дефектировку её отдельных узлов на основании норм допусков и износов, в результате которой выявляется необходимость в дополнительных ремонтных работах.

При разборке обычно снимают подшипниковые щиты, вынимают якорь из статора, снимают полюсы и полюсные обмотки. Дальнейшую разборку этих основных узлов производят, если это необходимо по результатам дефектировки. Перед разборкой двигателя снимают кожухи и отсоединяют от выводных зажимов клеммного щитка присоединённые к ним провода. Также поднимают нажимные устройства щёткодержателей и вынимают щётки.

После снятия подшипниковых щитов вынимают якорь двигателя, При этом конец вала обёртывают картоном и надевают на него длинную трубу, при помощи которой осторожно выводят ротор, поддерживая его на весу.

Шарикоподшипники снимают с вала при помощи съёмника обычного типа, захватывая их за внутреннюю обойму. Если при этом прилагаются большие усилия — такой подшипник не рекомендуется устанавливать снова в двигатель.

При неисправности обмоток возбуждения или обмоток добавочных полюсов снимают главные и добавочные полюсы и полюсные наконечники, после чего разъединяют и снимают их катушки. При разборке полюсов предварительно делается их разметка, чтобы после сборки они были поставлены на свои места. Размечают и сохраняют все прокладки, установленные между полюсами и остовом.

После разборки детали электродвигателя тщательно очищают. С металлических деталей грязь удаляют струёй сжатого воздуха, а с отдельных мест — ветошью, смоченной в тёплой воде или бензине. Особое внимание уделяют очистке электроизоляционных деталей. Мелкая пыль, особенно металлическая и угольная, проникая в поры изоляции, снижает электроизоляционные качества материала. Очистка изоляции электродвигателя от загрязнений представляет значительные трудности, так как необходимо полностью удалить грязь, не повредив изоляцию. Одним из простейших способов очистки якоря и обмоток является обдув электрических машин струёй сжатого воздуха с последующей обтиркой изоляции ветошью, смоченной в бензине.

Во время периодического ремонта щётки заменяют полностью, устанавливая щётки марок, рекомендуемых изготовителем двигателя. Снятые щётки осматривают, обращая особое внимание на характер их пришлифованных поверхностей. Проверяют величину зазора между нижним краем обоймы щёткодержателя и рабочей поверхностью коллектора. Если этот зазор превышает установленный, щёткодержатели перемещают ближе к коллектору. Устанавливая новые щётки, проверяют лёгкость перемещения их в обоймах щёткодержателей.

Новые щётки притирают к поверхности коллектора шкуркой. Окончательная пришлифовка щёток осуществляется на коллекторе самого двигателя. Во время проверки состояния траверсы щёткодержателей обращают внимание на лёгкость перемещения нажимных пальцев при подъёме и опускании; при этом пальцы не должны касаться боковых стенок и вырезов щёткодержателей. Изоляция пальцев и изоляционные шайбы не долны иметь повреждений. Проверяют наличие и надёжность стопорных болтов, болтов крепления пальцев и других крепёжных элементов. Неисправные детали щёткодержателей. Например:

Токоведущие болты, винты, гайки, и шайбы с повреждениями резьбы или нарушениями антикорозионного покрытия; нажимные пальцы с трещинами, обгоревшими концами и изношенными отверстиями под храповики; поломанные или недостаточно жёстки пружины; гибкие шунты с оборванными жилами, корпуса щёткодержателей с трещинами или изношенными обоймами под щётки — заменяют.

Демонтированные подшипники промывают в ванной с каустической содой и определяют их износ, проверяя щупом радиальный и осевой зазоры Если они не соответствуют нормам то их заменяют. Ролики, шарики, обоймы и сепараторы не должны иметь следов перегрева (цвета побежалости), трещин, изломов, выщербин и изношенных поверхностей катания. Неисправные подшипники в условиях вагонного депо и вагоноремонтных заводов не ремонтируют, а заменяют новыми.

Подшипниковые щиты, крышки подшипников и корпус двигателя перед ремонтом осматривают, чтобы выявить трещины, износ посадочных мест и отверстий и другие дефекты. Большие трещины в щите распространяющиеся к месту посадки подшипников не заделывают, а заменяют дефектный щит. Небольшие трещины в стальных деталях заваривают электродуговой сваркой. Перед сваркой щита или остова во избежание деформации и изменения посадочных мест его предварительно подогревают до 700−800С в специальной печи. Можно также заваривать трещины в холодном состоянии медным электродом, который обёртывают полоской белой жести и смазывают жидким стекломили обмазкой ООМ-25. Наплавленную медь посыпают бурой, а образовавшийся шов проковывают. После того как заваренный щит или остов остынет, с него удаляют наплывы меди.

После разборки двигателя проверяют магнитным дефектоскопом отсутствие трещин у вала якоря. Вал с трещинами не ремонтируют, а заменяют. Резьбу вала под гайку или болт в торцовой части проверяют резьбовым калибром третьего класса точности; изношенную резьбу перенарезают на следующий размер в соответствии с ГОСТом. Изношенную шпоночную канавку восстанавливают наплавкой на неё металла газовой горелкой с последующей механической обработкой или нарезают вновь с диаметрально противоположной стороны вала. Изношенные посадочные поверхности вала (под шкив или муфту, подшипники и др.) восстанавливают наплавкой или осталиванием с последующей механической обработкой на токарном станке.

Если необходимо вал правят. Валы с изгибом до 0,1 мм на 1 м его длины, но не более 0,2 мм на всю длину править необязательно; валы с изгибом 0,3% их длины можно править в холодном состоянии, при больших изгибах вал надо править с подогревом.

Валы, имеющие серьёзные повреждения (излом, большая кривизна трещины), заменяют. Вал выпрессовывают из сердечника якоря при помощи пресса. Чтобы скрепить снятые с вала детали якоря и коллектора, через вентиляционное отверстие якоря и корпус коллектора пропускаю стяжные шпильки.

У сердечников якорей не должно быть заусенцев, забоин, сдвига листов, распущения крайних листов, поджога или выгорания, а также ослабления посадки на вал. Небольшие заусенцы, забоины и другие повреждения, не влияющие на целостность обмотки, запиливают. В случае оплавления сердечника электрической дугой, образовавшейся при повреждении якоря, обмотку удаляют и вырубают оплавленный участок. Вырубленный участок не должен охватывать более чем два паза с захватом в отдельных местах более 15% толщины зубца. Освободившееся после вырубки место зачищают от заусенцев и заполняют асбестовым наполнителем, приготовленном на лаке БТ-95, или другим подобным материалом. Затем отремонтированный участок покрывают лаком БТ-95.

Если ослаблена посадка сердечника или нажимных шайб на вал, сильно расслоены крайние листы, имеются отколы или значительные трещины у нажимных шайб, с сердечника снимают обмотку, выпресовывают вал, а сердечник разбирают. Осмотрев листы, заменяют дефектные (с трещинами, изломами зубцов и др.). Листы, имеющие прожоги в одном пазу не более чем на 15% толщины зубца могут быть установлены в сердечник, но с обеих их сторон ставятся целые листы. Общее количество повреждённых листов якоря вместе с установленными между ними целыми листами не должно превышать 40%. Нажимные шайбы со значительными отколами заменяют; трещины в них заваривают с двух сторон. Собирают сердечник на гидравлическом прессе под давлением 10−12 кгс/см², чтобы получить монолитный сердечник с наименьшим магнитным сопротивлением.

После сборки проверяют, соответствуют ли размеры собранного сердечника чертёжным; биение его не должно быть более допускаемого. Ремонт сердечника заканчивают, зачищая в пазах заусенцы и выступающие листы.

У поступивших в ремонт якорей двигателей посредством внешнего осмотра проверяют состояние изоляции и прочность пазовых клиньев, отсутствие повреждений и поджогов концов секций в местах их припайки к петушкам коллекторных пластин, качество пайки, состояние бандажей. Для устранения замыканий между витками или секциями коллектор тщательно очищают от щёточной пыли, излишнего олова и заусенцев. Нарушенную изоляцию в лобовой части обмотки восстанавливают, накладывая на повреждённые места изоляционные прокладки из электрокартона или лакоткани и покрывая их изоляционными лаками. Если очистка коллектора результатов не даёт и видимая лобовая часть обмотки исправна, якорь передаётся в обмоточное отделение для вскрытия обмотки и устранения повреждения. Вскрытие обмотки производят также, когда значительно оплавлены концы секций в петушках или шлицы петушков или сами секции обгорели.

Заметно подгоревшие края смежных пластин указывают на возможные места обрыва в обмотке якоря. Повреждения в доступных местах (на лобовых частях) устраняют путём пайки проводов с последующей изоляцией мест соединения лакотканью и покрытием изоляционным лаком. Если место обрыва находится в пазу, то якорь передают в обмоточное отделение, где отпаивают повреждённую секцию от коллектора и заменяют её.

Замыкание обмотки на корпус чаще всего вызывается механическими повреждениями её изоляции. Причинами таких повреждений могут быть: перемещение проводов в пазах под действием центробежных сил при вращении якоря; ослабление бандажей, вызывающее перемещение обмотки; чрезмерное осевое перемещение якоря при пуске машины, вследствие чего возникают большие инерционные усилия, смещающие обмотку вдоль её оси. В результате перемещений изоляция, особенно в местах выхода секций из пазов, постепенно затирается. Если пробита изоляция обмотки якоря, то во время запуска электродвигатель потребляет большой ток, вследствие чего сгорает установленный в его цепи предохранитель. Пробой изоляции верхних секций устраняют, применяя прокладки из электрокартона или лакоткани, заливаемые изоляционным лаком. В других случаях якорь передают в обмоточное отделение, где частично или полностью её перематывают.

Наиболее распространёнными неисправностями, вызывающими повреждения коллектора, являются: подгорание от искрения щёток при перегрузках машины, неровностях коллектора, слабом давлении щёток и вибрации; неравномерный износ коллектора при применении щеток из более твёрдого материала или повышенного их нажатия; выступающая за рабочую поверхность межламельная изоляция; замыкание пластин щёточной пылью и др. Исправные коллекторы должны иметь строго цилиндрическую форму и гладкую полированную поверхность без рисок, царапин и подгоревших мест.

Коллектор, на поверхности которого обнаружены выработки и неровности глубиной 0,2−0,5 мм, шлифуют шкуркой марки 00, а затем марки 000 до получения зеркально гладкой поверхности. В условиях цеха коллектор шлифуют на токарном или специальном комбинированном станке, применяемом для проточки и продороживания коллекторов.

Если на поверхности коллектора обнаруживаются неровности глубиной более 0,5 мм, а также после ремонта, связанного с разборкой, коллектор протачивают.

Эксцентриситет коллектора у двигателей не должен превышать 0,08 мм. Недопустимо также, чтобы на поверхности коллектора выступали отдельные пластины. Для устранения этих дефектов осторожно подтягивают гайку коллектора, затем нагревают его до температуры 100−110°С и снова подтягивают. При ремонте, связанном с разборкой коллектора, может потребоваться многократное подтягивание гайки с чередующимся нагревом.

В процессе эксплуатации медные пластины коллектора истираются значительно быстрее, чем более твёрдые миканитовые изоляционные прокладки. По мере износа пластин изоляция выступает над поверхностью коллектора, вызывая вибрацию щёток и искрение. Для предупреждения или устранения этого явления, а также при засорении межламельных пространств щёточной пылью производят продоражтвание коллектора, т. е. удаляют миканитовую изоляцию между пластинами на глубину 0,5−1 мм.

Коллекторные пластины и миканитовую изоляцию с повреждениями и значительным износом заменяют новыми.

Наиболее часто встречающимися неисправностями обмоток возбуждения двигателей постоянного тока являются обрыв и перетирание изоляции, вызывающие замыкания на корпус и межвитковые замыкания. В зависимости от характера неисправностей обнаруженные в катушке дефекты устраняют или полностью ее перематывают.

После ремонта якоря двигателя нарушается его балансировка из-за неравномерного распределения пропиточного лака и олова, несимметричного расположения лобовых частей обмотки. Нарушение балансировки вызывает вибрацию машины, ускоряющую износ ее подшипников и работающих с ней механизмов, ослабление элементов крепления, шум и дополнительные потери энергии. Для устранения небаланса добавляют уравновешивающие грузы или снимают часть металла в соответствующих местах ротора. Чтобы обнаружить небаланс и определить места, куда надо добавить или откуда снять уравновешивающие грузы, производят статическую и динамическую балансировку якоря.

Для определения качества ремонта собранные двигателя подвергают испытаниям. Испытание собранного двигателя производится по следующей программе:

— измерение сопротивления изоляции всех обмоток относительно друг друга и корпуса машины;

— измерение сопротивления обмоток в холодном состоянии;

— испытание электрической прочности изоляции обмоток;

— испытание в режиме холостого хода;

— испытание изоляции между витками;

— испытание на повышенную частоту вращения;

— проверка номинальных данных машины;

— испытание на кратковременную перегрузку по току.

После испытаний годные двигатели окрашивают, чтобы защитить их от коррозии и придать красивый внешний вид.

1. Лисичкин Э. А. Электрооборудование вагонов, его ремонт: Метод. Указания к курсовому проекту для студентов специальности «Вагоны"/ БелИИЖТ. — Гомель, 1992. — 30 с.

Зорохович А.Е., Либман А. В. Электрои радиооборудование пассажирских вагонов. М.: Транспорт, 1985. 343 с.

Ребрик Б.Н. и др. Электрооборудование пассажирских вагонов с кондиционированием воздуха. М.: Транспорт, 1989. 168 с.

Егоров В. П. Эксплуатация электрооборудования пассажирских вагонов. М.: Транспорт, 1980. 296 с.